QPSK调制解调

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1、xxxX学本科毕业设计QPSK调制解调实验设计学生：XXX指导老师：XXX内容扌商要：在数字通信中，常采用频移键控（FSK）和相移键控（PSK）这两种方法对 数字信号进行调制解调，从而达到传递数字信息的冃的。冃前，相移键控（PSK） 般 采用四相和多相制。相移键控（PSK）是一个数字调制方案，传递数据，改变或者调制阶段 的载波信号。所有的数字调制方案利用有限的许多独特的信号來代表数字数据。用PSK 有限数目的阶段，每个阶段分配一个唯一的二进制数字模式。一般情况下,各相位编码的 比特数相等。每一个模式的位元符号的形式是特定的阶段。这种解调器,其目的是特别 为使用的symbol-set调制器，决定

2、阶段的接收信号和返【口 I的符号，它也就代表了调制解 调的输出数据，从而恢复到原始数据。这就耍求接收器能够比仗接收信号的参考信号一 这样一个系统被称为相干（或被称为CPSK） o木文就四相制移相键控（QPSK）技术的概 念，应用和原理方面进行了详细介绍。并且对QPSK进行了系统仿冀和实现方面也做了 详尽的阐述。关键i司：相移键控四相移键控QPSK调制相干解调XXX人学本科毕业设计QPSK Demodulation Experimentai DesignAbstract: In digital communication, we often modulat and demodulat digit

3、al signal by FSK and PSK to transmit digital information。 Nowadays PSK often use QPSK and NPSK Any digital modulation scheme uses a finite number of distinct signals to represent digital data PSK uses a finite number of phases, each assigned a unique pattern of binary digits. Usually, each phase enc

4、odes an equal number of bits. Each pat tern of bits forms the symbol that is represented by the particular phase The demodulator, which is designed specifically for the symbol-set used by the modulator, determines the phase of the received signal and 口aps it back to the symbol it represents, thus re

5、covering the original data This requires the receiver to be able to compare the phase of the received signal to a reference signal such a system is termed cohere nt (and referred to as CPSK). This text is detailed on the concept, implement and principle of QPSK It also detailed introduces the design

6、edand realize of QPSKKeywords:PSK QPSK modulat demodulatiiXXX人学本科毕业设计目 录前言11绪论22 QPSK 调制42. 1 QPSK调制原理42. 1. 1二相移相键控52. 1. 2QPSK调制原理62. 1. 3QPSK-特点 102. 2 QPSK 与 OQPSK 112. 2. 1OQPSK 112.2.2OQPSK 调制123 QPSK调制实验设计133.1调制设计框图133.2二进制信息序列143.3电平转换173.4乘法器和加法器183.4. 1 乘法器183.4. 2 加法电路194 QPSK解调设计194.1 Q

7、PSK解调原理194.2 QPSK解调实验设计204.2. 1积分判决电路204.2.2并/串变换214.3解调器的分析及设计234. 3. 1数字下变频234. 3.2 误差的提取24275 结束语25附录XXX人学本科毕业设计32参考文献#xxxX学本科毕业设计QPSK调制解调实验设计前言多进制数字调制，是利用多进制数字基带信号去调制载波的振幅，频率或相位。多 相调制与二相调制相比，既可以压缩信号的频带，乂可以减小由丁信道特性引起的码间 串扰的影响，从而提高了数字通信的有效性。但在多相调制时，相位取值数增大，信号 之间的相位差也就越小，传输的可靠性将随之降低，因而实际中用得较多的多相调制是

8、 四相制和八相制。四相绝对相移键控QPSK是属多进制数字相位调制，它是利用载波的四种不同相 位來表征输入的数字信息。目前广泛应用丁数字微波通信系统，数字卫星通信系统，宽 带接入与移动通信，以及有线电视的上行传输。但网相相移键控信号，在码元交替处的 载波相位往往是突变的，当相邻的两个码元同时转换时，会出现土八的和位跳变，这会 使调相波的包络上出现零（交）点，其信号功率谱上将产生很强的旁瓣分最。因此从 QPSK方式派生出一种新的相位调制方式,交错四相相移键控（OQPSK）。即在QPSK调 制的正交支路上引入一个比特（半个码元）的时延，使得两个支路的数据不会同时发生 变化，从而不可能产生兀的相位跳变

