正交相移鍵控

圖1是描繪正交相移鍵控機制的概況圖。

圖1中的輸入是數(shù)據(jù)率為R=1/

QPSK

圖2所示為正交相移鍵控的一個具體例子。兩個調(diào)制過的信號流都是BPSK信號流，其數(shù)據(jù)率為原始比特率的一半。因此，組合后的信號速率為輸入比特速率的一半。請注意，從一個信號到下一個信號，發(fā)生180°（π）相位大轉(zhuǎn)變是可能的。

采用QPSK調(diào)制方式，同時保證了信號傳輸?shù)男屎驼`碼性能。

一般的QPSK的實施，也表明高階PSK的實施。在星座圖中的正弦和余弦波用來傳輸方面的書面符號：

這就產(chǎn)生了四個階段π/4，3π/4，5π/4和7π/4需要。

這個結(jié)果與單位的基礎(chǔ)上功能在一個兩維的信號空間被用作信號的同相分量和正交分量信號的第二首的基礎(chǔ)功能。

因此，信號星座組成的信號空間4點，1/2的因素表明，兩家運營商之間的分裂，同樣的總功率。

這些基礎(chǔ)功能，為BPSK比較清楚地表明如何觀看可以作為兩個獨立的BPSK信號的QPSK。注意的BPSK信號空間分不需要分裂BPSK的星座圖中顯示的兩家運營商在該計劃的符號（位）能源的。

QPSK系統(tǒng)，可以實現(xiàn)在許多方面。發(fā)射機和接收機結(jié)構(gòu)的主要組成部分的說明如下。

QPSK概念發(fā)射機結(jié)構(gòu)。的二進制數(shù)據(jù)流分割成相和正交相的組成部分。這 些都是再分別調(diào)制到兩個正交的基函數(shù)。在此實現(xiàn)中，兩個血竇。之后，這兩個信號疊加，產(chǎn)生的信號是QPSK信號。注意：使用極不返回到零編碼?？梢詳[在這 些編碼器的二進制數(shù)據(jù)源，但已放置后，說明涉及數(shù)字調(diào)制的數(shù)字和模擬信號之間的概念差異。

對于QPSK接收機結(jié)構(gòu)。匹配的過濾器，可以與相關(guān)器代替。每個檢測裝置使用的參考閾值，以確定是否檢測到1或0。

數(shù)字調(diào)制用“星座圖”來描述，星座圖中定義了一種調(diào)制技術(shù)的兩個基本參數(shù)：

（1）信號分布；（2）與調(diào)制數(shù)字比特之間的映射關(guān)系

星座圖中規(guī)定了星座點與傳輸比特間的對應(yīng)關(guān)系，這種關(guān)系稱為“映射”，一種調(diào)制技術(shù)的特性可由信號分布和映射完全定義，即可由星座圖來完全定義。四相相移調(diào)制是利用載波的四種不同相位差來表征輸入的數(shù)字信息，是四進制移相鍵控。QPSK是在M=4時的調(diào)相技術(shù)，它規(guī)定了四種載波相位，分別為45°，135°，225°，315°，調(diào)制器輸入的數(shù)據(jù)是二進制數(shù)字序列，為了能和四進制的載波相位配合起來，則需要把二進制數(shù)據(jù)變換為四進制數(shù)據(jù)，也就是說需要把二進制數(shù)字序列中每兩個比特分成一組，共有四種組合，即00，01，10，11，其中每一組稱為雙比特碼元。每一個雙比特碼元是由兩位二進制信息比特組成，它們分別代表四進制四個符號中的一個符號。QPSK中每次調(diào)制可傳輸2個信息比特，這些信息比特是通過載波的四種相位來傳遞的。解調(diào)器根據(jù)星座圖及接收到的載波信號的相位來判斷發(fā)送端發(fā)送的信息比特。

