基于MATLAB的QPSK信号调制技术及其频谱分析
OQPSK是在QPSK基础上发展起来的一种恒包络数字调制技术。这里,所谓恒包络技术是指已调波的包络保持为恒定,它与多进制调制是从不同的两个角度来考虑调制技术的。恒包络技术所产生的已调波经过发送带限后,当通过非线性部件时,只产生很小的频谱扩展。这种形式的已调波具有两个主要特点,其一是包络恒定或起伏很小;其二是已调波频谱具有高频快速滚降特性,或者说已调波旁瓣很小,甚至几乎没有旁瓣。采用这种技术已实现了多种调制方式。
一个已调波的频谱特性与其相位路径有着密切的关系,因此,为了控制已调波的频率特性,必须控制它的相位特性。恒包络调制技术的发展正是始终围绕着进一步改善已调波的相位路径这一中心进行的。
OQPSK也称为偏移四相相移键控(offset-QPSK),是QPSK的改进型。它与QPSK有同样的相位关系,也是把输入码流分成两路,然后进行正交调制。不同点在于它将同相和正交两支路的码流在时间上错开了半个码元周期。由于两支路码元半周期的偏移,每次只有一路可能发生极性翻转,不会发生两支路码元极性同时翻转的现象。因此,OQPSK信号相位只能跳变0°±90°,不会出现180°的相位跳变。
3.3 4PSK的调制和解调
3.3.1 4PSK调制原理:
四进制绝对相移键控(4PSK)直接利用载波的四种不同相位来表示数字信息。如下
双比特码元 | 载波相位(φn) | ||
a | b | A方式 | B方式 |
图 4PSK信号相位φn矢量图
0 1 1 0 | 0 0 1 1 | 0o 90o 180o 270o | 225o 315 o 45 o 135 o |
由于每一种相位代表两个比特信息,因此每个四进制码元可以用两个二进制码元的组合来表示。两个二进制码元中的前一比特用a来表示,后一比特用b表示,则双比特ab与载波相位的关系入下图:
四进制信号可等效为两个正交载波进行双边带调制所得信号之和。这样,就把数字调相和线性调制联系起来,为四相波形的产生提供依据。
4PSK的调制方法有正交调制方式(双路二相调制合成法或直接调相法)、相位选择法、插入脉冲法等。
方法一我们采用正交调制方式,4PSK的正交调制原理如图:
它可以看成是由两个载波正交的2PSK调制器构成的。图中串/并变换器将输入的二进制序列分为速度减半的两个并行双极性序列a和b(a,b码元在事件上是对齐的),再分别进行极性变换,把极性码变为双极性码(0→-1,1→+1)然后分别调制到cosωct和sinωct两个载波上,两路相乘器输出的信号是相互正交的抑制载波的双边带调制(DSB)信号,其相位与各路码元的极性有关,分别由a和b码元决定。经相加电路后输出两路的合成波形,即是4PSK信号。图中两个乘法器,其中一个用于产生0°与180°两种相位状态,另一个用于产生90o与270°两种相位状态,相加后就可以得到45°,135°,225°,和315°四种相位。
QPSK与二进制PSK一样,传输信号包含的信息都存在于相位中。载波相位取四个等间隔值之一,如л/4, 3л/4,5л/4,和7л/4。相应的E为发射信号的每个符号的能量,T为符号持续时间,载波频率f等于nc/T,nc为固定整数。每一个可能的相位值对应于一个特定的二位组。例如,可用前述的一组相位值来表示格雷码的一组二位组:10,00,01,11。如果a为典型的QPSK发射机框图。输入的二进制数据序列首先被不归零(NRZ)电平编码转换器转换为极性形式,即负号1和0分别用 和- 表示。接着,该二进制波形被分接器分成两个分别由输入序列的奇数位偶数位组成的彼此独立的二进制波形,这两个二进制波形分别用a1(t),和a2(t)表示。最后,将这两个二进制PSK信号相加,从而得期望的QPSK。
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