9、，仅产开/2的相位跳变。本次设计主要是在理解、学握调制解调原理和QPSK方式的基础上，通过硬件实现 QPSK调制解调。QPSK信号的产生方法可以分为调相法和相位选择法。根据调制原理，在本次设计 中，我选择的是调相法。由M序列产生一组二进制数据序列，通过串/并变换将输入的 信号序列分为两两一组的并行码，并用传输门电路将其转换为与之对应的iE负电平。通 过两个乘法器分别对同和载波及匸交载波进行二和调制，将两路输岀叠加，得到调制的 QPSK信号。相对的QPSK解调，可看作是由两个相干解调器独立进行的相干iE交解调。将输入 信号分为两路：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

10、 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，解调出原始的序列码 信号。任本次设计中，主要使用了 74LS04六反相器，74LS00四2输入与非门，74LS74双 D触发器，同步计数器74LS160, MC1496乘法器，CD4016四传输门,LM358集成运放等 器件组成电路，实现QPSK的调制。xxxX学本科毕业设计1绪论早在本世纪初人们就了解通讯的币耍性。从电子时代初期开始，随着技术的不断发 展，本地通讯与全球通讯的Z间唯垒被打破，从而导致我们世界变得越來越小，人们分 亨知识和信息也更加容易。贝尔和马可尼可谓通讯事业的鼻祖，他们所完成的开拓性工 作不仅为现代信息时代奠定了

11、基础，而且为未來电讯发展铺平了道路。传统的本地通讯借助丁电线传输，因为这既省钱乂可保证信息可靠传送。而长途通 讯则需耍通过无线电波传送信息。从系统硬件设备方而考虑这很方便省事，但是从传送 信息的准确性考虑，却导致了信息传送不确定性增加，而且由J：常常需耍借助J：大功率 传送设备來克服因气彖条件、岛大建筑物以及其他各种各样的电磁干扰。各种不同类型的调制方式能够根据系统造价、接收信号品质耍求提供乞种不同的解 决方案，但是任到不久以询它们人部分还是屈丁模拟调制范畴，频率调制和相位调制噪 声小，而幅度调制解调结构更简单的多。最近由丁低成本微控制器的出现以及民用移动 电话和卫星通信的引入，数字调制技术H

12、益普及。数字式调制具有采用微处理器的模拟 调制方式的所有优点，通讯链路屮的任何不足均可借助丁软件根除，它不仅可实现信息 加密，而且通过误差校准技术，使接收到的数据更加可幕，另外借助T-DSP,还可减小 分配给每个用户设备的有限带宽，频率利用率得以提高。所以在通讯技术中，数字式调 制解调技术应用越來越广泛了。在相移键控（PSK）技术中，通过改变载波信号的相位表示二进制数0、1,而相位改 变的同时，最大振幅和频率保持不变。这种PSK技术成为二相位PSK或2-PSK,信号之 间的相位差为180。同样，可以用4种不同相位的正弦信号分别表示00、01、10、11, 这种PSK技术成为四相位PSK或QPS

13、K,由于4个相位与四进制的4个符号相对应,也 称为四进制PSK调制。因每种相位的正弦信号可以表示两位二进制信息，与2-PSK相比， 其编码率提高了 1倍，以此类推，当不同相位的载波数为8、16时，分别称为8-PSK （A 进制PSK）、16-PSK （十六进制PSK）,理论上，不同相位差的载波越多,可以表征的数 字输入信息越多，频带的压缩能力越强，可以减小由丁信道特性引起的码间吊扰的影响， 从而提高数字通信的有效性。但在多相调制时，相位取值数增大，信号之间的相位差也 就减小，传输的可靠性将随之降低，因而实际中用的较多的是四相制（4-PSK）和八相 制（8-PSK）o所谓调制技术，就是用个信号（

14、称为调制信号）去控制另个做为载体的信号（称 为载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化，从而将各种数字基带信号转换成适 信道传输的数字调制信号（已调信号或频带信号）。再将测最信号调制，并将它和噪声 分离，放人等处理后，还要从（2经调制的信号中提取反映被测童值的测童信号，这一过 程称为解调，从而将在接收端收到的数字频带信号还原成数字基带信号。数字调制与模拟调制本质上没有区别，它们都MfiE弦波调制，但是模拟调制是载 波信号的参量进行连续的调制，在接收端则对载波信号的调制参量连续地进行佔值，而 数字调制都是对载波信号的某吐离散状态来表征所传送的信息，在接收端也只耍对载波 信号的离散调制参量进行检

