4.1 PI/4-QPSK解调原理 .....................................................................18 4.1.1 基带差分解调 ...........................................................................18 4.1.2 中频差分解调 ...........................................................................20 4.1.3 鉴频器解调 ...............................................................................21 4.2 非相干解调与相干解调性能比较.................................................21 4.3 信道非线性对线性调制的影响.....................................................23 4.4 PI/4-QPSK的误码性能分析 .........................................................24 4.5 本章小结.........................................................................................25 第五章 试验仿真结果与分析.................................................................26 5.1 PI/4-QPSK的调制仿真结果与分析 .............................................26 5.2 PI/4-QPSK的解调仿真结果与分析 .............................................29 5.2.1 基带差分解调 ...........................................................................30 5.2.2 中频差分解调 ...........................................................................31 5.2.3 鉴频器解调 ...............................................................................33 5.3 不同解调方式下性能分析.............................................................35 5.3.1 从眼图方面分析 .......................................................................35 5.3.2 从误码率曲线对比分析 ...........................................................37 5.4 本章小结.........................................................................................38 结 论 ...........................................................................................................39 参考文献 .....................................................................................................40 附录1 ..........................................................................................................42 致谢 .............................................................................错误！未定义书签。
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第1章 绪论
1.1 课题背景
无线通信在现代社会中起着举足轻重的作用。从日常生活到航空航天，从工商业运作到军事领域，无线通信得到了越来越广泛的应用。自十九世纪末马可尼发明无线电报以来，无线通信己经历了一百多年的发展，形成了各种各样的通信模式与体制[1]，如卫星通信系统，微波中继通信系统，蜂窝移动通信系统，无线寻呼系统，集群通信系统等等。调制方式更是种类繁多，如模拟调制的AM、DSB、SSB、FM等；数字调制的ASK、PSK、FSK等。数字调制的三大类还包含许多适用于不同场合的具体调制技术。
现代数字调制技术的发展，使得传输速率和频谱的利用率进一步得到提高，功率更加节省。在相同的码元速率下，多进制系统的信息传输速率显然比二进制系统高，但信息速率的提高是以牺牲功率为代价的。显然增大码元宽度，就会增加码元的能量，同时也减少了由于信道特性引起的码间串扰等。恒包络调制适用于限带非线性信道中，能有效地防止非线性引起的幅频效应，节省功率，提高频谱的利用率。多进制调制和恒包络调制这两种技术结合在一起能取得更好的调制效果[2]。
对于数字蜂窝系统，调制技术决定了每km用户数、发送率和频带利用率(指信道带宽上每秒每赫兹可发送的bits数目)。当选择相配的蜂窝调制技术时，一定要考虑高功率效率、高带宽利用率、低输出边带辐射、对多径衰落低灵敏度、常数包络、低成本、实现容易等因素[3]。当然不可能选择一种具有所有优点的调制方法，实际上每种方法都有一定的局限性，并且相互制约。比如说高的带宽利用率需要很大的信号装置，并且在信号发送时需要加大发射功率。而PI/4-QPSK调制解调在性能上要优于FSK、ASK、PSK等调制方式。
