一种正交相移键控调制信号的解调方法技术

本发明专利技术公开了一种正交相移键控调制信号的解调方法，主要解决现有方法载波同步所需时间长、接收灵敏度和动态范围差、相位裕度小及占用资源较多的问题。其实现方案是：把频带信号经AD模数转换后与数控振荡器产生的一对初始正交信号同时相乘，再对其结果分别进行低通滤波得到两路中间信号I及Q；对该两路中间信号依次进行直通、求反、求和、求差运算得到四对结果正交信号；根据四对结果正交信号的值判断接收端与发送端的相位差φ所处的象限及盲相点，用该结果选择四对结果正交信号的符号位输出，得到解调后的基带信号。本发明专利技术减小了信号解调的时延，改善了接收灵敏度和动态范围，提高了相位裕度，减少了硬件资源，可用于电子导航、通信数传系统。信数传系统。信数传系统。

【技术实现步骤摘要】
一种正交相移键控调制信号的解调方法


[0001]本专利技术属于信号处理
，特别涉及一种正交相移键控调制信号的解调方法，可用于电子导航、通信数传系统。

技术介绍

[0002]调制信号是用来改变载波信号某一参数的信号，正交相移键控QPSK信号是调制信号中的一种，用于将载波的相位按基带信号进行改变，其包括一对正交的二进制相移键控BPSK信号。QPSK信号的数据传输率是BPSK信号的2倍，可同时传输2位信息。若设BPSK调制方式的传输基带信号为a(t)，则QPSK调制方式的传输基带信号可设为a(t)和c(t)。发送端用基带信号a(t)及c(t)对正交的载波进行QPSK调制形成QPSK信号，将数字基带信号变成频带信号在空间传输，接收端把QPSK信号解调恢复基带信号a(t)和c(t)，QPSK调制方式常被应用于高速通信数传系统。
[0003]QPSK信号的常规解调通常采用自动频率控制AFC及“四相Costas环”，需要在接收端提取出与发送端信号相同频率和相同相位的本地载波，然后将本地载波与接收的信号相乘。发送端与接收端因相对运动，使得接收端接收到的信号与其本地载波存在多普勒频移和时延，两信号之间的频率偏差导致了相位偏差，最终体现在本地载波与接收的信号之间存在相位偏差φ，该相位偏差值可正可负。
[0004]在数据通信时，当φ≠0引起信噪比下降，从而加大误码率，因此需要本地载波与接收的信号达到同频同相，即载波同步。为减小甚至消除频差以达到同频目的，采用自动频率控制AFC调整本地载波的频率并进行频率捕获，使本地载波的频率对准接收信号的频率，若采用叉积AFC或扫频的方式，会使频率的捕获时间长达毫秒以上；为减小相差以达到同相目的，采用同向正交环即Costas环对本地载波进行相位跟踪，Costas环包含锁相环，属于负反馈环路，达到载波的同步需要一定的建立时间，建立时间越长则同步的保持时间越长，由于瞬时噪声容易造成锁相环失锁，在失锁后需要重新建立频率捕获，再锁定进行载波跟踪。
[0005]在数据通信时，先由AFC电路调整本地载波的频率进行载波捕获，接着采用Costas环调整本地载波的相位进行载波跟踪，当相位差φ＝0或φ处于很小范围内时，可达到载波的同步。在载波同步的情况下，将本地载波与接收信号相乘，经滤波等操作得到基带信号。该方法存在以下不足：
