正交相移鍵控正交

QPSK-OQPSK

上文中關(guān)于描繪正交相移鍵控機(jī)制的概況圖同時(shí)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(gè)比特時(shí)間的時(shí)延，結(jié)果得到如下信號(hào)

OQPSK是在QPSK基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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(jìn)制調(diào)制是從不同的兩個(gè)角度來(lái)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(guò)發(fā)送帶限后，當(dāng)通過(guò)非線性部件 時(shí)，只產(chǎn)生很小的頻譜擴(kuò)展。這種形式的已調(diào)波具有兩個(gè)主要特點(diǎn)，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(shuō)已調(diào)波旁瓣很 小，甚至幾乎沒(méi)有旁瓣。采用這種技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了多種調(diào)制方式。OQPSK信號(hào)，它的頻帶利用率較高，理論值達(dá)1b/s/Hz。在QPSK中，當(dāng)碼組0011 或0110時(shí)，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(guò)非線性部件后，使已經(jīng)濾除的帶外分量又被恢復(fù)出來(lái)，導(dǎo)致頻譜擴(kuò)展，增加對(duì)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(gè)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(jìn)一步改善已調(diào)波的相位路徑這一中心進(jìn)行的。

OQPSK也稱為偏移四相相移鍵控，是QPSK的改進(jìn)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(jìn)行正交調(diào)制。不同點(diǎn)在于它將同相和正交兩支路的碼流在時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)了半個(gè)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(huì)發(fā)生兩支路碼元極性同時(shí)翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。因此，OQPSK信號(hào)相位只能跳變0°、±90°，不會(huì)出現(xiàn)180°的相位跳變。

觀察到在任何時(shí)間一對(duì)比特中只有只有一個(gè)比特可以改變符號(hào)，因此疊加后信號(hào)的相位變化有緣不會(huì)超過(guò)90°（π/2）。這就是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檎{(diào)相器物理上的局限性使它很難在高速工作時(shí)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(qiáng)非線性元件時(shí)，OQPSK還是能提供較好的性能。非線性的影響是信號(hào)帶寬的擴(kuò)散，這可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)相鄰信號(hào)的干擾。如果相位變化不大，這種信號(hào)帶寬的擴(kuò)散也比較容易控制，所以說(shuō)OQPSK比QPSK更具優(yōu)勢(shì)。

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

一般的QPSK的實(shí)施，也表明高階PSK的實(shí)施。在星座圖中的正弦和余弦波用來(lái)傳輸方面的書(shū)面符號(hào)：

這就產(chǎn)生了四個(gè)階段π/4，3π/4，5π/4和7π/4需要。

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

因此，信號(hào)星座組成的信號(hào)空間4點(diǎn)，1/2的因素表明，兩家運(yùn)營(yíng)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(gè)獨(dú)立的BPSK信號(hào)的QPSK。注意的BPSK信號(hào)空間分不需要分裂BPSK的星座圖中顯示的兩家運(yùn)營(yíng)商在該計(jì)劃的符號(hào)（位）能源的。

QPSK系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)在許多方面。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)結(jié)構(gòu)的主要組成部分的說(shuō)明如下。

QPSK概念發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)。的二進(jìn)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(gè)正交的基函數(shù)。在此實(shí)現(xiàn)中，兩個(gè)血竇。之后，這兩個(gè)信號(hào)疊加，產(chǎn)生的信號(hào)是QPSK信號(hào)。注意：使用極不返回到零編碼?？梢詳[在這 些編碼器的二進(jìn)制數(shù)據(jù)源，但已放置后，說(shuō)明涉及數(shù)字調(diào)制的數(shù)字和模擬信號(hào)之間的概念差異。

對(duì)于QPSK接收機(jī)結(jié)構(gòu)。匹配的過(guò)濾器，可以與相關(guān)器代替。每個(gè)檢測(cè)裝置使用的參考閾值，以確定是否檢測(cè)到1或0。

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

（1）信號(hào)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(diǎn)與傳輸比特間的對(duì)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(hào)分布和映射完全定義，即可由星座圖來(lái)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(lái)表征輸入的數(shù)字信息，是四進(jìn)制移相鍵控。QPSK是在M=4時(shí)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(jìn)制數(shù)字序列，為了能和四進(jìn)制的載波相位配合起來(lái)，則需要把二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換為四進(jìn)制數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)需要把二進(jìn)制數(shù)字序列中每?jī)蓚€(gè)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(gè)雙比特碼元是由兩位二進(jìn)制信息比特組成，它們分別代表四進(jìn)制四個(gè)符號(hào)中的一個(gè)符號(hào)。QPSK中每次調(diào)制可傳輸2個(gè)信息比特，這些信息比特是通過(guò)載波的四種相位來(lái)傳遞的。解調(diào)器根據(jù)星座圖及接收到的載波信號(hào)的相位來(lái)判斷發(fā)送端發(fā)送的信息比特。