15、测。如同模拟调制，数字调制也可分为频率调制、相位调制 和幅度调制，性能各有T秋。由丁频率、相位调制对噪声抑制更好，因此成为当今大多 数通讯设备的首选方案，卜面将介绍这儿种方案：数字调频对传统的模拟频率调制（FM）稍加变化，即在调制器输入端加一个数字控制信号，便 得到由两个不同频率的iE弦波构成的调制波。解调该信号很简单，只需让它通过两个滤 波器后就可将介成波变回逻辑电平信号。通常，这种调制方式称为频移键控（FSK） o 数字调相数字相位调制（或相移键控-PSK）与频率调制很相似。不过它的实现是通过改变发送 波的相位而非频率，不同的相位代表不同的数据。PSK最简单的形式为，利用数字信号 对两个同

16、频、反相正弦波进行控制、不断切换合成调相波。解调时，让它与一个同频疋 弦波相乘，其乘积由两部分构成：二倍频接收信号的余弦波：与频率无关，幅度与正弦 波相移成正比的分帚。因此采用低通滤波器滤掉高频成分后，便得到与发送波相应的原 始调制数据。正交相移调制如果对上述PSK概念进一步延伸，可推测调制的相位数冃不仅限J：两个，载波应该 能够承载任意数目的相位信息，而且如果对接收信号乘以同频正弦波就可解调出相移信 息，而它是与频率无关的H流电平信号。正交相移调制（QPSK）正是基丁该原理。利用 QPSK,载波可以承载四种不同的相移（4个码片），每个码片乂代表2个二进制字节。初看 这似乎毫无意义，但现在这种

17、调制方式却使同一载波能传送2比特的信息而非原來的1比 特，从而使载波的频带利用率提高了一倍。止：是由丁四相移相键控（QPSK）的频谱利用 率臥而且它是一种误码性能优良，信号频谱主瓣也很窄的调制技术，因此他被广泛应 用丁数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入与移动通信及有线电视的上行传 输。在卫星数字电视传输中普遍采用的QPSK调谐器可以说是当今卫星数字电视传输中对 卫星功率、传输效率、抗干扰性以及天线尺、J等多种因素综合考虑的最佳选择。欧洲与 II木的数字电视首先考虑的是卫星信道，采用QPSK调制，我国也出现了用QPSK调制解调3XXXX学本科毕业设计的卫星广播和数字电视机。2 QPSK

18、调制2.1 QPSK调制原理多进制数字调制，是利用多进制数字某带信号去调制载波的振幅，频率或相位。相 移键控是用数字慕带信号对载波振荡相位的控制來传递数字信息。在模拟通信中，相位 调制和频率调制相近。而在数字通信中，相位调制则和振幅调制相近。F而给出了解调相位调制信号和QPSK信号叫tt先定义欧拉公式，然后利用大最的三角恒等式进行证明。利用欧拉公式：sin al =2jCOS Cl)t 2(2. 1-1)把两个iE弦波相乘，得:* ei(lX -严-旷购sin2 a)t =x2j2j*一2/+严-41 1c=一一cos2a2 2从上式可以看出，两个同频正弦波(一个为输入信号,(2. 1-2)另

19、一个为接收混频器木振信号)相乘，其乘积为一个幅度只有输入信号一半.频率加倍的高次谐波迭加一个幅度为1/2的直流偏置。类似地sin3t与cos3 t相乘的结果为:sin ar xcosfi/ =4j#XXXX学本科毕业设计#XXXX学本科毕业设计(2. 1-3)=sin2d2只有二次谐波sin23t,无直流成分。现在可以推断,sinot与任意相移的同频lE弦波(sin3t + 0)相乘,其乘积-解调波均禽有输入信号的二次谐波，同时还包括一个与相移0有关的11流成分。证明如下：sinaxsin（血+ 0）=X2j2j_e/（or-a-0） _畑4皿）+fJ（2MF）-4_ cos（2血 + 0）+