[0006]1.达到载波同步的时间长且易失锁。
[0007]由于该方法的自动频率控制AFC一般采用叉积AFC或扫频的方式，频率的捕获时间长达毫秒以上，相位跟踪采用Costas环，Costas环包含锁相环属于负反馈环路，达到载波的同步同样需要较长的建立时间，且瞬时噪声容易造成锁相环失锁，在失锁后需要重新进行频率捕获及相位跟踪才能再次达到载波的同步。
[0008]2.存在相位截断误差和幅度量化误差，影响应答机的接收灵敏度和动态范围。
[0009]该方法为达到较高的频率分辨率，需要在数控振荡器NCO内存储数目较多的波形点，波形点的幅度和相位的步阶分别存在幅度量化误差和相位截断误差，将引起NCO输出波
形的频谱出现杂散分量、I支路与Q支路的正交性变差，影响接收端的接收灵敏度和动态范围。
[0010]3.相位裕度小。
[0011]设发送端发送的QPSK调制方式的频带信号
[0012]QPSKt(t)＝a(t)
·
cosω0t+c(t)
·
sinω0t＝cos(ω0t+θ)+sin(ω0t+θ)，式中，t是时间，ω0＝2πf0，其中f0是本地载波频率，发送端发送2位的二进制基带信号，a(t)为发送端2位二进制基带信号的高位信号，c(t)为发送端2位二进制基带信号的低位信号，θ表示代表四相调制，θ与a(t)及c(t)有如下对应关系：
[0013]θ＝0时，a(t)＝1，c(t)＝1；
[0014]时，a(t)＝
‑
1，c(t)＝1；
[0015]θ＝π时，a(t)＝
‑
1，c(t)＝
‑
1；
[0016]时，a(t)＝1，c(t)＝
‑
1；
[0017]接收端接收的QPSK调制方式的频带信号
[0018]QPSKr(t)＝a(t)
·
cos(ω0t+φ)+c(t)
·
sin(ω0t+φ)＝cos(ω0t+φ+θ)+sin(ω0t+φ+θ)，式中，接收端与发送端的信号相位差φ＝ω
d
t+β，该φ值可正可负，其中的ω
d
＝2πf
d
，f
d
是多普勒频移，β是初始加延时相位差。接收端的数控振荡器NCO产生正交的本地载波即cosω0t、sinω0t，QPSKr(t)信号与cosω0t、sinω0t分别相乘，分别经低通滤波后生成I支路信号Q支路信号对I支路、Q支路信号分别加减运算得到U＝I+Q＝cos(φ+θ)及W＝I
‑
Q＝sin(φ+θ)。在0
°
≤φ＜90
°
区间，cosφ的值始终为正值，U可代表基带信号a(t)，sinφ的值始终为正值，W可代表基带信号c(t)，若φ超出90
°
范围，cosφ、sinφ的值有了负值，导致U、W反相而误判基带信号a(t)及c(t)，因此要采用载波同步把φ始终控制在90
°
以内，这时的相位裕度为0
°
≤φ＜90
°
。
[0019]4.占用电路硬件资源较多。
[0020]该方法解调时采用自动频率控制AFC和Costas环方式进行载波同步，其中包括鉴频器、鉴相器、环路滤波器等功能电路，均需要占用大量电路硬件资源。

