一種用于DQPSK解調(diào)的相位判斷方法

唐志英

(江蘇省惠山中等專業(yè)學(xué)校 實(shí)訓(xùn)中心,江蘇 無(wú)錫 214153)

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展,通信系統(tǒng)及通信方法也得到了飛速的發(fā)展。其中四相相移鍵控(DQPSK)就是一種很好的移動(dòng)通信技術(shù)[1][2]。目前,DQPSK在數(shù)字解調(diào)中需要進(jìn)行相位判斷,數(shù)字解調(diào)過(guò)程中如何正確有效的還原相位變化是十分關(guān)鍵和重要的步驟[3]。

對(duì)于傳統(tǒng)的DQPSK數(shù)字解調(diào)信號(hào),誤碼率允許在5%以下。最簡(jiǎn)單的相位判斷方法只要設(shè)定一個(gè)閾值,二相的信號(hào)只要和該閾值比較,低于閾值時(shí)相位狀態(tài)就為0,高于閾值時(shí)相位狀態(tài)就為 1;四相的信號(hào)只要設(shè)定兩個(gè)閾值,加上0正好劃分出4個(gè)區(qū)域,根據(jù)信號(hào)幅值落在哪個(gè)區(qū)域來(lái)確定最終的相位狀態(tài)是00,01,10,11四個(gè)狀態(tài)中的一個(gè)。但是對(duì)于某些信號(hào)(例如：麗音(Near Instantaneous Companded Audio multiplex,NICAM)信號(hào))解調(diào)的相位判斷,誤碼率很高,不能簡(jiǎn)單的設(shè)定幾個(gè)閾值來(lái)界定相位狀態(tài)。因?yàn)榭倳?huì)有一些點(diǎn)會(huì)在閾值附近,一旦出現(xiàn)了判斷錯(cuò)誤就嚴(yán)重影響到后面的數(shù)字解碼。所以探尋一種誤碼率很低的相位判斷方法來(lái)確保后面的數(shù)字解碼顯得十分重要。

1 相位判斷方法

由于傳統(tǒng)的DQPSK數(shù)字解調(diào)的誤碼率達(dá)不到要求,為了解決此技術(shù)問(wèn)題提出的一種用于 DQPSK解調(diào)的相位判斷方法包括：

1)根據(jù) DQPSK調(diào)制信號(hào)的信號(hào)頻率和 AD采樣頻率確定一個(gè)固定值n;

2)判斷每個(gè)AD采樣點(diǎn)和與相鄰采樣點(diǎn)的相位差DP所處的相位區(qū)域,相鄰采樣點(diǎn)之間有(n-1)個(gè)采樣點(diǎn);

3)統(tǒng)計(jì)與對(duì)應(yīng)的相鄰采樣點(diǎn)的相位差DP處于同一相位區(qū)域的連續(xù)的 AD采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù);

4)根據(jù) 3)中每次統(tǒng)計(jì)的所述 AD采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)判斷該次統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)的信號(hào)相位變化并對(duì)下一次相位判斷進(jìn)行修正。

由上述方法判斷后能得到精確的相位落入?yún)^(qū)域。

2 實(shí)現(xiàn)步驟

在現(xiàn)有的移動(dòng)通信技術(shù)中,信號(hào)接收端所接受的信號(hào),如電視信號(hào),可以包括音頻信號(hào)(如麗音信號(hào))和視頻信號(hào)。若用DQPSK技術(shù),接收端可以接收相應(yīng)的中頻信號(hào)。該中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)AD采樣和轉(zhuǎn)換,然后濾除其中除DQPSK調(diào)制信號(hào)以外的其他信號(hào),從而得到DQPSK調(diào)制信號(hào)。下面以DQPSK調(diào)制的麗音信號(hào)為例來(lái)說(shuō)明文中提供的 DQPSK解調(diào)的相位判斷方法實(shí)現(xiàn)的步驟。

步驟1 根據(jù)麗音信號(hào)的信號(hào)頻率FZ和AD采樣頻率Fs確定一個(gè)固定值n,其計(jì)算公式如式(1),也就是n取Fs/Fz的整數(shù)部分。

步驟 2 判斷每個(gè) AD采樣點(diǎn)(即當(dāng)前采樣點(diǎn))和與其對(duì)應(yīng)的相鄰采樣點(diǎn)的相位差DP所處的相位區(qū)域。

