| 江苏省扬州技师学院 225003 【文章摘要】 在数字信号调制方式中, 正交 相移键控QPSK 是最常用的一种信号 调制方式, 它具有较高的频谱利用 率、较强的抗干扰性、在电路上实现 也较为简单。而正交频分复用OFDM 是一种无线环境下的高速传输技术， 为多载波调制方式。本文介绍了基 于QPSK 调制的多频带时频信号分析 研究的方法。其方法在MATLAB 仿真 平台的基础上，首先产生二进制源信 号，然后再进行QPSK 调制，对已调信 号通过OFDM 调制，得到UWB 信号，最 后对该信号进行时频信号分析。 【关键词】 正交相移键控QPSK ；正交频分复用 OFDM ；UWB 信号；MATLAB 仿真 1 多频带时频信号系统分析 1.1 UMB 技术的简介 近年来，超宽带（UWB）技术在无线通 信领域的应用引起了人们广泛的关注。相 对于传统的窄带无线通信系统，UWB 无 线通信系统具有高空间频谱效率、高测距 精度、低载获概率、抗多径衰落、不干扰现 有通信系统、低功耗、低成本等诸多优点 和潜力。这些优点使UWB 通信成为中短 距离无线网络理想的传输/ 接入技术之 一。然而，为了解决在密集多径环境中提 供高数据率、多用户同时通信以及与窄带 通信系统共存等问题，UWB 无线网络系 统仍有大量的课题有待研究分析，尤其在 其传输技术方面。就UWB 传输技术方案 而言，目前存在两大主流：一是多带正交 频分复用（MB-OFDM）技术方案；二是直 接序列码分多址（DS-CDMA）技术方案。 但是在高速无线数据传输方面，OFDM 技术方案具有一定的优势，并获得越来越 多的支持，也是本文研究的重点。 1.2 OFDM 的基本原理 正交频分复用OFDM(OrthogonalFreq uencyDivisionMultiplex) 是一种无线环境下 的高速传输技术，为多载波调制方式。通 过减小和消除码间串扰的影响来克服信 道的频率选择性衰落。它的基本原理是在 频域内将所给信道分成许多正交子信道， 在每个子信道上使用一个子载波进行调 制，且各个子载波并行传输。OFDM 特别 适合于存在多径传播和多普勒频移的无 线移动信道中传输高速数据。能有效对抗 多径效应，消除干扰，对抗频率选择性衰 落，信道利用率高。由于子载波的频谱相 互重叠，因而可以得到较高的频谱效率。 近几年OFDM 在无线通信领域得到了广 泛的应用。 OFDM 具体的实现方式为：在发射 端，首先对比特流进行QPSK 调制，然后依 次经过串并变换和IFFT 变换，再将并行 数据转化为串行数据，加上保护间隔（又 称“循环前缀”），形成OFDM 码元。在组 帧时，须加入同步序列和信道估计序列， 以便接收端进行突发检测、同步和信道估 计，最后输出正交的基带信号，其核心技 术便在于发射端的QPSK 调制技术。 1.3 QPSK 的基本原理 四相绝对相移键控可简记为4PSK 或 QPSK。根据QPSK 调制的概念，在一个四 进制码元周期TB 内，QPSK 有四种可能 信号形式。表示为：载波振幅为1，载波频率fc 是码元传 输速率RB 的整数倍。QPSK 信号可以看 成是对两个正交载波进行双边带调制后 所得两路2ASK 信号的叠加，因此，功率谱 取决于两路基带信号功率谱。 如图1 所示，将相邻的二进制信号同 时产生载波相互正交的2PSK 信号，然后 再将这两路信号相加，合成为QPSK 信号。 2 多频带超宽带系统的仿真与分析 2.1 QPSK 调制的仿真与分析 参数设置为：时间t 为一秒，采样点 数为500，载波频率为30Hz，仿真波形如 图2 所示： 从图中可以看出：调制后QPSK 信号 分为两个部分：实部和虚部，输入的二进 制源信号为（1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1），根据前面的QPSK 调制的原理， 当输入信号为“0 0”时，输出的波形应该是 从0 处开始，输入信号为“0 1”时，输出波 形应该从处开始，输入信号为“1 0” 时，输出波形应该从处开始，输入信号 为“1 1”时，输出波形从处开始。根 据以上原理，两个部分相加后的QPSK 信 号如图3 所示： 2.2 整体系统的仿真与分析 多频带超宽带系统仿真时域波形如 图4 所示： 中心频率（fp）为1GHz ；抽样频率（fc） 为50GHz ；信息长度（T0）为242.4ns ；循 环前缀（TP）为60.6ns ；保护间隔（TG）为 70.1ns ；矩形脉冲响应振幅（A）为1 ；子载 波数（N）为128。具体的符号模型如图5 所 示： 中心频率（fp）为3.432GHz ；抽样频率 （fc）为50GHz ；信息长度（T0）为242.4ns ； 循环前缀（TP）为60.6ns ；保护间隔（TG） 为70.1ns ；矩形脉冲响应振幅（A）为1 ；子 载波数（N）为128。频谱图如图6 所示： 中心频率（fp）为3.432GHz; 抽样频率 （fc）为50GHz; 信息长度(T0) 为242.4ns; 循环前缀（TP）为60.6ns; 保护间隔（TG）为 70.1ns; 矩形脉冲响应振幅(A) 为1; 子载 波数（N）为128。频谱图如图7 所示： 中心频率（fp）为1GHz; 抽样频率（fc） 为50GHz; 信息长度(T0) 为100ns; 循环前 缀（TP）为0ns; 保护间隔（TG）为50ns; 矩 形脉冲响应振幅(A) 为1; 子载波数（N）为 64。 频谱图如图8 所示： 中心频率（fp）为1GHz; 抽样频率（fc） 为50GHz; 信息长度(T0) 为100ns; 循环前 缀（TP）为0ns; 保护间隔（TG）为50ns; 矩 形脉冲响应振幅(A) 为1; 子载波数（N）为 32。 频谱图如图9 所示： 从以上时域和频域的波形来看，在时 域上各子信道之间互相正交，在频域上各 子信道之间互相重叠。随着子载波数的增 加，并没有影响到信号的传输，可见抗多 径干扰和频率选择性衰落能力强，大大提 高了传输速率。 3 总结 多频带正交超宽带技术是UWB 技 术的一种技术实现方案。与传统的脉冲 UWB 系统相比，具有系统容量大、抗多径 干扰能力强、信道利用率高等优点。该系 统通过插入循环前缀，可以有效降低ISI 和ICI，解决系统中时间和载波同步问题。 图8 多频带超宽带系统的频谱图图9 多频带超宽带系统的频谱图 通过增加子载波数（即带宽），达到在相同 时间里的更多符号的传输。 【参考文献】 [1] 李志农. 浅析超宽带无线电技术 [J]. 中国无线电学报,2007,(01). [2] 葛利嘉, 朱林, 等译. 超宽带无 线电基础[M]. 北京: 电子工业出 版社,2005. [3]Benedetto G M,Giancola G.Understanding Ultra wide Band Radio Fundamentals. Prentice Hall PTR,2004:26-72. [4] 王晓英, 荣思远. 一种多载波 OFDM-UWB 无线通信系统[J]. 电视 技术学报，2006,(07). [5] 李海涛, 邓樱.《MATLAB 程序设计 教程》[M]. 北京：高等教育出版社， 2002. |
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