线性调制技术概述

图4-10 OQPSK信号调制器框图
OQ P SK 信 号
输 入 数 据＋ 1－ 1＋ 1＋ 1－ 1－ 1＋ 1－ 1－ 1＋ 1 t
＋1
I信 道 －1
－1 －1
t
Q信 道 ＋ 1 ＋ 1
＋1
－1
(t)
相 位 路0
－ / 4 － 3 / 4
t (－ 1, 1)
(－ 1, － 1)
输入 数据
串 /并 变换
SII SQQ
差分 相位 编码
延 迟 电T路) (
地 址 码发 生 器 cos ct
Uk LPF ＋ ∑ － LPF
Vk
sin ct
图4-14 π/4-DQPSK调制电路
放大
/ 4-DPSK 信号
2. π/4-DQPSK信号的解调
1) 基带差分检测（Baseband Differential Detection）
式中:
Q(x) x
1
2
exp
x2 2
dx
2 差分移相键控（DPSK）
dk ak dk1
ak
逻 辑 电路
dk
DP SK信 号
dk－ 1 输 入 数ak据
延 迟Tb
cos2 fct
图 4-2 DPSK调制器框图
DQ
dk
非门
dk
位 定 T时b
CP Q
图 4-3 差分编码实现
DP SK输 入
ak
270 180 90
0
差分相位编码就是输入的双比特I、
Q的4个状态用4个Δθkc来osc表t 示。
输 入 数 据
串 /并 变换
SII SQQ
差分 相位 编码
Uk LPF LPF
Vk
＋
∑
放大
－
/ 4-DPSK 信号
s(t) Uk cosct Vk sin sinct ct cos ct k
2. BPSK的功率谱密度PBPSK
PBPSK
Eb 2
sin
(
(f
f fc )Tb fc )Tb
2
sin ( ( f
f fc )Tb fc )Tb
2
P2PSK f
fc
fc fs fc fc fs
f
3. BPSK接收机 如果信道无多径传输出现, 接收端的BPSK信号可表示为
量
位 Bk 置
识 别
Ck
解 码 器
判决
门限 Qk 判 决
并 /串 ak 变换
I 令基带差分变换规则为： ' k
xk xk 1
yk yk 1
由此可得：
Qk' yk xk1 xk yk1
I
' k
1 4
c
osk
Qk'
1 4
s
in k
基 带 差分 变
换
s(t) BPF
LP F xk cos( ct＋0) sin ( ct＋0)
1. BPSK信号的表示式sBPSK(t)
2 Eb Tb
cos(2fct c )
0≤t≤Tb
″1″
sBPSK (t)
2 Eb Tb
cos(2fct c )
0≤t≤Tb
″0″
或写成：
sBPSK (t) a(t)
2Eb Tb
c os (2f ct
c )
Eb 0.5Ac2Tb
式中，Tb为码元宽度， a(t)为调制信号。
k-1
90 0 270 180
90 0 270 180
90 0 270 180
90 0 270 180
当前时刻应当给出的 变换后一对码元和相位
ck dk
1.0 01 11 10
01 11 10 00
11 10 00 01
10 00 01 11
k
180 90 0 270
90 0 270 180
0 270 180 90
t
图4-11 OQPSK的I、Q信道波形及相位路径
Q (1, 1)
I (1, － 1)
图4-12 OQPSK相位关系图
通过频繁转化相位，消除了180度相位跳变。
a1
a3
a5
a7
a2
a4
a6
a8
a1
a3
a2
a5
a4
a6
a7 a8
5 π/4-DQPSK
π/4-DQPSK调制是对OQPSK和QPSK在实际最大相位变 化进行折衷，最大相位变化限制在±135°。
0 π/4 π 3π/4 3π/2
Uk=cosθk Vk=sinθk
1 1/ 2 -1 -1/ 2 0
0
1/ 2 0
1/ 2 -1
5 -1-1 -1 -1 3π/4 -1/ 2 1/ 2
( － 1/2 , 1 / 2 ) (－ 1,0 )
Q (0 ,1)
( 1 / 2 ,1/ 2 )
(1 ,0)
o