20、 e24-COS（269f + ） cos。=:F_2 2COS0 cos（2a/ + 0）2 2（2. 1-4）上述等式验证了前面推断的正确性，即包含F载波中的相移可用同频的本振iE弦波对其相乘，然后通过一低通滤波器滤波，便解调出与相移多少相对应的不同的成分。不 幸的是，上式仅限于两相限应用，因为它不能把兀/2与-打/2相移区分开。因此，为 了准确地解调出分布于四个相限的相移信息，接收端需耍同时采用正弦型和余弦型本振 信号对输入信号做乘积，滤掉高次谐波再进行数据重构。其证明过程即上述数学证明的延伸，如下所示。fjg + -2丿（么 + 0） _ -/（曲 + 0）cos cot x sin（

21、血 + 0）二x因此:K（2a+0） _K（-0） +R）_-/（2砂0）4jsin（2血 + 0） 一 2 * _sin（2m + 0） sin02 2（2. 1一5）2.1.1二相移相键控首先介绍一下二相移相键控(BPSK) o二进制序列的数字信息“1”和“0”，分别用载波的相位0和n这两个离散值來表示，这种调制方式称作是二相移相键控。其衷达式S （/） = A cosej + （/）（2. 1. 1-1）式中的(t)取值0或开，由数字信息比特取“1”或取“0”决定。按照选用的参 考相位标准不同,移相键控分为绝对移相(BPSK)和相对移相(DPSK)两种。其lS(t)为调 制器输出信号，A

22、、3c、O(t)分别为载波幅度、角频率、瞬时相位。BPSK和DPSK信号 的功率谱密度是完全相同的，它是抑制了载波分帚:的连续波。信号带宽约为二元比特率Rb的两倍。由于2PSK信号占用带宽约为2Rb,其相位路径不连续,在数据极性转换时刻,相位发生180跳变。5XXXX学本科毕业设计2. 1.2 QPSK调制原理为减小传输信号频带來提高信道频带利用率，可以将二进制数据变换为多进制(即N 进制)数据來传输。多进制的基带信号对应J：载波相位的多个相位值，就是多相移相键 控(NPSK),可表示为S(/)二 Acosg/+ 呱/)仏0 + 如(2. 1. 2-1)式中mn(t)为非归零n电平的对称基带信

23、号,例如土 1, 2, 3,； Z=2n/n为相邻信号的相位间隔，。为初始相位。多相调制与二相调制相比，既可以床缩信号的频带，乂可以减小由于信道特性引起 的码间申扰的影响，从而提岛了数字通信的有效性。但在多相调制时，相位取值数增大, 信号之间的相位差也就越小，传输的可靠性将随之降低，因而，实际中用得较多的多相 调制是四相制和八相制。信号的相移键控乂分为绝对相移和相对相移两种。所谓“绝对相移”是用木调载波 的相位作为基准的调相，即控制载波振荡不同相位的绝对值來传递数字信息的。而对“相 对移相”來说，每个码元的载波相位不是以固泄的未调载波相位作为基准，而是以相邻 的前一个码元的载波相位为基准來确定

24、其相位的取值，即利用载波相位的相对变化來传 递信息的，也称为差分移相，记为DPSKo考虑到接收抑制载波的双边带信号不能用包络 法解调，只能用相干载波，乂由丁接收机中恢复的和干载波的相位存在不确定性，即相 位模糊以及信号传输过程中引起的相位抖动，常常使得接收机无法止确判断接收码元的 极性。为了解决这个问题，在实际中主耍來用相对移相制。可以说，只是在实现相对移 相之后才真正克服了由丁相位“不确定性”引起的“反向工作”现象，从而使PSK在实 际的通信系统中得到r广泛应用。四相调制是一种四进制的相位键控，每个码元包含两个二进制信息。为此，在四相 调制输入端，通常耍对输入的二进制码序列进行分纽，两个码元

25、分成一纽，这样就可能 有00, 01, 10, 11四种组合，每种组合代表一个四进制符号，然后用四种不同的载波 相位公表征它们。我们把由两个二进制码组成的码元称为双比特码元。因此，在调制器 的输入端需要有将二进制码变成双比特码元的串/并行变换电路。四相制数字调相也可以分为绝对移相与相对移相两类。在相干解调中，为了克服载 波相位的不确定性，在发送端儿乎都采用相对移相。为此，在I丿q相调制器中还应该包含 有四进制码的差分编码器在调制器中，究竟以什么样的逻辑关系将双比特码的信息调制到载波相位上去，在 解调器中，乂以什么样的逻辑关系将载波相位还原成双比特码元信息？通常把这种双比 特码元与相位矢量之间一

