基于-SystemView的QPSK系统仿真设计.doc

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。

（a）

（b）
图1-1 QPSK调制
表1-1 QPSK信号相位编码逻辑关系
A
1
0
0
1
B
1
1
0
0
a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

图1-2 QPSK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f s=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10f s ，即 500Hz .
3）系统时间设置：通常设系统 Start time=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 Stop time=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20 Hz.
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 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0

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 1 0 1 1 0 0 1 0

下支路 0 1 0 1 1 1 1 0 1

3） 与调制载波相乘之后的波形

1 0 1 1 0 0 1 0

0 1 0 1 1 1 1 0 1
QPSK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