基于软件无线电qpsk调制解调实现的研究毕业论文(编辑修改稿)

基于软件无线电qpsk调制解调实现的研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

信国家重点实验室承担。 他们对软件无线电体系结构进行了研究，提出了基于交换网络的硬件平台。 中国科学院空间科学与应用研究中心研制了采用软件无线电技术的空基遥科学指令接收机，调试时在不改变硬件的前提下完成了对 BPSK 与 QPSK 两种调制方式的解调。 还有其他一些研究机构提出在卫星遥控系统、靶场移动终端、 GPS 等场合采用软件无线电技术。 甚至有人预言软件无线电系统将成为遥测的“万能工具”。 基于软件无线电 QPSK 调制解调实现的研究 17 目前，在我国第三代移动通信已全面铺开，用户可以通过手机终端、笔记本终端无线高速上网 ，收看电视节目。 而且与 GSM 网络完美兼容，不能不说是与软件无线电技术的发展和技术成熟有着紧密的联系。 基于软件无线电 QPSK 调制解调实现的研究 18 第二章 软件无线电中的调制解调实现的研究 本章主要讨论软件无线电中的数字调制 和解调 的原理。 软件无线电具有灵活性、可扩展性等主要特点，这主要是因为软件无线电的所有功能都是用软件来实现的，通过软件的增加、修改或升级就可以实现新的功能。 可以说，功能的软件化是软件无线电的最大优势之一。 同样，我们这章所要讨论的软件无线电中的调制 和解调 最终也要通过软件来实现。 软件无线电系统结构 软件无线电的 核心思想在于使宽带 A/D 与 D/A 转换器件尽可能靠近天线，将模拟信号尽早数字化，然后采用高速数字信号处理芯片作后续处理，通过软件来实现各种无线通信功能。 一个软件无线电系统主要由三大部分构成 :包括天线在内的射频处理模块、宽带 A/D与 D/A转换器件、高速数字信号处理模块。 理想的软件无线电如下图 2一 1 所示 图 21 理想软件无线电 由于天线与 ADC 器件带宽等因素限制，上述的理想软件无线电 ( SWR ) 目前无法实现，工程上实现的称为软件定义的无线电 (Software 基于软件无线电 QPSK 调制解调实现的研究 19 defined radio )。 在一个软件无线电 ( SDR )系统中， A/D 器件的位置非常重要，称为数字接入点，它表明了数字化处理的起点。 软件无线电要求系统的全部可编程性，包括可编程的射频 (RF)频带、信道接入模式以及信道调制等等，这是它与多模式无线电等的区别所在。 从信号流的角度分析了软件无线电系统的结构，包括以下几 个部分 : 实时信道处理流 实时信道处理实现无线通信系统基本信息流处理，包括射频子系统、宽带 A/D 与 D/A 变换、信道分离、调制解调、安全处理 (加 /解密 )等等。 环境管理流 环境管理包 括无线电环境识别与高级控制，属于近实时信息流。 它可以从频域、时域、空域多个角度描述无线电环境，完成信道识别、环境参数如信道干扰电平估值等等。 环境管理采用模块化操作，如快速傅立叶变换 (FFT)、小波变换、波束成形矩阵算法进行数据处理，提取信道参数后控制实时信道处理。 在线自适应 在线自适应功能的目的是根据无线电环境实现信噪比 (SNR)/误比特率 (BER)优化，频带与模式选择优化等，提供高的服务质量 (QoS)。 离线软件支持 离线工具包括实现系统分析、增强信号处理等的软件平台。 软件无线电凭借离线软件 (软件工厂 ) 而支持业务增强。 它允许定义增强的业务如改进的波束成形、均衡器、网络解码器等等。 这些改进可以纳入到样机的信道处理流中，进行参数设置试验， 基于软件无线电 QPSK 调制解调实现的研究 20 图 22 软件无线电信号流 排除算法中的错误，最后确定改进的价值 (增加的用户密度 ) 以及耗费的资源 (I/O 带宽、时间延迟、处理容量等 )。 基于软件的增强可以与开放体系结构软件接口标准一致，于是可以通过空中接口分发到其它软件无线电节点。 这样，软件无线电通信网就可以提供新的业务。 