QPSK和OQPSK调制.ppt

1、、f、DPSK调制原理差分相移键控(DPSK)使用两个相邻符号的载波信号的初始相位的相对变化来表示传输的符号。例如，当“1”码以二进制传输时，对应于该码的载波信号的初始相位相对于对应于前一个码的载波信号的初始相位具有变化或弧度；当发送“0”码时，对应于该符号的载波信号的初始相位相对于对应于前一符号的载波信号的初始相位没有变化(“1变为0并保持不变”)；当然，反过来也是可能的。2二进制差分相移键控(DPSK)，f，2二进制差分相移键控(DPSK)，初始相位为0相位，相位差与初始相位无关。表：数字信息序列和调制载波相位之间的关系，例如，如果它被定义为该符号的初始相位和2DPSK模式下的前一个符号之

2、间的差值，并且将相位设置为“1”和“0”。初始相位是0相位，初始相位是相位、f、2二进制差分相移键控(DPSK)(续)、f、2二进制差分相移键控(DPSK)(续)，DPSK调制原理2DPSK也有A和B模式矢量图，图中虚线表示的参考矢量代表前一个符号的调制载波的相位。在B模式下，每个符号的载波相位优于参考相位，因此载波相位的跳变必须发生在相邻符号之间，接收端可以据此确定每个符号的开始和结束时间(即提供符号定时信息)，而在A模式下，符号前后可能有载波相位的连续性。图2是相移信号矢量图，(A)模式A，(B)模式B，f，2二进制差分相移键控(DPSK)(续)，2PSK信号是在2PSK模式下产生的，因为

3、在解调过程中会有“反转”现象，即相位模糊(PSK信号的相干接收需要提供一个稳定的本地载波，其初始相位是0相位或相位，所以在实践中经常使用2PSK。利用源代码序列对载波进行相对(差分)相移键控，相当于将源代码序列转换成差分码形式，然后对载波进行绝对相移键控。绝对码和相对码的关系是2DPSK信号的功率谱密度和带宽与2PSK信号、2PSK(bk)、2PSK(AK)、2PSK调制、f，2二进制差分相移键控(DPSK)(续)和2PSK信号的相干解调(同步检测法或极性比较法)相同。然后：bk 1 1 0 1 1，2PSK模式：例如：在DPSK调制解调过程中，让源代码序列be=11010001011101，

4、假设没有传输误差，4正交相移键控(QPSK)，多电平数字调制的概念和特点，使用多电平数字基带信号来调制载波的幅度。有三种基本模式：多级数字调幅、多级数字调频和多级数字调相。多频带数字调制系统的特点是在相同的符号传输速率下(此时，多频带调制信号占用与二进制信号相同的带宽，多频带数字调制系统的信息传输速率高于二进制数字调制系统，因此提高了信道带宽利用率。在相同的信息传输速率下，多级数字调制系统的符号传输速率低于二进制数字调制系统，抗噪声性能低于二进制数字调制系统。正交相移键控(QPSK)(续)，多级数字相位调制原理多级数字相位调制，它使用载波的不同相位(或相位差)来表征数字信息的调制模式。m个相位

5、用于表示k位符号的状态。假设相位数，位符号的持续时间为。m相调制波可以表示为调制相位，可以有不同的值；下面主要讨论四相绝对相移调制(表示为4PSK或QPSK)和四相相对相移调制(表示为4DPSK或QDPSK)。正交相移键控(QPSK)(续)，正交绝对相移键控QPSK四进制符号也称为双位符号。前一个信息用A表示，后一个信息位用B表示，双位码中的两个信息位ab建议按照格雷码(即反射码)排列。它与载波相位的关系表示如下。矢量图如下。正交相移键控(QPSK)(续)、QPSK信号产生和相位调制方法(B模式)注：串行/并行输入信号的码速率等于、输出信号的码速率等于，A支路和B支路信号的符号宽度为，即二进制

