電子與信息工程畢業(yè)論文基于軟件無線電的qpsk碼調制方案的實現

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設 計</p><p>　　基于軟件無線電的QPSK碼調制方案的實現</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 電子與信息工程 </p><p>　　學生姓名 學號

2、 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　現代通信系統要求通信距離遠，通信容量大，傳輸質量好。關鍵技術之一的調制解調技術是人

3、們研究的一個重要方向。從模擬調制到數字調制，從二進制發(fā)展到多進制調制，雖然調制方式多種多樣，但都是朝著使通信系統更高速的方向發(fā)展。一個系統的通信質量，依賴它的調制方式。因此，對調制方式的研究，將直接決定著通信系統質量的好壞。由于大多數實際信號都是帶通型的，所以必須先用數字基帶信號對載波進行調制，形成數字調制信號再進行傳輸，因而，調制解調技術是實現現代通信的重要手段。</p><p>　　為了使數字信號在帶通信道中

4、傳輸，必須用數字信號對載波進行調制。在多進制數字調制中，QPSK的調制方式能夠傳輸高速數據。一般而言，用的相對較多的調制方式是BPSK，但是其調制效率不高，而QPSK是用于提高BPSK的調制效率而產生的一種新的調制方式。</p><p>　　QPSK(四相移相鍵控)是一種常見的多進制調制方式。其基本的調制原理是對輸入的二進制序列，首先必須分組，每兩位碼元一組。然后根據組合情況，用載波的四種相位表征它們。QPSK信

5、號實際上是兩路正交雙邊帶信號。解調原理是可以用平方法或者用科斯塔斯環(huán)法（COSTAS）從調制信號中分離出載波，進行相干調制。用兩個正交的相干載波分別檢測A和B兩個分量，然后還原成串行二進制數字信號。</p><p>　　本文根據QPSK調制與解調的基本原理基于軟件無線電對調制與解調電路進行實現與仿真研究。</p><p>　　關鍵詞：軟件無線電；QPSK調制；解調</p>&

6、lt;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Requirements of modern communication distance communication system, communication capacity, transmission quality. One of the key technologies of modem technolog

7、y is an important direction for researchers. Modulation from the analog to digital modulation, developed from binary to multi-ary modulation, although the modulation of a variety of ways, but they are moving in the direc

8、tion of more rapid communication system development. A system of communication quality, dependent on its modulation. The</p><p>　　In order to make the digital signal is transmitted with a communication chann

9、el to be with digital signal carrier modulation. In the multi-band digital modulation, QPSK modulation to transmit high-speed data. In general, the use of the relatively large modulation is BPSK, but the modulation effic

10、iency is not high, BPSK and QPSK modulation is used to improve the efficiency of generating a new modulation.</p><p>　　QPSK (quadrature phase shift keying) is a common ary modulation. The basic principle is

11、the modulation of the input binary sequence, we must first group, each two yards per group. Then combinations with the four phases characterized by their carrier. QPSK signal is actually two orthogonal double sideband si

12、gnal. Demodulation method can be used flat or with Costas loop method (COSTAS) isolated from the modulated carrier signal, the coherent modulation. Coherent carrier with two orthogonal A and B</p><p>　　Based

13、 on QPSK modulation and demodulation based on software radio on the basic principles of modulation and demodulation circuit can be simplified.</p><p>　　Key words: software radio; QPSK modulation; demodulatio

14、n</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 軟件無線電概述1</p><p>　　1.2 軟件無線電的應用現狀1</p><p>　　1.3 基于軟件無線電實現QPSK的優(yōu)勢2</

15、p><p>　　1.4 本文的主要工作3</p><p>　　第2章 調制技術4</p><p>　　2.1 調制技術的產生和分類4</p><p>　　2.2 線性調制技術5</p><p>　　2.3 QPSK調制與解調基本內容6</p><p>　　第3章 基于軟件無線電的QPSK調

16、制與解調電路的設計10</p><p>　　3.1實驗箱介紹10</p><p>　　3.2 QPSK調制14</p><p>　　3.2.1 QPSK調制的基本原理14</p><p>　　3.2.2 QPSK調制的電路原理圖17</p><p>　　3.2.3 調制電路的程序17</p>

17、<p>　　3.2.4 調制電路仿真結果17</p><p>　　3.3 QPSK解調20</p><p>　　3.3.1 QPSK解調的基本原理20</p><p>　　3.3.2 QPSK解調的電路原理圖20</p><p>　　3.3.3 解調電路的程序21</p><p>　　3.3.4 解

18、調電路的仿真結果21</p><p><b>　　小結24</b></p><p><b>　　致謝24</b></p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p>　　附錄1 QPSK調制程序27</p><p>　　附錄2 Q

19、PSK解調程序32</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 軟件無線電概述</p><p>　　軟件無線電（Software Radio）,也稱軟件定義的無線電（Software defined Radio）,是一種既能夠兼容多種制式的無線通信設備，也能夠滿足未來個性化通信需求的無線通信體系結構及技術【1

