一种双周期QPSK连续相位相移键控调制解调系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双周期QPSK连续相位相移键控调制解调系统，MCU微处理器中的GPIO0引脚作为频率更新控制FQUD信号，GPIO1引脚作为控制字加载时钟WCLK信号输出到DDS波形发生器单元，MCU微处理器用CCS信号对DDS波形发生器单元进行逻辑控制，控制DDS波形发生器的载波频率、初始相位、波形参数；有益效果是实时监控模拟井下连续波脉冲信号数据流和模拟标准载波信号的相位差，以产生满足井下待传输“0”、“1”数字流的时域波形，实现井下数据向上传输，钻井液压力双周期QPSK调制在相同的带宽下,信息传输速率和频带利用率均提高一倍；有效的防止了前后两个10位码元相位相互干扰。

A dual period QPSK continuous phase shift keying modulation and demodulation system and method

The invention discloses a dual period QPSK continuous phase phase shift keying modulation and demodulation system. The GPIO0 pin in the MCU microprocessor controls the FQUD signal as the frequency update, and the GPIO1 pin is output to the DDS waveform generator unit as the control word loading clock WCLK signal, and the MCU microprocessor uses the CCS signal to lob the DDS waveform generator unit. In order to control the carrier frequency, initial phase and waveform parameters of the DDS waveform generator, the beneficial effect is to monitor and simulate the phase difference between the downhole continuous wave pulse signal data flow and the analog standard carrier signal in real time, so as to produce the time domain waveform of \0\ and \1\ digital flow to meet the downhole waiting for transmission, and to realize the downhole data transmission. The dual period QPSK modulation of drilling fluid pressure doubles the rate of information transmission and bandwidth utilization in the same bandwidth, and effectively prevents the mutual interference between the two 10 bit code elements.

【技术实现步骤摘要】
一种双周期QPSK连续相位相移键控调制解调系统及方法
本专利技术涉及石油、天然气钻井设备
，特别是涉及一种用于无线随钻仪器编码
的关于钻井液连续波相位相移键控调制技术。
技术介绍
目前，无线随钻测量系统均采用钻井液脉冲的传输方式。随着无线随钻地质参数的增多，正脉冲发生器的传输速率难以满足现场要求。钻井液压力多进制相移键控(QPSK)连续波是进一步提高井下数据信息传输速率的有效方法。目前QDPSK、QPSK、MPSK钻井液压力载波调信号调制过程中，一比特周期由四个载波周期组成，传输速度和带宽利用率低。因此，市场迫切需要一种双周期钻井液压力波信号QPSK调制方案，以提高传输速度和带宽利用率，避免10位二进制码元相位的相互干扰，造成编码错误。