26、一对应的逻辑关系，叫做四相数字调和的相位逻辑。一个四相 调相信号的载波相位可以取卅（ n/2） ； Oo+n以及6。+ （3开/2）四个数值。其 中5是某一个固定的初始相位。为了说明方便，载波相位也用艸进制码，按顺序表示为 0, 1, 2, 3o这样，相位逻辑也可以认为是戏比特码元与四进制码元之间的逻辑关系。 四相调相的相位逻辑共有4!二24种，原则上可以任意选取，但实际上使用的只有H然码 与循环码两种如图2. 1.2-1所示。其屮（a）为H然码，表2.1.2-1自然码相位输出相位45+045+9015+18045+270四进码0123双比特码0 00 11 01 1图2. 1.2-1(b)循

27、坏码表2. 1.2-2循坏码相位输岀相位45+045+9045+18045+270四进码0123双比特码0 00 11 11 0上图（b）为循环码（或称格雷码）。|然码与循环码在如下关系：(2. 1.2-2)(2. 1.2-3)式子中字母a的下脚标n表示自然码,c表示循环码,a a为双比特码元的前比特。根据以上所述，可以画岀一个完整的四相差分调相（OQPSK）器的方框图如图2. 1. 2-2 所示。7xxxX学本科毕业设计图2. 1.2-2四相差分调相器图中输入的是二进制信息序列。经过串/并行变换，差分编码，四相PSK后，输出四 相DPSK信号。四相信号的差分编码，实际上是四进制符号的差分运算

28、逻辑。四相差分调 相器中的四相调相，实际上是用相对码进行绝对调相，四相调相最常用的双路二相信号 合成由此，我们可得QPSK信号的产生原理图。如图2. 1. 2-3所示。图2. 1.2-3 QPSK信号产生原理图假定输入二进制序列为an, an= “+1” 或“-1”，则在 kTsWtC1图3. 2.1-3二分频D触发器3. 2.2 M序列设计由丁实验需要产生二进制序列，因此，耍设计偶数位循环的M序列。将序列长皮定 为M=10,选用摸10的同步计数器74LS160o令其在状态转移过程中，每一状态稳定时， 输出符合给泄序列要求的信号。在输出信号中，要求包含00, 01, 10, 11四种状态。 由

29、此可以列出其输出真值表，如表3.2. 1-1所示。尸=0Q + QiQo + Q3Q0 = Q3Q2Q1Q0Q3Q0经卡诺图化简，得出(3. 2. 2-1)(W 74LS160摸10同步计数器基础上加上F函数的输出组合电路,就构成产生 “1111000110”序列信号的计数型序列信号发生电路，如图3. 2. 2-1所示。得到实验所 需的二进制信息序列。表3. 2. 2-1 M序列输岀真值表q3Q：Q：QoF00001000110010100111010000101001100011111000110010表3. 2. 2-2输岀卡诺图Q Q：0 00 11 11 00010X10110X011

30、11XX1010XXCP图3. 2. 2-1计数型序列信号发生器电路必须指出，对丁计数型序列信号发生器电路，在同一计数器某础上，加上不同的输 出电路，可以得到循环长度M相同的多组序列信号的输出，但是由丁输出是组合电路， 因此在输出的序列中有可能有“冒险”的毛刺。3. 2.3串/并变换电路设计为了能和四进制的载波相位配介起來，需耍把二进制数据变换为四进制数据，即把 二进制数字序列中每两个比特分成一组，因此需要用串/并变换电路來完成这种二四进 制变换。审/并转换设计电路如图3. 2. 3-1所示图3. 2. 3-1串/并变换电路串/并转换电路主耍由D触发器构成。M序列产生的数码序列串行输入，在移存