將每個(gè)AD采樣點(diǎn)和與其對(duì)應(yīng)的相鄰采樣點(diǎn)做差分運(yùn)算,得到所述每個(gè)AD采樣點(diǎn)和與其對(duì)應(yīng)的相鄰采樣點(diǎn)的相位差DP的正弦值sin(DP)、余弦值cos(DP);其中,所述差分運(yùn)算可采用公式：

式中,CP為AD采樣點(diǎn)的相位,PP為AD采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相鄰采樣點(diǎn)的相位,DP為當(dāng)前采樣點(diǎn)與其相鄰采樣點(diǎn)的相位差。

根據(jù)所述正弦值sin(DP)、余弦值cos(DP)判斷所述每個(gè) AD采樣點(diǎn)和與其對(duì)應(yīng)的相鄰采樣點(diǎn)的相位差DP所處的相位區(qū)域?？刹捎靡韵屡袛喾椒ǎ?/p>

當(dāng)sin(DP)≤cos(DP)且-sin(DP)≤cos(DP),DP處于第一相位區(qū)域;

當(dāng)sin(DP)≥cos(DP)且-cos(DP)≤sin(DP),DP處于第二相位區(qū)域;

當(dāng)sin(DP)≥cos(DP)且-cos(DP)≥sin(DP),DP處于第三相位區(qū)域;

當(dāng) sin(DP)≤cos(DP)且 -sin(DP)≥cos(DP),DP處于第四相位區(qū)域。

相鄰采樣點(diǎn)指的是在當(dāng)前采樣點(diǎn)之前并與當(dāng)前采樣點(diǎn)之間有(n-1)個(gè)采樣點(diǎn)的采樣點(diǎn)。那么每個(gè) AD采樣點(diǎn)都有一個(gè)相鄰采樣點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)。

圖1 四象限相位區(qū)域劃分示意

判斷方法如下：

將相位空間劃分為 4個(gè)相位區(qū)域 (見(jiàn)圖1)：-45°到45°為第一相位區(qū)域,記為相位區(qū)域0;45°到135°為第二相位區(qū)域,記為相位區(qū)域 2;135°到 225°為第三相位區(qū)域,記為相位區(qū)域 3;225°到 315°為第四相位區(qū)域,記為相位區(qū)域 1。 那么,如果 sin(DP)小于等于 cos(DP)并且-sin(DP)小于等于cos(DP),則該相鄰兩點(diǎn)的相位差DP大于等于-45°并且小于等于 45°,落在相位區(qū)域 0。

步驟 3 統(tǒng)計(jì)與對(duì)應(yīng)的相鄰采樣點(diǎn)的相位差 DP處于同一相位區(qū)域的連續(xù)的 AD采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù);也就是統(tǒng)計(jì)相位狀態(tài)相同的 AD采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

經(jīng) AD采樣并轉(zhuǎn)換后順次得到一系列的數(shù)字信號(hào)的采樣點(diǎn),統(tǒng)計(jì)連續(xù)有多少個(gè) AD采樣點(diǎn)與其相鄰采樣點(diǎn)的相位差DP落在同一個(gè)相位區(qū)域i內(nèi),即對(duì)應(yīng)的相位狀態(tài)相同。例如有一段數(shù)字信號(hào)包含 100個(gè) AD采樣點(diǎn),按先后順序分別有 10個(gè)相位狀態(tài)為0的 AD采樣點(diǎn)、90個(gè)相位狀態(tài)為1的 AD采樣點(diǎn)。那么對(duì)于這段數(shù)字信號(hào)需進(jìn)行 2次統(tǒng)計(jì),第一次統(tǒng)計(jì)結(jié)果為相位狀態(tài)為 0的 AD采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)為10,第二次統(tǒng)計(jì)結(jié)果為相位狀態(tài)為 1的 AD采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)為 90。

用SI(m,i)表示第m次統(tǒng)計(jì)有SI(m,i)個(gè)AD采樣點(diǎn)與其相鄰采樣點(diǎn)的相位差DP落在同一個(gè)相位區(qū)域i內(nèi)。每一次統(tǒng)計(jì)結(jié)束后都有一次相位判斷,第m次統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)第m次相位判斷,

步驟4 根據(jù)步驟3中每次統(tǒng)計(jì)的所述AD采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)判斷該次統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)的信號(hào)相位變化并對(duì)下一次相位判斷進(jìn)行修正。

