96基于-SystemView的QPSK系统仿真设计

QPSK系统仿真设计摘要：该设计运用SystemView仿真软件搭建QPSK调制与解调仿真电路。QPSK利用载波的四种不同相位表征数字信息。其中调制部分采用正交调相法，解调部分采取正交相干解调的方法解调。通过仿真结果观察QPSK的波形，该设计可实现QPSK调制与解调功能。关键词：SystemView；QPSK；调制；解调0引言调制识别技术在军事、民用领域都有十分广泛的应用价值，近年来一直受到人们的关注。随着更多调制方式的使用，调制识别技术也在不断向前发展，并应用于各个领域。数字调制信号又称为键控信号，调制过程可用键控的方法由基带信号对载频信号的振幅、频率及相位进行调制。这种调制的最基本方法有3种：振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)。根据所处理的基带信号的进制不同，它们可分为二进制和多进制调制(M进制)。多进制数字调制与二进制相比，其频谱利用率更高。其中QPSK(即4PSK)是MPSK(多进制相移键控)中应用较广泛的一种调制方式。交错正交相移键控(OQPSK)是继QPSK之后发展起来的一种恒包络数字调制技术，是QPSK的一种改进形式，也称为偏移四相相移键控(offset-QPSK)技术。为此，本文研究了基于SystemView的QPSK的调制解调电路的实现方法，并给出了其在SystemView环境下的仿真结果。1设计课题原理（一）QPSK调制解调原理1、QPSK调制QPSK信号的产生方法可分为调相法和相位选择法。用调相法产生QPSK信号的组成方框图如图1-1（a）所示。图中，串/并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行的双极性序列。设两个序列中的二进制数字分别为a和b，每一对ab称为一个双比特码元。双极性的a和b脉冲通过两个平衡调制器分别对同相载波及正交载波进行二相调制，得到图1-1（b）中虚线矢量。将两路输出叠加，即得如图1-1（b）中实线所示的四相移相信号，其相位编码逻辑关系如表1-1所示。串/并变换平衡调制器相加载波振荡平衡调制器输入ab输出cosctsinct移相2（a）a(0)b(0)b(1)a(1)(0,1)(1,0)(0,0)(1,1)（b）图1-1QPSK调制表1-1QPSK信号相位编码逻辑关系A1001B1100a路平衡调制器输出b路平衡调制器输出合成相位0°90°45°180°90°135°180°270°225°0°270°315°将信号源产生的伪随机码进行串/并变换。串/并变换器将输入的二进制序列分为两个并行的双极性序列。双极性的a和b脉冲通过两个平衡调制器分别对同相载波及正交载波进行二相调制，然后将两路输出叠加，即得到QPSK调制信号。2、QPSK解调定时定时相乘器低通滤波器并/串变换相乘器抽样判决抽样判决相干载波低通滤波器数据输出cosctsinct接收信号ab移相2图1-2QPSK相干解调器由于四相绝对移相信号可以看作是两个正交2PSK信号的合成，故它可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器构成，其组成方框图如图1-2所示。图中的并/串变换器的作用与调制器中的串/并变换器相反，它是用来将上、下支路所得到的并行数据恢复成串行数据的。相干载波直接从调制端引入，因此解调器中的载波与调制部分的载波同频同相。在实际系统中，相干载波是通过载波同步获取的，相干载波的频率和相位只有和调制端相同时，才能完成相干解调。载波调制的模拟相乘器输出包括高频和低频信号，经过低通滤波器滤除高频成份，得到低频调制信号。定时抽样判决实现帧同步和位同步并将方波信号变成数字基带信号。I、Q两路基带信号实现并/串转换。2课题设计思想(一)设计思想：四相绝对移相键控QPSK利用四种不同的相位表征数字信息。首先将一路随机序列通过串并转换分成两路（分别延时一个、两个码元周期，采样，保持），分别对同相载波及正交载波进行二相调制，将两路输出叠加形成调制信号。调制信号通过信道传输后在接收部分进行解调，接收信号分别与正交的相干载波相乘，通过低通滤波器抽样判决（采样器保持器使波形幅度均衡），形成两路PSK信号，通过并串转换（输入一串01脉冲序列选择上下支路的码元）合成一路4PSK即QPSK信号。(二)仿真电路设计框图：仿真参数设置1）信号源参数设置：基带信号码元速率设为R=1/T=20波特，QPSK信号载频设为fs=50Hz(说明：载频设得较低，目的主要是为了降低仿真时系统的抽样率，加快仿真时间。)2）系统抽样率设置：为得到准确的仿真结果，通常仿真系统的抽样率应大于等于10倍的载频。本次仿真取10fs，即500Hz.3）系统时间设置：通常设系统Starttime=0。为能够清晰观察QPSK信号每个码元波形，在仿真时一般取系统Stoptime=8T~10T。4）其它参数设置：延时器1、2分别延迟1个、2个码元周期；抽样器3、4的采样速率为50Hz；低通滤波器截止频率为20Hz.3课题仿真结果及分析输入信号波形、QPSK信号波形及解调输出信号波形下图所示。1）输入PN序列011001111010110最终解调输出：分析：输入序列与输出序列完全一致，由此可见实现了解调2）串并转换，分别为上下支路仿真结果。上支路10110010下支路0101111013）与调制载波相乘之后的波形10110010010111101QPSK调制后的波形:4)解调时与载波相乘后的波形5）通过低通滤波器后添加抽样、保持器使波形平滑：分析：通过对比，这两路波形与串并转换后的上下支路波形完全一致最后经并串转换后形成的序列波形与出入的PN序列完全一致4结论1）由实验仿真结果可知，理论上的调制解调方案可通过软件仿真确定其可行性；2）一种方案可采用不同的器件实现其功能；3）正交相移键控(QPSK)：一次调制两个比特的相移键控方案，选择四种载波相移的一种(0、90、180或270度)。相同带宽条件下，QPSK可承载传统PSK调制两倍的信息量。QPSK用于传输MPEG2视频信号的卫星通信、电缆调制解调、视频会议系统、蜂窝电话和其它数字通信。4）研究本课题，有助于我们对调制解调原理的理解，为今后的研究提供了检验思路。参考文献:[1]樊昌信《通信原理》，国防工业出版社[2]张辉、曹丽娜《现代通信原理与技术》，西安电子科技大学出版社