摘要：針對移動通信信道的功率受限和頻譜受限問題，π/4-DQPSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該文首先分析了π/4-DQPSK信號的基本原理與實現(xiàn)方法；其次，設(shè)計了基于MATLAB的理想π/4-DQPSK信號的仿真程序；最后，仿真了π/4-DQPSK的調(diào)制解調(diào)過程。結(jié)果表明：該仿真方法正確可行，可供其它程序方便調(diào)用，為硬件的設(shè)計與研制提供一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：π/4-DQPSK；調(diào)制解調(diào)；MATLAB仿真

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）15-3593-03

隨著移動通信的不斷發(fā)展，用戶容量需求的不斷增加，傳統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制方式無法滿足移動通信信道的功率受限和頻譜受限問題，因此，需要新的數(shù)字調(diào)制方式來提高頻譜的利用率[1]。

1962年，貝爾實驗室的P.A.Baker首先提出π/4-DQPSK[2]，它是一種常用的調(diào)制技術(shù)，屬于正交調(diào)制的范疇。它將QPSK和OQPSK兩種調(diào)制方式進(jìn)行融合，解決了載波相位跳轉(zhuǎn)180°的問題，避免了信號的旁瓣偏大，改善了頻譜的性能，可滿足移動通信系統(tǒng)對調(diào)制解調(diào)技術(shù)的要求。

目前，我國的PHS 系統(tǒng)、美國的（IS-136）數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)、美國的個人接入通信系統(tǒng)（PACS），日本的個人數(shù)字蜂窩系統(tǒng)（PDC）以及歐洲數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)（TETRA）都采用了π/4-DQPSK調(diào)制方式[3]。

1 π/4-DQPSK調(diào)制解調(diào)原理[4]

1.1 調(diào)制原理

π/4-DQPSK信號是由兩個相差為π/4的QPSK星座圖交替產(chǎn)生的，如圖1所示。它也是一個4進(jìn)制信號，當(dāng)前碼元的相位相對于前一碼元的相位改變±45°或±135°。由于這種體制中相鄰碼元間總有相位改變，故有利于在接收端提取碼元同步。

1 .2 解調(diào)原理

π/4-DQPSK信號的解調(diào)方法分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種。它的解調(diào)原理與QPSK信號相同，只是多一步逆碼變換，將相對碼變成絕對碼。π/4-DQPSK信號的非相干解調(diào)常用中頻差分解調(diào)的方法，該解調(diào)方案是用前一碼元的波形作為解調(diào)后一碼元使的本地載波，不如理想的本地載波“干凈”，因此，誤碼率較相干解調(diào)的高，約2.6dB的誤碼性能代價[5]。

2 MATLAB仿真程序設(shè)計

MATLAB是由美國MATHWORKS公司發(fā)布，主要應(yīng)用于工程計算及信號處理與通訊等領(lǐng)域，是為必須進(jìn)行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供的一種全面解決方案。該文基于MATLAB仿真平臺，利用語句編程仿真實現(xiàn)了π/4-DQPSK信號。

2.1 調(diào)制程序設(shè)計

本文采用相乘電路方法實現(xiàn)π/4-DQPSK信號，如圖2所示?；鶐盘柺嵌M(jìn)制不歸零雙極性碼元，首先通過串并轉(zhuǎn)換分成兩路，其次經(jīng)過差分編碼從絕對碼變?yōu)橄鄬Υa形成Ik和QK兩路，然后這兩路并行碼元分別用以和兩路正交載波相乘，最后疊加形成π/4-DQPSK信號。