软件无线电中的调制 实现的研究 连续波数字调制是以正弦信号 (可以是高频 正弦信号，也可以是音频正弦信号 )为载波，调制信号为数字信号的调制方式。 数字信号的载波传输，就是指以正弦信号为载波传输或运载数字信息的信息传输方式。 数字信号可以看成是模拟信号的特殊情况，在这种意义上可以把连续波数字调制看成是连续波模拟调制的特殊情况。 基于软件无线电 QPSK 调制解调实现的研究 21 数字调制的基本类型主要有振幅键控 (ASK)，频移键控 (FKS)和相移键控 (PSK)等等。 如果按照常规的方法，产生每一种信号就需要一个硬件电路，甚至一个模块，那么要使一部通信机中产生几种、十几种通信信号，其电路就会极其复杂，体积重量都会很大。 如果要增加一种新的 调制方式就非常困难。 软件无线电中的各种调制信号是以一个通用的数字信号处理平台为支撑，利用各种软件来产生的。 每一种调制算法都做成软件模块形式，要产生某种调制信号只需调用相应的模块即可。 由于各种调制用软件来实现，因此在软件无线电中，可以不断地更新调制模块的软件来适应不断发展的调制体制，具有相当大的灵活性和开放性。 软件无线电的各种调制完全可以基于数字信号处理技术来实现。 在当代通信中，通信信号的种类很多，下面仅就 PSK 信号的实现方法加以讨论。 从理论上来说，各种通信信号都可以用正交调制的方法加以实现。 具体的方法 是把信号分成同相分量 (I 路 )和正交分量 Q(路 )，然后再分别调制。 可以写出它的时域表达式。 S(t)=I(t)cos(ω ct)+Q(t)sin(ω ct) （ 21） 其中，ω c为载波频率。 调制信号的信息包含在 I(t)和 Q(t)内。 由于各种调制信号都是数字域实现的，因此，在数字域实现时要对式 (2 一1)进行数字化。 S(n)=I(n)cos (nω c/ω s)+Q(n)sin(nω c/ω s) （ 22） ω s为采样频率的角频率。 在对调制信号和载波频率进行数字化时，其采样频率可能 不一样。 我们可以采用多相滤波器来提高数据源的采样速率，使得调制信号的采样速率和载波的采样速率一致。 基于软件无线电 QPSK 调制解调实现的研究 22 下面就几种典型的数字调制方式作一介绍。 ASK 调制实现的研究 一个二进制振幅键控信号可以表示为一个单极性脉冲与一个正弦波相乘，即 （ 23） 式（ 23）中， g(t)是持续时间为 T 的矩形脉冲， an 为信源给出的二进制符号 0,1。 如果令 （ 24） 那么 （ 25） 因此，要实现正交调 制，只要令 I(t)=0 （ 26） Q(t)=m(t) （ 27） 就可以实现 2ASK 调制。 FSK 调制实现的研究 2FSK 信号是符号 O对应载波角频率为 1 ，符号 1对应载波角频率为2 的己调波形。 它可以用一个矩形脉冲对一个载波进行调频实现，其表达式为 基于软件无线电 QPSK 调制解调实现的研究 23 （ 28） 式中， na 的取值为 0， 1， g(t)为矩形脉冲 , 为 an 的反码， T 为码元周期。 因此，只要把调制数据序列形成矩形脉冲，并把 2FSK 看成两个 ASK 信号 相加就可以了，并令 （ 29） （ 210） 然后再利用 式 (2－ 6)，式 (2－ 7)就可以实现正交调制。 PSK 调制实现的研究 2PSK方式是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的数字调制方式。 2PSK 的信号形式一般表示为 : （ 211） 式中， na 的取值为 1， +1，即发送二进制符号 0 时 na 取 1，发送二进制符号 1 时 na 取 1。 这种调制方式的正交实现与 2ASK 信号十分类似。 在用 2PSK 调制方式时由于发送端以某个相位作为基准，因而在接收端也必须有这样一个固定的基准相位作参考。 如果参考相位发生变化，则接收端恢复的信息就会出错。 即存在“倒π”现象。 为此在实际中一般采用养分相移键控 (2DPSK)。 2DPSK 是利用前后相邻码元的相对载波相位去表示数字信息的一种表示方法。 