超高速数字解调中QPSK信号的符号同步研究
qpsk调制解调原理及实现方法
一、概述QPSK调制解调技术是一种数字通信中常用的调制解调方式。
QPSK是Quadrature Phase Shift Keying的缩写，即正交相移键控。
它通过改变正交载波的相位来传输数字信号，具有传输速率高、频谱利用率高的优点，被广泛应用于无线通信、卫星通信、数字电视等领域。
本文将介绍QPSK调制解调的原理和实现方法，以帮助读者更深入地理解这一技术。
二、QPSK调制原理QPSK调制是通过改变正交载波的相位来传输数字信号。
在QPSK调制中，有两路正交的载波信号，分别记为I通道和Q通道。
对于要传输的数字信号，首先将其分为两个独立的部分，分别用来调制I通道和Q通道的载波。
通过改变正弦载波的相位来表示不同的数字信号，从而实现信号的传输。
QPSK调制可以用以下公式表示：S(t) = Icos(2πfct) - Qsin(2πfct)其中，S(t)代表输出的调制信号，I和Q分别是I通道和Q通道的调制信号，fc代表载波频率。
通过改变I和Q的数值，可以实现不同数字信号的传输。
三、QPSK解调原理QPSK解调是指将接收到的QPSK信号转换为原始的数字信号。
在QPSK解调中，接收到的信号经过信号处理后，被分别送入两个相位解调器，得到两个独立的解调信号。
通过合并两个解调信号，即可得到原始的数字信号。
QPSK解调可以用以下公式表示：I = ∫S(t)cos(2πfct)dtQ = -∫S(t)sin(2πfct)dt通过对接收到的信号进行数学处理，得到I和Q的数值，进而实现信号的解调。
四、QPSK调制解调的实现方法1. QPSK调制实现QPSK调制可以通过数字信号处理器（DSP）来实现。
将要传输的数字信号转换为两个独立的调制信号，即I和Q。
将这两个调制信号送入正交调制器，经过信号处理后得到QPSK信号。
通过数模转换器将数字信号转换为模拟信号输出。
2. QPSK解调实现QPSK解调可以通过相位解调器来实现。
接收到的QPSK信号先经过一系列处理，如信号衰减、滤波等，然后被送入两个相位解调器，分别得到I和Q的解调信号。
QPSK调制与解调原理
QPSK调制与解调原理QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）是一种常用的数字调制技术，它可以将数字信息通过调制信号的相位变化来传输。
QPSK调制与解调原理相互关联且较为复杂，本文将从以下几个方面进行详细介绍。
一、QPSK调制原理QPSK调制原理是将两个独立的调制信号按照正交的方式进行相位调制，得到复杂的调制信号。
其中，正交基是指两个正交信号的相位差为90度。
QPSK调制涉及到两个正交信号，分别记作I通道和Q通道。
将数字信号分成两个部分，分别映射为I通道和Q通道的调制信号。
具体过程如下：1.数字信号进行二进制编码，比如00、01、10、112. 对于每个二进制码组合，分别映射到I通道和Q通道的调制信号，通常采用正交调制方法进行映射。
I通道和Q通道的调制信号可以使用正弦和余弦函数进行表示，假设调制信号频率为f，那么I通道的调制信号可以表示为：I(t) = A*cos(2πf*t + θI)，Q通道的调制信号可以表示为：Q(t) = A*sin(2πf*t + θQ)。
3.结合I通道和Q通道的调制信号，可以得到复杂的QPSK调制信号为：S(t)=I(t)+jQ(t)，其中j是单位虚数，表示相位90度的旋转。
二、QPSK解调原理QPSK解调的目标是将复杂的调制信号恢复为原始的数字信息。
解调过程主要包含两个环节，分别是载波恢复和解调。
具体过程如下：1. 载波恢复：接收到的调制信号经过放大和频率移位后，通过相干解调方法将信号分为I通道和Q通道两个分支。
在该过程中，需要从已知的参考信号中恢复出原始信号的频率，并根据频率差异对信号进行对齐。
这样，I通道和Q通道的解调信号可以表示为：I'(t) = S(t) *cos(2π*f*t + θ')，Q'(t) = S(t) * sin(2π*f*t + θ')。
2.解调：在解调过程中，需要根据相位信息对I通道和Q通道的解调信号进行处理，得到原始的数字信号。
实验九qpsk调制与解调实验报告
实验九Q P S K/O Q P S K调制与解调实验一、实验目的1、了解用CPLD进行电路设计的基本方法。
2、掌握QPSK调制与解调的原理。
3、通过本实验掌握星座图的概念、星座图的产生原理及方法，了解星座图的作用及工程上的作用。
二、实验内容1、观察QPSK调制的各种波形。
2、观察QPSK解调的各种波形。
三、实验器材1、信号源模块一块2、⑤号模块一块3、20M双踪示波器一台4、连接线若干四、实验原理（一）QPSK调制解调原理1、QPSK调制QPSK信号的产生方法可分为调相法和相位选择法。
用调相法产生QPSK信号的组成方框图如图12-1（a）所示。
图中，串/并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行的双极性序列。
设两个序列中的二进制数字分别为a和b，每一对ab称为一个双比特码元。
双极性的a和b脉冲通过两个平衡调制器分别对同相载波及正交载波进行二相调制，得到图12-1（b）中虚线矢量。
将两路输出叠加，即得如图12-1（b）中实线所示的四相移相信号，其相位编码逻辑关系如表12-1所示。
（a）（b）图12-1 QPSK调制2、QPSK解调图12-2 QPSK相干解调器由于四相绝对移相信号可以看作是两个正交2PSK信号的合成，故它可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器构成，其组成方框图如图12-2所示。
图中的并/串变换器的作用与调制器中的串/并变换器相反，它是用来将上、下支路所得到的并行数据恢复成串行数据的。
（二）OQPSK调制解调原理OQPSK又叫偏移四相相移键控，它是基于QPSK的改进型，为了克服QPSK中过零点的相位跃变特性，以及由此带来的幅度起伏不恒定和频带的展宽（通过带限系统后）等一系列问题。
若将QPSK中并行的I，Q两路码元错开时间（如半个码元），称这类QPSK为偏移QPSK或OQPSK。