按照π/4-DQPSK信號的實現(xiàn)方法，設(shè)計MATLAB仿真程序的算法步驟如下：

Step1：采用randint函數(shù)產(chǎn)生一串基帶串行碼，并進(jìn)行雙極性轉(zhuǎn)換；

Step2：采用reshape函數(shù)將基帶串行碼分成兩列；

Step3：根據(jù)差分編碼規(guī)則將上述兩列信號進(jìn)行差分編碼；

Step4：判斷該路信號是否為Ik路，若是，執(zhí)行Step5，否則，為Qk路信號，執(zhí)行Step6；

Step5：乘以余弦載波；

Step6：乘以正弦載波；

Step7：將兩路疊加，形成π/4-DQPSK信號；

Step8：結(jié)束。

2.2 解調(diào)程序設(shè)計

本文采用相干解調(diào)方法實現(xiàn)π/4-DQPSK信號的解調(diào)，如圖3所示。由于π/4-DQPSK信號可看作是兩個正交2PSK信號的疊加，所以用兩路正交的相干載波去解調(diào)，便可很容易地分離這兩路正交的2PSK信號。相干解調(diào)后的兩路并行碼元首先經(jīng)過逆碼變換從相對碼變?yōu)榻^對碼后，再經(jīng)并串變換形成串行數(shù)據(jù)輸出。

按照π/4-DQPSK信號解調(diào)的實現(xiàn)方法，設(shè)計MATLAB仿真程序的算法步驟如下：

Step1：π/4-DQPSK信號分別與余弦信號和正弦信號相乘；

Step2：根據(jù)基帶信號的碼速率和載波信號的頻率，利用buttord函數(shù)設(shè)計低通濾波器，要求濾波器能夠濾掉載波頻率的二倍頻；

Step3：對低通濾波后的信號進(jìn)行抽樣判決；

Step4：進(jìn)行星座映射和逆碼變換后，從相對碼變?yōu)榻^對碼；

Step5：經(jīng)并串轉(zhuǎn)換后形成串行數(shù)據(jù)；

Step6：結(jié)束。

3 仿真結(jié)果

3.1 仿真參數(shù)設(shè)置

綜上，根據(jù)π/4-DQPSK調(diào)制解調(diào)的原理以及實現(xiàn)方法，在MATLAB仿真平臺設(shè)置如下仿真參數(shù)。

基帶信號碼速率：1Mbps；載波頻率：5MHz；低通濾波器的類型：巴特沃斯；低通濾波器的通帶截至頻率：9MHz。

3.2 結(jié)果分析

在MATLAB仿真平臺中用語句編程實現(xiàn)的π/4-DQPSK信號，如圖4所示。從圖中可明顯看出：1）載波信號相位的跳轉(zhuǎn)；2）經(jīng)差分編碼后信號的每一個碼元周期包含10個周期的載波，與仿真參數(shù)的設(shè)置相符。

在MATLAB仿真平臺中用語句編程實現(xiàn)的π/4-DQPSK信號的星座圖，如圖5所示。從圖中可明顯看出：π/4-DQPSK信號的星座圖是兩個相差為π/4的QPSK星座圖交替產(chǎn)生，即A、B兩種方式交替跳轉(zhuǎn)。

在MATLAB仿真平臺中用語句編程實現(xiàn)的調(diào)制前與解調(diào)后的基帶信號，如圖6所示。從圖中可明顯看出：調(diào)制前與解調(diào)后的基帶信號完全一致，且沒有誤碼。

4 結(jié)論

通過分析π/4-DQPSK信號的基本原理與實現(xiàn)方法，設(shè)計出基于MATLAB的理想π/4-DQPSK信號的調(diào)制解調(diào)過程。仿真結(jié)果表明：π/4-DQPSK調(diào)制解調(diào)過程與理論情況一致，證明該仿真方法正確可行。該文所設(shè)計的仿真程序可存儲為M文件，供其它程序方便調(diào)用，為硬件的設(shè)計與研制提供一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 祁玉生. π/4-DQPSK調(diào)制及其在數(shù)字移動通信中的應(yīng)用[J].南京郵電學(xué)院學(xué)報，1992，12（1）：59-64.

[2] 王子軒，龔建榮.基于FPGA的π/4-DQPSK調(diào)制[J].信息技術(shù)，2009（6）：71-73.

[3] 蔣娜.全數(shù)字π/4-DQPSK調(diào)制的FPGA設(shè)計[J].科技廣場，2008（10）：32-34.

[4] 樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[5] Miller L E， Lee T S. Ber Expressions for Differentially Detected π/4-DQPSK Modulation， IEEE Transactions on communications， 1998， 46（1）.