首先將輸入的串行二進(jìn)制信息序列經(jīng)串－并變換，變成m=log2M個(gè)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(hào)發(fā)生器將每一個(gè)m比特的字節(jié)轉(zhuǎn)換成一對(duì)（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(hào)I(t)和Q(t)，然后對(duì)

QPSK是一種頻譜利用率高、抗干擾性強(qiáng)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(mén)限低至4.5dB，傳輸碼率達(dá)到45Mb。

圖1是描繪正交相移鍵控機(jī)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(gè)具體例子。兩個(gè)調(diào)制過(guò)的信號(hào)流都是BPSK信號(hào)流，其數(shù)據(jù)率為原始比特率的一半。因此，組合后的信號(hào)速率為輸入比特速率的一半。請(qǐng)注意，從一個(gè)信號(hào)到下一個(gè)信號(hào)，發(fā)生180°（π）相位大轉(zhuǎn)變是可能的。

在相移鍵控（PSK）中，數(shù)據(jù)是通過(guò)載波信號(hào)的相移來(lái)表示的。相比于最簡(jiǎn)單的二進(jìn)制相移鍵控（Binary Phase-Shift Keying, BPSK），若讓一個(gè)信號(hào)元素代表多個(gè)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(gè)信號(hào)元素代表了兩個(gè)比特，而不是一個(gè)。

在數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式中QPSK是最常用的一種衛(wèi)星數(shù)字信號(hào)調(diào)制方式,它具有較高的頻譜利用率、較強(qiáng)的抗干擾性、在電路上實(shí)現(xiàn)也較為簡(jiǎn)單。偏移四相相移鍵控信號(hào)簡(jiǎn)稱“O-QPSK”。全稱為offset QPSK，也就是相對(duì)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(hào)就是使用QPSK調(diào)制方式的

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(lái)產(chǎn)生連續(xù)相位π/4DQPSK調(diào)制信號(hào)和實(shí)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(shí)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(lái)完成，可以大大提高移動(dòng)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(dòng)通信系統(tǒng)，可使其明顯的壓縮帶寬，提高頻率利用率。

使用差分正交相移鍵控的光接收器和對(duì)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(guò)差分正交相移鍵控(DQPSK)的信號(hào)光入射到PANDA型光纖上，以在該DQPSK信號(hào)光中的正交偏振分量之間產(chǎn)生與一個(gè)碼元相對(duì)應(yīng)的延遲時(shí)間差，然后由半反射鏡將該信號(hào)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(guò)設(shè)置在這些路徑之一上的1/4波片在通過(guò)各個(gè)路徑傳播的光之間提供π/2的相對(duì)雙折射量差。然后由偏振分束器將通過(guò)第一和第二路徑傳播的各個(gè)光分離為兩個(gè)正交偏振分量，并由差分接收電路接收各個(gè)偏振分量，以對(duì)DQPSK信號(hào)中的同相分量和正交分量進(jìn)行解調(diào)。由此，提供了能夠?qū)QPSK信號(hào)穩(wěn)定地進(jìn)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(duì)數(shù)據(jù)流的處理上采用能量擴(kuò)散的隨機(jī)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(jìn)的數(shù)字信號(hào)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(jī)進(jìn)行接收。它不但能取得較高的頻譜利用率，具有很強(qiáng)的抗干擾性和較高的性能價(jià)格比，而且和模擬FM微波設(shè)備也能很好的兼容。

1、進(jìn)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(jià)格達(dá)到MMDS的效果，實(shí)現(xiàn)全向發(fā)射；

3、可進(jìn)行數(shù)字加密，對(duì)圖象絕無(wú)任何損傷。

注：中國(guó)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(gè)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(bǔ)碼序列與直序列擴(kuò)頻技術(shù)，是一種單載波調(diào)制技術(shù)，通過(guò)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(guò)與接收端的Rake接收機(jī)配合使用，能夠在高效率傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)有效克服多徑效應(yīng)。IEEE802.11b通過(guò)使用CCK調(diào)制技術(shù)來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸速率，最高可達(dá)11 Mbit/s。但是當(dāng)傳輸速率超過(guò)11 Mbit/s，CCK為了對(duì)抗多徑干擾，需要更復(fù)雜的均衡及調(diào)制，實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難。因此，IEEE802.11工作組為了推動(dòng)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(xiàng)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(hào)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(guò)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(shí)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(gè)子信道上進(jìn)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(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上的頻率選擇性衰落是平坦的，大大消除了符號(hào)間干擾。

由于在OFDM系統(tǒng)中各個(gè)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(shí)還提高了頻譜利用率。在各個(gè)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(lái)實(shí)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(shí)現(xiàn)的。FFT的引入，大大降低了OFDM實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，提升了系統(tǒng)的性能。

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

由于無(wú)線信道存在頻率選擇性，所有的子信道不會(huì)同時(shí)處于比較深的衰落情況中，因此可以通過(guò)動(dòng)態(tài)比特分配以及動(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)態(tài)子載波分配、動(dòng)態(tài)比特分配算法等技術(shù)，可以使其性能得到進(jìn)一步優(yōu)化。