移動(dòng)通信原理第次課QPSK數(shù)字調(diào)制

1、2,四相相移鍵控,QPSK,我們可以根據(jù)三角函數(shù)的余弦和角公式推出調(diào)制信,號(hào),S,k,t,的表達(dá)式,設(shè),X,k,和,Y,k,為常數(shù)，得到,X,k,cos,w,c,Y,k,sin,w,c,a,cos,k,cos,w,c,a,sin,k,sin,w,c,a,cos,w,c,k,S,k,t,其中,是調(diào)制信號(hào)的幅值,k,arc tg(Y,k,X,k,是調(diào)制信號(hào)的相位,從上面的推導(dǎo)過(guò)程可以看出，只要將兩個(gè)常數(shù),Y,k,和,X,k,分別與兩個(gè)角頻率相同的正、余弦三角函數(shù)相乘,再求積的和，就可以得到一個(gè)與,Y,k,X,k,相對(duì)應(yīng)的調(diào),制信號(hào)相位,k,如果將,Y,k,和,X,k,與基帶數(shù)字信號(hào)關(guān)聯(lián)起來(lái)，就可以

2、實(shí),現(xiàn)對(duì)載波,cos,w,c,相位的數(shù)字調(diào)制,2,2,k,k,Y,X,a,調(diào)制原理是這樣的，基帶數(shù)字信號(hào)序列中相鄰兩位,只有四種組合,00,10,11,和,01,令數(shù)字信號(hào),0,轉(zhuǎn),化成電位,A,1,轉(zhuǎn)化成電位,A,與四種數(shù)字組合相,對(duì)應(yīng)的四組電位分別是,AA,AA,A-A,和,A-A,如,表所示。矢量圖反映了數(shù)字組合、電位組合和相位,之間的關(guān)系。由于,k,相互正交，這種調(diào)制方法被稱,為,QPSK,調(diào)制,實(shí)現(xiàn),QPSK,調(diào)制的調(diào)制器原理如圖所示?；鶐?shù)字,信號(hào)序列,X,t,經(jīng)過(guò)串并變換器后，奇數(shù)位組成,X,k,序,列進(jìn)入,I,支路，偶數(shù)位組成,Y,k,序列進(jìn)入,Q,支路,Y,k,和,X,k,經(jīng)

3、電位轉(zhuǎn)換后與載波信號(hào)相乘。然后合路生成,調(diào)制信號(hào),I,支路表示調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)函數(shù)同,名，為,cos,Q,支路表示調(diào)制信號(hào)函數(shù)為,cos,載,波信號(hào)函數(shù)為,sin,它們相互正交,X,t,00,b,1,b,2,10,b,3,b,4,11,b,5,b,6,01,b,7,b,8,X,k,奇位,0,A,1,A,1,A,0,A,Y,k,偶位,0,A,0,A,1,A,1,A,k,4,3,4,5,4,7,4,X,k,cos,w,c,Y,k,sin,w,c,a,cos,k,cos,w,c,a,sin,k,sin,w,c,a,cos,w,c,k,其中,k,arc tg(Y,k,X,k,a=X,k,cos,k,

4、Y,k,sin,k,例如，當(dāng)基帶數(shù)字信號(hào)的,b,3,b,4,位,1,0,進(jìn)入串并轉(zhuǎn)換,器時(shí)，奇數(shù)位,b,3,1,進(jìn)入奇數(shù)序列,X,k,即進(jìn)入,I,支路,由電,位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成負(fù)電位,A,送到乘法器與載波相乘,得,到,A,cos,w,c,A,cos,w,c,偶數(shù)位,b,4,0,進(jìn)入偶數(shù)序列,Y,k,即進(jìn)入,Q,支路，由電位轉(zhuǎn),換器轉(zhuǎn)化成正電位,A,送到乘法器與載波相乘，得到,A,sin,w,c,兩路乘法器輸出相加得到調(diào)制信號(hào),S,k,t)=X,k,cos,w,c,Y,k,sin,w,c,A,cos,w,c,A,sin,w,c,A)cos,k,cos,w,c,sin,k,sin,w,c,Acos,w

5、,c,k,由于,k,的對(duì)邊是,A,相鄰直角邊是,A,所以,k,在,第二象限。其相位為,k,arc tg(Y,k,X,k,arctg(A,A)=arctg,1),3,4,因此，調(diào)制信號(hào)為,S,k,t)= A,cos,w,c,3,4,2,2,2,在轉(zhuǎn)換成的電位絕對(duì)值相同的情況下，我們也,可以利用以,Y,k,為縱坐標(biāo),X,k,為橫坐標(biāo)生成的,相位圖來(lái)分析相位,k,例如，當(dāng)基帶數(shù)字信號(hào)的,b,5,b,6,位,1,1,進(jìn)入串,并轉(zhuǎn)換器時(shí)，如圖所示：奇數(shù)位,b,5,1,對(duì)應(yīng),X,k,的,A,偶數(shù)位,b,6,1,對(duì)應(yīng),Y,k,的,A,它們的矢,量和的相位就是,k,的相位，即,k,5,4,下圖是數(shù)字基帶信號(hào)與