0 π/4 π 3π/4 3π/2 3π/4
1 1/ 2 -1 -1/ 2 0 -1/ 2
0
1/ 2 0
1/ 2 -1 1/ 2
输 入 数据 ak
数据
Ik
分离 电路
Qk
8相 载 波 发生器
… …
0 /4
7 / 4
D0 D1
相 位 选择 器 8选 1电 路
D7
Ak Bk Ck
编码 电路
BPF
输 出 信号 / 4-QP SK
sBPSK(t) a(t)
2Eb Tb
cos(2fct
c
ch )
a(t)
2Eb Tb
cos(2fct
)
式中, θch是相对于信道时延有关的相位。
输 入 信号 sBPSK (t)
平 方 电路
载 波 恢复 电 路
带 通fc2
二分频
解调信 积 分 和 释 放 电 a(t)
路
图4-1 带载波恢复电路的BPSK接收机
比 特 同步
aPBe(P,tB)SP2SKK2的TEbb载Qc波oaPs恢e2(2,tN(BE)复2P0SbK电f2cTtE路bbQQ的c()o相xs)22N位(aE20(模bt)f糊2ct2，TQEb导b()x致)12a在(t12实) c际o2Ts中Eb2b(无212法fc实t 12用c。o)s2(2
4 交错正交四相相移键控(OQPSK)
Q
(－ 1, 1)
(1, 1)
180度的相移 包络在瞬时间通过零点 I 边瓣和频谱加宽
(－ 1, － 1)
(1, － 1)
图4-9 QPSK的相位关系图
a2k
I信 道
输 入 数ak据 数 据 分离
cos ct
/ 2相 移
a2k－ 1
Q信 道
－ sin ct
I
( － 1/2 , － 1/2 )
( 1/2 , － 1/2 )
(0 ,－ 1)
图 4-13 π/4-DQPSK的相位关系图
k
0
1
2
3
4
5
Ik , Qk Qk Ik
k k1 k
Uk=cosθk Vk=sinθk
+1+1 -1+1 +1-1 -1+1 -1-1
+1 +1 -1 +1 -1
+1 -1 +1 -1 -1
1. π/4-DQPSK信号的产生
设已调信号为
s(t) Uk cosct Vk sin ct cosct k
Uk cosk
Vk sin k
k
arctan Vk U cosct k
k1 k
输入 数据
串 /并 变换
SII SQQ
差分 相位 编码
Uk LPF LPF
Vk
＋
∑
放大
－
/ 4-DPSK 信号
k k1 k
+1+1 -1+1 +1-1 +1 +1 -1 +1 -1 +1
0 π/4 π 3π/4
Uk=cosθk Vk=sinθk
4 -1+1 +1
-1 3π/2
5 -1-1 -1 -1 3π/4
差分相位编码就是输入的双比特I、
Q的4个状态用4个Δθkc来osc表t 示。
输 入 数 据
串 /并 变换
接收信号为 s(t) cos(ct k ) kT≤t≤(k+1)T
xk
1 2
c os ( k
0)
yk
1 2
sin(k
0)
基 带 差分 变 换
LP F xk
s(t) BPF
cos( ct＋0) sin ( ct＋0)
LPF yk
图4-15 基带差分检测电路
电平 判决
电平 判决
向 Ak
Ik 门 限
sin ct
» 码变换器：输入ab和输出cd间的16种可能关系(A方式)：
当前输入的一对码元及 要求的相对相移
ak bk
k
00
90
01
0
11
270
10
180
前一时刻经过码变换后的 一对码元及所产生的相位
ck-1 dk-1
00 01 11 10
00 01 11 10
00 01 11 10
00 01 11 10
在加性白噪声性能下，QPSK的误码率Pe,QPSK为
Pe,QPSK Q
2Eb N0
QPSK和BPSK的误码性能相同。
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 谱密度PQPSK为
PQPSK
Eb
sin 2 ( 2 ( f
Pe,DPSK
1 2
exp
Eb N0
3 正交移相键控QPSK(4PSK)
载波相位取四个空间相位0、π/2, π和3π/2中的一个，每个 空间相位代表一对唯一的比特。QPSK信号可写成：