首先將輸入的串行二進制信息序列經(jīng)串－并變換，變成m=log2M個并行數(shù)據(jù)流，其中每一路的數(shù)據(jù)率是R/m（R是串行輸入碼的數(shù)據(jù)率）。I/Q信號發(fā)生器將每一個m比特的字節(jié)轉(zhuǎn)換成一對（pn，qn）數(shù)字，分成兩路速率減半的序列，電平發(fā)生器分別產(chǎn)生雙極性二電平信號I(t)和Q(t)，然后對

QPSK是一種頻譜利用率高、抗干擾性強的數(shù)調(diào)制方式, 它被廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中，適合衛(wèi)星廣播。例如，數(shù)字衛(wèi)星電視DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)中，信道噪聲門限低至4.5dB，傳輸碼率達到45Mb。

在相移鍵控（PSK）中，數(shù)據(jù)是通過載波信號的相移來表示的。相比于最簡單的二進制相移鍵控（Binary Phase-Shift Keying, BPSK），若讓一個信號元素代表多個比特，就能更有效地利用帶寬。一種常用的編碼技術(shù)使用的相位偏移值為π/2（90°）的倍數(shù)，而不像BPSK中只允許存在180°的相位偏移，這種技術(shù)稱為正交相移鍵控（QPSK）：

這樣，一個信號元素代表了兩個比特，而不是一個。

在數(shù)字信號的調(diào)制方式中QPSK是最常用的一種衛(wèi)星數(shù)字信號調(diào)制方式,它具有較高的頻譜利用率、較強的抗干擾性、在電路上實現(xiàn)也較為簡單。偏移四相相移鍵控信號簡稱“O-QPSK”。全稱為offset QPSK，也就是相對移相方式OQPSK。

相關(guān)

①在HFC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，從用戶線纜調(diào)制解調(diào)器發(fā)往上行通方式調(diào)制，并用TDMA方式復(fù)用到上行通道。

②在基于DVB-S的衛(wèi)星通信電視系統(tǒng)中，衛(wèi)星輸出的電磁波信號就是使用QPSK調(diào)制方式的

QPSK-OQPSK

上文中關(guān)于描繪正交相移鍵控機制的概況圖同時還描繪了QPSK的另一種形式，稱為偏置正交相移鍵控（OQPSK）或正交QPSK（Orthogonal QOSK）。它與QPSK的區(qū)別是在Q流中引入一個比特時間的時延，結(jié)果得到如下信號

OQPSK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)。 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)過發(fā)送帶限后，當(dāng)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?。黄涠且颜{(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。采用這種技術(shù)已實現(xiàn)了多種調(diào)制方式。OQPSK信號，它的頻帶利用率較高，理論值達1b/s/Hz。在QPSK中，當(dāng)碼組0011 或0110時，產(chǎn)生180°的載波相位跳變。這種相位跳變引起包絡(luò)起伏，當(dāng)通過非線性部件后，使已經(jīng)濾除的帶外分量又被恢復(fù)出來，導(dǎo)致頻譜擴展，增加對相鄰波道的干擾。為了消除180°的相位跳變，在QPSK基礎(chǔ)上提出了OQPSK。

一個已調(diào)波的頻譜特性與其相位路徑有著密切的關(guān)系，因此，為了控制已調(diào)波的頻率特性，必須控制它的相位特性。恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)的發(fā)展正是始終圍繞著進一步改善已調(diào)波的相位路徑這一中心進行的。

OQPSK也稱為偏移四相相移鍵控，是QPSK的改進型。它與QPSK有同樣的相位關(guān)系，也是把輸入碼流分成兩路，然后進行正交調(diào)制。不同點在于它將同相和正交兩支路的碼流在時間上錯開了半個碼元周期。由于兩支路碼元半周期的偏移，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。

