全数字QPSK解调器设计与实现

本文介绍了全数字正交相移键控（QPSK）解调器的设计，主要用于数字卫星视频广播CDVB-S系统的接收芯片。作者包括杨浩、林争辉和蔡雄飞，来自上海交通大学电子工程系。 正文: 在数字通信系统中，QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控）是一种常见的调制方式，它通过改变载波的两个正交分量的相位来传输信息。QPSK解调是将接收到的QPSK信号还原成原始数据的关键步骤。本文提出了一种全数字的QPSK解调器设计，该设计特别适用于数字卫星视频广播接收系统，具有良好的抗噪声性能、低系统差损和适度的算法复杂度。 该全数字QPSK解调器主要由三个关键环路组成：载波频率恢复环路、载波相位恢复环路和符号同步环路。 1. 载波频率恢复环路：负责校正接收信号中的载波频率偏移。在实际通信中，由于多普勒效应和频率合成器的不精确性，接收信号的载波频率可能会偏离期望值。此环路采用如锁相环（PLL，Phase Locked Loop）等技术，通过比较本地产生的参考频率和接收到的信号频率，调整本地振荡器的频率，以保持两者的同步。 2. 载波相位恢复环路：目的是消除由于信道影响和发射端误差导致的载波相位偏移。这通常通过利用解调后的星座图信息，如 Costas 循环或环形滤波器来实现。这些方法可以有效地估计并补偿相位误差，提高解调精度。 3. 符号同步环路：确保正确地对齐接收符号与发送符号的时间边界。符号同步对于高数据速率的通信尤其重要，因为它可以减少由于符号间干扰（ISI，Inter-Symbol Interference）引起的误码率。常见的符号同步方法包括滑窗同步和早晚期门同步等。 文章详细描述了这三个环路的设计细节，包括算法选择、实现方法以及关键参数的优化。此外，作者提供了仿真结果以验证设计的有效性和性能，这些结果表明在低信噪比（SNR，Signal-to-Noise Ratio）环境下，解调器仍能保持良好的工作状态。 最后，文章提到了使用现场可编程门阵列（FPGA）实现全数字QPSK解调器的实际成果。FPGA允许灵活的设计调整和高速硬件执行，是实现此类实时通信处理的理想平台。 关键词：正交相移键控，全数字解调器，载波恢复，符号同步，数字视频广播。 总结： 全数字QPSK解调器的设计对于现代通信系统，尤其是数字卫星视频广播系统，至关重要。通过精细的载波频率恢复、载波相位恢复和符号同步策略，该解调器能在复杂环境下保持高效稳定的工作性能，降低了系统损失并保证了数据的准确传输。结合FPGA的硬件实现，这一设计不仅理论完善，而且具有实际应用价值。