_4QPSK调制器的软件仿真与硬件实现

/4QPS K 调制器的软件仿真与硬件实现

万慧琳,龚晓晖,殷奎喜,袁 赟

(南京师范大学物理科学与技术学院,江苏省南京市210097)

摘 要:针对 /4QPSK (正交相移键控)调制器与QPSK 进行了软件仿真比较,实验表明, /4QPSK 具有较高的频谱效率。通过硬件电路实现了 /4QPSK 调制器并用软件仿真对其进行了比较验证,结果证明了硬件实现的可行性及正确性,可用于移动通信实验及程控交换机中。

关键词: /4QPSK;调制器;软件仿真

中图分类号:TN914.3

收稿日期:2005 12 14;修回日期:2006 07 10。

基金项目:地理信息科学江苏省重点实验室资助(J K 20050304)

0 引 言

/4QPSK (正交相移键控)是在QPSK 基础上发展起来的一种线性窄带数字调制技术,它在码元转换

时刻的相位突变限于 /4或 3 /4,没有因180 相位突变而引起的100%包络起伏,因此它的频谱利用率高、频谱特性好。另外, /4QPSK 在解调上可采用差分检测,能避免由于时延扩展、多普勒频移等造成的载波提取困难。正因为 /4QPSK 调制具有这些突出的优点,它在移动通信、卫星通信中已得到广泛应用。 /4QPSK 已被确定为北美第2代数字蜂窝移动通信系统DAMPS 和日本J DC 蜂窝系统中的调制方式。

1 /4QPS K 与QPS K 的信号特征

/4QPSK 调制中,其相位跳变值是n /4(n = 1或 3),在QPSK 中,180 相位翻转对应有丰富的功率谱旁瓣能量,限带引起的包络起伏将通过非线性功放的AM (调幅)/P M (调相)和AM /P M 转换效应导致可观量值的频谱扩散,使旁瓣干扰增大和限带滤波作用抵消。与QPSK 相比, /4QPSK 限带滤波后有较小的包络起伏,在非线性信道中有更优的频谱效率。图1给出了QPSK 和 /4QPSK

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信号状态转迁轨迹。

图1 信号状态跳转轨迹

图1(a)中QPSK 共有4个相位状态,其中一个状态可以转换为其他3个状态中的任意一个,因而存在180 的相位跳变;图1(b)中有8个相位状态,可以认为这8个相位点是由两个QPSK 信号叠加而成的。相

位跳变被限制在4个相位点之间,每个信号只用其中一个QPSK 星座点传送出去,全部状态转迁在两个QPSK 信号相位状态之间完成,图1中分别以白点和黑点表示两组QPSK 信号,相隔45 。相位转迁只能由白点组转到黑点组,或相反。因此, /4QPSK 可能出现的相位跳变为 45 和 135 ,与QPSK 相比,有较小的包络起伏,在非线性信道有更优的频谱效率。

2 /4QPS K 的调制原理

调制信号经过串/并转换、差分相位编码和低通滤波器后,再经过正交调制,就可得到已调信号。 /4QPSK 调制原理如图2

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所示。

图2 /4QPSK 的调制原理

图2中,X k 和Y k 是互为独立的同步数据,在第K 个码元区间内,即KT !t !(K +1)T (T 为码元宽度)。X k 、Y k 与差分相位编码输出U k 、V k 的关系如下:

k = k-1+ (X k ,Y k )

(1)U k =cos k =cos [ k-1+ (X k ,Y k )]

(2)V k =sin k =si n [ k-1+ (X k ,Y k )]

(3)

式中:U k ,V k 分别为第k 个码元的同相正交分量; (X k ,Y k )为由输入数据(X k ,Y k )决定的相位差。 因此,如果用 k 表示第k 个码元结束时信号的绝对相位,则式(2)和式(3)可以表示为:

27∀第32卷第10期2006年10月 电子工程师 ELECTRON I C ENG I N EER V o.l 32N o .10

O ct .2006

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