20、】。</p><p>　　20世紀90年代初，美國MITER公司的首席科學家J.Mitola【2】首先提出軟件無線電的概念。軟件無線電最初指一種寬頻段多模式的無線電臺，利用加載在一定硬件上的軟件來實現所需的無線通信功能。現在軟件無線電是指將模塊化，標準化和通用化的硬件單元以總線或交換方式連接起來構成通用平臺，通過在這種平臺上加載模塊化，標準化和通用化的軟件實現各種無線通信功能的一種開放體系結構及技術。</p

21、><p>　　軟件無線電提出了一種嶄新的設計，制造和使用無線通信系統與設備的思想，它擺脫了面向用途而完全依賴硬件的傳統無線電設計思路，通過一種模塊化的通用硬件平臺，把系統提供的業(yè)務從長期依賴于固定電路的方式中解救出來，利用軟件可編程，易修改和成本低(硬件投入少)的優(yōu)勢，把無線通信技術水平提升到一個新的高度。</p><p>　　當無線通信系統的硬件和軟件實現了模塊化，標準化忽然通用化，其主要功

22、能由軟件來確定和完成，工作參數具有可編程特性（包括可編程的無線頻段，信道接入方式，信號調制解調類型和數據傳輸速率等），并且由軟件提供操作，控制，管理，和維護功能時，軟件無線電的技術思想就得到了實現，這樣的系統即可稱為軟件無線電系統。因此，軟件無線電是與原來單純由硬件電路構成的無線通信系統完全不同，也與用軟件方式控制的數字無線通信系統不盡相同的一種信息處理和傳輸的體系結構與技術。</p><p>　　1.2 軟件無

23、線電的應用現狀</p><p>　　從20世紀70年代起，隨著數字處理技術的發(fā)展和成熟，傳統的移動通信設備從系統控制，信源信道編解碼，硬件技術等多方面都實現了聰模擬到數字的過渡。微電子技術的發(fā)展使得器件的集成度越來越高，各種數字電路和數字芯片廣泛應用于通信設備中，使移動通信設備的體積，重量和功耗得到減小，而在功能和性能方面有了長足的進步。在此期間，人們研究提出了全數字化電臺的概念，就是將電臺中的絕大部分電路由數字

24、電路來替代或實現。這是無線傳輸設備本質上的一次飛躍，也為軟件無線電的出現奠定了基礎。在全數字化電臺的基礎上，如果能讓其功能的實現擺脫對硬件的依賴性，使得移動通信設備能夠通過軟件配置應用于多種通信系統中，同時在系統更新換代的情況下使新舊設備能夠保持一定的兼容性，從而滿足不同體制，新舊系統之間的互聯互通功能。那么這種設備就能夠滿足未來移動通信的要求。</p><p>　　移動通信所要達到的目標是：任何人在任何時間、任

25、何地點都可以和其他任何人進行任何種類（語音、數據、圖像等）的通信。人們越來越大的通信需求，一方面使得通信產品的生存周期縮短，開發(fā)費用上升；另一方面，新舊體制通信共存，各種通信系統之間的互聯的實現變得更加的復雜和困難。所以尋求一種既能滿足新一代移動通信要求，又能夠兼容舊體制，而且具有擴展能力的移動通信體系結構稱為人們努力的方向。軟件無線電正好提供了解決這一問題的技術途徑，成為了移動通信系統研究的熱點。</p><p&g

26、t;　　軟件無線電把常用硬件作為無線通信的通用平臺，使其盡可能地脫離通信體制，而信號波形以及通信功能盡可能多地使用軟件來實現。這樣的無線通信系統具有更好的通用性、靈活性，而且系統升級也變得非常方便?，F在移動通信已經從第一代模擬蜂窩移動通信系統（FDMA）發(fā)展到第二代數字蜂窩移動通信系統（GSM、CDMA），目前正在向第三代移動通信系統發(fā)展(WCDMA、cdma2000、TD-SDMA)。軟件無線電技術在4G網絡中也起到了重要的作用【3】

27、。由于各種技術的交迭有利于減少開發(fā)的風險，所以未來的4G技術需要適應不同種類的產品的要求。而軟件無線電技術則是適應產品多樣性的基礎。它不僅能減少開發(fā)風險，還更易于開發(fā)系列型產品。此外，它還減少了硅芯片的容量，從而削減了運算器的價格，其開放的結構也會允許多方運營的介入；同時，由于DPS的使用，也彌補了廉價RF產品所造成的不足。在實際應用中，RF部分是昂貴而缺乏靈活性的，寬帶的RF是非線性的，而通過使用SDR技術可彌補其在靈活性上的不足。&

28、lt;/p><p>　　在廣播系統中廣泛應用到了軟件無線電，它主要用在電視廣播系統中的數字電視廣播系統中的傳輸子系統。這種基于軟件無線電的數字電視廣播系統將系統的主要功能用軟件來實現，可以使用于不同的傳輸媒介（如無線、有線電纜和衛(wèi)星數字電視）、產生不同制式的數字信號、進行不同碼率的編碼，而且具有很強的系統升級能力。</p><p>　　軟件無線電還有在更多的領域得到應用，如在數字調幅廣播、無線