具體相位判斷如下：

若 SI(m,i)大于 VS,則 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次相位判斷后的修正值,其初始值RC(0)=0。VS是為防止突然跳變的錯(cuò)點(diǎn)影響判斷結(jié)果而設(shè)定的一個(gè)閾值。舉例說(shuō)明,VS=[n/5],即VS取n/5的整數(shù)部分。

如果SI′(m,i)modn大于另一個(gè)設(shè)定的閾值T H(T H=[n/2],即T H取n/2的整數(shù)部分),那么相位判斷結(jié)果為對(duì)應(yīng)第m次統(tǒng)計(jì),有連續(xù)[SI′(m,i)]+1段數(shù)字信號(hào)的相位狀態(tài)為i,其中每一段信號(hào)包含了n個(gè)采樣點(diǎn)。也就是說(shuō),有連續(xù)([SI′(m,i)/n]+1)*n個(gè) AD采樣點(diǎn)和與其對(duì)應(yīng)的相鄰采樣點(diǎn)的相位差DP處于同一相位區(qū)域i。相應(yīng)的,第m次相位判斷后的修正值RC(m)為SI′(m,i)modn,用于下一次(第m+1)相位判斷的修正;如果SI′(m,i)modn小于等于TH,那么相位判斷結(jié)果為對(duì)應(yīng)第m次統(tǒng)計(jì),有連續(xù) [SI′(m,i)/n]段信號(hào)的相位狀態(tài)為i,其中每一段信號(hào)包含了n個(gè)采樣點(diǎn)。也就是說(shuō),有連續(xù)[SI′(m,i)/n]*n個(gè) AD采樣點(diǎn)和與其對(duì)應(yīng)的相鄰采樣點(diǎn)的相位差DP處于同一相位區(qū)域i。相應(yīng)的,第m次相位判斷后的修正值RC(m)為 [SI′(m,i)modn-1],用于下一次(第m+1)相位判斷對(duì) SI進(jìn)行修正。其中 SI′(m,i)modn表示SI′(m,i)/n的余數(shù)。

若 SI(m,i)小于等于 VS,則此時(shí)沒(méi)有相位判斷結(jié)果,第m次統(tǒng)計(jì)和相位判斷對(duì)應(yīng)的修正值 RC(m)=SI(m,i)+RC(m-1)。

依照上述方法依次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和相位判斷,每次相位判斷后的修正值都會(huì)運(yùn)用于下一次統(tǒng)計(jì)和相位判斷,對(duì)統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行修正。

3 結(jié)論

與傳統(tǒng)的 DQPSK數(shù)字解調(diào)相比,用于DQPSK解調(diào)的相位判斷方法不再單獨(dú)的計(jì)算每一個(gè)采樣值的絕對(duì)相位,而是根據(jù)信號(hào)的不同頻率計(jì)算相鄰若干個(gè)點(diǎn)的相對(duì)相位。不會(huì)出現(xiàn)因信號(hào)受干擾等造成某些點(diǎn)偏離原來(lái)的位置,在計(jì)算時(shí)出現(xiàn)偏差的情況。通過(guò)不停的計(jì)算相鄰若干點(diǎn)的相對(duì)相位,可以明顯的看到整個(gè)信號(hào)的相位變化規(guī)律,即使有些點(diǎn)偏離了,也可以很容易的糾正或者丟棄。另外閾值的設(shè)定上,因?yàn)橛?jì)算的是每一個(gè)點(diǎn)和它相鄰若干個(gè)點(diǎn)的正弦值,余弦值來(lái)直接決定它的相位差,避免了閾值設(shè)定的困難。

用于DQPSK解調(diào)的相位判斷方法在麗音解調(diào)中有很好的效果,大大降低了誤碼率,高效地還原了解調(diào)前移相的信息,保證了麗音解碼的流暢性。在按照本文的相位判斷方法后,根據(jù)具體的實(shí)例,能確保每一個(gè)相位判斷都能得到正確的值,也驗(yàn)證了本文方法的正確性。

[1]秦雅娟,劉元安.MDAPSK-O FDM信號(hào)誤碼性能分析 [J].北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào),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]劉學(xué)文,林永照,吳成柯.成形正交相移鍵控及其最佳接收機(jī)的設(shè)計(jì) [J].電訊技術(shù),2007(5)：46-47.