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种双周期QPSK连续相位相移键控调制解调系统及方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种双周期QPSK连续相位相移键控调制解调系统，包括，MCU微处理器单元10、DDS波形发生器20、载波信号单元30、移相器单元40、连续相位相移键控单元50、低通滤波器单元60、双周期QPSK信号单元70、余弦信号单元80、低通滤波器1单元90、判决模块单元100和数据输出单元110；信号调制部分是由所述的MCU微处理器10通过DDS波形发生器单元20分别与载波信号单元30和移相器单元40相互连接，载波信号单元30通过移相器单元40与低通滤波器单元60相互连接，连续相位相移键控单元50与低通滤波器单元60相互连接；信号解调部分是由所述的双周期QPSK型号单元70与余弦信号单元80相乘得到的信号，通过低通滤波器1单元90输出到判决模块单元100，判决模块单元100的输出信号，通过数据输出单元110输出解调后的原信号。所述的MCU微处理器单元10采用集成电路的型号是STM32F373CCT6，DDS波形发生器20采用集成电路的型号是AD9854。信号的处理过程如下：(1)、MCU微处理器单元10中的GPIO0引脚作为频率更新控制FQUD信号，GPIO1引脚作为控制字加载时钟WCLK信号输出到DDS波形发生器单元20；(2)、MCU微处理器单元10用CCS信号对DDS波形发生器单元20进行逻辑控制，控制DDS波形发生器单元20的载波频率、初始相位、波形参数，产生1024种模拟井下连续波脉冲信号数据流和模拟标准载波信号，对于双周期QPSK信号相位突变进行微调，保证信号的连续性；(3)、对于所述过程(2)产生的双周期QPSK信号经过由低通滤波器60产生的余弦信号进行单路相干解调后，通过由微处理器单元10设计出来的低通滤波器输出解调后的双周期QPSK信号。对于所述过程(3)中低通滤波器输出调制后的双周期QPSK信号的解调方式是脉冲幅度的门限判定方式，门限划分与脉冲幅度所对应的码元编码逻辑判断式为：0<LQPSK<＝1/7,码元编码位“00”1/7<LQPSK<＝3/7,码元编码位“01”3/7<LQPSK<＝5/7,码元编码位“10”5/7<LQPSK<＝1,码元编码位“11”。对于所述过程(2)产生的双周期连续波QPSK信号的数学模型表达式为，本专利技术的有益效果是，通过采用CCS对DDS波形发生器进行逻辑控制，控制波形发生器的载波频率、初始相位、波形参数，产生1024种模拟井下连续波脉冲信号数据流和模拟标准载波信号，依据不断调整的转子运行速率，明晰不同相位波形的发生方式和各个相位间转换规则，以产生满足井下待传输“0”、“1”数字流的时域波形，实现井下数据向上传输。实时监控模拟井下连续波脉冲信号数据流和模拟标准载波信号的相位差，实现对于双周期QPSK信号相位突变进行微调，保证信号的连续性；相对于钻井液压力的QPSK调制,钻井液压力双周期QPSK调制在相同的带宽下,信息传输速率和频带利用率均提高一倍；钻井液连续波双周期QPSK调制中，启动和结束波形的相位与载波同时刻的相位一致，有效的防止了前后两个10位码元相位相互干扰。附图说明图1是本专利技术双周期QPSK连续相位相移键控调制解调系统的模拟信号发生器总体结构示意图；图2是本专利技术双周期QPSK连续相位相移键控调制系统的解调原理示意图；图3是本专利技术双周期QPSK连续相位相移键控调制系统的电原理图；图4是本专利技术双周期QPSK连续相位相移键控解调系统的电原理图；图5是本专利技术双周期QPSK连续相位相移键控调制系统的0110110001，0110110010，0110110011时域信号图；图6是本专利技术双周期QPSK连续相位相移键控调制系统的旋转阀速度与旋转阀产生相位差rad对照表；图7是本专利技术双周期QPSK连续相位相移键控调制系统的调整波形逻辑。图中：10、MCU微处理器单元20、DDS波形发生器单元30、载波信号单元40、移相器单元50、连续相位相移键控单元60、低通滤波器单元70、双周期QPSK信号单元80、余弦信号单元90、低通滤波器1单元100、判决模块单元110、数据输出单元110。