低信噪比环境下QPSK调制解调器的设计 本文关键词：调制解调器，环境，设计，信噪比，QPSK
低信噪比环境下QPSK调制解调器的设计 本文简介：低信噪比环境下QPSK调制解调器的设计专题技术与工程应用低信噪比环境下QPSK调制解调器的设计陈敬乔,潘申富,汪春霆(中国电子科技集团公司第54研究所,河北石家庄O5()081)摘要介绍了低信噪比调制解调技术的研究背景及其必要性,并指出了低信噪比解调所面临的问题.给出了调制解调器的主要技术参数,并针
低信噪比环境下QPSK调制解调器的设计 本文内容：
低信噪比环境下QPSK调制解调器的设计
专题技术与工程应用
低信噪比环境下QPSK调制解调器的设计
陈敬乔,潘申富,汪春霆
(中国电子科技集团公司第54研究所,河北石家庄O5()081)
摘要介绍了低信噪比调制解调技术的研究背景及其必要性,并指出了低信噪比解调所面临的问题.给出了调制解
调器的主要技术参数,并针对低信噪比提出了一种调制解调器的实现方案,该方案采用在发送数据中插入训练序列的方法,来辅助载波恢复和定时恢复,解决了低信噪比解调的难点问题.该调制器解调器结构简单,适于低信噪比的情况.
关键词QPSK;调制解调;捕获;载波恢复;定时恢复
中图分类号TN76文献标识码A文章编号1003—3106(2oo7)01—0051—02
TheDesignofQPSKModematLowSNR
CHENJing—qiao,PANShen—fu,WANGChun—ting
(The54thResearchInstituteofCETC,ShifiazhuangHebei050081,China)
AbstractThispaperintroducestheresearchbackgroundandnecessitiesofmodulation/demodulationtechniqueatlowSNR,presents
theproblemsthismethodfaces,givesthemaintechnicalparametersofthemodem,andaimingatthelowSNRproblem,putsforwardakind
ofself-designedmodem.Themethodofinsertingatrainingsequenceintotransmitteddataisusedincarrierrecoveryandtimingrecoveryloops.
ThedifficultproblemsofdemodulationatlowSNRayesolved.ThismodemforlowSNRhassimplestructure.
KeywordsQPSK;modulation~demodulation;acquisition;car~errecovery;timingrcN2ovety
0引言
现代通信系统中,由于广泛采用先进的编码技
术(如Turbo码,LDPC码),数据传输对信噪比(Eb/
Ⅳ.)的要求可以降到很低.然而,因为必须在译码
之前进行解调,这就要求接收机能够在较低信噪比
的情况下正常工作,这对接收机的解调方法提出了
苛刻的要求.因此在低信噪比情况下的解调方法受
到越来越多的关注.
目前,国外低信噪比解调器的入锁门限可以达
到0dB(Eb/No)左右,我国的低信噪比解调技术和
国外还有一定的差距.本文提出一种低信噪比调制
解调方法,通过插入训练序列,其入锁门限可以低于
0dB(Eb/No),可以有效支持各种高增益编码.
1主要技术参数
所谓数字调制就是用数字基带信号对载波的某
些参量进行控制,使载波的这些参量随基带信号的
变化而变化.
PSK调制是受键控的载波相位按基带脉冲而改
变的一种数字调制方式.MPSK为M进制相位调制
又称多相制,它是利用载波的多种不同相位来表征
数字信息的调制方式.QPSK是4相绝对移相键控.
QPSK调制技术是等包络,且具有带宽较窄,频带利
用率高,抗干扰能力强等特点,所以QPSK在传统上
作为卫星通信的最佳调制技术.
本文针对采表1低信噪比解调器的技术指标
用QPSK调制的
卫星信号,提出
了数字调制解调
的方案,并给出
了低信噪比解调
器的技术指标,如表1所示.
2调制器设计
功能技术指标
中频接口
信息速率
调制方式
解调方式
入锁门限
纠错编码
解调性能恶化
70MHz
8.192*16/17Mbps
QPSK
相干解调
Eb/0dB
无
1dB
在低信噪比时,载波恢复和定时恢复是一个
难点.本文中,在发送数据中插入训练序列来辅
助载波和定时的恢复,训练序列采用周期为31的
m序列,每16个数据符号插入1个m序列的码片.