29、定位系統、雷達系統、衛(wèi)星通訊、電子對抗、軟件無線電引信、監(jiān)測、高速鐵路通信等等。</p><p>　　1.3 基于軟件無線電實現QPSK的優(yōu)勢</p><p>　　軟件無線電的基本思想就是把帶寬數模變換器（A/D）以及模數變化器（D/A）盡可能的靠近射頻天線，建立模型通用的，開放的硬件平臺，可以再這個平臺上盡可能的利用軟件技術來實現信號的各種模塊的轉換以及傳輸過程【4】。</p>

30、;<p>　　最初使用的BPSK調制與解調是建立在軟件無線電的平臺之上的，但是其調制的方法和調制的結果并不十分理想，雖然技術已經趨于成熟，但是已經不能滿足大容量數字信息的傳輸了，這是QPSK調制技術就應運而生了，而QPSK調制與解調正是建立于軟件無線電的硬件平臺，利用DSP技術對信號進行調制。</p><p>　　QPSK調制信號時抑制載波的信號，無法用常規(guī)的鎖相環(huán)或窄帶濾波器直接提取參考載波，但是

31、它又不同于一些連續(xù)相位調制信號，其載波相位變化只能取有限的幾個離散值，著就隱含了參考載波的相位信息，所以，可以通過非線性處理，消除信號中的調制信息，產生與原載波相位有一定關系的分量，然后再提純該信號，恢復已被抑制的載波信號，進而完成信號的想干解調【5】。在雙向HFC網絡中，回傳信號的調制方式大都選擇抗干擾性能強的四相相移監(jiān)控QPSK調制方式，許多Cable modem設備中都選擇QPSK調制技術。理論分析和實驗證明【6】，在恒參信道下，

32、QPSK調制技術與傳統的FSK,2PSK,ASK調制技術相比較，不但抗干擾能力強，而且更加科學，更加有效地利用頻帶和帶寬，適合回傳通道的技術要求，因此QPSK的應用非常廣泛，在很多方面都得到了充分的利用。</p><p>　　1.4 本文的主要工作</p><p>　　本課題是針對QPSK的調制方案的實現進行的設計和驗證，其中的主要工作包括:</p><p>　　1

33、．首先對達盛科技的實驗箱進行了了解和研究，對整個調制與解調的過程和基于軟件無線電的原理進行了解。其實，通過本文的驗證方法，驗證QPSK的調制原理，以及解調原理，驗證DSP各個模塊的功能的正確性和可靠性。同時，對實驗箱的功能和原理達到一定的熟知程度，最后，對實驗中的調制結果進行分析，驗證QPSK調制和解調是否滿足參數設計的要求。</p><p>　　2．在完成了QPSK調制與解調的基礎上借助DSP的仿真，對其進行仿

34、真分析，通過達盛實驗箱的DSP仿真，對仿真的過程和結果做分析。研究實驗的原理，給出具體的程序和仿真圖，對實驗的程序進行分析。</p><p>　　本文的主要內容包括：</p><p>　　緒論，對軟件無線電的知識以及研究現狀進行闡述和了解。調制技術的一些相關技術，以及調制方式的產生和分類。文章的關鍵部分，QPSK的調制，QPSK的解調原理的闡述，實驗原理，實驗原理圖，程序的相關部分，DSP

35、的仿真結果的分析。</p><p><b>　　第2章 調制技術</b></p><p>　　2.1 調制技術的產生和分類</p><p>　　在人類剛剛使用電信來傳送信號的時候，信號傳輸的質量在很大程度上會受傳輸距離的影響。這是因為信道的衰減與線路的長短成正比，線路越長，信號衰減越大【7】。為了解決這個問題，人們首先想到的就是提高接收機的靈敏

36、度。但這樣做的后果并不十分理想，接收到的信號，通常與原有的信號有較大的差別。</p><p>　　到了1856年，英國科學家凱爾文（Keleven）首先解決了這個問題，它的基本思路是采用微分方程，頻率較低的成分可以通過信道，而而頻率高的成分則被衰減掉了。人們從凱爾文的發(fā)現中受到很大的啟發(fā)，知道了信道對于頻率成分具有選擇性，并不是所有的頻率成分都能通過信道傳輸。這也使人們開始注意到，應找到有效提高信道中的信號傳輸質

37、量的方法，這就導致了調制技術的出現【8】。</p><p>　　實際上，信源產生的原始信號絕大部分需要經過調制，變換為適合于在信道內傳輸的信號，才能在線路中傳輸。把輸入信號變換為適合于通過信道傳輸的波形，這一變換過程稱為調制。通常把原始信號稱為調制信號，也稱基帶信號；被調制的高頻周期性脈沖起運載原始信號的作用，因此也稱載波。調制技術其實也就是實現了信源的頻譜于信道的頻帶匹配。</p><p&g

