基于DSP的QPSK調制的設計與實(shí)現

l 前言
隨著(zhù)電子技術(shù)的快速發(fā)展，對通信系統功能的要求不斷提高。基于同樣的硬件環(huán)境，由軟件來(lái)完成不同的通信功能的方式趨于成熟，通過(guò)改變程序可以很靈活地更改通信系統的功能和性能。于是，可編程高速器件如DSP，ARM等成了現代數據通信系統的主要角色。數字調制是用載波信號的某些離散狀態(tài)來(lái)表征所傳送的信息，然后在接收端對載波信號的離散調制參量進(jìn)行檢測。
四相相移鍵控(QPSK)方式已經(jīng)在數字調制技術(shù)中占有越來(lái)越重要的地位，該調制方式廣泛應用于衛星通信、電纜調制解調、視頻會(huì )議系統、蜂窩電話(huà)和其他數字通信等領(lǐng)域。它具有適中的頻譜利用率，很低的比特錯誤率。由于高速數字信號處理器(如TI公司TMS320系列)的廣泛應用，為數字方式實(shí)現調制解調器提供了有利的條件，同時(shí)省去了大量的硬件電路，如環(huán)型濾波器，VCO等。在DSP技術(shù)的支持下很容易實(shí)現。

2 QPSK的基本原理與算法
2．1 絕對正交相移鍵控(QPSK)
在絕對相移鍵控方式中，表達式為：

式中I(t)是同相支路信號，Q(t)是正交支路信號。
圖1給出實(shí)現QPSK調制的原理。輸入的二進(jìn)制數字信號經(jīng)過(guò)串并轉換電路分為兩路速率減半的雙極性信號：同相信號I(t)和正交信號Q(t)，經(jīng)低通濾波成形后分別與相互正交的兩路載波信號相乘，然后相加即可得到QPSK信號，也可以采用相位選擇法來(lái)實(shí)現QPSK信號，輸入的二進(jìn)制數字信號經(jīng)串／并轉換后，成為雙比特碼元，而載波發(fā)生器產(chǎn)生4種不同相位的載波波形，根據雙比特碼元的不同組合．每個(gè)比特周期從4種不同相位的載波中選擇一種輸出，然后經(jīng)帶通濾波器濾除帶外干擾信號，就得到QPSK信號，這種方式適用于載波頻率較高的場(chǎng)合。

設原始數據流為dk(t)=d0d2d2…，取雙極性脈沖序列。其值為+1或一1，分別代表O或1，dk(t)經(jīng)數據分離器分成奇偶兩路，dI(t)=d0d2d4…和dQ(t)=d1d3d5…，每路的碼元寬度擴展為2T。其中，奇數路數據d0(t)經(jīng)過(guò)時(shí)延送入O信道，對載波sinωct進(jìn)行二相調制；偶數路數據dI(t)送入I信道，對載波cosωct進(jìn)行二相調制。然后2個(gè)信號相加得到四相信號。碼元轉換時(shí)，QPSK信號的相位可能產(chǎn)生90°的跳變，也可能產(chǎn)生180°的跳變，前者發(fā)生在2個(gè)信道的一路數據改變極性時(shí)，后者發(fā)生在2個(gè)信道的數據同時(shí)改變極性時(shí)。
2．2 偏移正交相移鍵控(OQPSK)
在絕對相移鍵控(QPSK)的調制中，輸入的二進(jìn)制信號經(jīng)過(guò)串并轉換后得到的I，Q兩路數據是相互對齊的，當輸入的數據由00變?yōu)?1或由Ol跳變?yōu)?0，即I，Q兩路數據同時(shí)出現跳變時(shí)，輸出調制信號的相位會(huì )出現π的跳變，其相位變化關(guān)系由圖2(b)給出，信號在經(jīng)過(guò)限帶后有可能出現包絡(luò )為0的現象，從而使頻譜擴展，會(huì )對相鄰信號產(chǎn)生干擾。另外在傳統的鎖相環(huán)恢復電路中，可能造成本地載波的相位模糊，使解調后的信號出現錯誤，還要采取措施消除相位模糊，所以實(shí)際應用中較少使用絕對相移鍵控。在第二代的窄帶CDMA(IS一95)系統中，下行鏈路采用QPSK方式，上行鏈路采用OQPSK方式。

圖3給出0QPSK的調制原理。在OQPSK調制中，輸入的數據先做串／并轉換，分成I、Q兩路，然后對Q支路的數據延時(shí)半個(gè)碼元周期，后面和QPSK方式一樣。這樣每個(gè)碼元周期內I、Q兩路信號中只可能有一路發(fā)生變化，調制后信號的相位跳變不會(huì )出現π相位跳變。