2DPSK 和 2PSK 只是对信源数据的编码不同。 在实现 2DPSK 调制时，只须把 2PSK 码序列变成 2DPSK 码，其他的操作和 2PSK 完全相同。 假设在 2PSK 调制时，数字信息 0 用相位 0，数字信息 1 用相位π表示，在 2DPSK 调制时数字信息 0 用相位变化 0,数字信息 1 用相位变化π表示，则 2PSK 和 2DPSK 调制举例如下。 基于软件无线电 QPSK 调制解调实现的研究 24 数字信息 : 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 2PSK 相位 : 0 0 π π π 0 0 π 0 π 2DPSK 相位 : 0 0 π 0 π π π 0 0 π 在实现 2DPSK 调制时，只要先把原信息序列 (绝对码 )变换成相对码，然后进行 2PSK 调制就可以了。 相对码就是按相邻符号不变表示原信息 0，相邻符号改变表示原信息 1 的规律变换成的。 上述信息码的相对码为 : 2DPSK 编码 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 软件无线电中的解调实现的研究 为了便于信号发射，提高信道利用率、发射功率以及改善通信质量，人们研制出各种通信信号的调制样式，相对于调制的逆过程――解调也因调制样式的不同而不一样，解调方法大致有相干解调和非相干解调二类。 一般而言相干解调性能比非相干解调好，在某些场合利用非相干解调的主要原因是其解调电路简单，硬件成本低。 在解调需要用硬件电路实现的时代，当然有其存在的理由，但其不足也是显而易见的，如非相干解调过程中通常存在的“门限效应”。 软件 无线电中由于大部分功能用用软件实现，硬件的总体成本降低。 在软件无线电中解调一般采用数字相干解调的方法。 数字相干解调从原理上讲与模拟相干解调法一样。 常见用于模拟解调电路的一般相干解调法（指用一个同频同相的本地载波去相干解调），当同频同相不满足时，解调就会严重失真。 例如，在移动通信中，接收到的信号受到严重衰落时，提取出来的载波质量往往达不到要求，特别是在多谱勒效应等引起的频偏环境下更是如此。 由于正交解调法在一定程度上能克服以上这些弱点，因此，软件无线电的解调一般采用数字正交解调法。 一般调制都基于软件无线电 QPSK 调制解调实现的研究 25 能用正交调制法进行， 也就是说，正交解调法从理论上说可以对几乎所有的调制样式进行解调。 尽管调制样式多种多样，但实质上调制不外乎用调制信号去控制载波的一个（或几个）参数，使这个参数按照调制信号的规律而变化的过程。 载波可以是正弦波或脉冲序列，以正弦型信号作为载波的调制叫做连续波调制。 对于连续波调制，已调信号的数字表达式为：  120 s i n24( ) c o s c m n nTTmS n A n a      （ 2－ 12） 调制信号可以分别“寄生”在已调制信号的振幅 A(n)、频率 ()n 和相位 ()n 中，相应的调制就是调幅、调频及调相这三大类熟知的调制方式。 由于频率与相位有着一定的关系，为便于分析，可将式（ 2－ 12）改写为  ( ) ( ) c o s ( )cS n A n n n （ 213） 式中， c 表示载波角频率。 所以，    ( ) ( ) c o s ( ) c o s ( ) ( ) s in ( ) s in ( )( ) c o s ( ) ( ) s in ( )ccI c Q cS n A n n n A n n nX n n X n n   （ 214） 式中，  ( ) ( ) co s ( )IX n A n n （ 2－ 15）  ( ) ( ) sin ( )QX n A n n （ 2－ 16） 这就是我们所希望获得的同相和正交两个分量，根据 ()IXn、 ()QXn，就可以对各种调制样式进行解调。 基于软件无线电 QPSK 调制解调实现的研究 26 下面就几种典型的数字解调 方式作一介绍。 ASK 解调实现的研究 ASK 信号表达式：。