6、調(diào)制信號(hào)相位之間的關(guān),系圖。從圖中可以看出，在,I,路和,Q,路中一位基,帶信號(hào)占據(jù)了串行基帶信號(hào)序列里兩位基帶信,號(hào)的持續(xù)時(shí)間,QPSK,信號(hào)的帶寬,設(shè)基帶數(shù)字信號(hào)速率為,f,b,bps,QPSK,的數(shù)字,調(diào)制,碼元,速率為,f,b,2,QPSK,信號(hào)的功率密度,譜如下圖所示，其雙邊帶寬度是,f,b,單位,Hz,fc,是載波頻率。頻帶利用率為,f,b,f,b,1.0,bps/Hz,QPSK,信號(hào)采用相干解調(diào),解調(diào)器原理圖如下,我們知道，接收的,QPSK,調(diào)制信號(hào)為,S,k,t,a,cos,w,c,k,X,k,cos,w,c,Y,k,sin,w,c,將其與本地信號(hào),cos,w,c,和,sin,

7、w,c,相乘,濾除載波后得到,X,k,t,和,Y,k,t,X,k,cos,w,c,Y,k,sin,w,c,cos,w,c,X,k,t,X,k,cos,w,c,Y,k,sin,w,c,sin,w,c,Y,k,t,按照發(fā)端串并轉(zhuǎn)換的時(shí)間順序?qū)?X,k,t,和,Y,k,t,取樣判,決，進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，輸出就是再生的發(fā)端基帶信號(hào),QPSK,的,I,路和,Q,路的數(shù)據(jù)速率分別是基帶數(shù)字信號(hào),X(t,速率的一半，它們的誤碼率都是,BPSK,的誤碼率,即,P,eI,P,eQ,P,eBP,若在一段時(shí)間內(nèi),X(t,的比特流,量是,m,QPSK,的誤碼率,P,eQP,是,課堂討論,P,eQP,(1/2 mP,eI,

8、m,1/2mP,eQ,m,(1/2P,eI,1/2P,eQ,1/2( P,eBP,P,eBP,= P,eBP,可見(jiàn),QPSK,的誤碼率與,BPSK,的相等,3,p,4,差分四相相移鍵控,p,4DQPSK,由于,QPSK,信號(hào)在進(jìn)行相干解調(diào)時(shí)，與,BPSK,信號(hào)一,樣存在相位模糊問(wèn)題，將產(chǎn)生誤碼。為了消除相位模,糊，調(diào)制器內(nèi)增加了一個(gè)差分編碼器，解調(diào)器增加了,一個(gè)差分譯碼器，這就是,DQPSK,它與,QPSK,不同,之處在于基帶信號(hào)對(duì)應(yīng)的不是載波的某個(gè)固定的絕對(duì),相位值,而是對(duì)應(yīng)某個(gè)固定的相位改變值,即相位差,p,4DQPSK,是一種具體的,DQPSK,其相位相對(duì)前一,相位變化,1/4,p,p,

9、4DQPSK,與,QPSK,的差別在于：一是將,QPSK,的最,大相位跳變從,p,降為,3/4,p,改善了,QPSK,的頻譜,特性；二是在接收端解調(diào)時(shí)既可以采用相干解調(diào)，也,可以采用非相干解調(diào),QPSK,卻只能采用相干解調(diào),p,4DQPSK,調(diào)制器的方框原理圖如下,輸入的基帶數(shù)字信號(hào)序列,X(t,經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換器,被分為兩個(gè)并行數(shù)據(jù)流,m,X,k,和,m,Y,k,在信號(hào)映,射電路內(nèi)進(jìn)行差分編碼，并根據(jù)公式所示的,映射關(guān)系，在時(shí)間,kT,b,t (k,1) T,b,內(nèi),T,b,為支,路內(nèi)的碼元寬度,產(chǎn)生輸出第,k,個(gè)同相和正交,的脈沖序列,X,k,和,Y,k,p,4DQPSK,解調(diào)器的原理方框圖如下,解調(diào)時(shí)既可以采用相干解調(diào)，也可以采用非,相干解調(diào)。這里是一個(gè)非相干解調(diào)器，其解,調(diào)原理與,DBPSK,類似,4,偏置四相相移鍵控,OQPSK,在,QPSK,中，當(dāng)基帶數(shù)字序列從,01,變?yōu)?10,00,變?yōu)?11,或相反變化時(shí)，調(diào)制信號(hào)的前后相位,將產(chǎn)生,p,跳變。這種跳變引起包絡(luò)起伏，當(dāng),信號(hào)通過(guò)非線性元件后，被濾除的帶外分量又,被恢復(fù)，導(dǎo)致頻譜擴(kuò)展，增加對(duì)相鄰信道的干,擾,O,QPSK,中,I,Q,兩支路碼元不能同時(shí)轉(zhuǎn),換電位，錯(cuò)開(kāi)一個(gè)碼元時(shí)間,Tb