6、信号的码宽。、b(0)、b(1)、a(0)、a(1)、(1，0)、(1，1)、(0，1)、(0，0)、4正交相移键控(QPSK)(续)、QPSK信号的产生QPSK信号的特点是：在信号空间(星座图)的同一个圆(恒定包络)上均匀分布着四个信号点(星点)，四个不同的相位载波相互正交。也就是说，调制信号的幅度相等，并且信号通过不同的相位、串行/并行、变换、输入、逻辑相位选择电路、四相载波发生器、带通、滤波器、输出、A序列和B序列的符号周期是输入二进制序列符号周期的两倍，符号传输率是输入二进制序列符号传输率的1/2。如果输入二进制序列的符号传输速率为，则QPSK的第一个零点内的带宽为。此时，频带利用率为

7、1B/赫兹。正交相移键控(QPSK)(续)，QPSK信号的解调相干解调QPSK可以看作是两个正交2PSK信号的合成，所以QPSK解调器是由两个2PSK信号相干解调器组成。DQPSK的正交相移键控(DQPSK)利用前后符号之间的相对相位变化来表示数字信息。DQPSK信号码变换加相位调制法(模式a)的产生，4-正交相移键控(DQPSK)(续)，转码器功能：将绝对码转换为相对码(QDPSK参考相位为0，采用模式a的矢量图)例：DQPSK信号(差分码及其相位)，4-正交相移键控。前一对符号的相位状态：DQPSK信号生成码变换加相位选择法(B模式)DQPSK信号相位选择法与生成QPSK信号的框图相同。不

8、同的是，这里的逻辑选相电路不仅要完成载波的选相，还要实现绝对码到相对码的转换功能。4正交差分相移键控(DQPSK)(续)，DQPSK信号解调相干解调(极坐标比较法)这里，代码转换器的功能与发送器的功能正好相反，它需要将判决器输出的相对码恢复为绝对码。4正交差分相移键控(DQPSK)(续)，差分相干解调(相位比较法)相位比较法适用于接收模式a中规定相位关系的QDPSK信号。与极性比较法相比，相位比较法的解调原理是直接比较符号前后的相位。4正交相移键控(DQPSK)(续)，正交相移键控QPSK，是一个符号间隙，等于两个位周期。上述公式可以进一步写成：QPSK信号可以写成：与BPSK系统相比，QPS

9、K频带利用率提高了一倍。载波相位有四个可能的值，它们对应于四个调制信号的矢量图。QPSK信号也可以看作是具有相互正交载波的两个BPSK信号的和。图4-5 QPSK信号矢量图，(a) /4系统，(b) /2系统，QPSK for /4系统也可以用类似的方式实现。两个载波coswct和sinwct需要分别由cos(wct 450)和sin(wct 450)代替。在加性白噪声信道中，QPSK具有与BPSK相同的误差性能。在同样的带宽下，QPSK发送的数据是BPSK的两倍。因此，QPSK频谱利用率加倍。QPSK信号的功率谱和带宽为：与BPSK类似，QPSK也可以通过差分编码进行非相干解调。QPSK信号

10、的振幅是恒定的。然而，当QPSK用于波形形成时，由于实际信道是带限的，需要带通滤波，带限后的QPSK将失去恒定包络的性质。此外，偶然的180度相移会导致信号包络在瞬间通过零点，这反映在频谱中，并且会出现旁瓣和频谱展宽现象。为了防止旁瓣再生和频谱扩展，有必要用低效率线性放大器放大QPSK信号。对放大器线性度敏感。交错QPSK(OQPSK)对旁瓣和频谱展宽等有害现象不敏感，可以高效放大。QPSK因为两个通道上的数据边缘是对齐的，在符号转换点，当两个通道上只有一个通道的数据改变极性时，QPSK信号的相位将有90的突变；当两个通道上的数据同时改变极性时，QPSK信号的相位会有180的突变。QPSK相图

