qpsk技術(shù)在數(shù)字通信中的應(yīng)用

qpsk技術(shù)在數(shù)字通信中的應(yīng)用

1數(shù)字調(diào)用(1)基帶信號(hào)的調(diào)制數(shù)字調(diào)換器有三種基本形式：調(diào)幅、頻率和調(diào)相。在此基礎(chǔ)上，可以生產(chǎn)許多其他形式。數(shù)字調(diào)制是用載波信號(hào)的某些離散狀態(tài)來(lái)表征所傳輸?shù)男畔?在接收端也對(duì)載波信號(hào)的離散調(diào)制參量進(jìn)行檢測(cè),數(shù)字調(diào)制采用正弦波調(diào)制,即被調(diào)制信號(hào)為高頻正弦波。數(shù)字調(diào)制信號(hào)又稱為鍵控信號(hào),數(shù)字調(diào)制過(guò)程中處理的是數(shù)字信號(hào),而載波有振幅、頻率和相位3個(gè)變量,且二進(jìn)制的信號(hào)只有高、低電平兩個(gè)邏輯量,所以調(diào)制的過(guò)程可用鍵控的方法由基帶信號(hào)對(duì)載頻信號(hào)的振幅、頻率或相位進(jìn)行調(diào)制。最基本的調(diào)制方法有3種,即振幅鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。同時(shí),根據(jù)所處理基帶信號(hào)的進(jìn)制不同可分為二進(jìn)制和多進(jìn)制調(diào)制。由于多進(jìn)制數(shù)字已調(diào)信號(hào)的被調(diào)參數(shù)有多個(gè)可能取值,因此,多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制有以下優(yōu)點(diǎn):在相同的碼元傳輸速率下,多進(jìn)制系統(tǒng)的信息傳輸速率比二進(jìn)制系統(tǒng)高。比如,四進(jìn)制系統(tǒng)的信息傳輸速率是二進(jìn)制系統(tǒng)的兩倍;在相同的信息傳輸速率下,多進(jìn)制系統(tǒng)的碼元傳輸速率比二進(jìn)制系統(tǒng)低,因而多進(jìn)制信號(hào)碼元的持續(xù)時(shí)間要比二進(jìn)制長(zhǎng)。顯然增大碼元寬度,會(huì)增加碼元的能量,并且能減小碼間干擾的影響等?；谏鲜鎏攸c(diǎn),使得多進(jìn)制調(diào)制方式廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信、數(shù)字視頻廣播和數(shù)字衛(wèi)星廣播等領(lǐng)域。(2)低通道數(shù)字視頻壓縮技術(shù)qpsk在19世紀(jì)80年代初期,人們選用恒定包絡(luò)數(shù)字調(diào)制。這類(lèi)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是已調(diào)信號(hào)具有相對(duì)窄的功率譜和對(duì)放大設(shè)備沒(méi)有線性要求,不足之處是其頻譜利用率低于線性調(diào)制技術(shù)。19世紀(jì)80年代中期以后,四相絕對(duì)移相鍵控(QPSK)技術(shù)以其抗干擾性能強(qiáng)、誤碼性能好、頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于數(shù)字微波通信系統(tǒng)、數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)、寬帶接入、移動(dòng)通信及有線電視系統(tǒng)之中。例如:在衛(wèi)星數(shù)字電視傳輸中,普遍采用的QPSK調(diào)諧器是當(dāng)今衛(wèi)星數(shù)字電視傳輸中對(duì)衛(wèi)星功率、傳輸效率和抗干擾性以及天線尺寸等多種因素綜合考慮的最佳選擇。2qpsk操作原理和信號(hào)輸出2.1進(jìn)制碼元與諧波相位的形成四相絕對(duì)移相調(diào)制是利用載波的4種不同相位來(lái)表征數(shù)字信息。每一種載波相位代表兩個(gè)比特的信息。例如,若輸入二進(jìn)制數(shù)字信息,序列為10011100,…,則應(yīng)該先將其進(jìn)行分組,每?jī)蓚€(gè)比特編為一組。可將它們分成10,01,11,00,等,然后分別用4種不同的相位來(lái)表示。故每個(gè)四進(jìn)制碼元又被稱為雙比特碼元。把組成雙比特碼元的前一個(gè)信息比特用a代表,后一個(gè)信息比特用b代表。雙比特碼元中的兩個(gè)信息比特ab通常是按格雷碼排列的。載波相位若用θk表示,則θk在0到2π內(nèi)等間隔的取值僅有4種可能。表1給出碼元與載波相位的關(guān)系。又由于正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的互補(bǔ)特性,對(duì)應(yīng)于θk的4種取值,例如45°、135°、225°、315°,其幅度ak(ak=cosθk)和bk(bk=sinθk)。只有兩種取值,即±1/2√±1/2。所以,四相絕對(duì)移相調(diào)制可以看作兩個(gè)正交的二相絕對(duì)移相調(diào)制的合成。載波相位θk的4種取值矢量關(guān)系,如圖1所示。圖1(a)中表示采用方式1的QPSK信號(hào)的矢量圖,屬于π/2體系。圖1(b)中表示采用方式2的QPSK信號(hào)的矢量圖,均屬于π/4體系。由于四相絕對(duì)移相調(diào)制可以看作兩個(gè)正交的二相絕對(duì)移相調(diào)制的合成,因此,兩者的功率譜密度分布規(guī)律相同。2.2qpsk調(diào)制器的并行組合因?yàn)樗南嘟^對(duì)移相調(diào)制可以看作兩個(gè)正交的二相絕對(duì)移相調(diào)制的合成,所以同相通道I和正交通道Q的調(diào)制過(guò)程應(yīng)與二相絕對(duì)移相調(diào)制相同。因此,在本質(zhì)上QPSK調(diào)制器是兩個(gè)2PSK調(diào)制器的并行組合。QPSK信號(hào)產(chǎn)生的方法和2PSK信號(hào)一樣,也可以分為調(diào)相法和相位選擇法兩種,下面將分別論述其原理和實(shí)現(xiàn)方法。(1)組合二相移能力用調(diào)相法產(chǎn)生π/4體系的QPSK信號(hào)的系統(tǒng)方框圖如圖2所示。圖2中,串并變換器將輸入的二進(jìn)制序列依次分為兩個(gè)速率減半的并行的單極性序列。假設(shè)兩個(gè)序列中的二進(jìn)制數(shù)字分別為a和b,每一對(duì)ab稱為一個(gè)雙比特碼元。單極性的a和b脈沖通過(guò)極性變換,即0→-1和1→+1,變成雙極性二電平信號(hào)I(t)和Q(t),然后進(jìn)入兩個(gè)平衡調(diào)制器,分別對(duì)同相載波和正交載波進(jìn)行二相調(diào)制,得到圖3中的虛線矢量。將兩路輸出疊加,即得如圖3中的實(shí)線所示的四相移相信號(hào)。其相位編碼邏輯關(guān)系如表2所示。如果將載波移相-π/4,使用此方框圖系統(tǒng)也可以產(chǎn)生π/2體系的QPSK信號(hào)。(2)相同頻率波動(dòng)利用相位選擇法產(chǎn)生QPSK信號(hào)的系統(tǒng)方框圖如圖4所示。它實(shí)際上是對(duì)調(diào)相法的一種簡(jiǎn)化,把幾個(gè)電路合并后封裝在一起。圖4中,四相載波發(fā)生器分別送出調(diào)相所需的4種不同相位的載波。按照串并變換器輸