通过I，Q路码元错开半个码元调制之后的波形，其载波相位跃变由180°降至90°，避免了过零点，从而大大降低了峰平比和频带的展宽。
超高速数字解调中QPSK信号的符号同步研究
研究与设计电 子 测 量 技 术ELECTRONIC MEA SUREM ENT T ECH NOLOGY第32卷第6期2009年6月超高速数字解调中QPSK信号的符号同步研究张锦钰1,2 闫 毅1 姚秀娟1 王春梅1(1.中国科学院空间科学与应用研究中心 北京 100190;2.中国科学院研究生院 北京 100190)摘 要:在超高速宽带数字通信中,符号同步是一项关键技术,目前通常采用高效算法+高速处理实现,本文即为解决超高速信号解调中的位同步问题而探索一种滤波算法与误差检测算法:基于F arr ow结构的改进插值滤波法与Gar dner定时误差检测算法。
仿真构建数字化中频数据传输模型,以Q PSK调制信号为例,对比改进的插值滤波器与立方插值滤波器的性能。
Simulink仿真试验表明,在加入时移和频偏的情况下,系统有良好性能。
关键词:符号时钟同步;改进的插值滤波;G ardner算法;四相移键控中图分类号:T N919.3 文献标识码:ASymbol timing recovery in super high speed demodulation for QPSK signalsZ hang Jiny u1,2 Y an Yi1 Y ao X iujuan1 W ang Chunmei1(1.C enter for S pace Science and Applied Res earch Chin ese Academy of Sciences,Beijing100190;2.Graduate University of th e Chinese Academ y of S cien ces,Beijing100190)Abstract:In super hig h speed dig ital co mmunicatio n,symbol timing recov ery is a key t echnique.It s usually realized w ith the adoptio n of efficient algo rithm and hig h speed processing.An impro ved inter po lato r based on Far row structur e and G ardner T iming er ror detection is used to solve the pro blem in this paper.In M F transmission model,the perfor mance of the impro ved interpolator and cubic inter po lato r is co mpar ed.Wit h fr equency offset and time erro r, simulation results prov e that the method is effectiv e.Keywords:sy mbo l tim ing r eco very;impr oved interpolator;g ardner method;Q PSK0 引 言在数字通信系统中,符号时钟同步是一个重要技术,通常采用3种基本方式实现[1]:模拟方式、混合方式和数字方式。
基于FPGA的QPSK高速数字调制系统的研究与实现
基于FPGA的QPSK高速数字调制系统的研究与实现摘要：介绍了一种基于FPGA的QPSK的高速数字调制系统的实现方案。
先从调制系统的基本框图入手，简要介绍其实现原理及流程；然后着重介绍FPGA功能模块的软件编程、优化及整个系统的性能。
关键词：FPGA QPSK 直接序列扩频高速调制1 系统实现原理及流程本调制系统的设计目的是实现高速数字图像传输。
系统的硬件部分主要包括FPGA、A/D转换器、D/A转换器、正交调制器、输出电路等。
根据数字图像传输的特点，采用扩频调制技术。
这是因为扩频方式的抗干扰、抗衰落及抗阻塞能力强，而且扩频信号的功率谱密度很低，有利于隐蔽。
同时，为了提高数据传输的可靠性和有效性，降低信号失真度，减少码间干扰，在调制系统中还加入编码、交比例中项及匹配滤波。
这些处理都在FPGA中实现，使整个调制系统具有可编程的特点，易于根据实际要求进行功能上的扩展和缩减。
系统的原理框图如图1所示。
电路的具体工作过程为：图像信号经过A/D转换器AD9214完成模/数转换，输出信号送入FPGA。
由FPGA对信号进行编码、交织、串/并变换、扩频调制及匹配滤波。
FPGA输出两路数字信号，经过双D/A转换器AD9763实现数/模转换，输出两路模拟信号。
这两路信号经过正交调制器AD8346正交调制输出，实现QPSK调制。
因为正交调制器输出的信号功率较小，所以将其经过模拟放大器放大和带通滤波，之后再送到输出。
在整个调制系统中，FPGA模块的软件设计是最为重要的，也是进行系统优化的主要部分，它的优劣会直接影响整个系统的性能。
下面对这部分进行详细的介绍。
2 软件部分实现原理FPGA模块的软件设计部分包括以下几个方面：编码、交织、串并变换、扩频、匹配滤波以及复位和时钟。
2．1 编码和交织数字通信中经常使用信道编码加交织模块来提高数据传输的可靠性和有效性。
为了达到一定的增益要求，选择卷积码中纯编码增益为3.01的（1,1,6）码（在大信噪比下），并对其进行增信删余。
qpsk调制解调原理
qpsk调制解调原理QPSK调制解调原理。
QPSK是一种常用的数字调制技术，它在数字通信系统中起着重要的作用。
QPSK调制技术可以将数字信号转换为模拟信号进行传输，同时也可以将模拟信号转换为数字信号进行解调。
本文将介绍QPSK调制解调的原理及其在数字通信中的应用。
QPSK调制是一种相位调制技术，它将输入的数字比特流分成两路，分别对应正弦和余弦信号。
在QPSK调制中，每两个相邻的比特被映射为一个复数符号，然后通过改变相位来表示不同的符号。
QPSK调制可以将两路正交的载波信号进行相位调制，从而实现对数字信号的调制。
相比于BPSK调制，QPSK调制可以在相同的带宽内传输两倍的数据，因此在数字通信系统中得到了广泛的应用。
