QPSK和OQPSK调制

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,f,DPSK,调制原理,差分相移键控（,DPSK,）是利用相邻二个码元的载波信号初始相位的相对变化来表示所传输的码元。,例如，在二进制中传输“,1”,码时，则与此码元所对应的载波信号初始相位相对于前一码所对应的载波信号初始相位有 或弧度的变化;，传输,“0,”码时，与此码元所对应的载波信号的初始相位相对于前一码元所对应的载波信号初始相位无变化（“,1,变,0,不变”）；当然反过来也是可以的。,2,二进制差分相移键控,（,DPSK,）,f,2,二进制差分相移键控,（,DPSK,）,初相为0相,初相为相,相位差与初相无关,表：数字信息序列与已调载波相位关系,表,4,1,数字码元,1,0,1,1,0,0,1,0,1,2PSK,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,2,0,0,0,0,0,0,已调载,波每个,码元的,相位,2DPSK,0,0,0,0,（,1,）,1,0,0,1,0,0,0,1,1,0,相对码,（,2,）,0,1,1,0,1,1,1,0,0,1,举例,若定义,为,2DPSK,方式下本码元初相与前一码元初相之差，并设,相“,1,”,、,0,相,“,0,”,，为了比较，设,2PSK,方式下,相“,0,”,、,0,相,“,1,”,，则数字信息序列与,2PSK,、,2DPSK,信号的码元相位关系如表所示。,初相为0相,初相为相,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,同样存在,A、B,方式矢量图，,图中虚线表示的参考矢量代表前一个码元已调载波的相位。,B,方式下，每个码元的载波相位相对于参考相位可取 ，所以其相邻码元之间必然发生载波相位的跳变，接收端可以据此确定每个码元的起止时刻（即提供码元定时信息），而,A,方式却可能存在前后码元载波相位连续。,0,0,参考矢量,0,参考矢量,图 二相移相信号矢量图,（a）方式A,(b)方式B,f,2,二进制差分相移键控,（,DPSK）,（续）,2DPSK,信号的产生,在,2PSK,方式中，由于解调过程中会出现“倒,”现象，即相位模糊现象（相干接收,PSK,信号需要提供稳定的本地载波，它的初始相位是,0,相或是,相，完全是随机的，因此很可能使相干载波与接收到的信号载波反相，于是恢复出与发送码元相反的码序列)。因此，在实际中经常采用,2DPSK,方式,。,用源码序列 对载波进行相对（差分）相移键控，等效于,将源码序列 转换为差分码形式 ，之后对载波进行绝对相移键控。,绝对码和相对码之间的关系为,2DPSK,信号的功率谱密度和带宽相同于,2PSK,信号的功率谱密度和带宽,2PSK(b,k,),2DPSK(a,k,),2PSK,调制,f,2,二进制差分相移键控,（,DPSK）,（续）,2DPSK,信号的解调,相干解调（同步检测法或极性比较法）,b,k,1 1 0 0 1 0,a,k,0 0 1 0 1 1,b(t),c(t),d(t),cp(t),e(t),f(t),a,-a,a(t),信息代码（发,a,k,）,0,1,1,1,0,0,设,b,k-1,=1；,2PSK方式下：,相“0”,0相“1”,cp(t),a,b,c,e,d,f,a,k,b,k-1,2PSK,解调,码反变换,b,k,BPF,载波同步,LPF,抽样判决,位同步,T,S,已调2DPSK信号,2,二进制差分相移键控,（,DPSK）,（续）,差分相干解调（相位比较法）,a,c,d,e,b,cp(t),BPF,T,s,LPF,抽样判决,位同步,已调2DPSK信号,0,0,1,1,0,0,0,1,1,a(t),b(t),c(t),d(t),cp(t),e(t),信息代码（发,a,k,）,设,b,k-1,=1；,则：b,k,1 1 0 1 1,相“0”,0相“1”,2PSK方式下:,举例：,DPSK,调制、解调过程,设源码序列为 =，假设无传输差错,恢复,1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1,1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0,0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1,1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1,4,四相相移键控（,QPSK,）,多进制数字调制的概念、特点,用多进制数字基带信号去调制载波的振幅、频率和相位，称为多进制数字调制。分为多进制数字振幅调制、多进制数字频率调制以及多进制数字相位调制三种基本方式。,多进制数字调制系统的特点,在相同的码元传输速率下（此时多元频带调制信号占用与二元信号相等带宽，多进制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，多进制数字调制系统的码元传输速率低于二进制数字调制系统,多进制数字调制系统的抗噪声性能低于二进制数字调制系统。,4,四相相移键控（,QPSK,）（续）,多进制数字相位调制的原理,多进制数字相位调制，它是利用载波的多种不同相位（或相位差）来表征数字信息的调制方式。用,M,种相位 来表,k,比特码元的 种状态。假设相位数 ，比特码元的持续时间为 。则,M,相调制波可以表示为,式中，为受调相位，可有 种不同取值；,下面主要讨论四相绝对相移调制，记为,4PSK,或,QPSK,和四相相对相移调制，记为,4DPSK,或,QDPSK,。,4,四相相移键控（,QPSK,）（续）,四相绝对,相移,键控,QPSK,四进制码元又称为双比特码元。它的前一信息用a代表，后一信息比特称用b代表，双比特码元中两个信息比特ab提出按照格雷码（即反射码）排列的。它与载波相位的关系如下表示。矢量图如下。,双比特码元,载波相位,（,k,j,）,a,b,A,方式,B,方式,0,0,0,o,45,o,0,1,90,o,135,o,1,1,180,o,225,o,1,0,270,o,315,o,00,11,参考相位,01,10,参考相位,00,01,11,10,4,四相相移键控（,QPSK,）（续）,QPSK,信号的产生,调相法（B方式）,注：串/并输入信号码速率等于 ,输出信号码速率等于 ，,a,支路和,b,支路信号的码元宽度为 ，为二进制信号码元宽度。,串/并,变换,平衡,调制器,平衡,调制器,载波,振荡,相加,移相,2,p,-,输入,同向支路a,正交支路b,t,c,w,cos,t,c,w,sin,输出,(a),(b),b(0),b(1),a(0),a(1),(1,0),(1,1),),(0,1),(0,0),1 1,0 1,0 0,1 0,ab,cos,c,t,-cos,c,t,-cos,c,t,cos,c,t,I(t),-sin,c,t,-sin,c,t,sin,c,t,sin,c,t,Q(t),4PSK移相,45,135,225,315,表,QPSK,信号相位编码逻辑关系,a,1,0,0,1,b,1,1,0,0,a,平衡调制器输出,0,o,180,o,180,o,0,o,b,平衡调制器输出,270,o,270,o,90,o,90,o,合成相位,315,o,225,o,135,o,45,o,4,四相相移键控（,QPSK,）（续）,QPSK,信号的产生,相位选择法,QPSK,信号的特点：在信号空间（星座图）有,4,个均匀分布在同圆上（恒包络）上的信号点（星点），,4,个不同相位载波互为正交。即说明：已调信号的幅度相等，依靠不同相位来区分各信号,串/并,变换,输入,逻辑选相电路,四相载波发生器,带通,滤波器,输出,4,四相相移键控（,QPSK,）（续）,QPSK,信号的,功率谱特性,串并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行的双极性序列。,a,序列和,b,序列的码元周期为输入的二进制序列码元周期的,2,倍，码元传输速率为输入的二进制序列码元传输速率的,1/2,。