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1.DQPSK原理简介
DQPSK(Differential Quadrature Phase - Shift Keying,差分正交相移键控)是数字通信领域中一种重要的调制技术。它脱胎于QPSK(四相相移键控),但在调制方式上进行了改进,以适应更复杂的通信环境。
在传统的 QPSK 调制体系里,载波的相位状态直接对应输入的绝对二进制数据。例如,通常会将 00 映射到载波相位 0,01 映射到 π/2,11 映射到 π,10 映射到 3π/2 。这种映射方式要求接收端在解调时必须精确恢复出与发送端同频同相的载波,只有这样才能准确地将载波相位还原为原始的二进制数据。然而,在实际的通信场景中,尤其是在无线通信环境下,精确的载波同步面临诸多挑战。
无线信道的时变性使得信号在传输过程中会经历各种衰落,如瑞利衰落、莱斯衰落等,这会导致载波的相位和频率发生随机变化。此外,收发两端的相对运动产生的多普勒频移也会破坏载波的稳定性。同时,在一些对成本和功耗有严格限制的通信设备中,实现高精度的载波同步电路可能会带来过高的成本和功耗。
DQPSK正是为了解决这些问题而诞生。它不再依赖于载波的绝对相位,而是通过相邻码元之间的相位变化来携带信息。具体而言,输入的二进制数据被编码为载波相位的相对变化量。例如,一种常见的映射规则是:相位变化 0 对应 “00”,π/2 对应 “01”,π 对应 “11”,3π/2 对应 “10”。发送端在发送信号时,根据当前输入的二进制数据以及前一个码元的相位状态,确定当前码元的载波相位。接收端在解调时,通过检测相邻码元之间的相位差,就能恢复出原始的二进制数据。
这种基于相位差分的调制方式赋予了DQPSK独特的优势。它极大地降低了对载波同步精度的要求,即使载波存在一定的相位抖动或频率漂移,只要相邻码元之间的相位差能够被准确检测,就不会影响数据的正确解调。这使得DQPSK在移动通信、卫星通信等对载波同步要求苛刻的领域得到了广泛应用。同时,DQPSK在频谱效率方面与QPSK相同,每个码元可以携带 2 个比特的信息,在有限的频谱资源下实现了较高的数据传输速率。
调制原理
2.DQPSK解调原理
由于DQPSK是基于相位差来传输信息,在一定程度上对信道衰落具有较好的抵抗能力。在无线信道中,信号的幅度可能会因为衰落而发生剧烈变化,但相位的变化相对较小。只要相位差能够被准确检测,就可以正确解调数据,这使得DQPSK在多径衰落等复杂信道环境下具有较好的通信性能。
3.FFT频偏估计与补偿
频偏Δf会导致接收信号相位随时间线性变化:
这种相位旋转会导致解调时相位估计错误,增加误码率。
FFT 频偏估计的核心思想是利用信号的周期性特性,通过频域分析找出频偏对应的峰值。
基本步骤:
1.对接收信号进行分段相关处理
2.对相关结果进行FFT变换
3.在FFT频谱中找到峰值,峰值位置对应频偏估计值
FFT频谱的峰值位置kₘₐₓ对应的频率为:
实际频偏估计值为:
4.MATLAB程序构架
整个程序,我们采用如下的流程图。
5.仿真结果
6.完整程序下载
完整可运行代码,博主已上传至优快云,使用版本为matlab2022a/matlab2024b:
(本程序包含程序操作步骤视频)