QPSK调制的原理是基于正交载波的调制技术，它将两路正交的基带信号分别调制到正弦和余弦载波上，然后将它们相加得到QPSK信号。
QPSK信号可以表示为：s(t) = I(t)cos(2πfct) Q(t)sin(2πfct)。
其中，I(t)和Q(t)分别代表两路正交的基带信号，fc代表载波频率。
QPSK信号的频谱特性使得它在有限的带宽内可以传输更多的数据，因此在数字通信系统中得到了广泛的应用。
QPSK解调的原理是将接收到的QPSK信号分别与正弦和余弦信号相乘，然后对它们进行滤波和采样得到接收到的数字比特流。
QPSK解调可以通过相干解调和非相干解调两种方式实现。
相干解调是利用已知的载波相位来解调QPSK信号，而非相干解调则是直接对接收到的信号进行解调。
相干解调可以获得更好的性能，但需要接收到已知的载波相位信息；非相干解调则不需要已知的载波相位信息，但性能相对较差。
QPSK调制解调技术在数字通信系统中有着广泛的应用，它可以提高数据传输的效率和可靠性。
在无线通信系统中，QPSK调制可以通过有效地利用频谱资源来提高信道容量；在有线通信系统中，QPSK调制可以提高传输速率和降低误码率。
因此，QPSK调制解调技术在数字通信系统中扮演着重要的角色。
qpsk调制解调
qpsk调制解调QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）是一种数字调制技术，常用于无线通信中对数据进行调制与解调。
它利用信号的相位来携带信息，将每个信号符号映射到特定的相位角度上。
在QPSK调制中，使用两个正交的载波信号进行调制，分别称为I （In-phase）和Q（Quadrature）信号。
这两个信号的相位差为90度，在时钟周期中，可以将一个符号期划分为四个相位，每个相位代表不同的数据。
QPSK调制的实现步骤如下：1. 将原始数据分为两个数据流，分别称为I路和Q路。
可以通过多种方式将原始数据分为两个流，如交织、分组等。
2. 将每个数据流转换为数字信号，通常情况下为二进制（1或0）。
对于I路和Q路，每个二进制位代表不同的相位。
3. 将每个二进制位映射到对应的相位上。
通常情况下，可以使用星座图来代表每个相位的位置。
在QPSK调制中，星座图有四个点，每个点代表一个相位。
4. 将映射之后的信号与I和Q信号进行叠加，得到最终的QPSK调制信号。
调制信号可以通过将I和Q信号分别乘以正弦和余弦函数得到。
QPSK调制的解调步骤如下：1. 接收到QPSK调制的信号，将信号与正弦和余弦函数进行乘法运算，得到I路和Q路信号。
2. 对I路和Q路信号进行采样，获取每个符号周期内的采样值。
通常情况下，采样点与信号的相位有关。
3. 根据采样点的位置，将每个符号周期内的信号归类到相应的区域。
可以使用星座图来辅助识别相位。
4. 将每个区域映射为二进制数据，并重新组合为解调后的原始数据流。
QPSK调制具有以下优点：1. 高效性：QPSK调制可以在每个符号周期内携带两个比特的信息，与BPSK相比，传输效率提高了一倍。
2. 低复杂度：QPSK调制相对于其他高阶调制技术（如16-QAM、64-QAM）来说，实现起来更简单。
它仅需要两个正交的载波来进行调制，降低了硬件的复杂性。
3. 抗噪性好：由于QPSK调制的相位差为90度，使得它对于噪声的干扰具有较好的抵抗能力。
qpsk调制解调原理
qpsk调制解调原理QPSK调制解调原理QPSK调制解调是数字通信技术中广泛使用的一种调制技术。
它是在正交振幅调制（QAM）基础上发展而来。
QPSK是Quadri phaseshift keying的缩写，意为四相移键控。
与其他调制方式相比，QPSK具有带宽效率高，抗干扰能力强等优点，被广泛应用于无线通信领域。
一、QPSK调制原理QPSK调制的原理是将数字信号转化为平面直角坐标系中的点，并通过改变相位来代表数字信息。
具体来说，将原始数字信号先进行分组，每组2个比特数据为一组，把这两个比特数据映射到正交I、Q信号对应的幅度上，即以信号幅度分别表示I、Q以表示一个符号：00 -> +Acos(2πfct+π/4)01 -> +Acos(2πfct+3π/4)10 -> -Acos(2πfct+π/4)11 -> -Acos(2πfct+3π/4)其中，fct为载波的角频率，A为信号幅度。
QPSK调制基于正交信号的技术，将I、Q信号分别调制在正弦波载波上，并且两路信号正交，互不干扰。
二、QPSK解调原理QPSK解调的原理是基于信号正交性的技术。
接收端接收到信号后，首先通过正交器将信号分成I、Q两路信号。
接下来，对两路信号进行滤波，得到两路解调信号。
最后，通过偏移将解调信号与参考信号相匹配，解调出数字信息。
要解决的问题是如何通过两路解调信号得到原始信号。
解决方法是将解调信号进行比较，通过比较确定原始数字信号对应的点位于平面直角坐标系中的哪个象限。
由于QPSK调制是将一组2个比特数据映射到正交I、Q信号对应的幅度上的，所以QPSK解调之后可以得到每组2个比特数据。
三、QPSK调制解调的优缺点QPSK调制解调的优点在于两种不同的相位调制方式使得信号可以在同一频带上传输更多的信息，提高了带宽效率。
此外，由于调制相位只有4种情况，信号相干性强，抗干扰能力强，能适应复杂的调制模式。
但是，QPSK调制解调也有其缺点。
qpsk调制解调
qpsk调制解调QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) 是一种常用的数字调制和解调技术，用于在数字通信系统中传输数字信息。
它是一种相位调制方式，其中两个相位（0度和90度）分别代表两个比特的二进制0和1。
QPSK是一种高效的调制技术，能够有效地在有限的频谱资源中实现高达2倍的数据传输速率。
接下来，我们将详细介绍QPSK调制解调的原理、应用和一些相关的注意事项。
QPSK调制：QPSK调制使用正交信号分量来表示数字信息，其中两个正交分量分别称为I (In-phase) 和Q (Quadrature)。
正交分量的相位差为90度。
整个调制过程可以分为三个主要步骤：编码、映射和载波调制。
首先，将输入的数字信息进行编码，将每一个数字比特映射为一个复数符号。
