技术摘要：
本发明公开了一种基于QPSK调制解调的视频语音传输方法，包括对采集的信号进行QPSK调制，调制输出两路信号，一路信号经过90°移相得到I路信号，另一路信号直接输出得到Q路信号，对I路信号和Q路信号采用施密特正交化算法处理，实现正交失衡补偿；对输出信号的频率进行预估  全部
背景技术：
随着通信技术的快速发展，需要传输的数据量越来越大，对传统的传输带宽及速 率也提出了更高的要求。相干光通信因其具有较高的探测灵敏度、传输速率及频谱利用率 而备受关注。在相干光通信系统中采用高阶调制格式，进一步增大了系统传输容量，相对其 他调制方式(如BPSK、OOK)，QPSK(正交相移键控)调制因其频带利用率高、抗干扰能力强、频 谱特性好、误比特率低等优点得到广泛应用。而DQPSK也是为解决接收机对信号进行解调时 产生的相位模糊而提出的一种调制方式。 近年来，国内对QPSK调制解调的实现大多采用DSP来实现，调制解调不仅要求大量 的运算，还要求有硬件参数的限制，使得DSP和普通算法几乎无法胜任。随着电子设计自动 化(Electronic  Design  Automation  EDA)技术和微电子技术的进步，FPGA的时钟延迟可达 到ns级，结合其并行工作方式，在超高速、实时测控方面都有着非常广阔的应用前景。因此， 用FPGA来实现DQPSK调制解调具有重要意义。 目前，QPSK调制解调研究大多数都处于离线解调阶段，通用性不强，在实际相干光 通信系统中无法灵活使用。很难满足无线光通信系统这一对实时性要求较高的场合，故而 大多一直处于实验室研究试验仿真阶段。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于QPSK调制解调的视频语音传输方法，能够对相干光 通信中DQPSK信号进行实时解调，实现相干光通信系统中视频传输的高速率和实时性。 本发明采用的技术方案是一种基于QPSK调制解调的视频语音传输方法，包括以下 步骤： 步骤1：对采集的信号进行QPSK调制，调制输出两路信号，一路信号经过90°移相得 到I路信号，另一路信号直接输出得到Q路信号，I路信号和Q路信号矢量输出； 步骤2：对I路信号和Q路信号采用施密特正交化算法处理，实现正交失衡补偿； 步骤3：对输出信号的频率进行预估，减小中频信号与本地载波的瞬时频差； 步骤4：对信号进行松尾环载波同步，包括依次对信号进行相干解调、非线性数字 处理和鉴相运算，产生只与相位有关的误差信号，再通过环路的反复运算提取载波； 步骤5：采用以太网传送最后提取的载波信号，即完成视频语音的传输。 本发明的技术特征还在于， 步骤1中，QPSK调制通过IQ调制器、偏压控制器和驱动放大器完成。 QPSK调制，包括采用驱动放大器放大信号源的电压幅值，采用IQ调制器对信号进 行QPSK调制，信号调制过程中，偏压控制器控制IQ调制器的三个偏置点的偏置状态，实现信 6 CN 111585648 A 说　明　书 2/8 页 号的调制。 步骤1具体包括：从信号发生器采集两路信号，对采集的两路信号进行FPGA预处 理，然后输出至电压衰减模块将电压衰减至300mV，再经过放大器放大电压，达到铌酸锂晶 体的半波电压后，将两路信号分别输入到MZM调制器，对可调谐激光器产生的光载波进行调 制，一路信号经过90°移相得到I路信号，另一路信号直接输出得到Q路信号，I路信号和Q路 信号矢量输出。 步骤1中的预处理包括将信号发生器输出来的信号输入FPGA系统，FPGA系统先读 取数据，再存储数据，对存储的数据进行串并转换，将串行输入的数据并行输出，最后对数 据进行差分编码。 步骤2中的施密特正交化算法具体如下： I′(t)＝I(t)    (2.1) 结合公式(2.1)、公式(2.2)和公式(2.3)可得到经过施密特正交化的中频信号为： 式中，p—修正系数； q—修正系数； I'(t)—未进行正交化补偿的I路信号/V； Q'(t)—未进行正交化补偿的Q路信号/V； I(t)—正交化补偿后的I路信号/V； Q(t)—正交化补偿后的Q路信号/V； 输出的两路非理想信号为： I′(t)＝2βAS(t)AL(t)cos(ωIFt θ)    (2.5) Q′(t)＝2βAS(t)AL(t)sin(ωIFt θ Δθ)    (2 .6)其中，ωIF＝ω S-ωL， 式中：ωIF—中频信号角速率/(rad/s)；θ—中频信号相位/rad；△θ—中频信号相 位偏差/rad；ωS—信号光的角频率/(rad/s)；ωL—本振光的角频率/(rad/s)； —信号光 的相位/rad； —本振光的相位/rad； 当p＝tanΔθ，q＝(cosΔθ)-1时，经过GSOP补偿后的I路、Q路中频信号为： I(t)＝2βAS(t)AL(t)cos(ωIFt θ)    (2.7) Q(t)＝2βAS(t)AL(t)sin(ωIFt θ)    (2.8) 7 CN 111585648 A 说　明　书 3/8 页 结合公式(2.7)和公式(2.8)，可获得I路、Q路信号的施密特正交化过渡矩阵为： 步骤3具体如下： 对输出采样信号进行平方运算后，调用FFT  IP核对平方后的数据进行快速傅里叶 变换，然后比较找出幅度谱中的最大谱线位置，通过谱线位置计算二倍频信号频率，判断是 否超出捕获带宽，输出频率值，谱线分辨率和频率计算公式分别为： 式中：CLKdata表示采样时钟；num表示采样点数；FREres表示谱线分辨率；ωu表示频 率。 步骤4具体如下： 假设接收端的输入信号S(t)就是QPSK已调信号，即： 则NCO输出的本振信号为： 将S(t)分别与NCO输出的VNCOi(t)，VNCOq(t)做乘法运算，再将乘积送给低通滤波器， 可获得如下结果： 8 CN 111585648 A 说　明　书 4/8 页 设I2(t)＝Q2(t)＝1，代入公式(4.6)中可得： 式中：θe—稳态相位误差；I(t)—正交化补偿后的I路信号/V；Q(t)—正交化补偿 后的Q路信号/V；Ud(t)—误差电压信号/V； —中频信号相位/rad；ωc—中频信号角速率/ (rad/s)。 步骤5具体如下： 步骤5.1，完成DM9000aep工作模式的配置，包括写地址、写数据和读数据，完成信 号数据初始化； 步骤5.2，DM9000以太网卡的数据发送 FPGA将要发送的信号数据写入DM9000aep的内部发送缓冲区中，然后将发送控制 寄存器置“1”，DM9000aep将发送缓冲区内的数据自行打包发送出去；如果芯片复位重新初 始化后，内部发送指针指向地址00h；FPGA将发送数据写入内部发送缓冲区之前，需要先将 待发送信号数据包的长度写入发送字节数寄存器，最后通过DATA端口把将要发送的数据写 入到DM9000aep内部FIFO中； 步骤5.3，DM9000以太网的数据接收 FPGA采用中断的方式接收DM9000aep的内部数据，会对数据包进行帧类型，帧头帧 尾，CRC校验等验证，验证通过之后网卡会对FPGA发送一个成功接收数据中断，这时FPGA就 可以通过FIFO缓冲端口读取到视频数据了；帧头的第一个字节，如果读取的是01，FPGA可以 继续接收数据，如果读取的是00，则说明网卡读取数据错误或者没有读取到视频数据； 步骤5.4，以太网视频传输 采用TCP协议实现视频编码器与FPGA的数据传输，建立TCP连接，即视频编码器与 FPGA以太网卡进行三次握手，完成视频语音的传输。 本发明的有益效果是，通过载频估计算法FPGA、载波恢复模块、位同步模块和差分 解码模块实现对相干光通信中DQPSK信号的实时解调，实现视频语音的传输；能够在硬件计 算速度不变的情况下处理更高速率的数据流，满足相干光通信系统中视频传输的高速率和 实时性的要求，可适用于实时性要求较高的场所，适用性较广；QPSK频带利用率高，抗干扰 性能强，利用QPSK调制解调进行的视频语音具有较高的保密性，不易被捕获。 附图说明 图1是本发明QPSK调制解调的视频语音传输方法中QPSK调制系统的原理示意图； 图2是本发明QPSK调制解调的视频语音传输方法中相干光通信视频传输系统原理 示意图； 图3是本发明QPSK调制解调的视频语音传输方法中频率估计算法FPGA实现流程 图； 图4是本发明QPSK调制解调的视频语音传输方法中松尾环载波恢复法原理示意 图； 图5是本发明QPSK调制解调的视频语音传输方法中DM9000aep数据发送流程图； 9 CN 111585648 A 说　明　书 5/8 页 图6是本发明QPSK调制解调的视频语音传输方法中视频编码器与DM9000网卡三次 握手过程图。