基于DSP的QPSK调制的设计与实现

l 前言
随着电子技术的快速发展，对通信系统功能的要求不断提高。基于同样的硬件环境，由软件来完成不同的通信功能的方式趋于成熟，通过改变程序可以很灵活地更改通信系统的功能和性能。于是，可编程高速器件如DSP，ARM等成了现代数据通信系统的主要角色。数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，然后在接收端对载波信号的离散调制参量进行检测。
四相相移键控(QPSK)方式已经在数字调制技术中占有越来越重要的地位，该调制方式广泛应用于卫星通信、电缆调制解调、视频会议系统、蜂窝电话和其他数字通信等领域。它具有适中的频谱利用率，很低的比特错误率。由于高速数字信号处理器(如TI公司TMS320系列)的广泛应用，为数字方式实现调制解调器提供了有利的条件，同时省去了大量的硬件电路，如环型滤波器，VCO等。在DSP技术的支持下很容易实现。

2 QPSK的基本原理与算法
2．1 绝对正交相移键控(QPSK)
在绝对相移键控方式中，表达式为：

式中I(t)是同相支路信号，Q(t)是正交支路信号。
图1给出实现QPSK调制的原理。输入的二进制数字信号经过串并转换电路分为两路速率减半的双极性信号：同相信号I(t)和正交信号Q(t)，经低通滤波成形后分别与相互正交的两路载波信号相乘，然后相加即可得到QPSK信号，也可以采用相位选择法来实现QPSK信号，输入的二进制数字信号经串／并转换后，成为双比特码元，而载波发生器产生4种不同相位的载波波形，根据双比特码元的不同组合．每个比特周期从4种不同相位的载波中选择一种输出，然后经带通滤波器滤除带外干扰信号，就得到QPSK信号，这种方式适用于载波频率较高的场合。

设原始数据流为dk(t)=d0d2d2…，取双极性脉冲序列。其值为+1或一1，分别代表O或1，dk(t)经数据分离器分成奇偶两路，dI(t)=d0d2d4…和dQ(t)=d1d3d5…，每路的码元宽度扩展为2T。其中，奇数路数据d0(t)经过时延送入O信道，对载波sinωct进行二相调制；偶数路数据dI(t)送入I信道，对载波cosωct进行二相调制。然后2个信号相加得到四相信号。码元转换时，QPSK信号的相位可能产生90°的跳变，也可能产生180°的跳变，前者发生在2个信道的一路数据改变极性时，后者发生在2个信道的数据同时改变极性时。
2．2 偏移正交相移键控(OQPSK)
在绝对相移键控(QPSK)的调制中，输入的二进制信号经过串并转换后得到的I，Q两路数据是相互对齐的，当输入的数据由00变为11或由Ol跳变为10，即I，Q两路数据同时出现跳变时，输出调制信号的相位会出现π的跳变，其相位变化关系由图2(b)给出，信号在经过限带后有可能出现包络为0的现象，从而使频谱扩展，会对相邻信号产生干扰。另外在传统的锁相环恢复电路中，可能造成本地载波的相位模糊，使解调后的信号出现错误，还要采取措施消除相位模糊，所以实际应用中较少使用绝对相移键控。在第二代的窄带CDMA(IS一95)系统中，下行链路采用QPSK方式，上行链路采用OQPSK方式。

图3给出0QPSK的调制原理。在OQPSK调制中，输入的数据先做串／并转换，分成I、Q两路，然后对Q支路的数据延时半个码元周期，后面和QPSK方式一样。这样每个码元周期内I、Q两路信号中只可能有一路发生变化，调制后信号的相位跳变不会出现π相位跳变。