觀察到在任何時間一對比特中只有只有一個比特可以改變符號，因此疊加后信號的相位變化有緣不會超過90°（π/2）。這就是一個優(yōu)勢，因為調(diào)相器物理上的局限性使它很難在高速工作時完成大相位的變化。當(dāng)傳輸信道（發(fā)送器和接收器）中有強非線性元件時，OQPSK還是能提供較好的性能。非線性的影響是信號帶寬的擴散，這可能會導(dǎo)致對相鄰信號的干擾。如果相位變化不大，這種信號帶寬的擴散也比較容易控制，所以說OQPSK比QPSK更具優(yōu)勢。

使用差分正交相移鍵控的光接收器和對應(yīng)的光接收方法。在根據(jù)本發(fā)明的光接收器中，以45度的線性偏振狀態(tài)將所輸入的經(jīng)過差分正交相移鍵控(DQPSK)的信號光入射到PANDA型光纖上，以在該DQPSK信號光中的正交偏振分量之間產(chǎn)生與一個碼元相對應(yīng)的延遲時間差，然后由半反射鏡將該信號光分支為兩路，以將其分別發(fā)送到第一和第二路徑，由此通過設(shè)置在這些路徑之一上的1/4波片在通過各個路徑傳播的光之間提供π/2的相對雙折射量差。然后由偏振分束器將通過第一和第二路徑傳播的各個光分離為兩個正交偏振分量，并由差分接收電路接收各個偏振分量，以對DQPSK信號中的同相分量和正交分量進行解調(diào)。由此，提供了能夠?qū)QPSK信號穩(wěn)定地進行解調(diào)的小型并且低成本的光接收器。

QPSK數(shù)字電視調(diào)制器在對數(shù)據(jù)流的處理上采用能量擴散的隨機化處理、RS編碼、卷積交織、收縮卷積編碼、調(diào)制前的基帶成形處理等，保證了數(shù)據(jù)的傳輸性能。QPSK數(shù)字電視調(diào)制器采用了先進的數(shù)字信號處理技術(shù)，完全符合DVB-S標(biāo)準(zhǔn)，接收端可直接用數(shù)字衛(wèi)星接收機進行接收。它不但能取得較高的頻譜利用率，具有很強的抗干擾性和較高的性能價格比，而且和模擬FM微波設(shè)備也能很好的兼容。

連續(xù)相位四分之派差分編碼正交相移鍵控調(diào)制、解調(diào)裝置是分別用來產(chǎn)生連續(xù)相位π/4DQPSK調(diào)制信號和實現(xiàn)其解調(diào)功能的裝置。該裝置以大規(guī)模可編程邏輯器件FPGA或復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD為核心，加上模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D、數(shù)模轉(zhuǎn)換D/A、濾波器、鎖相環(huán)等少量其它功能芯片，將實現(xiàn)連續(xù)相位π/4DQPSK調(diào)制、解調(diào)的大部分功能模塊由FPGA或CPLD器件的內(nèi)部資源來完成，可以大大提高移動通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，并便于電路的集成化。該裝置應(yīng)用于移動通信系統(tǒng)，可使其明顯的壓縮帶寬，提高頻率利用率。

