一种用于DQPSK解调的相位判断方法

唐志英

(江苏省惠山中等专业学校 实训中心,江苏 无锡 214153)

随着移动通信技术的飞速发展,通信系统及通信方法也得到了飞速的发展。其中四相相移键控(DQPSK)就是一种很好的移动通信技术[1][2]。目前,DQPSK在数字解调中需要进行相位判断,数字解调过程中如何正确有效的还原相位变化是十分关键和重要的步骤[3]。

对于传统的DQPSK数字解调信号,误码率允许在5%以下。最简单的相位判断方法只要设定一个阈值,二相的信号只要和该阈值比较,低于阈值时相位状态就为0,高于阈值时相位状态就为 1;四相的信号只要设定两个阈值,加上0正好划分出4个区域,根据信号幅值落在哪个区域来确定最终的相位状态是00,01,10,11四个状态中的一个。但是对于某些信号(例如：丽音(Near Instantaneous Companded Audio multiplex,NICAM)信号)解调的相位判断,误码率很高,不能简单的设定几个阈值来界定相位状态。因为总会有一些点会在阈值附近,一旦出现了判断错误就严重影响到后面的数字解码。所以探寻一种误码率很低的相位判断方法来确保后面的数字解码显得十分重要。

1 相位判断方法

由于传统的DQPSK数字解调的误码率达不到要求,为了解决此技术问题提出的一种用于 DQPSK解调的相位判断方法包括：

1)根据 DQPSK调制信号的信号频率和 AD采样频率确定一个固定值n;

2)判断每个AD采样点和与相邻采样点的相位差DP所处的相位区域,相邻采样点之间有(n-1)个采样点;

3)统计与对应的相邻采样点的相位差DP处于同一相位区域的连续的 AD采样点的个数;

4)根据 3)中每次统计的所述 AD采样点的个数判断该次统计对应的信号相位变化并对下一次相位判断进行修正。

由上述方法判断后能得到精确的相位落入区域。

2 实现步骤

在现有的移动通信技术中,信号接收端所接受的信号,如电视信号,可以包括音频信号(如丽音信号)和视频信号。若用DQPSK技术,接收端可以接收相应的中频信号。该中频信号经过AD采样和转换,然后滤除其中除DQPSK调制信号以外的其他信号,从而得到DQPSK调制信号。下面以DQPSK调制的丽音信号为例来说明文中提供的 DQPSK解调的相位判断方法实现的步骤。

步骤1 根据丽音信号的信号频率FZ和AD采样频率Fs确定一个固定值n,其计算公式如式(1),也就是n取Fs/Fz的整数部分。

步骤 2 判断每个 AD采样点(即当前采样点)和与其对应的相邻采样点的相位差DP所处的相位区域。

将每个AD采样点和与其对应的相邻采样点做差分运算,得到所述每个AD采样点和与其对应的相邻采样点的相位差DP的正弦值sin(DP)、余弦值cos(DP);其中,所述差分运算可采用公式：

式中,CP为AD采样点的相位,PP为AD采样点对应的相邻采样点的相位,DP为当前采样点与其相邻采样点的相位差。

根据所述正弦值sin(DP)、余弦值cos(DP)判断所述每个 AD采样点和与其对应的相邻采样点的相位差DP所处的相位区域。可采用以下判断方法：

当sin(DP)≤cos(DP)且-sin(DP)≤cos(DP),DP处于第一相位区域;

当sin(DP)≥cos(DP)且-cos(DP)≤sin(DP),DP处于第二相位区域;

当sin(DP)≥cos(DP)且-cos(DP)≥sin(DP),DP处于第三相位区域;

当 sin(DP)≤cos(DP)且 -sin(DP)≥cos(DP),DP处于第四相位区域。

相邻采样点指的是在当前采样点之前并与当前采样点之间有(n-1)个采样点的采样点。那么每个 AD采样点都有一个相邻采样点与其对应。

图1 四象限相位区域划分示意

判断方法如下：

将相位空间划分为 4个相位区域 (见图1)：-45°到45°为第一相位区域,记为相位区域0;45°到135°为第二相位区域,记为相位区域 2;135°到 225°为第三相位区域,记为相位区域 3;225°到 315°为第四相位区域,记为相位区域 1。 那么,如果 sin(DP)小于等于 cos(DP)并且-sin(DP)小于等于cos(DP),则该相邻两点的相位差DP大于等于-45°并且小于等于 45°,落在相位区域 0。

