偏移正交相移鍵控oqpsk的分析與應(yīng)用

偏移正交相移鍵控oqpsk的分析與應(yīng)用

1星上調(diào)制解調(diào)技術(shù)衛(wèi)星通信具有覆蓋面積大、通信距離長、施工速度快、易受地理優(yōu)勢影響等特點。它是現(xiàn)代信息社會的重要通信手段。眾所周知,衛(wèi)星平臺上頻譜和功率資源非常有限,選擇合適的調(diào)制解調(diào)技術(shù)可以很好的利用頻譜和功率資源,因此星上調(diào)制解調(diào)技術(shù)一直是衛(wèi)星通信研究的一個重要方向。信號調(diào)制就是為了使信號特性與信道特性相匹配,信道的特性決定了信號的調(diào)制方式。不同的信道特性,應(yīng)選擇與之匹配的調(diào)制方式。偏移正交相移鍵控(OQPSK:OffsetQuadraturePhaseShiftKeying)是一種恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù),其頻譜特性好,具有非常高的頻譜利用率和功率利用率。適合實際應(yīng)用環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),在衛(wèi)星通信和移動通信領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。將OQPSK調(diào)制與解調(diào)技術(shù)應(yīng)用于高速無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中,特別是衛(wèi)星通信系統(tǒng)和地面移動通信系統(tǒng),是目前具有重要價值的研究方向。因此,對OQPSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)的研究具有重要的理論和應(yīng)用價值。2相相移鍵控qpsk目前常用的數(shù)字調(diào)制方式有二相移相鍵控(BPSK)、正交相移鍵控(QPSK)、偏移正交相移鍵控(OQPSK)等。二進制移相鍵控方式是受鍵控的載波相位按基帶脈沖而改變的一種數(shù)字調(diào)制方式,其信號的數(shù)學公式可以表示為其中,an取1的概率為p,-1的概率為1-p,g(t)為單個矩形脈沖,脈寬為Ts,Ws為載波頻率。QPSK是四相相移鍵控調(diào)制,分為絕對相移和相對相移兩種。它具有一系列獨特的優(yōu)點,目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于無線通信中,成為現(xiàn)代通信中一種十分重要的調(diào)制解調(diào)方式。四相絕對移相調(diào)制利用載波的四種不同相位來表征數(shù)字信息,其信號可以表示為:其可以看作是兩路正交的BPSK信號相疊加。這兩路正交的BPSK信號幅度相同,功率相當,碼元同步。如果在正交調(diào)制時,將正交路基帶信號相對于同相路基帶信號延時一個信息間隔,即符號間隔的一半,則有可能減小包絡(luò)起伏。這種將正交路延時一段時間的調(diào)制方法稱為偏移四相相移鍵控,常記作OQPSK。信號可以表示為:QPSK信號兩路正交的信號是碼元同步的,而OQPSK信號與QPSK信號的區(qū)別在于其正交的信號錯開了半個碼元。每次只有一路可能發(fā)生極性翻轉(zhuǎn),不會發(fā)生兩支路碼元極性同時翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。因此,OQPSK信號相位只能跳變0°、±90°,不會出現(xiàn)180°的相位跳變,如圖1所示。3bpf作用原理OQPSK信號產(chǎn)生的原理如圖2,圖中延遲Ts/2電路為了保證I、Q兩個支路碼元偏移半個碼元周期。BPF的作用是形成OQPSK信號的頻譜形狀,保持包絡(luò)恒定。OQPSK信號的解調(diào)原理如圖3所示,它與QPSK信號的解調(diào)原理基本相同,差別僅在于Q支路信號抽樣判決時間比1支路延遲了Ts/2,這是因為調(diào)制時Q支路信號在時間上已經(jīng)偏移了Ts/2,所以抽樣判決時應(yīng)偏移Ts/2,以保證對兩支路交錯抽樣。4oqpsk調(diào)解技術(shù)的優(yōu)勢4.1qpsk恒包絡(luò)⑴BPSK調(diào)制的頻譜效率低,抗非線形性能差,但實現(xiàn)起來較為容易。⑵QPSK調(diào)制方式有很好的頻譜效率,但是抗非線性能力一般。由于它存在180o的相位突變的情況,因而在帶限信道中會出現(xiàn)包絡(luò)起伏,主要體現(xiàn)在以下兩點(1)發(fā)射QPSK信號時,假定每個符號的包絡(luò)是矩形,即信號包絡(luò)是恒定的,此時己調(diào)信號的頻譜是無限寬。