通常使用二进制比特来表示数字信息，每两个比特对应一个符号。
例如，00表示符号0，01表示符号1，10表示符号2，11表示符号3。
接下来，使用映射表将编码后的符号映射到相应的相位值。
在QPSK调制中，我们有四个离散的相位值来表示不同的符号：0度、90度、180度和270度。
映射表将二进制比特对应到这四个相位值中的一个。
例如，00映射到0度相位，01映射到90度相位，以此类推。
最后，将映射后的符号与两个相位调制载波相乘。
通常，I分量与余弦载波相乘，Q分量与正弦载波相乘。
这样可以生成一个叠加了两个不同相位的调制信号。
QPSK解调：解调过程与调制过程相反。
首先，接收到的调制信号会经过信道传输，并且会受到一定的噪声干扰。
然后，解调器会对接收到的信号进行解调，以恢复原始的数字信息。
解调过程也可以分为三个主要步骤：载波同步、解调和解码。
首先，解调器需要进行载波同步，以找到接收信号中的两个正交相位信号。
这通常通过使用差分解调器和相位锁定环路等技术来实现。
通过比较接收信号中的两个正交分量的相位差，可以准确地恢复出原始信号的相位信息。
接下来，将解调后的信号映射回原始的二进制比特。
QPSK调制解调实验报告
QPSK调制解调实验报告一、实验目的1．把握QPSK调制解调原理。
2．明白得QPSK的优缺点。
二、实验内容1．观看QPSK调制进程各信号波形。
2．观看QPSK解调进程各信号波形。
三、预备知识1．QPSK调制解调的大体原理。
2. QPSK调制解调模块的工作原理及电路说明。
四、实验器材1. 移动通信原理实验箱。
2．20M数字双踪示波器。
五、实验原理1.QPSK调制原理QPSK又叫四相绝对相移调制，QPSK利用载波的四种不同相位来表征数字信息。
由于每一种载波相位代表两个比特信息，故每一个四进制码元又被称为双比特吗元。
咱们把组成双比特码元的前一信息比特用a代表，后一信息比特用b代表。
双比特码元中两个信息比特ab一般是依照格雷码排列的，它与载波相位的关系如表3-1所示，矢量关系如图3-1所示。
图（a）表示A方式的QPSK信号矢量图，图（b）表示B方式的QPSK信号矢量图。
用调相发产生QPSK调制原理框图如下图：解调原理由于QPSK能够看做诗两个正交2PSK信号的合成，故它能够采纳与2PSK信号类似的解调方式进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器组成，其原理框图如下图：六．实验步骤方式的QPSK调制实验（1）将“调制类型选择”拨码开关拨为00010000、0001，那么调制类型选择为A方式的QPSK 调制。
（2）别离观看并说明NRZ码经串并转换取得的‘DI’、‘DQ’两路的一个周期的数据波形。
CH1:NRZ CH2:DI CH1:NRZ CH2:DQ（3）双踪观看并分析说明‘DI’与‘I路成型’信号波形；‘DQ’与‘Q路成型’信号波形；CH1:DI CH2:I路成形 CH1:DQ CH2:Q路成形（4）双踪观看并分析说明‘I路成形’信号波形与‘I路调制’同相调制信号波形；‘Q路成形’信号与‘Q路调制’正交调制信号波形。
CH1: I路成形 CH2: I路调制CH1: Q路成形 CH2: Q路调制（5）用示波器观看并说明‘I路成形’信号与‘Q路成形信号的X-Y波形。
QPSK调制与解调原理
QPSK调制与解调原理QPSK，即四相移键调制（Quadrature Phase Shift Keying），是一种数字通信调制方案。
它使用4个相位状态来表示每个数据符号，每个相位状态代表两个比特的信息。
QPSK调制和解调是无线通信系统中常用的一种数字调制和解调技术。
1. 数据编码：将输入的数字信号转化为二进制码流，通常采用差分编码（Differential Encoding）或格雷码（Gray Coding）编码方式。
2.符号映射：将二进制码流分组成符号序列，并将每个符号映射到一个特定的相位状态。
QPSK调制使用4个相位状态，通常为0°、90°、180°和270°，每个相位状态代表两个比特。
3.符号调制：将每个符号的相位状态转化为实际的连续信号。
在QPSK调制中，每个符号的相位状态转化为两个正交的正弦波分量，分别称为正交载波。
4.输出连续信号：将两个正交载波相加得到输出连续信号，其频谱包含两个正交载波频谱的叠加。
QPSK解调原理如下：1.信号接收：接收到被噪声和干扰影响的QPSK信号。
2.信号分解：将接收到的信号分解为两个正交载波的信号分量。
3. 相位检测：使用相干解调器对分解后的信号进行相位检测。
相位检测方法有多种，常用的方法包括差分相移键控解调（Differential PSK Demodulation）和最大似然相位估计（Maximum Likelihood Phase Estimation）。
4.解调器输出：解调器输出检测到的相位状态对应的二进制码流。
根据调制时的映射方式，每个相位状态可以恢复为两个比特的信息。
1.高效利用频谱：QPSK调制方式可以有效地利用频谱，每个符号携带两个比特的信息，相对于BPSK调制方式能提供更高的数据传输速率。
2.抗噪性能较好：QPSK调制相对于BPSK调制，分配相同的频带宽度，可以提供更好的抗噪声干扰性能。
因为接收端可以将噪声和干扰误差均衡地分配到四个相位状态上。
QPSK、OQPSK、UQPSK信号调制方法识别
04
QPSK、OQPSK、UQPSK 调制方法的应用场景
QPSK调制方法的应用场景
数字电视广播
QPSK调制方法广泛应用于数字电视广播 ，提供高清、流畅的电视信号传输。
VS
卫星通信
在卫星通信领域，QPSK调制方法因其抗 干扰能力强和频谱利用率高等优点而被广 泛应用。
OQPSK调制方法的应用场景
移动通信
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优点
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缺点
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抗干扰能力强：OQPSK调制方式具有较好的抗干扰能力 ，能够在较为恶劣的通信环境下传输数据。
