QPSK信號非相干和相干解調算法的研究

楊全 覃榮捷 陶崇強

【摘要】本文主要分析了QPSK基帶信號的非相干解調和相干解調算法。介紹了QPSK信號非相干解調算法和性能，對于相干解調，介紹了載波相位估計的V&V算法。

【關鍵詞】QPSK信號非相干解調相干解調算法

一、QPSK信號解調

經過符號定時同步和載波頻率初始估計的信號rk仍然包含很小的載波頻偏和相偏。對于QPSK調制信號，因為傳送的信息是調制在載波相位上的，所以如果在解調之前仍然存在殘余的頻偏和相偏，那么它們將累計到已調的QPSK信號相位上，并對解調產生影響。

二、非相干解調

2.1非相干解調的原理

QPSK信號的非相干解調用于QPSK差分調制的系統中，其流程框圖如圖1所示。

在QPSK信號的差分調制過程中，先要對數字基帶信號進行串并變換和二元的差分編碼，再進行絕對調相。在接收端，使用非相干解調技術時，不要求對載波恢復，接收端的相位檢測器要判決的變量是前后兩個符號之間的相位差，因此把接收到的前后兩個符號共扼相乘來進行非相干解調。

假設系統收發端的頻差為駐f，相差為駐漬，則接收端經過定時同步和載波頻率初始同步的信號rk表示為：

對數據進行非相干解調是不錯的方法。

三、相干解調

3.1相干解調原理

QPSK信號的相干解調過程需要將載波相位分量鎖定到已調載波信號的相位上，這意味著接收機要從接收信號中估計出通過信道以后傳輸時延所產生的載波相位偏移并加以補償。一般情況下，QPSK信號相干解調系統的框圖如圖2所示。

數據輔助型載波相位估計算法和反饋式載波相位估計算法都有一定的弊端。數據輔助型載波估計算法需要插入導頻，降低了系統的發送效率，反饋式載波相位估計算法進入穩定狀態需要的時間比較長，不適于突發通信系統。因此，如何既不使用導頻輔助，又能快速而準確地估計載波的相偏是一個重點。

假設在接收端信號己經經過了符號定時同步和載波頻率的初始估計，殘余的頻偏比較小，而隨著時間的增長，頻偏將逐漸累計到載波相偏上，表現為載波的相偏隨時間變化是一個緩慢的線性增長或減小的過程。在這種情況下，在相鄰的一段時間間隔內，載波的相位可以認為是相對平穩的，因此在進行載波相位估計時可以不對殘余的頻偏進行處理，而直接將一定范圍內符號的載波相位當作恒定值來處理。

目前，非數據輔助型的前饋型載波相位估計方法中使用較為普遍的是V&V算法。在本文中，還將介紹一種相對簡單的易于星上解調的載波相位估計算法———LBAR算法。

3.2V&V算法

V&V算法一共分為三步，包括去除調制信息，相位估計和后處理。設接收信號為rk。

第一步，去除調制信息。

第三步，進行后處理。

通過公式啄贊n=啄贊n-1+mod（啄-啄贊n-1，仔/2）（8）

對第二步中得到的結果進行后處理，其中，mod（x，y）∈[-y/2，y/2），n表示對相位的第n次估計。后處理主要有兩個作用，一是消除邊界點[-仔/4，仔/4）處相位的抖動，二是當存在載波頻偏時，擴大相位估計的范圍。

當存在載波頻偏時，漬贊n是線性增長或減小的，其變化范圍是[-仔，仔），但在第二步中估計出的相位漬贊的范圍卻是[-仔/4，仔/4）。后處理公式8充分利用了k-1時刻的相位的估計值漬贊n-1，使漬贊n的取值是在漬贊n-1的基礎上變化，因而擴大了截的取值范圍。

四、結語

QPSK解調的非相干解調算法的抗白噪聲性能不如相干解調算法，但是不需要載波恢復，實現簡單；在相干解調算法的載波相位估計中，普遍使用的V&V算法經過三次坐標變換，它的復雜度高。

參考文獻

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