基于DSP的QPSK調(diào)制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

l 前言
隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)通信系統(tǒng)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(tǒng)的功能和性能。于是，可編程高速器件如DSP，ARM等成了現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要角色。數(shù)字調(diào)制是用載波信號(hào)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(duì)載波信號(hào)的離散調(diào)制參量進(jìn)行檢測(cè)。
四相相移鍵控(QPSK)方式已經(jīng)在數(shù)字調(diào)制技術(shù)中占有越來(lái)越重要的地位，該調(diào)制方式廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、電纜調(diào)制解調(diào)、視頻會(huì)議系統(tǒng)、蜂窩電話和其他數(shù)字通信等領(lǐng)域。它具有適中的頻譜利用率，很低的比特錯(cuò)誤率。由于高速數(shù)字信號(hào)處理器(如TI公司TMS320系列)的廣泛應(yīng)用，為數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)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(xiàn)。

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

式中I(t)是同相支路信號(hào)，Q(t)是正交支路信號(hào)。
圖1給出實(shí)現(xiàn)QPSK調(diào)制的原理。輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換電路分為兩路速率減半的雙極性信號(hào)：同相信號(hào)I(t)和正交信號(hào)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(hào)相乘，然后相加即可得到QPSK信號(hào)，也可以采用相位選擇法來(lái)實(shí)現(xiàn)QPSK信號(hào)，輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)經(jīng)串／并轉(zhuǎn)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(jù)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(hào)，就得到QPSK信號(hào)，這種方式適用于載波頻率較高的場(chǎng)合。

設(shè)原始數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)分離器分成奇偶兩路，dI(t)=d0d2d4…和dQ(t)=d1d3d5…，每路的碼元寬度擴(kuò)展為2T。其中，奇數(shù)路數(shù)據(jù)d0(t)經(jīng)過(guò)時(shí)延送入O信道，對(duì)載波sinωct進(jìn)行二相調(diào)制；偶數(shù)路數(shù)據(jù)dI(t)送入I信道，對(duì)載波cosωct進(jìn)行二相調(diào)制。然后2個(gè)信號(hào)相加得到四相信號(hào)。碼元轉(zhuǎn)換時(shí)，QPSK信號(hào)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(shù)據(jù)改變極性時(shí)，后者發(fā)生在2個(gè)信道的數(shù)據(jù)同時(shí)改變極性時(shí)。
2．2 偏移正交相移鍵控(OQPSK)
在絕對(duì)相移鍵控(QPSK)的調(diào)制中，輸入的二進(jìn)制信號(hào)經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換后得到的I，Q兩路數(shù)據(jù)是相互對(duì)齊的，當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)由00變?yōu)?1或由Ol跳變?yōu)?0，即I，Q兩路數(shù)據(jù)同時(shí)出現(xiàn)跳變時(shí)，輸出調(diào)制信號(hào)的相位會(huì)出現(xiàn)π的跳變，其相位變化關(guān)系由圖2(b)給出，信號(hào)在經(jīng)過(guò)限帶后有可能出現(xiàn)包絡(luò)為0的現(xiàn)象，從而使頻譜擴(kuò)展，會(huì)對(duì)相鄰信號(hào)產(chǎn)生干擾。另外在傳統(tǒng)的鎖相環(huán)恢復(fù)電路中，可能造成本地載波的相位模糊，使解調(diào)后的信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤，還要采取措施消除相位模糊，所以實(shí)際應(yīng)用中較少使用絕對(duì)相移鍵控。在第二代的窄帶CDMA(IS一95)系統(tǒng)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(diào)制原理。在OQPSK調(diào)制中，輸入的數(shù)據(jù)先做串／并轉(zhuǎn)換，分成I、Q兩路，然后對(duì)Q支路的數(shù)據(jù)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(nèi)I、Q兩路信號(hào)中只可能有一路發(fā)生變化，調(diào)制后信號(hào)的相位跳變不會(huì)出現(xiàn)π相位跳變。