QPSK信號(hào)非相干和相干解調(diào)算法的研究

楊全 覃榮捷 陶崇強(qiáng)

【摘要】本文主要分析了QPSK基帶信號(hào)的非相干解調(diào)和相干解調(diào)算法。介紹了QPSK信號(hào)非相干解調(diào)算法和性能，對(duì)于相干解調(diào)，介紹了載波相位估計(jì)的V&V算法。

【關(guān)鍵詞】QPSK信號(hào)非相干解調(diào)相干解調(diào)算法

一、QPSK信號(hào)解調(diào)

經(jīng)過符號(hào)定時(shí)同步和載波頻率初始估計(jì)的信號(hào)rk仍然包含很小的載波頻偏和相偏。對(duì)于QPSK調(diào)制信號(hào)，因?yàn)閭魉偷男畔⑹钦{(diào)制在載波相位上的，所以如果在解調(diào)之前仍然存在殘余的頻偏和相偏，那么它們將累計(jì)到已調(diào)的QPSK信號(hào)相位上，并對(duì)解調(diào)產(chǎn)生影響。

二、非相干解調(diào)

2.1非相干解調(diào)的原理

QPSK信號(hào)的非相干解調(diào)用于QPSK差分調(diào)制的系統(tǒng)中，其流程框圖如圖1所示。

在QPSK信號(hào)的差分調(diào)制過程中，先要對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行串并變換和二元的差分編碼，再進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相。在接收端，使用非相干解調(diào)技術(shù)時(shí)，不要求對(duì)載波恢復(fù)，接收端的相位檢測器要判決的變量是前后兩個(gè)符號(hào)之間的相位差，因此把接收到的前后兩個(gè)符號(hào)共扼相乘來進(jìn)行非相干解調(diào)。

假設(shè)系統(tǒng)收發(fā)端的頻差為駐f，相差為駐漬，則接收端經(jīng)過定時(shí)同步和載波頻率初始同步的信號(hào)rk表示為：

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行非相干解調(diào)是不錯(cuò)的方法。

三、相干解調(diào)

3.1相干解調(diào)原理

QPSK信號(hào)的相干解調(diào)過程需要將載波相位分量鎖定到已調(diào)載波信號(hào)的相位上，這意味著接收機(jī)要從接收信號(hào)中估計(jì)出通過信道以后傳輸時(shí)延所產(chǎn)生的載波相位偏移并加以補(bǔ)償。一般情況下，QPSK信號(hào)相干解調(diào)系統(tǒng)的框圖如圖2所示。

數(shù)據(jù)輔助型載波相位估計(jì)算法和反饋式載波相位估計(jì)算法都有一定的弊端。數(shù)據(jù)輔助型載波估計(jì)算法需要插入導(dǎo)頻，降低了系統(tǒng)的發(fā)送效率，反饋式載波相位估計(jì)算法進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)需要的時(shí)間比較長，不適于突發(fā)通信系統(tǒng)。因此，如何既不使用導(dǎo)頻輔助，又能快速而準(zhǔn)確地估計(jì)載波的相偏是一個(gè)重點(diǎn)。

假設(shè)在接收端信號(hào)己經(jīng)經(jīng)過了符號(hào)定時(shí)同步和載波頻率的初始估計(jì)，殘余的頻偏比較小，而隨著時(shí)間的增長，頻偏將逐漸累計(jì)到載波相偏上，表現(xiàn)為載波的相偏隨時(shí)間變化是一個(gè)緩慢的線性增長或減小的過程。在這種情況下，在相鄰的一段時(shí)間間隔內(nèi)，載波的相位可以認(rèn)為是相對(duì)平穩(wěn)的，因此在進(jìn)行載波相位估計(jì)時(shí)可以不對(duì)殘余的頻偏進(jìn)行處理，而直接將一定范圍內(nèi)符號(hào)的載波相位當(dāng)作恒定值來處理。

目前，非數(shù)據(jù)輔助型的前饋型載波相位估計(jì)方法中使用較為普遍的是V&V算法。在本文中，還將介紹一種相對(duì)簡單的易于星上解調(diào)的載波相位估計(jì)算法———LBAR算法。

3.2V&V算法

V&V算法一共分為三步，包括去除調(diào)制信息，相位估計(jì)和后處理。設(shè)接收信號(hào)為rk。

第一步，去除調(diào)制信息。

第三步，進(jìn)行后處理。

通過公式啄贊n=啄贊n-1+mod（啄-啄贊n-1，仔/2）（8）

對(duì)第二步中得到的結(jié)果進(jìn)行后處理，其中，mod（x，y）∈[-y/2，y/2），n表示對(duì)相位的第n次估計(jì)。后處理主要有兩個(gè)作用，一是消除邊界點(diǎn)[-仔/4，仔/4）處相位的抖動(dòng)，二是當(dāng)存在載波頻偏時(shí)，擴(kuò)大相位估計(jì)的范圍。

當(dāng)存在載波頻偏時(shí)，漬贊n是線性增長或減小的，其變化范圍是[-仔，仔），但在第二步中估計(jì)出的相位漬贊的范圍卻是[-仔/4，仔/4）。后處理公式8充分利用了k-1時(shí)刻的相位的估計(jì)值漬贊n-1，使?jié)n贊n的取值是在漬贊n-1的基礎(chǔ)上變化，因而擴(kuò)大了截的取值范圍。

四、結(jié)語

QPSK解調(diào)的非相干解調(diào)算法的抗白噪聲性能不如相干解調(diào)算法，但是不需要載波恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)簡單；在相干解調(diào)算法的載波相位估計(jì)中，普遍使用的V&V算法經(jīng)過三次坐標(biāo)變換，它的復(fù)雜度高。

參考文獻(xiàn)

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