sQPSK(t)
2Es Ts
cos2fct
(i
1)
2
0≤t≤Ts i=1, 2, 3, 4
Ts是符号间隙, 等于两个比特周期。
SII SQQ
差分 相位 编码
Uk LPF LPF
Vk
＋
∑
放大
－
/ 4-DPSK 信号
s(t) Uk cosct Vk sin sinct ct cos ct k
k
0
1
2
3
4
Ik , Qk Qk Ik
k k1 k
+1+1 -1+1 +1-1 -1+1 +1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 -1
f fc )Tb fc )Tb
2
sin 2 ( 2 ( f
f fc )Tb fc )Tb
2
0 － 10 － 20
矩 形 脉冲
＝ 0.5升 余 弦 滤波
归 一 化PSD / dB
－ 30
－ 40
－ 50
－ 60
－ 70
fc－Rb
fc
－
Rb 2
fc
fc
＋
Rb 2
fc＋Rb
图4-8 QPSK信号的功率谱密度
数字调制技术可广义分为线性和非线性调制两 类。在线性调制中, 发射信号s(t)的幅度随调制信号 a(t) 线 性 变 化 。 线 性 调 制 技 术 (Linear Modulation Techniques)具有频道利用率高的优点。 因而对无线 通信系统的应用有很大吸引力。
1 二进制移相键控(BPSK)
0
2
4
(b) 并行支路a码元
t
1
3
5
(c) 并行支路b码元
t
接 收 信号
sQPSU
BP F
LPF
判 决 电路
载 波 恢复 － 90°
符号定时恢 复
还 原 数据
合路
ak
LPF
判 决 电路
图 4-7 π/4-QPSK系统解调器原理框图
π/2系统的调制器和解调器原理框图也可以用类似方法 实现， 只要把两个载波cosωct和sinωct分别用cos(ωct+45°) 和sin(ωct+45°)代替就可以了。
LPF yk
基 带 差分 变 换
电平 判决
电平 判决
向 Ak
Ik 门 限
量
位 Bk 置
识 别
Ck
解 码 器
判决
门限 Qk 判 决
并 /串 ak 变换
∑
放大
－
/ 4-DPSK 信号
s(t) Uk cosct Vk sin sinct ct cos ct k
k
0
1
2
3
4
5
Ik , Qk Qk Ik
k k1 k
+1+1 -1+1 +1-1 -1+1 -1-1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1
Uk=cosθk Vk=sinθk
LPF yk
电平 判决
电平 判决
向 Ak
Ik 门 限
量
位 Bk 置
识 别
Ck
解 码 器
判决
门限 Qk 判 决
并 /串 ak 变换
Qk' 0
判为“1”
I
' k
1 4
cosk
Qk'
1 4
s
in
k
Qk' 0
I
' k
0
I
' k
0
判为“0” 判为“1” 判为“0”
s(t) BPF
LP F xk cos( ct＋0) sin ( ct＋0)
k
0
1
2
3
Ik , Qk Qk Ik
k k1 k
+1+1 -1+1 +1-1
Uk=cosθk Vk=sinθk
4 -1+1
5 -1-1
差分相位编码就是输入的双比特I、
Q的4个状态用4个Δθkc来osc表t 示。
输 入 数 据
串 /并 变换
SII SQQ
差分 相位 编码
Uk LPF LPF
Vk
＋
Q
＋ 45°
－ 45°
I
Q
90 ° I
(a)
(b)
图 4-5 QPSK信号矢量图
(a) π/4系统； (b) π/2系统
低 通滤 波
输 入 数ak据
本振
串 /并
－ 90°
低 通滤 波
I信 道
带通
sQPSN
Q信 道
图 4-6 π/4-QPSK系统调制器原理框图
0 1 2345
(a) 输入基带码元
t
带通
k
滤波器
解 调 信号
积 分 和 释 放 电 dk 路 门 限 判 决
ak
延 迟Tb
k－ 1
位 定 T时b