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        QPSK信號(hào)非相干和相干解調(diào)算法的研究

        2013-10-29 01:51:59楊全覃榮捷陶崇強(qiáng)
        中國新通信 2013年9期
        關(guān)鍵詞:接收端后處理載波

        楊全 覃榮捷 陶崇強(qiáng)

        【摘要】本文主要分析了QPSK基帶信號(hào)的非相干解調(diào)和相干解調(diào)算法。介紹了QPSK信號(hào)非相干解調(diào)算法和性能,對(duì)于相干解調(diào),介紹了載波相位估計(jì)的V&V算法。

        【關(guān)鍵詞】QPSK信號(hào)非相干解調(diào)相干解調(diào)算法

        一、QPSK信號(hào)解調(diào)

        經(jīng)過符號(hào)定時(shí)同步和載波頻率初始估計(jì)的信號(hào)rk仍然包含很小的載波頻偏和相偏。對(duì)于QPSK調(diào)制信號(hào),因?yàn)閭魉偷男畔⑹钦{(diào)制在載波相位上的,所以如果在解調(diào)之前仍然存在殘余的頻偏和相偏,那么它們將累計(jì)到已調(diào)的QPSK信號(hào)相位上,并對(duì)解調(diào)產(chǎn)生影響。

        二、非相干解調(diào)

        2.1非相干解調(diào)的原理

        QPSK信號(hào)的非相干解調(diào)用于QPSK差分調(diào)制的系統(tǒng)中,其流程框圖如圖1所示。

        在QPSK信號(hào)的差分調(diào)制過程中,先要對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行串并變換和二元的差分編碼,再進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相。在接收端,使用非相干解調(diào)技術(shù)時(shí),不要求對(duì)載波恢復(fù),接收端的相位檢測(cè)器要判決的變量是前后兩個(gè)符號(hào)之間的相位差,因此把接收到的前后兩個(gè)符號(hào)共扼相乘來進(jìn)行非相干解調(diào)。

        假設(shè)系統(tǒng)收發(fā)端的頻差為駐f,相差為駐漬,則接收端經(jīng)過定時(shí)同步和載波頻率初始同步的信號(hào)rk表示為:

        對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行非相干解調(diào)是不錯(cuò)的方法。

        三、相干解調(diào)

        3.1相干解調(diào)原理

        QPSK信號(hào)的相干解調(diào)過程需要將載波相位分量鎖定到已調(diào)載波信號(hào)的相位上,這意味著接收機(jī)要從接收信號(hào)中估計(jì)出通過信道以后傳輸時(shí)延所產(chǎn)生的載波相位偏移并加以補(bǔ)償。一般情況下,QPSK信號(hào)相干解調(diào)系統(tǒng)的框圖如圖2所示。

        數(shù)據(jù)輔助型載波相位估計(jì)算法和反饋式載波相位估計(jì)算法都有一定的弊端。數(shù)據(jù)輔助型載波估計(jì)算法需要插入導(dǎo)頻,降低了系統(tǒng)的發(fā)送效率,反饋式載波相位估計(jì)算法進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)需要的時(shí)間比較長,不適于突發(fā)通信系統(tǒng)。因此,如何既不使用導(dǎo)頻輔助,又能快速而準(zhǔn)確地估計(jì)載波的相偏是一個(gè)重點(diǎn)。

        假設(shè)在接收端信號(hào)己經(jīng)經(jīng)過了符號(hào)定時(shí)同步和載波頻率的初始估計(jì),殘余的頻偏比較小,而隨著時(shí)間的增長,頻偏將逐漸累計(jì)到載波相偏上,表現(xiàn)為載波的相偏隨時(shí)間變化是一個(gè)緩慢的線性增長或減小的過程。在這種情況下,在相鄰的一段時(shí)間間隔內(nèi),載波的相位可以認(rèn)為是相對(duì)平穩(wěn)的,因此在進(jìn)行載波相位估計(jì)時(shí)可以不對(duì)殘余的頻偏進(jìn)行處理,而直接將一定范圍內(nèi)符號(hào)的載波相位當(dāng)作恒定值來處理。

        目前,非數(shù)據(jù)輔助型的前饋型載波相位估計(jì)方法中使用較為普遍的是V&V算法。在本文中,還將介紹一種相對(duì)簡單的易于星上解調(diào)的載波相位估計(jì)算法———LBAR算法。

        3.2V&V算法

        V&V算法一共分為三步,包括去除調(diào)制信息,相位估計(jì)和后處理。設(shè)接收信號(hào)為rk。

        第一步,去除調(diào)制信息。

        第三步,進(jìn)行后處理。

        通過公式啄贊n=啄贊n-1+mod(啄-啄贊n-1,仔/2)(8)

        對(duì)第二步中得到的結(jié)果進(jìn)行后處理,其中,mod(x,y)∈[-y/2,y/2),n表示對(duì)相位的第n次估計(jì)。后處理主要有兩個(gè)作用,一是消除邊界點(diǎn)[-仔/4,仔/4)處相位的抖動(dòng),二是當(dāng)存在載波頻偏時(shí),擴(kuò)大相位估計(jì)的范圍。

        當(dāng)存在載波頻偏時(shí),漬贊n是線性增長或減小的,其變化范圍是[-仔,仔),但在第二步中估計(jì)出的相位漬贊的范圍卻是[-仔/4,仔/4)。后處理公式8充分利用了k-1時(shí)刻的相位的估計(jì)值漬贊n-1,使?jié)n贊n的取值是在漬贊n-1的基礎(chǔ)上變化,因而擴(kuò)大了截的取值范圍。

        四、結(jié)語

        QPSK解調(diào)的非相干解調(diào)算法的抗白噪聲性能不如相干解調(diào)算法,但是不需要載波恢復(fù),實(shí)現(xiàn)簡單;在相干解調(diào)算法的載波相位估計(jì)中,普遍使用的V&V算法經(jīng)過三次坐標(biāo)變換,它的復(fù)雜度高。

        參考文獻(xiàn)

        [1]李冰清,馮小平.基于FPGA的QPSK及OQPSK信號(hào)調(diào)制和解調(diào)電路設(shè)計(jì).電子元器件應(yīng)用,2010(4):41~42

        [2]徐洪強(qiáng),高鵬,趙艷賓.一種非相干編碼調(diào)制系統(tǒng)性能研究.通信技術(shù),2011(4):35~36

        [3]張衡陽,黃國策.一種新穎的衛(wèi)星通信數(shù)字載波恢復(fù)技術(shù).無線電工程,2010,34(3):48~49

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