,设输入的二进制序列的码元传输速率为 ，则,QPSK,的第一个零点以内的频带宽度为 。此时的频带利用率为,1B/Hz。,4,四相相移键控（,QPSK,）（续）,QPSK,信号的,解调,相干解调,QPSK,可以看作两个正交的,2PSK,的合成，因此,QPSK,解调器由两个,2PSK,信号相干解调器构成,平衡,调制器,平衡,调制器,相干,载波,移相,2,p,-,t,c,w,cos,t,c,w,sin,输出,低通,滤波器,低通,滤波器,抽样,判决,抽样,判决,定时,定时,并/串,变换,a,b,已调QPSK信号,4,四相差分相移键控（,DQPSK,）,四相差分,相移,键控,DQPSK,相对移相调制,利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信息。,k,j,D,双比特码元,载波相位,（,）,a,b,A,方式,B,方式,0,0,0,o,45,o,0,1,90,o,135,o,1,1,180,o,225,o,1,0,270,o,315,o,00,11,参考相位,01,10,参考相位,00,01,11,10,DQPSK,信号的产生,码变换加调相法（,A,方式）,码变换,平衡,调制器,平衡,调制器,载波,振荡,相加,移相,4,p,+,输入,输出,串/并,变换,移相,4,p,-,绝对码,相对码,4,四相差分相移键控（,DQPSK,）（续）,码变换器的功能：将绝对码转换成相对码,(设,QDPSK,的参考相位为,0,，采用,A,方式矢量图),举例：,DQPSK,信号（差分码及其相位）,4,四相差分相移键控（,DQPSK,）（续）,输入序列,01,11,00,10,11,01,10,00,QPSK,90,o,18,0,o,0,o,270,o,18,0,o,90,o,270,o,0,o,QDPSK,90,o,270,o,270,o,18,0,o,0,o,90,o,0,o,0,o,相对序列,01,10,10,1,1,00,01,0,0,00,绝对码,相对码,表,QDPSK信号相位编码逻辑关系,双比特码元,载波相位变化,a,b,A方式,0,0,0,o,0,1,90,o,1,1,180,o,1,0,270,o,前一对码元的相位状态：,DQPSK,信号的产生,码变换加相位选择法（,B,方式）,DQPSK,信号相位选择法与产生,QPSK,信号的框图相同。区别之处在于：这里的逻辑选相电路除了完成选择载波的相位外，还应实现将绝对码转换成相对码的功能。,串/并,变换,输入,逻辑选相电路,四相载波发生器,带通,滤波器,输出,4,四相差分相移键控（,DQPSK,）（续）,DQPSK,信号的解调,相干解调（极性比较法）,这里码变换器的功能恰好与发送端的相反，它需要将判决器输出的相对码恢复成绝对码。,输出,平衡,调制器,平衡,调制器,载波,振荡,移相,4,p,+,已调,DQPSK,信号,移相,4,p,-,并/串,变换,码变换,低通,滤波器,抽样,判决,码元,形成,定时,低通,滤波器,抽样,判决,码元,形成,定时,QPSK,解调,码变换,4,四相差分相移键控（,DQPSK,）（续）,差分相干解调（相位比较法）,相位比较法适用于接收,A,方式规定的相位关系的,QDPSK,信号。这种解调方法与极性比较法相比，相位比较法解调的原理就是直接比较前后码元的相位。,相乘器,相乘器,延迟,T,S,移相,4,p,+,输出,移相,4,p,-,并/串,变换,低通,滤波器,抽样,判决,码元,形成,定时,低通,滤波器,抽样,判决,码元,形成,定时,已调DQPSK信号,4,四相差分相移键控（,DQPSK,）（续）,四相相移键控QPSK,是符号间隙,等于两个比特周期,上式可进一步写成：,QPSK信号可写成：,QPSK频带利用率比BPSK系统提高了一倍。而载波相位共有四个可能的取值，对应于四个已调信号的矢量图。QPSK信号也可看成是载波相互正交的两个BPSK信号之和。,45,0,45,0,Q,I,图4-5 QPSK信号矢量图,（a）,/4 系统,Q,I,（b）,/2 系统,对于,/4系统QPSK也可用类似的方法实现。只要把两个载