31、脉冲作用下，通过第1个时钟脉冲的作用，将输入的第1位数码存入第1级的触发器Q1,在笫2个时钟脉冲作用下，笫2位数码存入Q1,而第1位数码移存至笫2级触发器Q2,由笫5 级D触发器和两个非门组成并行输出指令，作用丁73和Q4,因而在输出端Q3, Q4并行输 出2位数码。其转换波形如图3. 2. 3-2所示。CP串行输入11111 100 | 01 110 1 11 1 111 11 1 1111 1Q31 1L001 11 1 1111 1并懾出1 1 1111 1Q41111010 11 1 11 11 1 111图3. 2. 3-2串/并行转换波形图3. 3电平转换经过串/并变换电路并行输出

32、的双比特码元是两个二进制码元，需耍通过电平转换 器转换成与Z对应的正负电平。负电平代表0,正电平代表1。在实验屮用CMOS传输门电 路实现。电路如图3. 3-1 o当二进制码“1”输入电平转换电路，根据COMS传输门工作原理，TG1不导通，TG2 导通，输出端输出高电平电床。当二进制码“0”进入电平转换电路,根据COMS传输门工作原理,TG1导通，TG2不 导通，输出端输出低电平电压。在木次实验中，根据选择的COMS传输门集成块的型号和电路经过测试后的结果，将 高低电平定为+3V和-3V。因此二进制数“”对应输出+3V高电平，二进制数“0”对应 输出-3V低电平。达到将二进制数字序列转换为对应

33、的高低电平的冃的。17XXX人学本科毕业设计码元输入+3V图3. 3-1电平转换3.1乘法器和加法器3. 4. 1乘法器模拟乘法器是对两个模拟信号（电压或电流）实现相乘功能的的有源非线性器件。主耍功能是实现两个互不相关信号相乘，即输出信号与两输入信号相乘积成止比。在木次实验中，根据需耍，选用集成块MC1496乘法器氏实现，其外接电路如图3. 4.1-1 所不。其中Vc和Vs为乘法器的两个输入端，输入两个相乘信号。+V和-V是两个输出端，可 以将其屮一个接地，从另一端输出，也可以从+V和-V两端Z间输出相乘后得到的信号。3. 4.2加法电路用集成运放加反馈网络构成的运算电路龙來实现两路整加，如图

34、3. 4. 2-1 oR1 二R2二R4二Rf 1 二Rf2=3k Q ,平衡电阻R3=R1/R2/Rf l=lk Q, R5=R4/Rf2=l. 5k Q。图3.4. 2-1加法电路这个电路接成两个反相放大器，由丁电路存在虚短，在P端接地时，N点为虚地。显 然，此电路属丁多端输入的并联负反馈电路，对反向输出节点c可以歸出以下等式： RfRh一/=才/ +才匕(3. 4. 2-1)%0由T* Ri = R? = Rfi，上式变为:(3. 4. 2-2)Rd, R5, Rf2和运放构成一个放人倍数为1的反向放大器，从而使输出信号反向，消 公上式的负号，实现两路信号的吾加。由此便得到QPSK调制信

35、号。4 OPSK解调设计4.1 QPSK解调原理由J-QPSK信号可以看作是两个疋交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lE交相干载波相乘， 解调出1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來恢复。定时信号用位同步恢复电路，可以H接从19xxxX学本科毕业设计输入信号或解调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。其 原理框图如图4.1-1所示。图4.1-1正交解

36、调框图#xxxX学本科毕业设计#xxxX学本科毕业设计4.2 QPSK解调实验设计在实验屮，载波恢复所用的载波是发送方载波，即将晶振产生的10MHz载波经2分频 和反相2分频后得到的同相支路cosct和正交支路sinctfL接加在两个乘法器上，与输 入的受调信号相乘。乘法器选用集成块MC1496，其外接电路如图3.4. 1-1所示。位定时 恢复用的是发送方时钟,即在调制过程中得到的1MHz时钟脉冲。4. 2.1积分判决电路在实验中，积分电路用低通滤波电路实现。如图4.2. 1-1所示。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，車 帚轻，体积小和调试方便等优点，可用在