11、，当产生OQPSK信号时，输入数据被数据分离器分成奇数和偶数路径。它们在时间上错开一个符号间隔，然后两个正交载波被BPSK调制并叠加成OQPSK信号。调制框图如图4-10所示。OQPSK信号调制器、OQPSK信号解调器、I通道和q通道的两个数据流，一次只有一个数据流经历极性转换。输出的OQPSK信号只有相位跳变，没有相位跳变，滤波限幅后的功率谱旁瓣很小，这是OQPSK信号在实际信道中的频谱特性优于QPSK信号的主要原因。OQPSK、I、q通道波形和相位路径图、OQPSK相位关系图、/4-QPSK特性、/4-QPSK调制是OQPSK和QPSK在实际最大相位变化方面的折衷。在/4-QPSK，最大相

12、位变化限制在135度，而QPSK是180度，OQPSK是90度。因此，带限/4-QPSK信号比带限QPSK信号具有更好的恒定包络特性，但比OQPSK信号对包络变化更敏感。/4-QPSK可以通过相干或非相干方法解调。非相干检测将大大简化接收机的设计。采用差分编码后，/4-QPSK可以变成/4-DQPSK。在多径传播和衰落的情况下，/4-QPSK比OQPSK有更好的性能。通常，/4-QPSK在恢复载波中存在的相位模糊时采用差分编码来实现差分检测或相干解调。/4-QPSK信号性能，/4-QPSK信号具有频谱特性好、功率效率高、抗干扰能力强的特点。它可以在25KHz带宽内传输32 Kb/s的数字信息，

13、有效地提高了频谱利用率，增加了系统容量。对于大功率系统，容易进入非线性，破坏线性调制的特性，因此在数字移动通信中得到了应用，特别是在低功率系统中。最小频移键控(MSK)，MSK是一个特殊的CPFSK(相位连续频移键控)。当调制指数为0.5 h=0.5时，满足符号交替点相位连续的条件。当频移键控允许最小调制指数h=0.5以确保良好的误差性能时，波形相关系数为0，并且信号是正交的。MSK也是OQPSK的一种特殊形式。用半正弦脉冲代替OQPSK的基带矩形脉冲。图4-21可以使用MSK信号波形、MSK信号生成、MSK调制器、MSK信号解调、MSK信号解调、相干解调或非相干解调，并且有各种电路形式。非相

14、干解调不需要复杂的载波提取电路，但其性能稍差。相干解调电路必须产生本地相干载波，其频率和相位必须与载波频率和相位保持严格同步。在MSK信号中，载波频率分量被抑制了，因此不能通过锁相环或窄带滤波器直接从信号中提取出来。因此，MSK信号必须进行非线性处理。MSK信号的特性，调制信号的幅度是恒定的。当信号在一个符号周期中包含1/4载波周期的整数倍时，连续无相位信号的频偏严格等于1/4 Tb，调制指数为0.5。MSK信号的功率谱密度、高斯滤波最小频移键控(GMSK)和MSK调制方式已经在一些通信系统中得到应用。然而，就移动通信系统而言，通常需要在25千赫的信道间隔内发送16千比特/秒的数字信号，并且相

15、邻信道的辐射功率低于-70至-80dB，这显然是MSK信号所不能满足的。而GMSK，另一种数字调制方法，可以很好地满足要求。GMSK要求带外辐射功率为-60-80分贝，是全球移动通信系统的首选方案。1.实现起来很简单。2.它需要在原来的MSK调制器上增加一个前置滤波器。2.它具有窄带宽和锐截止类型。它具有低过冲响应，并保持输出脉冲的面积不变。3.目的：抑制高频成分，防止瞬时频率偏移过大，满足相干检测的需要。4个高斯滤波器满足上述要求。GMSK滤波完全可以由B和基带符号持续时间T决定，图4-30高斯低通滤波器的传输特性，图4-31高斯低通滤波器的脉冲响应，图4-33 MSK和GMSK信号的相位路径，GMSK信号的产生，GMSK信号的产生，最简单的方法是使输入的非归零(NRZ)信息比特流通过高斯低通滤波器(GLPF)，然后进行调频调制。这种方法被广泛使用，包括GSM系统。NRZ数据、高斯LPF、调频发射机、GMSK射