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频谱利用率较高：OQPSK调制方式能够较为有效地利用 频谱资源，提高传输效率。
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实现较为复杂：OQPSK调制方式的实现相对于QPSK来说 较为复杂，成本也较高。
详细描述
不同的调制方法需要使用不同的解调算法。通过尝试使用不同的解调算法对信号 进行解调，可以观察解调结果的质量，从而判断出调制方法。
基于统计特性的识别方法
总结词
通过分析信号的统计特性，可以识别 出调制方法。
详细描述
不同的调制方法会在信号的统计特性 上表现出不同的特征，例如信号的均 值、方差、概率分布等。通过分析这 些统计特性，可以判断出调制方法。
QPPSK、OQPSK、 UQPSK信号调制方法识别
目录
• QPSK、OQPSK、UQPSK调制 原理
• QPSK、OQPSK、UQPSK信号 特性
• QPSK、OQPSK、UQPSK调制 方法识别方法
目录
• QPSK、OQPSK、UQPSK调制 方法的应用场景
• QPSK、OQPSK、UQPSK调制 方法的优缺点比较
QPSK数字化解调中载波同步技术研究
目标函数为 :
e = E{ e I + eQ} 。
2 2
( 14)
当函数取最小值的时候 , 达到载波相位同步 。 上式对变量 θ求导得 :
9 uI 9uQ 9e ( = 2 ( uI - ^ u I) u Q) θ + 2 uQ - ^ θ= 9θ 9 9
2 ( uQ - ^ uQ ) u I - 2 ( u I - ^ u I) uQ 。
( 15)
图3 频偏估计的方差 图4 载波相位估计的方差
9e 当 θ = 0 时 , 目标函数 e 取最小值 , 因此可以得 9 到鉴相的误差信号 :
ud = ^ u I uQ = ^ uQ u I 。
4 结束语
基于信号相位的频差估计算法需要定时信息和
( 16)
3 基于 CAZAC 序列的载波同步算法
1
。
( 12)
1 。 2 NT 修正的克拉美 - 罗 ( Modified Cramer - Rao ) 界
可估计的频偏范围 :| f d | <
( CRLB ) , 其公式如下 :
CRLB =
∫
∞
- ∞
Λ(φ/ A ) p ( A ) d A 。
( 4)
2 载波频差估计和相位校正
211 基于接收信号相位的频差估计算法
Carrier synchronization technology on QPSK signal digital demodulation
NING Guang2zhi1 , QUAN Lu2xian2
(1. Institute of Command and Technology of Equipment , Beijing 101416 ,China ; 2. China Xi’ an satellite Control Center , Xi’ an Shanxi 710043 ,China) Abstract : In this paper , we present the principle of directed decision carrier synchronization and non2directed decision carrier synchronization , discuss the algorithm of carrier frequency deviation estimation based on the phase of signal and the autocorrelation function of signal and propose an algorithm with the preamble of constant amplitude zero autocorrelation ( CAZAC) sequence. The performance of the algorithm based on CAZAC preamble sequence is demonstrated by means of simulation , the results show that the estimation can be usefully exploited. Key words :carrier synchronization ; digital demodulation ; CAZAC sequence
超高速数字解调中QPSK信号的符号同步探索
超高速数字解调中QPSK信号的符号同步探索作者：李亮樊正雪来源：《数字技术与应用》2016年第05期摘要：随着我国科学技术的不断发展，超高速的数字技术在我们国家已经发展的很广泛了。
我们国家研究了一些现代通信技术的解调方面的问题，对此实行了一些相应的技术和方法。
我们可以去模拟一些与通信技术相关的内容，然后去采用解调的技术，可以去利用一些工具去进行一系列的分析和讨论，最后，在经过一些实验去进行验证。
下面就让我们去探讨一下有关超高速数字解调中QPSK信号的符号同步的问题。
关键词：QPSK 符号同步数字通信中图分类号：TN919.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）05-0000-00近几年来，我国通信技术正在迅速的发展着，现如今，已经深入到我们生活的各个方面中。
随着客户的迅速增长，需求也渐渐提高，我们已经不能够满足于他们的需求，通信体系的技术不仅仅要适应于这样的社会需求，还要赶在人们需求之前，做好最新的通信设备。
所以，只有实现解调这一技术，才能够保证通信技术更好的发展。
1数字调制由于社会的需求往往会大于我们所拥有的，所以，现如今的通信系统已经渐渐落后。
只有采用相应的调制方式，才能够去保证信号传输时候工作的效率还有误码的特点。
也只有这样，才会满足于社会群众的需求。
1.1数字调制的特点数字调制是现代通信的重要方法，它与模拟的调制相比往往有着很多的优点。
数字调制能够具备着更好的抗干扰的特点，还有更强的抗信道损耗，还有更好的安全性。
在一般的熟悉传输系统中可以去使用差错控制技术，支持复杂信号条件和处理技术，比如说，信源编码、加密技术以及均衡等。