1.2 PI/4-QPSK研究现状
PI/4-QPSK是一种线性窄带数字调制技术。由于它具有频谱利用率高、频谱特性好等突出特点，在移动通信、卫星通信中得到了广泛应用。PI/4- QPSK已被确定为北美第二代数字蜂窝移动通信系统D-AMPS和日本的JDC
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蜂窝系统中的调制方式(欧洲的GSM系统为GMSK)。PI/4-QPSK与GMSK等恒包络调制技术相比有更高的频谱利用率和抗衰落性能[4]。最近,美国 Qualcomm 公司推出的全球第一个实用的CDMA商用数字移动通信系统(简称Q-CDMA系统)也将PI/4-QPSK作为它的调制方式。
利用PI/4-QPSK调制技术和先进的数字信号处理技术来实现系统的数字化。这样的系统具有稳定性高、抗干扰能力强、系统升级方便、更加适合我国半导体芯片落后的国情而且便于大规模生产[5]。相信PI/4-QPSK调制技术一定会在带限信道中显示出它的巨大潜力。
在数字信号处理飞速发展的今天，采用DSP技术实现的PI/4-QPSK基带
调制解调器在技术要求等发面能满足数字蜂窝系统发展的需求，其性能更 优于FSK、ASK、PSK 等调制方式。PI/4-QPSK调制解调的实现过程中，利用查表技术，避免了大量的计算工作，节省了时间，提高了调制与解调的速度，为数字蜂窝系统的发展提供了更大的发展空间。
针对TETRA系统的空中接口的标准，英国的CML公司专门设计了无线数字基带处理器CMX980芯片，用于PI/4-QPSK调制解调的基带处理[6]。信号星座的转换不经过原点，这样就不会产生??的瞬间变化，因而降低了PI/4-QPSK的包络波动并改善了频谱特性。同样其解调方式也得到了改进，不仅可以使用相干解调，也可以使用非相干解调(差分解调和鉴频器解调)。差分解调非常适合于需要快速同步的窄带TDMA信道和突发工作模式的TDMA系统。由于鉴频器解调既可用于模拟FM也可用于数字PI/4-QPSK的解调，因而可以较容易的实现双模接收机，有利于模拟系统向数字系统的平滑过度。
1.3 PI/4-QPSK信号的产生和定义
具有窄的功率谱带宽是对数字调制技术的基本要求，线性调制方式如QPSK、OQPSK等都具有相当高的频谱效率，这对于追求频谱效率的现代数字通信系统是很有吸引力的。然而实际信道都是带限的，经过带通滤波后，QPSK信号已不能保持恒定的包络。这是由于其相邻符号间可能发生180度相移，限带后会出现包络为零的现象。这种现象在非线性信道中特别不希望出现。例如，功率放大器的非线性将会使输出信号的频谱扩展，被带通滤波器滤掉的带外分量又被恢复出来，称为频谱再生[7]。PI/4-QPSK是在QPSK与OQPSK上发展起来的一种调制技术，它主要是将QPSK中??的跳
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变降为?3?/4，载波的相移限制为??/4和?3?/4，信号星座的转换不经过原点，这样就不会产生??的瞬间变化，因而降低了QPSK的包络波动并改善了频谱特性[8]。同样其解调方式也得到了改进，不仅可以使用相干解调，也可以使用非相干解调(差分解调和限幅鉴频)。差分解调非常适合于需要快速同步的窄带TDMA信道和突发工作模式的TDMA系统。由于鉴频器解调既可用于模拟FM也可用于数字?/4-QPSK的解调，因而可以容易的实现双膜接收机，有利于模拟系统向数字系统的平滑过度[9]。
1.4 PI/4-QPSK的优点
PI/4-QPSK具有如下优点：(1) PI/4-QPSK中载波相移限制为??/4或?3?/4，信号星座的转换不经过原点，相位没有瞬间的??变化（如在QPSK中），因此其包络波动大大的降低了，具有更好的输出频谱特性；(2)在快衰落信道中，差分解调或鉴频器解调误比特率比相干解调的要低。相干系统在静态加性高斯白噪声(AWGN)环境下的性能较好。理论上的功率效率在瑞利衰落移动系统中较高。但其性能在受到多径衰落、多普勒频移和其他形式的相位噪声干扰时会急剧下降。这些效应在设计相对窄带的数字蜂窝和数字无线系统时受到越来越多的重视；(3) PI/4-QPSK差分解调避免了载波恢复的要求，获得了快速同步。对需要快速同步的窄带TDMA信道和突发工作模式的TDMA系统差分检测都非常合适；(4)用鉴频器检测可以很容易的实现双模接收机。由于鉴频器既可以用于模拟FM也可用于数字PI/4-QPSK的解调，可以从模拟系统平滑地过渡到数字系统[1]。正是由于PI/4-QPSK信号具有这些突出的优点，在移动通信、卫星通信中都得到了广泛应用。
1.5 本文主要研究内容和具体工作
PI/4-QPSK调制技术在现代无线通信使用中日趋广泛，本文主要研究了PI/4-QPSK的调制与解调技术，对不同的解调方式进行研究分析，并应用Matlab对其进行试验仿真。具体工作如下：
首先鉴于PI/4-QPSK调制技术是QPSK和OQPSK调制技术的折衷[1]，为了更好的了解PI/4-QPSK调制技术，本文介绍了QPSK、OQPSK及PI/4-QPSK调制的一般原理，并对其进行性能比较。
然后进入本文的重点理论研究部分：PI/4-QPSK的调制与解调技术。在
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调制部分详细介绍了PI/4-QPSK的调制原理，并对其在调制中遇到的技术方面的问题：滤波器的设计与选择问题进行了分析与研究，以使PI/4-QPSK信号更适合于在无线信道中传输；在解调部分详细介绍了三种不同的非相干解调技术：基带差分解调、中频差分解调和鉴频器解调，从公式推导、理论分析等方面对这些解调方法进行了详细的分析。
最后本文用Matlab语言依据PI/4-QPSK非相干解调设计原理编程，介绍了编程过程中遇到的问题及最终解决方法；得到三种不同非相干解调方案的时域图、频域图、功率谱密度曲线、眼图及系统误码率曲线等，以进行三种解调方案之间的比较，详细介绍了PI/4-QPSK解调的误码性能和不同解调方案由于自身固有的缺陷而导致的误码问题，并对 PI/4-QPSK调制解调技术进行了一些优化。
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