基于DSP的信號(hào)解調(diào)QPSK

成績?cè)u(píng)定表學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)專業(yè)電子信息工程課程設(shè)計(jì)題目信號(hào)解調(diào)（QPSK）評(píng)語組長簽字：成績?nèi)掌谀暝氯照n程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院信息科學(xué)與工程專業(yè)電子信息工程學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)課程設(shè)計(jì)題目信號(hào)解調(diào)（QPSK）課程設(shè)計(jì)目的與要求：（1）將模擬信號(hào)（QPSK調(diào)制）解調(diào)成數(shù)字信號(hào)。（2）對(duì)QPSK解調(diào)算法有初步的了解。（3）熟練使用CCStudio3.1。工作計(jì)劃與進(jìn)度安排:2016年11月26日選題目查閱資料2016年12月03日查閱資料2016年12月05日2016年01月07日上機(jī)調(diào)試2017年01月01日撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告、答辯指導(dǎo)教師：年月日專業(yè)負(fù)責(zé)人：年月日學(xué)院教學(xué)副院長：年月日沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)信號(hào)解調(diào)（QPSK）1設(shè)計(jì)任務(wù)及目的1.設(shè)計(jì)任務(wù)（1）將模擬信號(hào)（QPSK調(diào)制）解調(diào)成數(shù)字信號(hào)。（2）對(duì)QPSK解調(diào)算法有初步的了解。（3）熟練使用CCStudio3.1。2.設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)的目的在于通過使用CCStudio3.1軟仿真來實(shí)現(xiàn)DSP中的QPSK解調(diào)過程，學(xué)會(huì)原理圖設(shè)計(jì)，了解QPSK解調(diào)算法以及解調(diào)過程。初步對(duì)QPSK解調(diào)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并在CCS開發(fā)環(huán)境下的軟件調(diào)試，同時(shí)也加深學(xué)生對(duì)A/D實(shí)現(xiàn)過程和設(shè)計(jì)過程的理解。2設(shè)計(jì)原理現(xiàn)代通信的各個(gè)領(lǐng)域均向數(shù)字化方向發(fā)展，解調(diào)技術(shù)也不例外?，F(xiàn)在針對(duì)QPSK調(diào)制方式，提出一種全新的數(shù)字解調(diào)算法。該算法允許本地載波由獨(dú)立的固定頻率振蕩器產(chǎn)生，不需要鎖相的反饋控制，而相干檢測(cè)的所有其它功能均由數(shù)字信號(hào)處理模塊完成。它的功能框圖如圖1所示。圖1QPSK全數(shù)字解調(diào)框圖其中ω1是獨(dú)立的接收載波頻率，1/T是取樣頻率，T是QPSK的碼組寬度。最后的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果表明算法不僅能正確的解調(diào)QPSK信號(hào)，而且可以跟蹤載波的慢漂移。（一）QPSK解調(diào)方案1）全數(shù)字解調(diào)算法的提出參看上圖，接收信號(hào)和接收端載波進(jìn)行正交相乘之后，按1/T速率進(jìn)行取樣，則：（1）其中Ik、Qk為取樣時(shí)刻同相和正交通路的樣值，ψk是第k時(shí)刻對(duì)應(yīng)QPSK碼的相位樣值，?k=?ωkT+?o其中?ω是收發(fā)兩端載波角頻率之差，T是QPSKM碼組寬度，?o是初始相差。nI(k)、nQ(k)是同相、正交通道的噪聲樣值，它們也是呈高斯分布的白噪聲，從Ik、Qk的表達(dá)式中可以看到，Ik、Qk中包含了全部碼字信息及收發(fā)載波頻差的信息，于是可以采用數(shù)字信號(hào)處理方法來恢復(fù)碼源信息并估計(jì)出收發(fā)載波頻差。