QPSK信号非相干和相干解调算法的研究

杨全 覃荣捷 陶崇强

【摘要】本文主要分析了QPSK基带信号的非相干解调和相干解调算法。介绍了QPSK信号非相干解调算法和性能，对于相干解调，介绍了载波相位估计的V&V算法。

【关键词】QPSK信号非相干解调相干解调算法

一、QPSK信号解调

经过符号定时同步和载波频率初始估计的信号rk仍然包含很小的载波频偏和相偏。对于QPSK调制信号，因为传送的信息是调制在载波相位上的，所以如果在解调之前仍然存在残余的频偏和相偏，那么它们将累计到已调的QPSK信号相位上，并对解调产生影响。

二、非相干解调

2.1非相干解调的原理

QPSK信号的非相干解调用于QPSK差分调制的系统中，其流程框图如图1所示。

在QPSK信号的差分调制过程中，先要对数字基带信号进行串并变换和二元的差分编码，再进行绝对调相。在接收端，使用非相干解调技术时，不要求对载波恢复，接收端的相位检测器要判决的变量是前后两个符号之间的相位差，因此把接收到的前后两个符号共扼相乘来进行非相干解调。

假设系统收发端的频差为驻f，相差为驻渍，则接收端经过定时同步和载波频率初始同步的信号rk表示为：

对数据进行非相干解调是不错的方法。

三、相干解调

3.1相干解调原理

QPSK信号的相干解调过程需要将载波相位分量锁定到已调载波信号的相位上，这意味着接收机要从接收信号中估计出通过信道以后传输时延所产生的载波相位偏移并加以补偿。一般情况下，QPSK信号相干解调系统的框图如图2所示。

数据辅助型载波相位估计算法和反馈式载波相位估计算法都有一定的弊端。数据辅助型载波估计算法需要插入导频，降低了系统的发送效率，反馈式载波相位估计算法进入稳定状态需要的时间比较长，不适于突发通信系统。因此，如何既不使用导频辅助，又能快速而准确地估计载波的相偏是一个重点。

假设在接收端信号己经经过了符号定时同步和载波频率的初始估计，残余的频偏比较小，而随着时间的增长，频偏将逐渐累计到载波相偏上，表现为载波的相偏随时间变化是一个缓慢的线性增长或减小的过程。在这种情况下，在相邻的一段时间间隔内，载波的相位可以认为是相对平稳的，因此在进行载波相位估计时可以不对残余的频偏进行处理，而直接将一定范围内符号的载波相位当作恒定值来处理。

目前，非数据辅助型的前馈型载波相位估计方法中使用较为普遍的是V&V算法。在本文中，还将介绍一种相对简单的易于星上解调的载波相位估计算法———LBAR算法。

3.2V&V算法

V&V算法一共分为三步，包括去除调制信息，相位估计和后处理。设接收信号为rk。

第一步，去除调制信息。

第三步，进行后处理。

通过公式啄赞n=啄赞n-1+mod（啄-啄赞n-1，仔/2）（8）

对第二步中得到的结果进行后处理，其中，mod（x，y）∈[-y/2，y/2），n表示对相位的第n次估计。后处理主要有两个作用，一是消除边界点[-仔/4，仔/4）处相位的抖动，二是当存在载波频偏时，扩大相位估计的范围。

当存在载波频偏时，渍赞n是线性增长或减小的，其变化范围是[-仔，仔），但在第二步中估计出的相位渍赞的范围却是[-仔/4，仔/4）。后处理公式8充分利用了k-1时刻的相位的估计值渍赞n-1，使渍赞n的取值是在渍赞n-1的基础上变化，因而扩大了截的取值范围。

四、结语

QPSK解调的非相干解调算法的抗白噪声性能不如相干解调算法，但是不需要载波恢复，实现简单；在相干解调算法的载波相位估计中，普遍使用的V&V算法经过三次坐标变换，它的复杂度高。

参考文献

[1]李冰清，冯小平.基于FPGA的QPSK及OQPSK信号调制和解调电路设计.电子元器件应用，2010（4）：41～42

[2]徐洪强，高鹏，赵艳宾.一种非相干编码调制系统性能研究.通信技术，2011（4）：35～36

[3]张衡阳，黄国策.一种新颖的卫星通信数字载波恢复技术.无线电工程，2010，34（3）：48～49