步骤 3 统计与对应的相邻采样点的相位差 DP处于同一相位区域的连续的 AD采样点的个数;也就是统计相位状态相同的 AD采样点的个数。

经 AD采样并转换后顺次得到一系列的数字信号的采样点,统计连续有多少个 AD采样点与其相邻采样点的相位差DP落在同一个相位区域i内,即对应的相位状态相同。例如有一段数字信号包含 100个 AD采样点,按先后顺序分别有 10个相位状态为0的 AD采样点、90个相位状态为1的 AD采样点。那么对于这段数字信号需进行 2次统计,第一次统计结果为相位状态为 0的 AD采样点的个数为10,第二次统计结果为相位状态为 1的 AD采样点的个数为 90。

用SI(m,i)表示第m次统计有SI(m,i)个AD采样点与其相邻采样点的相位差DP落在同一个相位区域i内。每一次统计结束后都有一次相位判断,第m次统计对应第m次相位判断,

步骤4 根据步骤3中每次统计的所述AD采样点的个数判断该次统计对应的信号相位变化并对下一次相位判断进行修正。

具体相位判断如下：

若 SI(m,i)大于 VS,则 SI(m,i)加上修正值RC(m-1)后得到新的值 SI′(m,i)。其中RC(m-1)表示第m-1次相位判断后的修正值,其初始值RC(0)=0。VS是为防止突然跳变的错点影响判断结果而设定的一个阈值。举例说明,VS=[n/5],即VS取n/5的整数部分。

如果SI′(m,i)modn大于另一个设定的阈值T H(T H=[n/2],即T H取n/2的整数部分),那么相位判断结果为对应第m次统计,有连续[SI′(m,i)]+1段数字信号的相位状态为i,其中每一段信号包含了n个采样点。也就是说,有连续([SI′(m,i)/n]+1)*n个 AD采样点和与其对应的相邻采样点的相位差DP处于同一相位区域i。相应的,第m次相位判断后的修正值RC(m)为SI′(m,i)modn,用于下一次(第m+1)相位判断的修正;如果SI′(m,i)modn小于等于TH,那么相位判断结果为对应第m次统计,有连续 [SI′(m,i)/n]段信号的相位状态为i,其中每一段信号包含了n个采样点。也就是说,有连续[SI′(m,i)/n]*n个 AD采样点和与其对应的相邻采样点的相位差DP处于同一相位区域i。相应的,第m次相位判断后的修正值RC(m)为 [SI′(m,i)modn-1],用于下一次(第m+1)相位判断对 SI进行修正。其中 SI′(m,i)modn表示SI′(m,i)/n的余数。

若 SI(m,i)小于等于 VS,则此时没有相位判断结果,第m次统计和相位判断对应的修正值 RC(m)=SI(m,i)+RC(m-1)。

依照上述方法依次进行统计和相位判断,每次相位判断后的修正值都会运用于下一次统计和相位判断,对统计值进行修正。

3 结论

与传统的 DQPSK数字解调相比,用于DQPSK解调的相位判断方法不再单独的计算每一个采样值的绝对相位,而是根据信号的不同频率计算相邻若干个点的相对相位。不会出现因信号受干扰等造成某些点偏离原来的位置,在计算时出现偏差的情况。通过不停的计算相邻若干点的相对相位,可以明显的看到整个信号的相位变化规律,即使有些点偏离了,也可以很容易的纠正或者丢弃。另外阈值的设定上,因为计算的是每一个点和它相邻若干个点的正弦值,余弦值来直接决定它的相位差,避免了阈值设定的困难。

用于DQPSK解调的相位判断方法在丽音解调中有很好的效果,大大降低了误码率,高效地还原了解调前移相的信息,保证了丽音解码的流畅性。在按照本文的相位判断方法后,根据具体的实例,能确保每一个相位判断都能得到正确的值,也验证了本文方法的正确性。

[1]秦雅娟,刘元安.MDAPSK-O FDM信号误码性能分析 [J].北京邮电大学学报,2004(6)：80-82.

[2]Chang jiang,zhang naitong.A new Signal Processing Technique of /4-DQPSK Modem Based on Software Radio[J].Journal of systems engineering and electronics,2003,14(2)：20-24.

[3]刘学文,林永照,吴成柯.成形正交相移键控及其最佳接收机的设计 [J].电讯技术,2007(5)：46-47.