1、進行原有的電視微波改造，可用30M帶寬傳送5至8套DVD效果的圖像；

2、用調(diào)頻微波的價格達到MMDS的效果，實現(xiàn)全向發(fā)射；

3、可進行數(shù)字加密，對圖象絕無任何損傷。

注：中國的3G制式（CDMA2000，WCDMA,TD-SCDMA）均在下行鏈路上采用QPSK調(diào)制。2100433B

802.11gDSSS

基于DSSS的調(diào)制技術(shù)有3種。最初IEEE802．11標(biāo)準(zhǔn)制定在1Mbit/s數(shù)據(jù)速率下采用差分二相相移鍵控(DBPSK:DifferentialBinary Phase Shift Keying)。如果要提供2 Mbit/s的數(shù)據(jù)速率，可采用差分正交相移鍵控(DQPSK: Differential Quadrature Phase Shift Keying)，這種方法每次處理兩個比特碼元，成為雙比特。第三種是基于CCK的QPSK，是IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)采用的基本數(shù)據(jù)調(diào)制方式。它采用了補碼序列與直序列擴頻技術(shù)，是一種單載波調(diào)制技術(shù)，通過相移鍵控（PSK）方式傳輸數(shù)據(jù)，傳輸速率分為1，2，5．5和11 Mbit/s。CCK通過與接收端的Rake接收機配合使用，能夠在高效率傳輸數(shù)據(jù)的同時有效克服多徑效應(yīng)。IEEE802.11b通過使用CCK調(diào)制技術(shù)來提高數(shù)據(jù)傳輸速率，最高可達11 Mbit/s。但是當(dāng)傳輸速率超過11 Mbit/s，CCK為了對抗多徑干擾，需要更復(fù)雜的均衡及調(diào)制，實現(xiàn)起來非常困難。因此，IEEE802.11工作組為了推動WLAN的發(fā)展，又引入了新的調(diào)制技術(shù)。

802.11gPBCC

PBCC調(diào)制技術(shù)是由德州儀器（TI）公司提出的，已作為IEEE802.11g的可選項被采納。PBCC也是單載波調(diào)制，但與CCK不同，它采用了更多復(fù)雜的信號星座圖。PBCC采用8PSK，而CCK使用BPSK/QPSK；另外PBCC使用了卷積碼，而CCK使用區(qū)塊碼。因此，它們的解調(diào)過程是十分不同的。PBCC可以完成更高速率的數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率為11，22，33Mbit/s。

802.11gOFDM

OFDM技術(shù)其實是多載波調(diào)制(MCM:Multi-CarrierModulation)的一種。其主要思想是：將信道分成許多正交子信道，在每個子信道上進行窄帶調(diào)制和傳輸，這樣減少了子信道之間的相互干擾。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個子信道上的頻率選擇性衰落是平坦的，大大消除了符號間干擾。

由于在OFDM系統(tǒng)中各個子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減少了子載波間的相互干擾，同時還提高了頻譜利用率。在各個子信道中的這種正交調(diào)制和解調(diào)可以采用反向快速傅里葉變換（IFFT）和快速傅里葉變換（FFT）方法來實現(xiàn)，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)與DSP技術(shù)的發(fā)展，IFFT和FFT都是非常容易實現(xiàn)的。FFT的引入，大大降低了OFDM實現(xiàn)的復(fù)雜性，提升了系統(tǒng)的性能。

無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般都存在非對稱性，即下行鏈路中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量要遠遠大于上行鏈路中的數(shù)據(jù)傳輸量。因此無論從用戶高速數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的需求，還是從無線通信自身來考慮，都希望物理層支持非對稱高速數(shù)據(jù)傳輸，而OFDM很容易通過使用不同數(shù)量的子信道來實現(xiàn)上行和下行鏈路中不同的傳輸速率。

由于無線信道存在頻率選擇性，所有的子信道不會同時處于比較深的衰落情況中，因此可以通過動態(tài)比特分配以及動態(tài)子信道分配的方法，充分利用信噪比高的子信道，從而提升系統(tǒng)性能。由于窄帶干擾只能影響一小部分子載波，因此OFDM系統(tǒng)在某種程度上能抵抗這種干擾。

OFDM技術(shù)有非常廣闊的發(fā)展前景，已成為第四代移動通信的核心技術(shù)。IEEE802.11a/g標(biāo)準(zhǔn)為了支持高速數(shù)據(jù)傳輸都采用了OFDM調(diào)制技術(shù)。OFDM結(jié)合時空編碼、分集、干擾〔包括碼間干擾（ISI）和信道間干擾（ICI）〕抑制以及智能天線技術(shù)，最大程度提高了物理層的可靠性。如再結(jié)合自適應(yīng)調(diào)制、自適應(yīng)編碼以及動態(tài)子載波分配、動態(tài)比特分配算法等技術(shù)，可以使其性能得到進一步優(yōu)化。