2）全數(shù)字解調(diào)算法的推導(dǎo)設(shè)收發(fā)載波角頻率差為?ω，一般說載波飄移較慢，可以認(rèn)為它在一段時(shí)間內(nèi)不變，令Ω=?ωT,則（2）其中Ik、Qk是可以觀察的序列，ψk、Ω待估計(jì)，由前式得（3）其中?n(k)是k時(shí)刻相位噪聲。令則（4）其中（5）如果在收端時(shí)?ψk做出了正確的判斷?ψk，則收發(fā)載波頻差的第k個(gè)觀察值（6）規(guī)定取模2π運(yùn)算的值域?yàn)椋?π，π），通常這個(gè)觀察序列{Ωk}采用Kalman一階預(yù)測(cè)算法，可以估計(jì)第k+1個(gè)Ωk+1。如果已經(jīng)有第k個(gè)頻差的估計(jì)值，并假定估計(jì)無誤，則取（7）由估計(jì)出的?ψk就可以按差分規(guī)則得到ψk，于是可以判斷出它是QPSK哪一個(gè)碼組，從而恢復(fù)出QPSK信號(hào)的碼元信息序列。根據(jù)前面的分析可以得出如下數(shù)字信號(hào)處理框如圖2，它是一個(gè)交叉耦合估計(jì)方案。3）Kalman估計(jì)法估計(jì)載波頻差利用Kalman一步預(yù)測(cè)算法，可以得到載波頻差估計(jì)的Kalman濾波算法。（8）圖2QPSK全數(shù)字解調(diào)的數(shù)字信號(hào)處理框圖其中K為濾波器增益系數(shù)，是一個(gè)可調(diào)參數(shù)。（9）從第四部分計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果可以看出，這里迭代初值Ω0選取范圍較大，只要落在收斂范圍內(nèi)即可，一般以發(fā)射端標(biāo)稱頻率未初始。（二）QPSK全數(shù)字解調(diào)的噪聲性能分析1）算法對(duì)載波頻差估計(jì)的均值可以把坐標(biāo)參考系旋轉(zhuǎn)到?k處，這樣噪聲可以看成試（r,?）的矢量，當(dāng)它為窄帶高斯白噪聲時(shí)，r是瑞利分布，ω是在（-π，π）上均勻分布。（10）則有 （11）由此可以得（12）又因噪聲是白色的，前后時(shí)刻不相關(guān)，即（13）另外有：（14）因?yàn)棣冈冢?π，π）之間有mod[Ω]=Ω，所以（15）也就是說對(duì)收發(fā)載波頻差的觀察是無偏的。另外若在高信噪比條件下，k較大時(shí)，Ωk接近Ω，且抖動(dòng)不大，則從Kalman預(yù)測(cè)公式中有（16）2）算法對(duì)載波估計(jì)值得方差圖3加性噪聲干擾的角調(diào)制信號(hào)矢量設(shè)信號(hào)S（t）=αcos(ω0t+?),加性噪聲。（17）它是零均值，則信號(hào)加噪聲成為（18）其腳調(diào)制信號(hào)矢量圖如上圖所示，則相位噪聲表達(dá)式為：（19）在高信噪比條件下在大部分時(shí)間里有Rn(t)<<α,所以（20）令φ（t）=0，則（21）因此相位的抖動(dòng)近似可以看成是零均的。現(xiàn)在再回過來看全數(shù)字解調(diào)算法中頻差觀察值。（22）于是我們可以得到噪聲引起載波頻差觀察值的抖動(dòng)方差為：（23）現(xiàn)在再看Kalman濾波后對(duì)頻差估計(jì)的方差，在高信噪比條件下，我們有估計(jì)Ωk接近Ω，且其抖動(dòng)也不大，則可得出下式：（24）兩邊求方差（25）根據(jù)前面的推導(dǎo)進(jìn)一步得出：（26）再有，在k較大時(shí)，通過計(jì)算得出：（27）令平均信噪比，則（28）即算法對(duì)頻差估計(jì)的抖動(dòng)方差和輸入端信噪比成反比。3）算法誤碼率推導(dǎo)由前述算法可知（29）在高信噪比，k足夠大時(shí)，上述三式可簡化為（30）在前面的推導(dǎo)中已知?n(k)為均零，因此?ψk亦為高斯變量，相位估計(jì)也是高斯變量。（31）令x為均零，方差的高斯變量，其概率分布（32）設(shè)發(fā)送的序列為先驗(yàn)等概，則由最小錯(cuò)誤辨別準(zhǔn)則，x的判決區(qū)近似為及正確判決概率（33）誤碼率（34）3QPSK解調(diào)的DSP實(shí)現(xiàn)Main.cextern

void

qpsk();