然而,實際信道總是限帶的,因此在發(fā)送QPSK信號時常常經(jīng)過帶通濾波。限帶后的QPSK信號己不能保持恒包絡(luò)。相鄰符號間發(fā)生180o相移時,經(jīng)過限帶后會出現(xiàn)包絡(luò)為零的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象在非線性限帶信道,尤其是衛(wèi)星通信信道中是特別不希望出現(xiàn)的。⑶OQPSK也稱為偏移四相相移鍵控(offsetQPSK),是QPSK的改進型,是在QPSK基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)。所謂恒包絡(luò)技術(shù)是指已調(diào)波的包絡(luò)保持為恒定,它與多進制調(diào)制是從不同的兩個角度來考慮調(diào)制技術(shù)的。恒包絡(luò)技術(shù)所產(chǎn)生的已調(diào)波經(jīng)過非線性部件時,只產(chǎn)生很小的頻譜擴展,可以提高頻率利用率。4.2已調(diào)波的恒包絡(luò)強度調(diào)制1.OQPSK信號的功率譜與QPSK相同,有較高的頻譜利用率,理論值達1b/s/Hz。當碼元出現(xiàn)為等概率時,其表達式為:其中,A為脈沖g(t)幅度。2.將正交路信號偏移半個碼元周期后,消除了已調(diào)信號中突然相移180o的現(xiàn)象,每隔半個碼元周期信號相位只可能最多發(fā)生90o的變化。從圖4與圖5的比較中可以看出,以半個碼元為周期,相對QPSK變換雙碼元,而OQPSK信號調(diào)制最多只是變換一位碼元,濾波后的OQPSK信號中包絡(luò)的最大值與最小值之比約為,不可能出現(xiàn)比值為無限大的情形,可以保證恒包絡(luò)調(diào)制傳輸,這是OQPSK對QPSK的改進之處。OQPSK具有的恒包絡(luò)特性使得它通過非線性部件時,只產(chǎn)生很小的頻譜擴展。這種形式的已調(diào)波具有兩個主要特點。其一是包絡(luò)恒定或起伏很小;其二是已調(diào)波頻譜具有高頻快速滾降特性,或者說已調(diào)波旁瓣很小,甚至幾乎沒有旁瓣。5恒包絡(luò)技術(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一種大容量、遠距離通信系統(tǒng),頻譜效率和功率效率是影響衛(wèi)星通信系統(tǒng)調(diào)制體制選擇的兩個重要因素。衛(wèi)星信道是比較典型的帶限和非線性信道。收發(fā)兩端的中頻濾波器使得信道的通頻帶具有帶限的特性,發(fā)射機的高功率放大器和轉(zhuǎn)發(fā)器中的行波管放大器都是非線性器件,使得信道具有非線性特性。因此所需調(diào)制技術(shù)主要是圍繞如何充分節(jié)省頻譜和高效率的利用頻帶展開的,其中多進制調(diào)制技術(shù),是提高頻譜利用率的有效方法,恒包絡(luò)技術(shù)不但能適應(yīng)信道的非線性,而且能保持較小的頻譜占用率。從上面的分析可知,OQPSK所具有的恒包絡(luò)特性和良好的頻率效率及功率效率,使得它在衛(wèi)星通信中得到了廣泛的應(yīng)用。6oqpsk調(diào)制解調(diào)技術(shù)的實現(xiàn)文中在研究常見的幾種調(diào)制解調(diào)技術(shù)原理的基礎(chǔ)上引出了OQPSK。OQPSK是QPSK的改進,詳細介紹了OQPSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)的表達式,并用圖例說明了OQPSK調(diào)制的碼元極性翻轉(zhuǎn)與QPSK的不同;OQPSK調(diào)制解調(diào)的原理圖及它具有的不同于QPSK的特點,指出OQPSK具有的恒包絡(luò)特性非常適合于衛(wèi)星通信的非線形信道,能夠保持較小頻譜占用率,從而提高衛(wèi)星通信的頻譜利用率。2.1BPSK2.1QPSK2.3oqpsk的調(diào)制(2)經(jīng)非線性放大器后,包絡(luò)中的起伏雖然可以減弱或者消除,但與此同時卻使信號頻譜擴展,其旁瓣將會干擾臨近頻道的信號,發(fā)送時的限帶濾波將完全失去作用。另外它的線性功放功率效率低,并且造價高,因此,在便攜設(shè)備應(yīng)用中大大受到限制。OQPSK也存在一些不足指出。如必須采用相干解調(diào),因而存在載波恢復(fù)的相位模糊問題。目前,解決相干載波恢復(fù)相位模糊度問題通用的兩種方法,是利用幀頭輔助或采用差分編碼調(diào)制DOQPSK。當碼元轉(zhuǎn)換時,相位的變化是不連續(xù)的,存在90°的相位跳變,因而高頻滾降慢,使得頻帶較寬。在此問題上發(fā)展