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2FSK與QPSK混合調制解調技術的研究

作者:毛昕蓉 陳蓉時間:2019-02-26來源:電子產品世界收藏

  作者/毛昕蓉,陳蓉(西安科技大學通信與信息工程學院, 陜西 西安 710054)

本文引用地址:http://www.tsejo.com.cn/article/201902/397977.htm

  摘要:四相相移鍵控()以及頻移鍵控()為常用的短距離無線數字通信制式,憑借良好的抗干擾性能以及簡單的實現方式,在通信領域有著較為廣泛的應用。頻譜利用率比較高、抗干擾性強,廣泛應用于各種通訊系統。實現方式簡單,可異步傳輸,抗噪和抗衰減性能好,在中低速數據傳輸中廣泛應用。本文對兩種調制解調技術進行研究,基于二者調制解調原理,介紹一種新穎的調制解調方式,即QPSK與2FSK解調。對傳統QPSK和2FSK單一調制方式進行改良,將信號混合在一起,通過同一信道同時發射,同時接收解調,提高信道利用率。

  關鍵詞:QPSK;2FSK;

  1 系統概述

  雖然數字調制和解調技術種類繁多,但隨著現代通信需求的增長,人們對調制技術的抗干擾、天抗衰落、頻譜利用和誤差性能提出了越來越高的要求。單一的調制解調技術早已不能夠達到人們的要求,因此本文提出了一種解調技術,以滿足現代通訊的需要。

  本文對傳統的QPSK和2FSK單調制方法進行了改進,對QPSK和2FSK調制信號進行了混合調制。QPSK碼率為2 Mbps,系統時鐘頻率為16 MHz,在9 dB信噪比情況下誤碼率小于0.1%;2FSK碼率為10 kbps,系統時鐘頻率為16 MHz,在 9 dB信噪比情況下誤碼率小于0.1%。

  圖1是發射機系統的框圖。原始信號分為兩個信號:輸入1,輸入2,分別進行QPSK調制以及2FSK調制。由QPSK調制產生的I路信號與2FSK調制產生的I路信號相互疊加,由QPSK調制產生的Q路信號和2FSK調制生成的Q路信號相互疊加。將得到的兩路信號經過數字上變頻模塊合成一路中頻信號,其載波頻率為4 MHz,混頻后進行發射。

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  圖2為接收機系統框圖。首先將接收到的RF信號經ADC采樣量化,使其成為頻率為4 MHz的中頻信號,經過數字下變頻模塊與本振信號相乘,通過濾波分別獲得I路與Q路的混合信號(此時的兩路混合信號即為發射機端的兩路混合信號),把兩路混合信號分別送入2FSK解調模塊與QPSK解調模塊,根據QPSK和2FSK的特點分別對其做相應的模塊解調工作。

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  2 仿真測量結果

  2.1 QPSK調制模塊仿真

  在QPSK發射機中,信源產生的二進制基帶信號經過串并轉換后生成生兩路BPSK信號,然后分別經過雙極性變換和16倍“0”值插值。插值后引入了鏡像頻譜,并且信號的頻帶變窄,如圖3所示。因此要將“0”值插值后的信號通過低通濾波,濾除鏡像頻譜。低通濾波后,基帶信號的頻域波形如圖4所示:

  從濾波后的頻域波形中可以發現,低通濾波器將“0”值插值后信號中產生的鏡像頻帶完全過濾掉了,只保留了原始基帶信號的頻率信息。這樣就得到了QPSK的基帶調制信號。

  2.2 2FSK調制模塊仿真

  圖5所示為20 KHz的正弦NCO和40 KHz正弦NCO的輸出信號接入選通器,生成的2FSK_I路信號,將兩個頻率的余弦NCO輸出信號接入另一個選通器,生成2FSK_Q路信號,Q路與I路信號始終有著90°相位差,采用這種特殊波形,在碼元相關時,一個周期內只會生成一個相關峰,大大優化了峰值檢測和判決的準確度。圖6所示波形為I路的2FSK信號與QPSK信號相加后的波形。

  2.3 QPSK解調模塊仿真

  混合信號的頻譜分量包含20 KHz、40 KHz、1 MHz,在發射端通過正交上變頻模塊經過4 MHz的上變頻后,頻譜進行了4 MHz的搬移,因此在接受端需首先經過4 MHz的下變頻,然后經過一個截止頻率為4 MHz的低通濾波器,濾除多余的頻譜分量,便得到了頻譜在0附近的2FSK頻譜分量和QPSK頻譜分量,再經過一個截止頻率為50 KHz的高通濾波器,我們便能得到僅含QPSK頻率分量的頻譜圖,從而濾掉2FSK進行QPSK的解調。

  在QPSK解調中,我們采取星座圖解調的方法,首先進行兩個16 bit的前頭碼相關,找到相關峰后如圖7,便可以確定信號的起始位置建立新的星座圖坐標系如圖8所示。

  2.4 2FSK接收機系統定點仿真

  正交解調后,我們將2FSK信號進行了40倍抽取,這樣是為了降低采樣頻率和采樣點數,降低數據處理量。對I路與Q路信號分別進行碼元“0”和碼元“1”相關,相關后求平方和,從而得到數值為正的相關峰。進行相關后的波形如圖9、10所示。圖中很容易看出兩種符號相關后的波形存在類似于“互補”狀態的幅值,每個相關峰對應檢測出一個2FSK數據,最終解調得到2FSK波形。

  2.5 混合調制模式下性能測試

  在通信過程中,難免會引入噪聲,白噪聲是通信中經常遇到的噪聲中的一種,在噪聲的干擾下,會影響通信系統的有效性和可靠性,因此需要進行性能評估。根據系統性能要求,對噪聲從0 dB~11 dB進行測試,找到誤碼率達到千分之一以下時的信噪比。如圖為誤碼率曲線:

  從圖中可以發現QPSK在8 dB時,誤碼率為千分之 一,達到誤碼要求;2FSK誤碼率在8 dB時低于千分之一,滿足系統要求。

  3 結論

  本文對傳統的2FSK和QPSK單一調制方式進行了深入學習和改進,將兩種調制信號進行混合,在同一信道完成同時接收和解調,實現了QPSK與2FSK混合調制解調,提升了傳輸信道的頻帶利用效率。另外,本文為實現其它混合模式的調制奠定基礎,相信在不久的將來會有更多的混合調制涌現。

  參考文獻

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本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第3期第66頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處



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