#include

"C54MATH.H"

DATA

x[256];

DATA

y[256];//正弦信號(hào)

DATA

Pulse[256];//被調(diào)信號(hào)

DATA

PskSignal[256];//QPSK調(diào)制信號(hào)DATA

PskSignal01[256];

DATA

RecMeg[256];

DATA

RecSig[256];

#define

N

256

void

main()

{

Inti,j;for(i=0;i<N;i++){x[i]=i*0x1000;

}

sine(x,y,N);

for(i=0;i<N;i++)

{j=i/32;switch

(j%4)

{

case

0:

Pulse[i]=-3;break;case

1:

Pulse[i]=-1;break;

case

2:Pulse[i]=1;break;case

3:Pulse[i]=3;break;

}

}//調(diào)用匯編函數(shù)qpskqpsk();for(i=0;i<N;i++)for(;;){};

}

psk_asm.asm

.title"psk_asm.asm"

.global_qpsk

;定義為全局變量，提供給C調(diào)用.global_y

;C程序變量.global

_Pulse

;C程序變量

.global

_PskSignal

;C程序變量

.mmregs

.text_qpsk:

rsbx

CPL

stm

#8-1,AR2

;循環(huán)變量

256/32=8stm

#_y,

AR4stm

#_Pulse,

AR3stm

#_PskSignal,

AR5loop:

ld

*AR3,

Abc

phase0,

AEQ

;若為0狀態(tài)信號(hào)，則相移0

sub

#1,

A

addm

#4,

AR4

bc

phase1,

AEQ

;若為1狀態(tài)信號(hào)，則相移pi/2

sub

#1,

Aaddm

#8,

AR4

bc

phase2,

AEQ

;若為2狀態(tài)信號(hào)，則相移pi

sub

#1,

A

addm

#12,

AR4

bc

phase3,

AEQ

;若為3狀態(tài)信號(hào)，則相移3*pi/2pskend:

addm

#32,

AR3

banz

loop,

*AR2-

ret

phase0:rpt

#32-1

mvdd

*AR4+,

*AR5+

b

pskendphase1:rpt

#32-1

mvdd

*AR4+,

*AR5+addm

#-36,AR4

b

pskend

phase2:rpt

#32-1

mvdd

*AR4+,

*AR5+

addm

#-40,AR4

b

pskend

phase3:rpt

#32-1

mvdd

*AR4+,

*AR5+

addm

#-44,

AR4

b

pskend

.end

Qpsk.cmd-c

-l

rts.lib

-l

c54math.lib

-stack

0x200

-heap

0x200

MEMORY

{

PAGE

0:

INT_PM_DRAM:

origin

=

0080h,

length

=

1000h

PAGE

1:

INT_DM_1:

