QPSK的解调和实现

摘 要 文章就四相移相键控（qpsk）调制解调概念、应用和原理进行阐述，并且对QPSK解调实现方面也做了阐述。

关键词 QPSK；实验设计；解调；实现

中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）21-0054-01

数字调制不仅可实现信息加密，而且通过误差校准技术，让接收到的数据更加可靠，在通讯链路中的任何不足均可借助于软件根除，所以在通讯技术中，数字式调制解调技术应用越来越广泛了。

数字信号的载波传输是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息。根据载波信号的离散状态的类型不同，数字调制可分为幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。

相移键控（PSK）是指载波的相位受调制信号的控制，通过改变载波信号的相位表示二进制数0、1，而幅度和频率保持不变。通常可分为绝对相移键控（2BPSK）和相对相移键控（2DPSK），这种调制方式属于二进制相位调制，它们之间的相位相差为π（180°）。而采用4个相位（45°、135°、-135°、-45°）与4个符号（11、01、00、10）对应，称为四进制PSK调制，即QPSK调制。QPSK调制中每种相位的正弦信号用二进制进行表示，同2-PSK进行比较，他的编码率提高了足足一倍，并大大减小信道特性干扰，从而有效的提高数据通信的有效性和高效性。然而在进行多相位调节时，随着相位取值数的增大，信号与信号之间的差度减少，传输的可靠性和稳定性也随着减少，因此在实际运用中大多用四相制进行传输也就是：QPSK（4-PSK），而我们所要研究的是QPSK的解调部分。

1 QPSK解调原理

由于QPSK信号可以看作是两个正交2PSK信号的合成，因此它可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调，把解调过程视为是由两个相干解调器独立进行的。输入信号被分为两路：同相支路（I）和正交支路（Q），每一路和本地产生的正交相干载波相乘，解调出I和Q支路的基带信号，再经并/串变换后将信码输出。本地相干载波通常是从输入信号通过去调制和载波提纯等步骤来恢复。定是信号用位同步恢复电路，可以直接从输入信号或调制器输出的基带信号中提取。上述解调方式通常称为相干正交解调器。

2 QPSK解调实验设计

在解调实验设计中，我根据原理图做出设计：载波恢复所用的载波是发送方载波，即将晶振产生的10 MHz载波经2分频和反相2分频后得到的同相支路cosωt和正交支路sinωt直接加在两个乘法器上，与输入的受调信号相乘。位定时恢复用的也是发送方时钟，即在调制过程中得到的1 MHz时钟脉冲。

2.1 积分电路

在实验中，积分电路用低通滤波电路实现。由运算放大器和RC元件组成的有源滤波器，具有不用电感元件，有一定增益，重量轻，体积小和调试方便等优点，可用在信息处理，数据传输，抑制干扰等方面。根据对频率选择要求的不同，我选择了低通滤波电路。

2.2 判决电路

判决电路用电压比较器实现。电路如图1所示。

比较器是一种用来比较输入信号v1和参考电压V的电路，参考电压V加于运放的反相端，他可以是正值，也可以是负值。而输入信号v1则加入运放的同相端。在此我采用电压比较器能够实现电路电平信号的判决。将比较门限值定为0，乘法器输出的信号被用来与门限值0相比较。如果大于0，则判决同信道的输出为1，如果小于0，则判决同信道的输出为0。类似地。如果正交通道也是如此判决输出。最后同相信道和正交信道输出这两个二进制数据序列被并/串行电路合并，重新得到原始的二进制序列，打到解调的目的。

图1 电压比较电路

3 并/串变换

经过积分，判决电路的序列是两路并行码，通过串/并行变换串行输出，得到原始的信号。

此电路是由两部分组成，一部分是由D触发器构成的右移移位寄存器，一部分是由并行写入（取样）脉冲（M）控制的输入电路。各级触发器在移存脉冲CP的作用下，先清0，使所有触发器置0。当并行取样脉冲M=0时，在移存脉冲CP的作用下，将输入信号并行同时存入到各级触发器中。以后并行取样脉冲M=0。只需要在第一次并行取样前加清0信号，以后连续工作时不需要再清0。

在移存脉冲CP的作用下，则实行右移移存功能，逐位移存，输出串行数码。解调出原始的序列信号。

值得注意的是：1）采用载波恢复环路来消除由前段模拟正交解调器所产生的非本振信号频差。2）采用定时恢复环路从输入数据信号中提取出正确的时钟，用以保证最佳的取样时间和保证抽样判决后输出端的信号误码率最低。

4 QPSK与OQPSK调制解调原理的比较

比较传统的QPSK有很大的不同之处，QPSK的信号，它的码元波载往往是间断的。当相邻2个码元进行传唤和转换时，往往会出现180度的转角。这样会使得调相波出现交汇（交），其信号功率谱上将产生很强的旁瓣分量。这种信号经过一个频带受限的信道，则由于旁瓣分量的滤除会产生包络上的起伏。当它用饱和的行波管功率放大器放大时，这种包络起伏会显著的减小。因此，从QPSK方式派生出一种新的相位调解方式——偏移四相相移键控（OQPSK）。由于在I通路数据变换时，正交Q通路的数据保持不变，而Q通路数据变换时，I通路数据保持不变，不会发生I，Q数据同时变换的缘故，所以OQPSK避免了180度的相位跃变，使得OQPSK信号经滤波限幅后的频谱形状基本不变，调相信号本身的功率比较集中，频带的利用得到改善，从而提高了单位频带的信息传输率。同时信号通过带通滤波器时，输出的包络也得到改善，不会像QPSK那样出现零点。OQPSK调制器和普通QPSK调制器一样，只是输入到调制器的两路二进码序列在时间上错开半个码长。解调仍可采用正交相干解调器。只是由于OQPSK在调制前其中一个通道Q（或I）延迟了符号周期的一半（Ts/2），所以在接收端解调后需要将两个（I或Q）通道重新对齐（即将I（或Q）通道再延迟Ts/2），这样，将I和Q通道再生后的数据序列重新结合时，就可以恢复出原始输入数据序列。

参考文献

[1]樊昌信.通信原理[M].国防工业出版社，2003.

作者简介

孙活，四川师范大学成都学院实验中心，讲师。

苏鸿远，四川信息职业技术学院电气工程系，讲师。