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：图1是本专利技术双周期QPSK连续相位相移键控调制解调系统的调制电路原理图；图2是本专利技术双周期QPSK连续相位相移键控调制系统的解调集成电路AD9854原理图；如图1所示，本专利技术双周期QPSK连续相位相移键控调制解调系统，包括，MCU微处理器单元10、DDS波形发生器20、载波信号单元30、移相器单元40、连续相位相移键控单元50、低通滤波器单元60、双周期QPSK信号单元70、余弦信号单元80、低通滤波器1单元90、判决模块单元100和数据输出单元110；信号调制部分是由所述的MCU微处理器10通过DDS波形发生器单元20分别与载波信号单元30和移相器单元40相互连接，载波信号单元30通过移相器单元40与低通滤波器单元60相互连接，连续相位相移键控单元50与低通滤波器单元60相互连接；信号解调部分是由所述的双周期QPSK型号单元70与余弦信号单元80相乘得到的信号，通过低通滤波器1单元90输出到判决模块单元100，判决模块单元100的输出信号，通过数据输出单元110输出解调后的原信号。所述的MCU微处理器单元10采用集成电路的型号是STM32F373CCT6，DDS波形发生器20采用集成电路的型号是AD9854。本专利技术信号的处理过程如下：(1)、MCU微处理器单元10中的GPIO0引脚作为频率更新控制FQUD信号，GPIO1引脚作为控制字加载时钟WCLK信号输出到DDS波形发生器单元20；(2)、MCU微处理器单元10用CCS信号对DDS波形发生器单元20进行逻辑控制，控制DDS波形发生器单元20的载波频率、初始相位、波形参数，产生1024种模拟井下连续波脉冲信号数据流和模拟标准载波信号，对于双周期QPSK信号相位突变进行微调，保证信号的连续性；(3)、对于所述过程(2)产生的双周期QPSK信号经过由低通滤波器60产生的余弦信号进行单路相干解调后，通过由微处理器单元10设计出来的低通滤波器输出解调后的双周期QPSK信号。对于所述过程(3)中低通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双周期QPSK连续相位相移键控调制解调系统，其特征在于，包括，MCU微处理器单元（10）、DDS波形发生器（20）、载波信号单元（30）、移相器单元（40）、连续相位相移键控单元（50）、低通滤波器单元（60）、双周期QPSK信号单元（70）、余弦信号单元（80）、低通滤波器1单元（90）、判决模块单元（100）和数据输出单元（110）；信号调制部分是由所述的MCU微处理器（10）通过DDS波形发生器单元（20）分别与载波信号单元（30）和移相器单元（40）相互连接，载波信号单元（30）通过移相器单元（40）与低通滤波器单元（60）相互连接，连续相位相移键控单元（50与低通滤波器单元（60相互连接；信号解调部分是由所述的双周期QPSK型号单元（70）与余弦信号单元（80）相乘得到的信号，通过低通滤波器1单元（90输出到判决模块单元（100），判决模块单元（100）的输出信号，通过数据输出单元（110）输出解调后的原信号。

【技术特征摘要】
1.一种双周期QPSK连续相位相移键控调制解调系统，其特征在于，包括，MCU微处理器单元（10）、DDS波形发生器（20）、载波信号单元（30）、移相器单元（40）、连续相位相移键控单元（50）、低通滤波器单元（60）、双周期QPSK信号单元（70）、余弦信号单元（80）、低通滤波器1单元（90）、判决模块单元（100）和数据输出单元（110）；信号调制部分是由所述的MCU微处理器（10）通过DDS波形发生器单元（20）分别与载波信号单元（30）和移相器单元（40）相互连接，载波信号单元（30）通过移相器单元（40）与低通滤波器单元（60）相互连接，连续相位相移键控单元（50与低通滤波器单元（60相互连接；信号解调部分是由所述的双周期QPSK型号单元（70）与余弦信号单元（80）相乘得到的信号，通过低通滤波器1单元（90输出到判决模块单元（100），判决模块单元（100）的输出信号，通过数据输出单元（110）输出解调后的原信号。2.根据权利要求1所述的双周期QPSK连续相位相移键控调制解调系统，其特征在于，所述的MCU微处理器单元（10）采用集成电路的型号是STM32F373CCT6，DDS波形发生器（20）采用集成电路的型号是AD9854。3.实现权利要求1所述的双周期QPSK连续相位相移键控调制解调系统的方法，其特征在于，信号的处理过程如下：（1）、MCU微处理器单元（10）中的GPIO0引脚作为频率更新控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋晓健，陈景旺，张港生，王岗，徐洪国，董晨曦，王栋，车卫勤，朱新生，姜海峰，
申请(专利权)人：中国石油集团渤海钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12