38、t;　　調制技術主要有以下三個方面的功能。</p><p>　?、蓬l率變換：為了采用無線傳送方式，如將（0.3MHz~3.4kHz）有效帶寬內的語音信號調制到高頻段上去。</p><p>　　⑵實現信道復用：例如將多路信號互不干擾地安排在同一物理信道中傳輸。</p><p>　?、翘岣呖垢蓴_性：抗干擾性（即可靠性）與有效性相互制約，通常可通過犧牲有效性來提高抗干擾性

39、，如FM替代AM。</p><p>　　調制技術分類可以有以下幾種。</p><p>　　調制器的模型如圖2.1</p><p>　　圖2.1 調制系統模型</p><p>　　在圖2.1中，m(t)是源信號，通常用于調制載波c(t)的幅度、頻率、相位，也稱為調制信號：Sm(t)是已調信號，可能是調幅信號，也可能是調頻信號等。</p&g

40、t;<p>　　調制技術自從產生到現在為止，經歷了很多代的變化，新型調制技術層出不窮。調制技術的分類方法有很多種，一般來將，可以從以下幾個角度對調制技術進行分類如表2.1所列。</p><p>　　表2.1調制技術的分類</p><p>　　2.2 線性調制技術</p><p>　　在線性調制技術中，發(fā)射信號s(t)的幅度隨調制信號a(t)線性變化.線

41、性調制技術具有頻道利用率高的優(yōu)點,因而對無線通信系統的應用具有很大的吸引力.</p><p>　　在線性調制方案中,發(fā)射信號可表示成</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　式中,A為載波振幅; 為載波頻率.</p><p>　　從上式可以看出,載波信號的包絡隨信號線性變化.線性調制通常不是恒

42、包絡調制.一些非線性調制可能具有線性或恒包絡載波包絡,這主要取決于基帶波形的脈沖成形。假定每個符號的包絡是矩形，即信號包絡是穩(wěn)定的。此時，已調制的頻譜是無限寬。然而，實際信道的有限寬的，因此在發(fā)送QPSK信號時，經常會經過帶通濾波。限帶后的QPSK信號已不能保持恒包絡。相鄰符號間發(fā)生變化時，經過限帶后會出現包絡值過零的現象【9】。</p><p>　　線性調制方案具有很好的頻譜特性，它必須使用線性RF放大器發(fā)射，

43、這時功率有效性較差。如使用功率有效性較高的非線性放大器，會導致嚴重的鄰道干擾。目前，使用此較普遍的線性調制技術有脈沖成形QPSK、OQPSK和QPSK等。</p><p>　　2.3 QPSK調制與解調基本內容</p><p>　　數字調制信號又稱為鍵控信號，調制過程可用鍵控的方法由基帶信號對載頻信號的振幅、頻率及相位進行調制，最基本的方法有4種：振幅鍵控（ASK）、正交幅度調制(QAM)

44、、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)．載有基帶信號的高頻正弦波信號稱為載波，數學上準確表示正弦波時，經常采用振幅A、角頻率和相位三要素,根據基帶信號的值，改變三要素中的任何一種，就有了3種基本的調制方式：數字信號對載波振幅調制稱為振幅鍵控，即ASK（Amplitude Shift Keying）；對載波頻率調制稱為頻移鍵控，即FSK（Frequency Shift Keying）；對載波相位調制稱為相移鍵控（相位鍵控），即PSK(P

45、hase Shift Keying)【10】。根據所處理的基帶信號的進制不同分為二進制和多進制調制(M 進制)．多進制數字調制與二進制相比，其頻譜利用率更高，在有限的信道頻帶內，能夠傳輸高速數據。MPSK信號可以看成是兩個正交載波進行多電平雙邊帶調制所得兩路MASK信號的疊加。這樣，就為MPSK信號的產生提供了依據，實際中，常用正交調制的方法產生MPSK信號.MPSK信號可以看成是載波互為正交的兩</p><p>

46、;　　在某些調制解調器中用于數據傳輸的調制系統，在最簡單的方式中，二進制調制信號產生0和1。載波相位來表示信號占和空或者二進制1和O，即是BPSK。對于有線線路上較高的數據傳輸速率，可能發(fā)生4個或8個不同的相移，即是MPSK。BPSK傳輸系統可以在加入噪聲環(huán)境下進行各項指標測量,通過對BPSK調制信號眼圖觀測(不匹配/匹配)、調制信號包絡觀察;相干載波相位模糊度觀測、相干載波相位模糊度對解調數據的影響測量。多進制數字相位調制又稱多相制，

