QPSK信號(hào)波形生成電路設(shè)計(jì)

耿健+熊強(qiáng)強(qiáng)

【摘要】 根據(jù)調(diào)相法調(diào)制原理，設(shè)計(jì)了一種QPSK波形生成電路。由M序列產(chǎn)生一組二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列，通過(guò)串、并變換將輸入的信號(hào)序列分為兩兩一組的并行碼，并用傳輸門(mén)電路將其轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的正負(fù)電平。通過(guò)兩個(gè)乘法器分別對(duì)同相載波及正交載波進(jìn)行二相調(diào)制，將兩路輸出疊加，得到調(diào)制的QPSK信號(hào)。

【關(guān)鍵字】 QPSK 電路

一、前言

最近由于低成本微控制器的出現(xiàn)以及民用移動(dòng)電話和衛(wèi)星通信的引入，數(shù)字調(diào)制技術(shù)日益普及。而數(shù)字式調(diào)制方式之一QPSK調(diào)制，具有采用微處理器的模擬調(diào)制方式所有優(yōu)點(diǎn)，通訊鏈路中任何不足均可以借助軟件根除，它不僅可實(shí)現(xiàn)信息加密，而且通過(guò)誤差校準(zhǔn)技術(shù)，使接收到的數(shù)據(jù)更加可靠，另外借助DSP，還可減小分配給每個(gè)用戶(hù)設(shè)備的有限寬帶，頻率利用率得以提高。所以在通訊技術(shù)中，它應(yīng)用越來(lái)越廣泛了。

二、QPSK波形調(diào)制原理

首先將輸入的串行二進(jìn)制信息序列經(jīng)串-并變換，變成m=log2M個(gè)并行數(shù)據(jù)流，每一路的數(shù)據(jù)率是R/m，R是串行輸入碼的數(shù)據(jù)率。I/Q信號(hào)發(fā)生器將每一個(gè)m比特的字節(jié)轉(zhuǎn)換成一對(duì)（pn，qn）數(shù)字，分成兩路速率減半的序列，電平發(fā)生器分別產(chǎn)生雙極性二電平信號(hào)I（t）和 Q（t），然后對(duì)cosωct和sinωct進(jìn)行調(diào)制，相加后即得到QPSK信號(hào)。

三、硬件設(shè)計(jì)

3.1 QPSK波形生成電路原理圖

根據(jù)QPSK調(diào)制原理設(shè)計(jì)出電路結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示：

3.2 二進(jìn)制信息序列

1、載波和時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生。在設(shè)計(jì)中，用晶振電路產(chǎn)生10MHz載波。將載波分頻，用74LS160集成電路實(shí)現(xiàn)，再2分頻，用D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，得到1MHz的時(shí)鐘脈沖。

2、M序列設(shè)計(jì)。由于實(shí)驗(yàn)需要產(chǎn)生二進(jìn)制序列，因此，要設(shè)計(jì)偶數(shù)位循環(huán)的M序列，將序列長(zhǎng)度定為M=10，選用摸10的同步計(jì)數(shù)器74LS160，令其在狀態(tài)轉(zhuǎn)移過(guò)程中的，每一狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)，輸出符合給定序列要求的信號(hào)。在74LS160摸10同步計(jì)數(shù)器基礎(chǔ)上加上F函數(shù)的輸出組合電路，就構(gòu)成產(chǎn)生“1111000110”序列信息的計(jì)數(shù)型序列信號(hào)發(fā)生電路，得到實(shí)驗(yàn)所需的二進(jìn)制信息序列。

3、串/并變換電路設(shè)計(jì)。串/并轉(zhuǎn)換電路主要由D觸發(fā)器[4]構(gòu)成。M序列產(chǎn)生的數(shù)碼序列串行輸入，在移存脈沖作用下，通過(guò)第1個(gè)時(shí)鐘脈沖的作用，將輸入的第1位數(shù)碼存入第1級(jí)的觸發(fā)器Q1，在第2個(gè)時(shí)鐘脈沖作用下，第2位數(shù)碼存入Q1，而第1位數(shù)碼移存至第2級(jí)觸發(fā)器Q2，由第5級(jí)D觸發(fā)器和兩個(gè)非門(mén)組成并行輸出指令，作用于Q3和Q4，因而在輸出端Q3，Q4并行輸出第2位數(shù)碼。

3.3 電平轉(zhuǎn)換

經(jīng)過(guò)串/并變換電路并行輸出的雙比特碼元是兩個(gè)二進(jìn)制碼元，需要通過(guò)電平轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的正負(fù)電平、負(fù)電代表0，正電代表1。

當(dāng)二進(jìn)制碼“1”輸入電平轉(zhuǎn)換器，根據(jù)COMS傳輸門(mén)工作原理，TG1不導(dǎo)通，TG2導(dǎo)通，輸出端輸出高平電壓。

當(dāng)二進(jìn)制碼“0”輸入電平轉(zhuǎn)換器，根據(jù)COMS傳輸門(mén)工作原理，TG1導(dǎo)通，TG2不導(dǎo)通，輸出端輸出低平電壓。

3.4 乘法器和加法器

1、乘法器。模擬乘法器是對(duì)兩個(gè)模擬信號(hào)（電壓或電流）實(shí)現(xiàn)相乘功能的的有源非線性器件。主要功能是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)互不相關(guān)信號(hào)相乘，即輸出信號(hào)與兩輸入信號(hào)相乘積成正比。在本次設(shè)計(jì)中，根據(jù)需要，選用集成塊AD633乘法器實(shí)現(xiàn)。根據(jù)VC和VS 為乘法器的兩個(gè)輸入端，輸入兩個(gè)相乘信號(hào)。W和Z是一個(gè)輸出端，可以將其中一個(gè)接地，從另一端輸出。

2、加法電路。用集成運(yùn)放加反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的運(yùn)算電路[5]來(lái)實(shí)現(xiàn)兩路疊加.R1=R2=R4=Rf1=Rf2=3kΩ，平衡電阻R3=R1//R2//Rf1=1kΩ，R5=R4//Rf2=1.5kΩ。這個(gè)電器接成兩個(gè)反相放大器，由于電路存在虛短，在P端接地時(shí)，N點(diǎn)為虛地。顯然，此電路屬于多端輸入的并聯(lián)負(fù)反饋電路，對(duì)反向輸出節(jié)點(diǎn)c可以寫(xiě)出以下等式：

R4，R5，Rf2和運(yùn)放構(gòu)成一個(gè)放大倍數(shù)為1的方向放大器，從而使輸出信號(hào)反向，消去上式的負(fù)號(hào)，實(shí)現(xiàn)兩路信號(hào)的疊加。由此便得到QPSK調(diào)制信號(hào)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]樊昌信.通信原理[M].國(guó)防工業(yè)出版社.2006.7

[2]章堅(jiān)武.移動(dòng)通信[M].西安電子科技大學(xué)出版社.2007.8

[3]劉國(guó)梁、榮昆璧.衛(wèi)星通信[M]西安電子科技大學(xué)出版社.2001.6