37、信息处理，数据传输，抑制干扰等方而。根据对频率选择要求的不同，我选择了低通滤波电路。图4. 2.1-1低通滤波器电路22uHI判决电路用电斥比较器实现。电路如图4. 2. 1-2所不。比较器是一种用來比较输入信号和参考电压V的电路，参考电压V加丁运放的反相 端，他可以是lE值，也可以是负值。而输入信号必则加入运放的同相端。这时，运放处 丁开环工作状态，具有很髙的开环电压增益。当输入信号电压V川、丁参考电压V时，运放 将处丁负饱和状态：当输入信号电压升烏到略大丁参考电斥V时，运放乂立即转入正饱 和状态。把比较器输出也EV从一个电平跳到另一个电平时相应的输入电丿卡M值叫门限电 压。由丁M从同相端输

38、入且只有一个门限电压，故称为同相输入单门限电压比较器。 反之，当忆从反相端输入V改接到同相端，则称为反相输入单门限电斥比较器。所以在此 我采用电压比较器能够实现电路电平信号的判决。先用一个较人的电容隔离M流分量， 再将比较门限值定为0,隔氏后的信号序列被用來与门限值0相比较。如果大丁0,则判 决同信道的输出为高电平，如果小于0,则判决同信道的输出为低电平。图4. 2.1-2电压比较电路4. 2.2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。电路如图4. 2. 2-1所示。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

39、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 0,使所有触发器置0。当并行取样脉冲M=1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。以后并行取样脉冲帖0。即如图3. 3-1所示电路，只需要 在第-次并行取样前加清0信号，以后连续工作时不需耍再淸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。CPRd图4. 2. 2-1并/串变换电路由丁前端的模拟正交解调器中所采用的是非相干本振信号，输入基带信号存在着频 差和相位抖动，所以必须采用载波恢复环路來消除这一频差。此外，由FA/D转换采用 的取样时

40、钟，也并非由输入信号中提取出來的，故难以获得保证域佳的取样时间，使得 取样判决后的谋码率增大，所以，需更采用定时恢复环路从输入数据信号中提取出正确 的时钟，用以校占 1定取样所造成的样点误差，以保证抽样判决后，输出端的信号有最 低误码率。当信号经过积分判决后，再经过并/串变换电路，输出的波形如图4. 2. 2-2示。CP?!II并行输入_i_I:I ! IVI图4. 2. 2-2串并变换波形图4.3解调器的分析及设讣在全数字实现QPSK解调的过程中，与AD接口的前端需耍很崗的处理速度，但是这 些处理的算法乂比较简单，FPGA器件独特的并行实时处理的特点刚好可以在这里得到 体现，因此，ADC以后

41、的数字信号处理全部由FPGA來实现叫 解调方框图如图4. 3-1 oI Q图4. 3-1解调方框图解调器主耍有数字下变频，数字AGC,码元定时部分，载波同步部分，FFT H适应 环路带宽设置部分。4. 3.1数字下变频为了恢复基带信号，需要对AD以后的低中频信号再进行下变频。在实现中,是将AD以 后的数字信号与NCO产生的一对相互正交的本地载波相乘，然后分别经过低通滤波器滤 波得到正交的两路基带信号，分别称作同相分SzBI(t)和正交分量z盟(t),此时我们得 到了一个包倉所有的调制信息的零中频的解析信号，BP：乙)=2,)+人陀(/)(4. 3. 1-1)式屮5 (0 = a(/)cos&，

42、= a(/)sin &,其中&在系统未同步之前包禽NC0与载 波之间的频差和相差信息。与模拟下变频相比，由丁两个1E交本振的形成是通过Mat lab 运算得到的直找衣，相乘是通过数学运算來完成的，所以得到的两路畢带信号不存在幅 度差异，理论上其正交性是完全可以得到保证的，但由丁存储椿度的影响，在暈化谋 差。23xxxX学本科毕业设计4. 3.2误差的提取二进制数据a(t), b(t)对频率f的一对正交信号调制并相加，然后经过带通滤波 (BPF)后，发射出去，接收机接收到的信号是受到噪声干扰的己调制信号，该信号再经 频率为f的正交信号数字下变频，经低通滤波后，得到一组同相信号I(n)和止交信号

43、Q(n)：/()= a()cos(qj + 0o)-b()sin(Qo“ + %) + i(4. 3. 2-1)(2(/?) = b(n)cos(a)Qn + 必)+ (/?) sin( a)Qn + %) + n2(4. 3. 2-2)为了消除剩余频偏，可以通过坐标旋转而获得:I ()= /()cos0 + 0(”)sin。(4. 3. 2-3)Q (/?) = Q(jf) cos 0 - / (n) siii(t(4. 3. 2-4)经过旋转变换得:/ (/?) = a(n)cos(A) 一 b(n) sin(A) + “(4. 3. 2-5)Q (“)= /?(/?) cos(A) +