47、是二相制的推廣【11】。它是利用載波的多種不同相位狀態(tài)來表征數字信息的調制方式。與二進制數字相位調制相同，多進制數字相位調制也有絕對相位調制（MPSK）和相對相位調制（MDPSK）兩種。MDPSK系統要求在接收機上有精確和穩(wěn)定的參考相位來分辨所使用的各種相位。利用不同的連續(xù)的相移鍵控，這個參考相位被按照相位改變而進行的編碼數據所取代，并且通過將相位與前面的位進行比較來檢測?！　?根據香農理論，在確定的帶寬里面，對于給定的信號其傳送

48、的無差錯數據速率存在著理論上的極限值，從另一個方面來理解這個理論，可以認為，在特定的數據速率下，信號的帶寬和功率（或理解成SN</p><p>　　正交移相鍵控有時也稱為四相相移鍵控調制方法，即四進制PSK或四相PSK。由于在一個調制符號中發(fā)送2b，QPSK較BPSK頻帶利用率提高了一倍。載波相位取4個空間相位0、/2、和3/2之間的一個,每個空間相位代表一對惟一的比特.QPSK信號可成</p>&

49、lt;p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中，是符號間隙，等于兩個比特周期，上式可進一步寫成</p><p><b>　　（2-3）</b></p><p><b>　　假設</b></p><p><b>　?。?-4）</b>

50、;</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　則有</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　在QPSK系統中，載波相位共有4種可能的取值，對于4個已調信號的矢量圖，如圖2.2所示，分別稱為/4-QPSK系統和

51、/2-QPSK系統.從圖2中可以看出,QPSK信號可以看作是載波相互正交的兩個BPSK信號之和.</p><p>　　圖2.2 QPSK信號矢量圖</p><p>　　通常,QPSK不能用同步檢波以外的方式接收信號.研究如圖2.3所示的收信機框圖,發(fā)信端的載波設為四相,即、、、進行發(fā)送，收信機采用的PSK方式，因此，低通濾波器LPF的輸出信號按照相位進行不同組合【13】。如表2.2所列，與

52、時，輸出與PSK相同；而與時，輸出都為0。因此，對于PSK收信機不能區(qū)分與的相位。</p><p><b>　　（a）本振為和</b></p><p><b>　?。╞）前兩者的結合</b></p><p>　　圖2.3 QPSK收信機</p><p>　　表2.2 信號相位輸出</p>

53、<p>　　此外，QPSK發(fā)信機的構成與正交收信機類似，有用基帶波形調制和有用基帶波形調制的部分如圖2.4所示。這樣的調制裝置稱為正交調制器，它用于復雜調制波的調制。在與載波相乘之前，還需另一電路把發(fā)信比特序列上下分開。這里，每2b讀取1b，使比特的持續(xù)時間加長一倍，把振幅值變?yōu)?，為上下支路提供基帶波形【14】。</p><p>　　圖2.4 QPSK正交調制器</p><p&

54、gt;　　第3章 基于軟件無線電的QPSK調制與解調電路的設計</p><p><b>　　3.1實驗箱介紹</b></p><p>　　本實驗的實驗箱如下圖：</p><p>　　圖3.1軟件無線電實驗箱</p><p>　　其中2個CPU板，2個的本振信號源，一個的發(fā)射機和一個的接收機，以及若干電源，還有一個通過A/

55、D轉換接口的仿真器。其中有5V-3A的電源接CPU，途中有屏幕的其中一個，還有一個5V-2A的電源有兩個輸出口，分別接本振信號源，發(fā)射機與接收機。另外還有一個DSP開發(fā)系統的仿真器，接在有屏幕的上方，連接是注意CPU板不能帶電插拔仿真器串口，仿真器串口JTAG接口突出部分需要朝下。</p><p>　　在計算機上安裝好CCS3.1程序，此時實驗板上的LED指示燈四亮一滅，仿真器上的POWER燈變亮【15】。<

56、;/p><p>　　設計的軟件運行是按照如下步驟進行：</p><p>　　開啟計算機，運行CCS軟件，此時軟件會提示未連接按下圖選擇Debug/Connect,CCS將會鏈接到目標板上。</p><p>　　圖3.2 連接實驗箱</p><p>　　此時CCS軟件正常啟動。</p><p>　　加載實驗程序，在CCS主界

57、面中選擇：Project/Open</p><p>　　圖3.3加載所需程序</p><p>　　得到下圖后加載后綴名為.pjt的程序</p><p>　　圖3.4加載pjt程序</p><p>　　打開程序后選擇編譯程序（Project/Rebuild All）</p><p><b>　　圖3.5編譯程序

58、</b></p><p><b>　　然后下載程序</b></p><p>　　圖3.6下載程序進CPU</p><p>　　選擇Load Program</p><p>　　圖3.7加載Dubug</p><p>　　這時程序已經下載完成，然后按F5運行程序，通過CCS提供的圖形窗觀

59、察信號，在（View\Graph\Time/Frequence）</p><p>　　圖3.8選擇CCS圖形窗</p><p>　　3.2 QPSK調制</p><p>　　3.2.1 QPSK調制的基本原理</p><p>　　QPSK（四進制移相鍵控）信號的正弦載波有四個可能的離散相位狀態(tài)，每個載波相位攜帶2個二進制符號。 QPSK信號有