技术实现思路

[0021]本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种正交相移键控调制信号的解调方法，以提高对QPSK信号解调的实时性，改善接收端的接收灵敏度和动态范围，提高相位裕度且减少电路硬件资源占用。
[0022]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0023](1)对接收到的频带信号QPSKr(t)进行A/D模数转换，得到频带信号的数字信号QPSK(n)；
[0024](2)数控振荡器NCO生成一对初始正交信号cosω0n、sinω0n，并根据该初始正交信号生成第一组的第一中间信号I”、第二中间信号Q”；
[0025](3)分别对第一组中间信号I”、Q”进行低通滤波，滤除高频分量，得到第二组的第一中间信号I、第二中间信号Q；
[0026](4)对第二组的中间信号I、Q进行变换，得到第三组的四对中间信号，即第一对中
间信号I
A
、Q
A
，第二对中间信号I
B
、Q
B
，第三对中间信号I
C
、Q
C
，第四对中间信号I
D
、Q
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正交相移键控调制信号的解调方法，其特征在于，包括：(1)对接收到的频带信号QPSKr(t)进行A/D模数转换，得到频带信号的数字信号QPSK(n)；(2)数控振荡器NCO生成一对初始正交信号cosω0n、sinω0n，并根据该初始正交信号生成第一组的第一中间信号I”、第二中间信号Q”；(3)分别对第一组中间信号I”、Q”进行低通滤波，滤除高频分量，得到第二组的第一中间信号I、第二中间信号Q；(4)对第二组的中间信号I、Q进行变换，得到第三组的四对中间信号，即第一对中间信号I
A
、Q
A
，第二对中间信号I
B
、Q
B
，第三对中间信号I
C
、Q
C
，第四对中间信号I
D
、Q
D
；(5)对第三组的四对中间信号分别进行两两求和、求差，得到四对结果正交信号，即第一对结果正交信号U
A
、W
A
，第二对结果正交信号U
B
、W
B
，第三对结果正交信号U
C
、W
C
，第四对结果正交信号U
D
、W
D
；(6)分别取四对结果正交信号的符号位，得到四对结果正交信号的符号位，即第一对结果正交信号符号位U
A
F、W
A
F，第二对结果正信号符号位U
B
F、W
B
F，第三对结果正交信号符号位U
C
F、W
C
F，第四对结果正交信号符号位U
D
F、W
D
F，对这四对符号位分别求反，得到四对反向符号位，即第一对反向符号位
‑
U
A
F、
‑
W
A
F，第二对反向符号位
‑
U
B
F、
‑
W
B
F，第三对反向符号位
‑
U
C
F、
‑
W
C
F，第四对反向符号位
‑
U
D
F、
‑
W
D
F；(7)根据(5)中四对结果正交信号的值，判断接收端与发送端的信号相位差φ所处的象限及盲相点：如果(5)中四对结果正交信号的值均不为0时，判断四对结果正交信号的符号位及其反向符号位的相对关系：若U
A
F＝U
B
F＝
‑
U
C
F＝
‑
U
D
F且W
A
F＝
‑
W
B
F＝
‑
W
C
F＝W
D
F时，则φ处于第一象限；若
‑
U
A
F＝U
B
F＝U
C
F＝
‑
U
D
F且W
A
F＝W
B
F＝
‑
W
C
F＝
‑
W
D
F时，则φ处于第二象限；若
‑
U
A
F＝
‑
U
B
F＝U
C
F＝U
D
F且
‑
W
A
F＝W
B
F＝W
C
F＝
‑
W
D
F时，则φ处于第三象限；若U
A
F＝
‑
U
B
F＝
‑
U
C
F＝U
D
F且
‑
W
A
F＝
‑
W
B
F＝W
C
F＝W
D
F时，则φ处于第四象限；如果(5)中四对结果正交信号的值出现0值时，判断四对结果正交信号的符号位及其反向符号位的相对关系：若W
A
＝U
B
＝W
C
＝U
D
＝0且U
A
F＝W
B
F＝
‑
U
C
F＝
‑
W
D
F时，则φ处于盲相点0；若U
A
＝W
B
＝U
C
＝W
D
＝0且
‑
W
A
F＝U
B
F＝W
C
F＝
‑
U
D
F时，则φ处于盲相点若W
A
＝U
B
＝W
C
＝U
D
＝0且
‑
U
A
F＝
‑
W
B
F＝U
C
F＝W
D
F时，则φ处于盲相点π；若U
A
＝W
B
＝U
C
＝W
D
＝0且W
A
F＝
‑
U
B
F＝
‑
W
C
F＝U
D
F时，则φ处于盲相点(8)根据接收端与发送端的信号相位差φ所处的象限及盲相点，输出相应的符号位得到接收端的2位二进制基带信号的高位信号b、低位信号e：如果φ处于不包括0、π、位置的四...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈华，
申请(专利权)人：陕西长岭电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：