在数字调制中，调制信号可以表示为符号或者脉冲的时间序列。
1.2QPSK的概念QPSK是四相相移键控信号的简称，它的意思是正交相移键控，是一种常用的数字调制方式。
它一般会分为绝对相移和相对相移两种，由于绝对相移方式存在相位模糊的问题，所以在实际主要的相对移相方式DQPSK。
qpsk解调原理
qpsk解调原理
QPSK是一种常见的调制技术，用于在数字通信系统中传输数字信号。
QPSK解调的原理是将经过QPSK调制的信号恢复为原始的数字信号。
在QPSK调制中，每个数字比特被映射为一个复数符号。
具体来说，每两个比特被映射为一个复数符号，其幅度恒定，但相位可以取四个可能的值(0°, 90°, 180°, 270°)。
这四个相位对应于QPSK调制中的四个符号点。
在接收端，QPSK解调器的任务是将接收到的QPSK信号映射回原始的数字数据。
为了实现这个过程，解调器需要知道每个符号点对应的相位。
QPSK解调的过程可以分为以下几个步骤：
1. 接收并采样信号：接收天线将信号转化为电信号，并对信号进行采样，以获取离散的样本。
2. 信号分离：将接收到的信号分为实部分量和虚部分量。
3. 时钟恢复：通过接收信号中的时钟信息，恢复传输中使用的时钟信号。
4. 匹配滤波：通过匹配滤波器，滤除噪声和多径衰落等干扰，以提高信号质量。
5. 相位误差估计：使用已知的相位参考信号或符号同步技术，估计接收信号相位与发送信号相位之间的差距。
6. 相位补偿：根据相位误差估计值，对接收信号进行相位修正，以恢复原始的相位。
7. 映射：将修正后的相位值映射回原始的数字比特。
8. 解符号：将映射后的符号转化为对应的数字比特。
通过以上步骤，QPSK调制的信号可以被恢复为原始的数字信号。
这个过程中，关键的步骤是相位误差估计和相位补偿，因为准确的相位估计和校正能够降低误码率，提高通信系统的性能。
高码率qpsk解调并行滤波算法研究
高码率qpsk解调并行滤波算法研究一、引言QPSK调制以其高频谱利用率和良好的抗噪声性能，在数字通信领域占有重要地位。
然而，随着数据传输速率的不断提高，传统的串行解调算法已难以满足实时处理的要求。
因此，研究并行滤波算法成为解决这一问题的关键。
本文首先对QPSK调制的基本原理进行简要介绍，然后分析了高码率QPSK解调面临的挑战，最后提出了研究并行滤波算法的必要性和意义。
二、QPSK调制原理及解调挑战QPSK调制通过改变载波的相位来传输数字信息，每个符号携带两个比特的信息。
在接收端，解调器需要准确恢复出原始的比特流。
然而，在高码率条件下，信号受到噪声、多径效应和频偏等多种因素的干扰，导致解调难度增加。
此外，串行解调算法在处理高码率信号时存在处理速度慢、资源消耗大等问题，难以满足实时性要求。
三、并行滤波算法研究为了解决高码率QPSK解调面临的问题，本文提出了并行滤波算法。
该算法利用多个滤波器并行处理接收信号，提高了处理速度，降低了单个滤波器的负担。
具体研究内容包括：1. 滤波器设计：根据QPSK调制的特性，设计适合并行处理的滤波器。
滤波器应具有良好的频率选择性和相位线性度，以减小信号失真。
2. 并行结构设计：研究滤波器的并行实现方式，包括滤波器组的划分、数据分配和同步等问题。
合理的并行结构能够充分利用硬件资源，提高处理效率。
3. 算法优化：针对并行滤波算法中的关键步骤进行优化，如降低计算复杂度、减少资源消耗等。
优化后的算法应能够在保证解调性能的同时，满足实时性要求。
四、实验结果与分析为了验证并行滤波算法的有效性，本文进行了仿真实验和实际测试。
实验结果表明，与传统串行解调算法相比，并行滤波算法在处理高码率QPSK信号时具有更高的解调效率和更低的误码率。
此外，该算法在资源消耗和实时性方面也表现出优势。
五、结论与展望本文研究了高码率QPSK解调的并行滤波算法，通过设计合理的滤波器和并行结构，优化了算法性能。
qpsk复值符号
QPSK复值符号1. 什么是QPSKQPSK（Quadrature Phase Shift Keying）是一种常用的调制技术，用于在数字通信系统中传输数据。
它是一种相位调制技术，可以将数字数据编码为复数形式的信号。
在QPSK中，每个符号代表两个比特。
相比于二进制相移键控（Binary PhaseShift Keying, BPSK），QPSK能够提供更高的数据传输速率。
2. QPSK调制原理QPSK调制通过改变信号的相位来表示数字信息。
它使用两个正交载波，分别称为I （In-phase）和Q（Quadrature）分量。
I分量和Q分量可以看作是正交坐标系中的x轴和y轴。
每个比特被映射到一个复数符号上，这个复数符号由I和Q分量组成。
具体来说，如果要传输的比特为00、01、10或11，则分别对应四个不同的相位：0°、90°、180°和270°。
3. QPSK解调原理在接收端，需要对接收到的信号进行解调以恢复出原始数据。
解调器首先测量接收到的信号与参考载波之间的相位差。
然后将相位差映射到相应的比特值。
由于QPSK每个符号代表两个比特，因此解调器可以恢复出原始数据。
4. QPSK的优点和应用4.1 优点•高传输速率：由于每个符号代表两个比特，QPSK可以提供较高的数据传输速率。
•抗干扰能力强：QPSK在传输过程中对多径效应和噪声有较好的抗干扰能力。
•简单实现：QPSK调制解调器相对简单，实现成本较低。
4.2 应用•数字电视广播：QPSK常用于数字电视广播系统中，可以提供高质量的视频和音频传输。
•卫星通信：由于抗干扰能力强，QPSK被广泛应用于卫星通信系统中，可以实现长距离的数据传输。
•移动通信：QPSK也被用于移动通信系统中，如GSM、CDMA等。
5. QPSK与其他调制技术的比较5.1 BPSK vs. QPSKBPSK是一种二进制相位调制技术，每个符号代表一个比特。
高速数字解调中符号同步技术的研究的开题报告
高速数字解调中符号同步技术的研究的开题报告1.选题背景与意义随着数字通信技术的不断发展，数字通信传输应用越来越广泛，如：数字电视、数字音频、数字对讲、移动通信等。
高速数字解调技术是数字通信领域中的核心技术之一，符号同步是高速数字解调中的一个重要环节。
符号同步是指在接收端将模拟信号数字化后解调出来的数字信号序列中，对每个符号的同步和定时。