接收端首先通过抽取得到训练序列,然后在一个
m序列周期内进行积分,这样就可以将解调时的信
噪比提高15dB,而在15dB时进行载波恢复和定时
恢复都不成问题,这样就解决了低信噪比解调的
难点问题.这种方法的缺点是训练序列会占用发
收稿日期:2006—06—18
2007年无线电工程第37卷第1期51
专题技术与工程应用
送功率,降低有用信号的信噪比,即10lg16+1=
0.26dB.调
制器的设计框
图如图1所
不.
图1调制器框图
调制器的基本工作流程为:输入数据加扰后首
先进行串并变换,然后与m序列进行复接,每16个
数据符号插入周期为31的m序列的1个码片,复接
示意图如图2所示.复接后的信息符号经过成形滤
波器,生成平方根升余弦滚降信号序列,然后输入到
中频模块进行载波调制.
m序列一个周期
帧1帧2帧31
3解调器设计
图2复接示意图
低信噪比解调器设计的关键部分为:载波恢复,定时恢复和信道均衡.通过在原始数据中插入训练
序列,解决了低信噪比时载波恢复入锁难的问题.
但如何对接收数据进行抽取,正确恢复出训练序列,以及对载波进行快速精确的捕获,并且根据信道特
征进行均衡,是解调的重点和难点,解调器的设计框
图如图3所示.
图3解调器框图
解调主程序中包括数字下变频子程序,抽取子
程序,捕获子程序,载波恢复子程序,时钟恢复子程
序,均衡子程序,分接子程序和解扰子程序.
解调的基本工作流程是:解调器前端的模数变
换器以4倍符号速率对t/Q正交2路模拟基带信号
进行采样,产生的2路正交数字信号进入解调器首
先进行数字化匹配滤波;之后进行抽取和训练序列
的捕获,在捕获过程中需要调整抽取位置和本地载
波频率.捕获完成后利用训练序列进行载波恢复,定时恢复和信道均衡.
522007RadioEngineeringVo1.37No.1
数字下变频器将输入信号与本地数字载波进行
复数乘法运算.载波恢复模块提取载波频率和相位
误差,滤波后调整数字下变频器的频率控制字,以使
得本地载波和输入信号的载波基本同频同相,从而
实现相干解调.
抽取模块首先对输入数据进行分段处理,每段
68个数据,对应17个符号(16个信息符号和1个m
序列的码片),然后从中抽取在相位上依次相差1/2
个符号的3个数据(每段从相同的位置抽取)送捕获
模块进行捕获.捕获模块将本地m序列与和抽取
后的序列进行相关运算,并进行门限判决.如果在
一
段时间内不能同步,则说明载波频差太大或抽取
位置不对,此时需要在一定范围内调整本地载波频
率和抽取位置,直到捕获到为止.
捕获完成后,抽取模块的输出即为m序列的超
前,中间和滞后样点.分别对这些样点在1个m序
列周期内进行积分,利用超前和滞后支路的输出可
进行定时恢复,利用中间支路的输出可提取载波误
差.定时恢复利用延迟锁定环实现,载波相位跟踪
利用COSTAS环实现.
高速数据传输时需要进行信道均衡.由于捕获
完成后即获得了m序列的定位,因此可以利用m序
列进行信道均衡.信道均衡采用基于数据辅助的
LMS算法,每17个符号进行一次调整.
分接模块完成与发端复接模块相反的功能,从
均衡后的混合数据中提取信息符号,并恢复符号
时钟.
4结束语
文中介绍了低信噪比时QPSK调制解调器的设
计,简要分析了其原理,特点以及系统结构,指出了该
思路的可行性,解决了低信噪比解调的难点问题.初
步的研究和设计证明,所述的调制器解调器结构简
单,适于低信噪比的情况,具有广阔的应用前景.
参考文献
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海:中国科学院上海冶金研究所,2001:39—50.
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无线电工程,2005,35(5):43—45.
作者简介
陈敬乔女,(198l一),中国电子科技集团公司第54研究所硕
士研究生.主要研究方向:卫星通信.