44、a(/?)sin(A) + n2(4. 3. 2-6)由上式可知，如果相位跟踪的好，估计相位比较接近真正的相位，40接近0,T (n) 和Q (n)就是解调出的数据，解调器的主耍工作就是准确的估计出相位，完成解调。 这个过程是用数字处理方法完成的，它类似丁模拟信号处理的鉴相器。和位误差信号实际上就是笏相器的输出，它的人小反映了环路跟踪相位的程度，而 它驱动环路工作时，必须使该误差信号的绝对值有进一步减小的趋势。对QPSK信号， 提取误差的公式为：J = 0()SGN/S / ()SGN0 ()(4. 3. 2-7)可以给H1|(h)|2=1/V2时，不同的p值下提取的误差的曲线如图4. 3.

45、2-1所示。5结束语此次设计基本达到了目的，实现了QPSK的调制解调。虽然由丁经验的不足，在设计 和调试过程中遇到了一些困难，但通过这次的毕业设计，我了解了很多关丁硕件的知识, 并且熟悉和巩固了调制解调的原理和QPSK相关知识。总结來收获上要有以下儿点： 巫新回顾了大学所学的理论知识，在很大程度上提高了I己的动手能力。 了解了进行硬件题目设计所必不可少的儿个阶段和条件。学会了怎样从各种资料中归纳得到门己需耍的内容。提高了实践能力和应用能力，在调试过程小积累了一些经验。学会了一些好的连接和调试电路的方法。毕业设计培养了我严肃认真，实事求是的科学态度，及遇到问题时的应变能力。最后感谢我的导师罗万可

46、教授、孙活老师，他们严谨细致、一丝不苟的工作作风一 苴是我匸作、学习屮的榜样:他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。 这篇论文的每个设计操作细节和每个数据，都离不开你们的细心指导。从课题的选择到 论文的最终完成，罗老师与孙老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。他们不仅在 学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向罗老 师与孙老师致以诚的谢意和崇高的敬意。感谢我的室友们，从遥远的家來到这个陌生的城M甲.，是你们和我共同维系着彼此 之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。四年里，我们 没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所担

47、心的任何不开心的Wo只是今后大 家就难得再聚在一起吃每年元口那顿饭了吧，没关系，各奔前程，大家珍重。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有 多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这电谙接受我诚挚的谢意！最后我 还要感谢培养我长人倉辛妬苦的父母，谢谢你们！25xxxX学本科毕业设计附录实验器件74LS系列引脚图及简耍说明1413121110981Vcc4-8-O-t-GND12 :35(5774LS04六反相器74LS04是6非门（反相器）他的作电斥5V,他的内部含有6个coms反相器，74LS04的 作用就是反相把1变成0,在使用屮请注意不耍芯片的管脚

48、顺序搞错了，上而是芯片的管 脚图。其中奇数脚为输入端，偶数脚为输出端，7脚为地端，14脚为电平输入端。14131211109874LS00四二输入与非门741s00是常用的2输入四与非门集成电路，他的作用就是实现一个与非门。其中1与2, 4与5, 9与10, 12与13是输入端，3、6、8、11脚是输出端，7是地端，14是电平输入端。#xxxX学本科毕业设计141312111098Vcc 2RD 2D 2CP 25 2Q 251RD ID 1CP fSD IQ 1 GND123456774LS74双D触发器各引脚列表引H代円1C1.R19 IO4 3B2DI/47|3(KIIH脾信弓9104 914PR!粉5Qi3710 001以*成坡勿Z电A： 14 Wf500V6Qi36.2R7GNDhi0O8G3 Vtt： 1 IT W9023.71/3.004 L饗川途取)0PR2控制021/021IICLK2时忡仁弓8/420J2uz0JJVJ311CI.R29 IA4 林14%电濛0210 2174LS74是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的 边沿触发凸独发器电路模块。如上表各引脚列表。MR 116vccCP-21S-TCP0-314-00PI-413-01P2 -512-02PS_611-03CEP-710