60、00、01、10、11四種狀態(tài)。所以，對輸入的二進制序列，首先必須分組，每兩位碼元一組。QPSK信號實際上是兩路正交雙邊帶信號。首先產生兩種不同相位的載波信號f1和f2，直接用輸入雙比特去選擇載波的相位，得到同相支路和正交支路，再將這兩路信號疊加，就可以得到QPSK信號。最后通過信道發(fā)送到接收端【16】。</p><p>　　QPSK又稱4PSK，即正交相移鍵控【17】。類似于BPSK，正交相移鍵控（QPSK）是

61、用二進制數字信號控制載波的四個相位，這四個相位通常相隔，這四個相位可以是0，，，，或者是，，，，它們分別代表對應的數字信息11.01.00和10，我們在這里暫且采用后者。</p><p>　　QPSK信號的產生方法有正交調制法，相位選擇法等等。相位選擇法其調制器方框如圖3.9:</p><p>　　圖3.9：相位選擇法產生QPSK信號</p><p>　　在上圖中，

62、用數字信號去選擇所需相位的載波，從而實現相移鍵控【18】。載波發(fā)生器產生4種相位，輸入的數字信息經串并變換成為雙比特碼，經邏輯選擇電路，每次選擇其中一種作為輸出，然后經過帶通濾波器濾除高頻分量，這是一種全數字化的方法，適合于載頻頻率較高的場合。</p><p>　　在BPSK調制中，同相流以+1或-1對正弦函數進行幅度調制，產生一個BPSK波形。同樣，正交相位流對正弦函數進行調制，產生另一個與前面余弦函數產生波形

63、正交的BPSK波形。這樣這兩個正交BPSK波形的和就產生QPSK波形。</p><p>　　令為QPSK波形，表達式為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　將和代入后，變?yōu)椋?lt;/b></p><p><b>　?。?-2）</b><

64、;/p><p>　　其中，由此我們可以得到的值對應于和的四種組合，如表3.1所示：</p><p>　　表3.1反向業(yè)務信道的和映射【19】</p><p>　　3.2.2 QPSK調制的電路原理圖</p><p>　　圖3.10 QPSK調制電路</p><p>　　在本實驗中我們依據基本原理，將不同碼型所對應的相位作了

65、適當調整，方便軟件實現【20】。當，時，；當，時，；，，,當,時，。在實驗的過程中，我們采用的和序列分別為，。</p><p>　　3.2.3 調制電路的程序</p><p><b>　　詳細程序參見附錄1</b></p><p>　　3.2.4 調制電路仿真結果</p><p>　　按照試驗箱的使用程序進行系統連接，上

66、電復位，運行CCS軟件等步驟。按照實驗箱的方法加載相關程序（原始輸入參考碼型為11001100），加載完畢后，單擊“Run”快捷方式按鈕，或者按F5，或者選擇debug/Run運行程序。在實驗中，可以通過改變數字信源的設置來改變實驗結果，并可以通過CCS提供的圖形窗觀察信號，在（View\Graph\Time\Frequnence）。</p><p>　　圖3.11圖形觀察參數設置</p><

67、p><b>　　實驗結果觀察</b></p><p>　　圖3.12 仿真結果圖形</p><p>　　在實驗的舉例中，我們使用的同相序列I：11101100和正交相序列Q:10000011</p><p>　　圖3.13 I路和Q路圖形</p><p>　　圖3.14 各個相位對應賦值</p>&l

68、t;p>　　如圖3.13所示,我們使用的同相序列和正交相序列所對應的I(t)和Q(t)圖,和起來為(1.1),(1.0),(1.0),(0.0),(1.0),(1.0),(0.1),(0.1)按圖3.14所示組合起來就是圖3.13(B)圖的圖形,也就是實驗結果的圖形,由此可以得出,實驗的程序和過程都是正確的。</p><p>　　3.3 QPSK解調</p><p>　　3.3.1

69、QPSK解調的基本原理</p><p>　　QPSK為載波調制，因此可以用平方環(huán)法或者用科斯塔斯環(huán)法（COSTAS）從調制信號中分離出載波，進行相干解調【21】。調制信號先由位同步提取電路提取出載波同步信號，然后由載波同步信號來控制計數器的啟動與停止，分別對調制信號來計數，最后通過一個判決電路來判斷輸入的調制信號是‘0’ 還是‘1’，輸出的即為解調的基帶信號。QPSK信號是兩個正交的2PSK信號的合成，所以可仿照

70、2PSK信號的相干解調法，用兩個正交的相干載波分別檢測A和B兩個分量，然后還原成串行二進制數字信號，即可完成QPSK信號的解調。QPSK的解調與BPSK的解調一樣，QPSK的解調也采取了相干解調的方式【22】。QPSK信號同時被送到解調器的兩個信道，在相乘器中分別與對應的載波相乘：一路信號與余弦函數相乘后經過相位判決得到I路信號；另一路信號與正弦函數相乘后經過相位判決得到Q路信號。</p><p>　　3.3.2