符号同步对于数字通信系统的可靠性和传输速率等参数有重要影响，因此符号同步技术的研究和应用一直是数字通信研究的热点问题。
本文将着重研究高速数字解调中的符号同步技术，旨在探究符号同步技术的研究现状和发展趋势，为提高数字通信系统的传输速率和可靠性提供理论依据和技术支持。
2.研究内容与目标本文的研究内容主要涉及以下几个方面：（1）符号同步理论研究：综述符号同步的基本原理和技术，介绍符号同步技术的研究现状和发展趋势。
（2）数字信号的生成和处理：介绍数字信号生成和处理的基本原理，主要涉及数字信号的采样、量化、调制等技术。
（3）常见的符号同步算法：综述常见的符号同步算法，包括基于周期特征的算法、基于样本间隔的算法、基于解调器中的反馈环路的算法等。
（4）符号同步实验研究：利用MATLAB等数学软件或数字信号处理器进行符号同步实验研究，探究不同算法的符号同步效果和优缺点。
本文的研究目标是深入了解符号同步技术，研究不同的符号同步算法，探究其优缺点，并对算法进行实验验证，为数字通信系统的设计和实现提供一些指导和建议。
3.研究方法与技术路线本文采用文献综述和实验研究相结合的研究方法，涉及到MATLAB等数学软件的使用，实验研究内容包括数字信号的生成和处理、常见的符号同步算法的实现、算法的性能评估等。
在实验研究过程中，需要进行数据采集、数据分析，绘制相关的图表和曲线，评估符号同步算法的性能。
具体的研究技术路线如下：（1）文献综述，了解符号同步技术的基本原理、算法及其优缺点，总结符号同步技术的研究现状和未来发展趋势。
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研究与设计电 子 测 量 技 术ELECTRONIC MEA SUREM ENT T ECH NOLOGY第32卷第6期2009年6月超高速数字解调中QPSK信号的符号同步研究张锦钰1,2 闫 毅1 姚秀娟1 王春梅1(1.中国科学院空间科学与应用研究中心 北京 100190;2.中国科学院研究生院 北京 100190)摘 要:在超高速宽带数字通信中,符号同步是一项关键技术,目前通常采用高效算法+高速处理实现,本文即为解决超高速信号解调中的位同步问题而探索一种滤波算法与误差检测算法:基于F arr ow结构的改进插值滤波法与Gar dner定时误差检测算法。
仿真构建数字化中频数据传输模型,以Q PSK调制信号为例,对比改进的插值滤波器与立方插值滤波器的性能。
Simulink仿真试验表明,在加入时移和频偏的情况下,系统有良好性能。
关键词:符号时钟同步;改进的插值滤波;G ardner算法;四相移键控中图分类号:T N919.3 文献标识码:ASymbol timing recovery in super high speed demodulation for QPSK signalsZ hang Jiny u1,2 Y an Yi1 Y ao X iujuan1 W ang Chunmei1(1.C enter for S pace Science and Applied Res earch Chin ese Academy of Sciences,Beijing100190;2.Graduate University of th e Chinese Academ y of S cien ces,Beijing100190)Abstract:In super hig h speed dig ital co mmunicatio n,symbol timing recov ery is a key t echnique.It s usually realized w ith the adoptio n of efficient algo rithm and hig h speed processing.An impro ved inter po lato r based on Far row structur e and G ardner T iming er ror detection is used to solve the pro blem in this paper.In M F transmission model,the perfor mance of the impro ved interpolator and cubic inter po lato r is co mpar ed.Wit h fr equency offset and time erro r, simulation results prov e that the method is effectiv e.Keywords:sy mbo l tim ing r eco very;impr oved interpolator;g ardner method;Q PSK0 引 言在数字通信系统中,符号时钟同步是一个重要技术,通常采用3种基本方式实现[1]:模拟方式、混合方式和数字方式。
传统的数字化接收机通过提取接收信号中的时钟信息来调整接收机A/D采样时钟,这种方法称作同步时钟恢复。
而全数字接收机中,通常采用一个独立于发送端的时钟对接收信号进行直接采样,然后通过插值运算得到信号在最佳判决取样时刻的近似值,这种方法称作异步时钟恢复。
相对于传统的同步时钟恢复,异步时钟恢复具有跟踪和同步时间短、调整范围大、硬件实现简单、成本代价低等优越性,相比更加适用于超高速宽带数字通信解调技术中。
本文是基于软件无线电体系架构,为实现全数字接收而提出一种高效符号同步设计方法,其思想是通过提取时钟误差反馈控制内插达到同步。
时钟误差提取采用独立于载波相位的Gardner算法,插值算法采用改进的基多项式滤波器,此方法可在极大极小意义上对插值滤波器的幅度响应和相位响应进行最优化。
通过仿真试验对比,改进的插值滤波器比立方插值滤波器的同步结果更为准确。
1 插值法的符号时钟同步原理图1给出基于内插滤波的时钟同步结构。
图1 基于内插滤波的时钟同步结构虚线部分是一个反馈型的符号时钟同步模块。
A/D 转换器以独立时钟T s对接收到的模拟信号进行采样。
时钟同步模块由定时误差检测、环路滤波和数控振荡器三部分组成。
