基于SystemView的QPSK系統(tǒng)仿真設(shè)計

1、QPSK系統(tǒng)仿真設(shè)計摘要： 該設(shè)計運用 SystemView 仿真軟件搭建 QPSK 調(diào)制與解調(diào)仿真電路。QPSK利用載波的四種不同相位表征數(shù)字信息。其中調(diào)制部分采用正交調(diào)相法，解調(diào)部分采取正交相干解調(diào)的方法解調(diào)。通過仿真結(jié)果觀察 QPSK 的波形，該設(shè)計可實現(xiàn)QPSK調(diào)制與解調(diào)功能。關(guān)鍵詞： SystemView；QPSK；調(diào)制；解調(diào) 0 引 言調(diào)制識別技術(shù)在軍事、民用領(lǐng)域都有十分廣泛的應用價值，近年來一直受到人們的關(guān)注。隨著更多調(diào)制方式的使用，調(diào)制識別技術(shù)也在不斷向前發(fā)展，并應用于各個領(lǐng)域。數(shù)字調(diào)制信號又稱為鍵控信號，調(diào)制過程可用鍵控的方法由基帶信號對載頻信號的振幅、頻率及相位進行調(diào)制。這

2、種調(diào)制的最基本方法有3種：振幅鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)。根據(jù)所處理的基帶信號的進制不同，它們可分為二進制和多進制調(diào)制(M進制)。多進制數(shù)字調(diào)制與二進制相比，其頻譜利用率更高。其中QPSK(即4PSK)是MPSK(多進制相移鍵控)中應用較廣泛的一種調(diào)制方式。交錯正交相移鍵控(OQPSK)是繼QPSK之后發(fā)展起來的一種恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)，是QPSK的一種改進形式，也稱為偏移四相相移鍵控(offset-QPSK)技術(shù)。為此，本文研究了基于SystemView的QPSK的調(diào)制解調(diào)電路的實現(xiàn)方法，并給出了其在SystemView環(huán)境下的仿真結(jié)果。1 設(shè)計課題原理（一）QPS

3、K調(diào)制解調(diào)原理1、QPSK調(diào)制QPSK信號的產(chǎn)生方法可分為調(diào)相法和相位選擇法。用調(diào)相法產(chǎn)生QPSK信號的組成方框圖如圖1-1（a）所示。圖中，串/并變換器將輸入的二進制序列依次分為兩個并行的雙極性序列。設(shè)兩個序列中的二進制數(shù)字分別為a和b，每一對ab稱為一個雙比特碼元。雙極性的a和b脈沖通過兩個平衡調(diào)制器分別對同相載波及正交載波進行二相調(diào)制，得到圖1-1（b）中虛線矢量。將兩路輸出疊加，即得如圖1-1（b）中實線所示的四相移相信號，其相位編碼邏輯關(guān)系如表1-1所示。（a）（b）圖1-1 QPSK調(diào)制表1-1 QPSK信號相位編碼邏輯關(guān)系A(chǔ)1001B1100a路平衡調(diào)制器輸出b路平衡調(diào)制器輸出合

4、成相位09045180901351802702250270315將信號源產(chǎn)生的偽隨機碼進行串/并變換。串/并變換器將輸入的二進制序列分為兩個并行的雙極性序列。雙極性的a和b脈沖通過兩個平衡調(diào)制器分別對同相載波及正交載波進行二相調(diào)制，然后將兩路輸出疊加，即得到QPSK調(diào)制信號。2、QPSK解調(diào)圖1-2 QPSK相干解調(diào)器由于四相絕對移相信號可以看作是兩個正交2PSK信號的合成，故它可以采用與2PSK信號類似的解調(diào)方法進行解調(diào)，即由兩個2PSK信號相干解調(diào)器構(gòu)成，其組成方框圖如圖1-2所示。圖中的并/串變換器的作用與調(diào)制器中的串/并變換器相反，它是用來將上、下支路所得到的并行數(shù)據(jù)恢復成串行數(shù)據(jù)的。