71、 QPSK解調的電路原理圖</p><p>　　圖3.13 QPSK解調電路圖</p><p>　　本實驗采用的I路和Q路序列分別為：，，先對其進行QPSK調制，然后在進行調制，最后得到和輸入的I,Q序列一樣的數字序列。</p><p>　　3.3.3 解調電路的程序</p><p><b>　　詳細程序參見附錄2</b>

72、;</p><p>　　3.3.4 解調電路的仿真結果</p><p>　　按照實驗箱的步驟進行系統連接，上電復位，運行CCS軟件等步驟。并加載相關程序（原始輸入參考碼型為11001100），加載完畢后，單擊“Run”快捷方式，或者按F5，或者選擇debug/Run運行程序。在實驗運行過程中，可以通過改變數字信源的設置來改變實驗結果，并可以通過CCS提供的圖形觀察窗口觀察信號（在View\

73、Graph\Time/Frequence）。</p><p>　　圖3.14 I路QPSK圖形設置 </p><p>　　圖3.15 I路QPSK解調</p><p>　　圖3.16 Q路QPSK圖形設置</p><p>　　圖3.17 Q路QPSK解調圖形</p><p>　　在仿真的實驗結果中，從圖3.1

74、5中可以看出，高的為1低的為0，可以讀出，可知實驗結果正確。同時在圖3.17中也可以得出結果，，通過QPSK解調的實驗，得出正確的結果。</p><p><b>　　小結</b></p><p>　　本次QPSK調制方案的實現，通過多方面的搜集資料，以及靈活運用以前所學的知識，熟練掌握了QPSK調制與解調的基本原理，CCS語言的編程規(guī)則與運用。并且在此基礎上實現了基于

75、軟件無線電的QPSK調制方案的實現的設計，同時分析調制與解調的仿真結果，總結此方案的可行性和不足，分析該方案的優(yōu)越性，以及QPSK調制方式的優(yōu)越性。</p><p>　　這次的畢業(yè)設計是我在大學生涯中對一個課題研究最為深入的一次設計，通過這次的設計，我學會了如何根據一個課題去查找，搜集相關的資料。又如何去篩選所搜集的資料，并且歸納所搜集的資料，從所搜集的資料中找到自己課題的突破點等等。由于以前接觸過C語言的程序編

76、程，所以進行該設計時，入手比較快，遇到的困難不是很多，而且總能找到新的方法來解決即時遇到的問題。因此，我的設計工作相對還是比較順利的。通過這次大型的設計，我對C語言及可編程邏輯器件都有了更深的理解，并且能過熟練的運用該語言進行邏輯器件功能的編程這次的設計，可以時候是我對QPSK調制方式進行深入研究的一次設計，并且讓我有機會解決了一些在以前一直存在疑惑的問題。通過查閱文獻，我對編程有了一定的了解。通過查閱文獻，我對QPSK調制解調的原理有

77、了更深的理解、以前學習《通信原理》時，只是對QPSK的理論分析有了一定的掌握，但從來沒有接觸過實踐方面的東西，軟件硬件都不熟悉，通過這次的設計，我對QPSK的了解更一步的深刻。QPSK即四相相移鍵控，QPSK調制技術與FSK,BPSK等調制技術相比，不但抗干擾能力強，而且更經濟有效地利用頻帶，QPSK廣泛應用于數</p><p>　　總之，在這次畢業(yè)設計過程中，我接觸并學到了很多新的知識，并且通過這次的設計，讓我

78、有機會弄明白了很多以前一知半解的東西，可以說，這次的設計時我整個學習生涯中收獲最大也是最多的一次。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]郭悌云.數字移動通信（M）.北京:人民郵電出版社,1995:197-211</p><p>　　[2]A H Aghvami.Digital modulation techn

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87、：63－65</p><p>　　[20]楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無線電原理與應用.北京：電子工業(yè)出版社，</p><p>　　2005，7:57-60,179-193</p><p>　　[21]楊小牛，鄒少丞，樓才義.軟件無線電技術與實現.北京：電子工業(yè)出版社，</p><p>　　2004，6:128-134</p>

88、<p>　　[22]韓鋼，張睿，李建東.軟件接收機的一種實用結構.西安電子科技大學學報，</p><p>　　2001，28(4)：538－541</p><p>　　附錄1 QPSK調制程序</p><p>　　/************************子函數和子程序定義***************************/</p>

89、<p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int i=0,j=0;</p><p>　　void PhaseSelection(int a);/*相位選擇函數聲明*/</p><p>　　void multiply();/*本地信號相乘函數聲明*/<

90、;/p><p>　　void IQ_Decision();/*IQ兩路判決函數聲明*/</p><p>　　/***********************原6713中所需的配置(xt1029)************/</p><p>　　/* DSP initialization

91、 */</p><p>　　CSR=0x100; /* Disable all interrupts */</p><p>　　IER=1; /* Disable all interrupts except NMI */</

