QPSK和OQPSK以及MSK调制

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π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）180f2二进制差分相移键控（DPSK）初相为0相初相为π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1011001012PSK{φ}0π00ππ0π0{φ1}0ππ0πππ00π{φ2}π00π000ππ0已调载波每个码元的相位2DPSK{Δφ}π0ππ00π0π（1）1001000110相对码（2）0110111001kbka举例若定义Δφ为2DPSK方式下本码元初相与前一码元初相之差，并设Δφ＝π相→“1”、Δφ＝0相→“0”，为了比较，设2PSK方式下φ＝π相→“0”、φ＝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π相f2二进制差分相移键控（DPSK）（续）的相位绝对码ka)0(相初相为的相位相对码kbf2二进制差分相移键控（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。900π0参考矢量220参考矢量图二相移相信号矢量图（a）方式A(b)方式Bf2二进制差分相移键控（DPSK）（续）2DPSK信号的产生在2PSK方式中，由于解调过程中会出现“倒π”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π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kakbka2PSK(bk)2DPSK(ak)2PSK调制ka1kbsTkb1kkkbabf2二进制差分相移键控（DPSK）（续）2DPSK信号的解调相干解调（同步检测法或极性比较法）bk110010ak001011b(t)c(t)d(t)cp(t)e(t)f(t)a-aa(t)信息代码（发ak）011100设bk-1=1；2PSK方式下：φ＝π相→“0”φ＝0相→“1”cp(t)abcedfakbk-12PSK解调码反变换bkBPF载波同步LPF抽样判决位同步TS已调2DPSK信号tccos2二进制差分相移键控（DPSK）（续）差分相干解调（相位比较法）acdebcp(t)BPFTsLPF抽样判决位同步已调2DPSK信号001100011a(t)b(t)c(t)d(t)cp(t)e(t)信息代码（发ak）设bk-1=1；则：bk11011φ＝π相→“0”φ＝0相→“1”2PSK方式下:010)(skTd接收端判决规则为：举例：DPSK调制、解调过程设源码序列为=11010001011101，假设无传输差错ka01kbkakb1kbka恢复110100010111011001111001011001001111001011110100010111011kkkbab1kkkbba4四相相移键控（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。kM2k2ksTkkcstnTtgte)cos()()(0tkTtgbtkTtgackkskcsksin)(cos)(kM,coskkakkbsin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）abA方式B方式000o45o0190o135o11180o225o10270o315o0011参考相位0110参考相位45000111104四相相移键控（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输入同向支路a正交支路btccostcsin输出(a)(b)b(0)b(1)a(0)a(1)(1,0)(1,1))(0,1)(0,0)bRbR2/1sT2sT11010010abcosωct-cosωct-cosωctcosωctI(t)-sinωct-sinωctsinωctsinωctQ(t)4PSK移相45°135°225°315°表QPSK信号相位编码逻辑关系a1001b1100a平衡调制器输出0o180o180o0ob平衡调制器输出270o270o90o90o合成相位315o225o135o45o4四相相移键控（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451352253154四相相移键控（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。sfsfBcf2/scff2/scfff4四相相移键控（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tccostc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ab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D双比特码元载波相位（）abA方式B方式000o45o0190o135o11180o225o10270o315o0011参考相位0110参考相位4500011110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输入输出串/并变换移相4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0111001011011000QPSK90o180o0o270o180o90o270o0oQDPSK90o270o270o180o0o90o0o0o相对序列0110101100010000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abA方式000o0190o11180o10270o)(kD前一对码元的相位状态：0270909018000270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451352253154四相差分相移键控（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已调DQPSK信号移相4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TS移相4输出移相4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]2)1(2cos[2itfTEScssQPSK4,3,2,10iTtssT是符号间隙,等于两个比特周期,上式可进一步写成：]}2)1sin[()2sin(]2)1cos[()2{cos(2)(itfitfTEtSccssQPSKQPSK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。450450QI图4-5QPSK信号矢量图（a）/4系统QI（b）/2系统对于/4系统QPSK也可用类似的方法实现。只要把两个载波coswct和sinwct分别用cos（wct+450）和sin（wct+450）代替就可以了。QPSK在加性白噪声信道下与BPSK的误码性能相同。)27.4()2(obQPSKNEQPe由于在相同的带宽情况下，QPSK较BPSK发送数据多一倍。因此，QPSK频谱利用率高一倍。QPSK信号的功率谱和带宽为：)28.4(]))(2)(2())(2)(2[(22bcbcbcbcbQPSKTffTffSinTffTffSinEP与BPSK相似，QPSK也可以通过差分编码来进行非相干解调。交错正交四相相移键控（OQPSK）QPSK信号的幅度是恒定的，然而当QPSK进行波形成时，由于实际信道是带限的，要经过带通滤波，所以限带后的QPSK将失去恒包络的性质。并且偶尔发生的180度的相移，会导致信号的包络在瞬时间通过零点，反映在频谱方面，会出现边瓣和频谱加宽的现象。为了防止旁瓣再生和频谱扩展，必须使用效率较低的线性放大器放大QPSK信号。对放大器线性度敏感。交错QPSK（OQPSK）对出现旁瓣和频谱