origin

=

1080h,

length

=

01000h

}

SECTIONS

{

.text:{}

>

INT_PM_DRAM

PAGE

0

.cinit:{}

>

INT_PM_DRAM

PAGE

0

.switch:{}

>

INT_PM_DRAM

PAGE

0

.data:{}

>

INT_DM_1

PAGE

1

.stack:{}

>

INT_DM_1

PAGE

1

.bss:{}

>

INT_DM_1

PAGE

1

.sysmem:{}

>

INT_DM_1

PAGE

1

.const:{}

>

INT_DM_1

PAGE

1

4結(jié)果仿真結(jié)果圖QPSK數(shù)字解調(diào)包括:模數(shù)轉(zhuǎn)換、抽取或插值、匹配濾波、時(shí)鐘和載波恢復(fù)等。在實(shí)際的調(diào)諧解調(diào)電路中，采用的是非相干載波解調(diào)，本振信號(hào)與發(fā)射端的載波信號(hào)存在頻率偏差和相位抖動(dòng)，因而解調(diào)出來的模擬工、Q基帶信號(hào)是帶有載波誤差的信號(hào)。這樣的模擬基帶信號(hào)即使采用定時(shí)準(zhǔn)確的時(shí)鐘進(jìn)行取樣判決，得到的數(shù)字信號(hào)也不是原來發(fā)射端的調(diào)制信號(hào)，誤差的積累將導(dǎo)致抽樣判決后的誤碼率增大，因此數(shù)字QPSK解調(diào)電路要對(duì)載波誤差進(jìn)行補(bǔ)償，減少非相干載波解調(diào)帶來的影響。此外，ADC的取樣時(shí)鐘也不是從信號(hào)中提取的，當(dāng)取樣時(shí)鐘與輸入的數(shù)據(jù)不同步時(shí)，取樣將不在最佳取樣時(shí)刻進(jìn)行所得到的取樣值的統(tǒng)計(jì)信噪比就不是最高，誤碼率就高，因此，在電路中還需要恢復(fù)出一個(gè)與輸入符號(hào)率同步的時(shí)鐘，來校正固定取樣帶來的樣點(diǎn)誤差，并且準(zhǔn)確的位定時(shí)信息可為數(shù)字解調(diào)后的信道糾錯(cuò)解碼提供正確的時(shí)鐘。校正辦法是由定時(shí)恢復(fù)和載波恢復(fù)模塊通過某種算法產(chǎn)生定時(shí)和載波誤差，插值或抽取器在定時(shí)和載波誤差信號(hào)的控制下，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換后的取樣值進(jìn)行抽取或插值濾波，得到信號(hào)在最佳取樣點(diǎn)的值，不同芯片采用的算法不盡相同，例如可以采用據(jù)輔助法(DA)載波相位和定時(shí)相位聯(lián)合估計(jì)的最大似然算法。QPSK是一種頻譜利用率高、抗干擾性強(qiáng)的數(shù)調(diào)制方式,它被廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中.適合衛(wèi)星廣播。例如,數(shù)字衛(wèi)星電視DVB2S標(biāo)準(zhǔn)中,信道噪聲門限低至4.5dB,傳輸碼率達(dá)到45Mb?s,采用QPSK調(diào)制方式,同時(shí)保證了信號(hào)傳輸?shù)男屎驼`碼性能.通過本文介紹和程序示例可以清楚的看到QPSK解調(diào)在A/D中的作用。5.結(jié)論與體會(huì)討論一種QPSK解調(diào)的DSP實(shí)現(xiàn)方案,該方案利用CCS及MATLAB仿真已證明能夠?qū)崿F(xiàn)QPSK的解調(diào)功能。此算法可以應(yīng)用各種數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中的基帶處理單元,完成數(shù)字信號(hào)的QPSK解調(diào),然后送入中頻發(fā)送單元從而完成數(shù)字信號(hào)的無線傳輸。相信隨著DSP芯片的廣泛應(yīng)用,有關(guān)于數(shù)字信號(hào)解調(diào)DSP實(shí)現(xiàn)的技術(shù)研究將會(huì)越越來深入,應(yīng)用前景將更加廣泛。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中對(duì)我來說收獲最大的是那些分析和解決問題的方法與能力。從分析任務(wù)書到如何找到設(shè)計(jì)原理以及采用什么平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)原理都是環(huán)環(huán)相扣的一個(gè)過程哪一個(gè)步驟出現(xiàn)了問題都會(huì)給最終的設(shè)計(jì)帶來麻煩。我的理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)它需要我將學(xué)過的相關(guān)知識(shí)都系統(tǒng)地聯(lián)系起來對(duì)學(xué)過的理論進(jìn)行深入的理解這就為我們以后進(jìn)行社會(huì)生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。通過本次課程設(shè)計(jì)我真切的體會(huì)到了理論與