92、p><p>　　ICR=0xffff; /* Clear all pending interrupts */</p><p>　　// PLL Configuration</p><p>　　// startPLL();</p><p>　　// delay();</p>

93、;<p>　　*(unsigned volatile int *)EMIF_GCR = 0x3778;</p><p>　　*(unsigned volatile int *)EMIF_CE0 = 0x30; /* EMIF CE1 control, 32bit */</p><p>　　*(unsigned volatile int *)EMIF_CE1 = CE

94、1_8; /* EMIF CE1 control, 32bit */</p><p>　　*(unsigned volatile int *)EMIF_CE2 = 0x30; /* EMIF CE1 control, 32bit */</p><p>　　*(unsigned volatile int *)EMIF_CE3 = CE1_32; /* EMIF C

95、E1 control, 32bit */</p><p>　　*(unsigned volatile int *)EMIF_SDCTRL = 0x07126000; /* EMIF SDRAM control */ </p><p>　　*(unsigned volatile int *)EMIF_SDRP = 0x61a; /* EMIF SDRM refresh per

96、iod */</p><p>　　*(unsigned volatile int *)EMIF_SDEXT= 0x54529; /* EMIF SDRM extension */</p><p>　　/* Configure L2 for 64K Cache and enable caching of external memory*/</p><p>

97、;　　for(i=0;i<5;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　*(short int *)(0xB0040000) = 0x000; </p><p><b>　　} </b></p><p>　　for(i=0;i<5;i++)</p&

98、gt;<p><b>　　{</b></p><p>　　*(short int *)(0xB0040000) = 0x001; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　submit_qdma();</p><p><b>　　wait();<

99、/b></p><p><b>　　i=0;</b></p><p>　　submit_qdma();</p><p><b>　　wait();</b></p><p><b>　　i=0;</b></p><p>　　for(i=0;i<

100、5;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　*(short int *)(0xB0040000) = 0x000; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(i=0;i<5;i++)</p><p><

101、b>　　{</b></p><p>　　*(short int *)(0xB0040000) = 0xFFFFFFFF; </p><p>　　*(short int *)(0xB004000C) = 0xFFFFFFFF; </p><p>　　*(short int *)(0xB0040010) = 0xFFFFFFFF; <

102、/p><p><b>　　} </b></p><p>　　IRQ_setVecs(vectors); </p><p>　　IRQ_globalEnable(); </p><p>　　IRQ_nmiEnable(); </p><p>　　IRQ_ma

103、p(IRQ_EVT_EXTINT4, 4); </p><p>　　IRQ_reset(IRQ_EVT_EXTINT4); </p><p>　　IRQ_enable(IRQ_EVT_EXTINT4);</p><p>　　/*************************配置完畢(xt1029)****************************/<

104、/p><p>　　for(i=0;i<SineLength;i++)/*在sin_data[]和cos_data[i]里面存儲一個波形*/</p><p><b>　　{</b></p><p>　　sin_data[i]=(int)(64.0*sin(2*pi*i/(SineLength)));/*調用sin函數*/</p>

105、<p>　　cos_data[i]=(int)(64.0*cos(2*pi*i/(SineLength)));/*調用cos函數*/</p><p><b>　　}</b></p><p>　　i=SineLength;</p><p>　　for(j=0;j<SineLength;j++)/*再往sin_data[]里存儲一個

106、sin波形，這樣sin_data[]里有兩個sin波行,便于QPSK的相位選擇*/</p><p><b>　　{</b></p><p>　　sin_data[i++]=sin_data[j];</p><p><b>　　} </b></p><p>　　for(j=0;j<InputLe

107、ngth;j++) //QPSK相位選擇 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(I[j]==0&&Q[j]==1)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PhaseSelection(p1);/*選擇pi/4的相位

108、*/</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(I[j]==0&&Q[j]==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PhaseSelection(p2);/*選擇3pi/4的相位*/</p><p>

109、;<b>　　}</b></p><p>　　else if(I[j]==1&&Q[j]==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PhaseSelection(p3);/*選擇5pi/4的相位*/</p><p><b>　　}</b>

110、;</p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　PhaseSelection(p4);/*選擇7pi/4的相位*/</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　

111、　}</b></p><p>　　asm(" nop");</p><p>　　multiply();/*本地信號相乘函數調用*/</p><p>　　IQ_Decision();/*IQ兩路判決函數調用*/</p><p>　　for(i=0;i< OutputLength+8;i++)</p&g

112、t;<p>　　// for(i=0;i<20;i++)</p><p>　　{ *( int *)(0x30000+4*i) = I_DeQPSK[i];//把數據給一個地址，然后從這個地址看結果(xt1029)</p><p>　　*( int *)(0x31000+4*i) = Q_DeQPSK[i];</p><p><b>　

113、　} </b></p><p><b>　　for(;;);</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***************相位選擇函數定義開始*******************/</p><p>　　void PhaseSelection(