5、相干載波直接從調(diào)制端引入，因此解調(diào)器中的載波與調(diào)制部分的載波同頻同相。在實際系統(tǒng)中，相干載波是通過載波同步獲取的，相干載波的頻率和相位只有和調(diào)制端相同時，才能完成相干解調(diào)。載波調(diào)制的模擬相乘器輸出包括高頻和低頻信號，經(jīng)過低通濾波器濾除高頻成份，得到低頻調(diào)制信號。定時抽樣判決實現(xiàn)幀同步和位同步并將方波信號變成數(shù)字基帶信號。I、Q兩路基帶信號實現(xiàn)并/串轉(zhuǎn)換。2 課題設(shè)計思想(一)設(shè)計思想：四相絕對移相鍵控QPSK利用四種不同的相位表征數(shù)字信息。首先將一路隨機序列通過串并轉(zhuǎn)換分成兩路（分別延時一個、兩個碼元周期，采樣，保持），分別對同相載波及正交載波進行二相調(diào)制，將兩路輸出疊加形成調(diào)制信號。調(diào)制信號

6、通過信道傳輸后在接收部分進行解調(diào)，接收信號分別與正交的相干載波相乘，通過低通濾波器抽樣判決（采樣器保持器使波形幅度均衡），形成兩路PSK信號，通過并串轉(zhuǎn)換（輸入一串01脈沖序列選擇上下支路的碼元）合成一路4PSK即QPSK信號。(二) 仿真電路設(shè)計框圖：仿真參數(shù)設(shè)置 1）信號源參數(shù)設(shè)置：基帶信號碼元速率設(shè)為R=1/T=20 波特，QPSK信號載頻設(shè)為f s=50Hz (說明：載頻 設(shè)得較低，目的主要是為了降低仿真時系統(tǒng)的抽樣率，加快仿真時間。) 2）系統(tǒng)抽樣率設(shè)置：為得到準確的仿真結(jié)果，通常仿真系統(tǒng)的抽樣率應大于等于 10 倍的載頻。本次仿真取10f s ，即 500Hz .3）系統(tǒng)時間設(shè)置：

7、通常設(shè)系統(tǒng) Start time=0。為能夠清晰觀察 QPSK 信號每個碼元波形，在仿真時一般取系統(tǒng) Stop time=8T10T。4）其它參數(shù)設(shè)置：延時器1、2分別延遲1個、2個碼元周期；抽樣器3、4的采樣速率為50Hz ；低通濾波器截止頻率為20 Hz.3 課題仿真結(jié)果及分析輸入信號波形、QPSK 信號波形及解調(diào)輸出信號波形下圖所示。1） 輸入PN序列 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0最終解調(diào)輸出：分析：輸入序列與輸出序列完全一致，由此可見實現(xiàn)了解調(diào)2） 串并轉(zhuǎn)換，分別為上下支路仿真結(jié)果。上支路 1 0 1 1 0 0 1 0 下支路 0 1 0 1 1 1 1

8、 0 13） 與調(diào)制載波相乘之后的波形1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1QPSK調(diào)制后的波形:4)解調(diào)時與載波相乘后的波形5） 通過低通濾波器后添加抽樣、保持器使波形平滑：分析：通過對比，這兩路波形與串并轉(zhuǎn)換后的上下支路波形完全一致最后經(jīng)并串轉(zhuǎn)換后形成的序列波形與出入的PN序列完全一致4 結(jié) 論1）由實驗仿真結(jié)果可知，理論上的調(diào)制解調(diào)方案可通過軟件仿真確定其可行性；2）一種方案可采用不同的器件實現(xiàn)其功能；3）正交相移鍵控(QPSK)：一次調(diào)制兩個比特的相移鍵控方案，選擇四種載波相移的一種(0、90、180或270度)。相同帶寬條件下，QPSK可承載傳統(tǒng)PSK調(diào)制兩倍的信息量。QPSK用于傳輸MPEG2