数控振荡器根据定时误差检测出的时钟相位误差 获得内插滤波器的控制量m k, k。
经过时钟同步后产生插值信号y(kT i),设调制信号的符号周期为T,有T i= T/k(k是一小整数)。
最后经过抽取得z(n T),信号频率变为符号频率,实现了和发射端平均符号频率匹配。
张锦钰等:超高速数字解调中QPSK 信号的符号同步研究第6期设插值器的冲击响应为h I (t),则插值滤波器的计算式[2]表示为:y(k T i )=y [(m k + k )T s ]=N 2i=N 1x [(mk-i)T s ]h I [(i + k )T s ](1)式中:m k 为基本指针, k 为分数间隔,图2的插值过程表示了它们与T s 和T i 之间的调整关系。
可以看出,基于内插滤波的时钟同步就是要采样、插值、抽样后,得到信号在最佳判决取样时刻的近似值。
图2 插值过程1.1 定时误差检测传统接收机的定时误差检测是通过对模拟连续信号的处理实现的,例如过零检测法、插入导频法、信号微分法等等[3]。
而全数字定时误差算法大体有数据辅助(DA )和非数据辅助(NDA )两种。
文献[1]中提出一种NDA 前馈符号定时算法,适合中频数字接收机,但它需要每个符号取4个采样点。
Gardner 定时误差检测算法[4],一个符号只需要两个采样点,就能在两个采样点之一的位置恢复出最佳采样信号值。
这种算法不受载波相位偏移的影响,也不需要等载波同步完成。
一种改进的Gardner 算法[5]还可减少算法带来的固有噪声,对窄带信号有更好的同步性能。
本文选用一般的Gardner 定时误差算法,计算的表达式:(n)=y( +(n-1/2)T ) {y( +nT )-y( +(n-1)T )}=y (n -1/2){y(n)-y(n -1)}(2)1.2 改进的插值滤波器及其Far row 结构实现在满足奈奎斯特采样速率的情况下,带限输入信号x (t)可以通过其采样值x(mT s )理想插值得x(t)任意时刻t 的值:x(t)=!m=-!x(mT s )s in c[!(t -mT s )/T s ](3)但这无法物理实现。
内插的实质就是低通滤波后的二次抽样,因此插值滤波器都具有类似低通的特性。
如果能根据实际情况调整插值滤波器接近理想特性(边带抑制度大,通带幅度平坦),插值结果就会接近理想结果。
Gardner 等人提出的线性(一阶)、分段抛物线(二阶)、立方(三阶)拉格朗日等多项式插值算法[6]可以逼近理想内插性能,但它们的频谱特性相对固定,不能根据实际情况进一步改善插值效果。
本文采用一种基于多项式基函数的基多项式插值技术[7],它可以给插值滤波器设定多个通带和阻带,以及每个频带所需要的特性。
它的实现复杂度不高,而且插值节点数N 和插值多项式阶数是两个独立的参量,增加插值点数N 并不会使得系统实现复杂度迅速增加,同时还可以进一步改善性能。
插值滤波器脉冲响应表示为h(t)= N 2-1i=-N 2Ln=0c n(i)fn(t -iT s ),-N 2T s ∀t ∀N 2T s (4)式中:f n (t)为多项式基函数f n (t)=2tT s -1n, 0∀t ∀T s , n =0,1,#,L 0,其他(5)一般使用4种基函数就可以取得良好的逼近性能,即取L =3。
c n (i)是可控制的设计参数,并且在线性相位数字插值滤波器中有对称特性,系统实现时可进一步减少乘法操作部件。
设插值滤波器的频率响应为H (f ),为了插值滤波器尽量接近于理想特性,设计参数c n (i)可以在极大极小意义上进行优化,即有最优化问题m in max f ∃X |W (f )[H (f )-D(f )]|(6)式中:X 是由通带和阻带组成的逼近区域,W (f )>0是权重函数,D (f )>0是理想插值滤波器频率响应。
用二次规划法求解[8],就可得最优化插值滤波器的系数c n (i)。
对于多项式滤波器可以用Farrow 结构[9]实现。
采用N =4,L =2的基多项式插值滤波器,用Farrow 结构实现只要2个乘法器和11个加法器,而用直接结构乘法器就要用14个,可见Farrow 结构简化了插值滤波器的设计。
2 仿真试验为验证符号同步算法在实际环境下的性能,根据图3结构在Sim ulink 上搭建仿真模型,其中符号同步模块根据图1搭建。
收发端使用滚降系数为0.4的平方根升余弦滚降滤波器,平均符号能量与噪声功率谱密度(Eb/No)之比为10dB,以2倍符号率对Q PSK 信号进行采样。
改进的基多项式采用N =4,L =2型。
分别在3种情况下(只加时移、只加偏移和同时加入时移和频偏)进行系统仿真,仿真结果使用相同坐标尺度标识。
图3 全数字通信系统第32卷电 子 测 量 技 术2.1 仅加入时移时系统性能加入50%时移(对应采样效果最差的情况),分别采用改进的基多项式插值法和立方插值法进行插值滤波,图4绘出符号时钟同步后的信号星座图。
图4 50%时移下2倍采样的QP SK 信号插值对比图可以看出,针对具体系统,改进的基多项式插值法的星座信号点比立方插值法的星座信号点更加集中,插值结果更为准确。
这是因为根据实际情况求得的改进式插值滤波器系数能使滤波器更逼近理想特性,更符合采样数据频带要求,而立方插值滤波器是一种通用型的滤波器,滤波器系数固定,频谱特性也固定。
这里采用的基多项式插值滤波器(N =4,L =2)实现复杂度低于立方插值滤波器。
2.2 仅加入频偏时系统性能在中频传输中,非同步采样时频率偏差的累积将导致严重后果。
Gardner 算法独立于载波相位,插值滤波可以先于载波同步完成。
仿真中加入0.1%f s 频率偏差,时偏设为0(对应采样效果最佳的情况),分别采用两种滤波器进行插值滤波,检验系统对频率偏差的校正能力。
图5给出输出信号为200点、400点、600点和1000点时的信号星座图。
张锦钰等:超高速数字解调中QPSK 信号的符号同步研究第6期图5 0.1%f s 频偏下2倍采样的Q PSK 信号插值对比图可以看出,采用改进的基多项式滤波器的系统在200个码元开始就逐步锁定最佳采样点,而采用立方滤波器的系统在400个码元开始才逐步锁定,在600个码元以后两者都能锁定最佳采样点,但从锁定时间和信号输出集中度来看,采用改进的基多项式滤波器的系统能更快锁定最佳采样点,而且插值结果更集中。