_4_QPSK调制方式及其与GSMK调制方式的比较_宋文娟
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【 摘 要】 简略介绍了 QP SK , P/ 4-QPSK 调制方法及基于此的 P/ 4-DQP SK 调制方法, 就P / 4-QPSK 的调制电路原理与实现作了概述 , 并针对 P / 4-QPSK 调制方法的优点及其性 能与 GMSK 技术进行了比较。 关键词: P/ 4-QPSK, P/ 4-DQPSK, 恒包络调制, 相位转迁 , GMSK 【 T he paper int roduces QP SK , P/ 4-QP SK modul at ion m odes and P / 4Abstract 】 DQPSK modulat ion mo de based on t hem . It sum merizes t he principle and realizat ion of P / 4QP SK m odulat ion circuit , and also makes a comparison bet w een P / 4QP SK and GM SK m odulat ion mo de . Keywords : P/ 4 QPSK, 4 / P-DQPSK, constant enveloped modulation, phased transfer, GMSK
QPSK 相比 , P / 4QP SK 限带滤波后有较小的包络起 伏 , 在非线性信道中有更优的频谱效率。图 1 给出了 QPSK 和 P / 4-QPSK 信号状态转迁轨迹。
图1 图 1( a) 中 QP SK 共有 4 个相位状态其中一个状 态可以转换为其它 3 个状态中的任意一个 , 因而存在 着 180 度的相位跳变 , 图 1( b ) 中有 8 个相位状态, 可 以认为这 8 个相位点是由两个 QP SK 信号迭加而成 的。 相位跳变被限制在 4 个相位点之间, 每个信号只用 其中的一个 QP SK 星座点传送出去, 全部状态转迁在 两组 QPSK 信号相位状态之间完成, 图 1 中分别以白 点和黑点表示两组 QPSK 信号, 相隔 P/ 4。 相位转迁只 能由白点组转到黑点组, 或相反。因而 P / 4QP SK 可 能出现的最大相位跳变为±P/ 4 和± 34/ P, 与 QPSK 相比, 有较小的包络起伏, 在非线性信道有更优的频谱
( 1) 式中, A 为系数, T b 为一个符号周期或叫码元周期时 间 , X 为载波信号的角频率 , H k 为第 k 个码元周期的位 相函数 , 它共有 4 种相位取值, 在任一码元持续时间内 H k 将 取其 一。当 H k= P / 4( 2n + 1) , n = 0, 1, 2, 3 时 , / 4QPSK 系统称为 P/ 4-QP SK 系统。 P QP SK 利用载 波的不同相位来表示输入的数字信息, 每一种状态可 用二位二进制码来表示。因此对输入的二进制数字序 列应先进行分组, 将每二个数字信息编为一组, 其信息 比特与相移的对应关系可列为表 1 。 表1
∫{ F( X) õ e
0 - j Xt
∞
ห้องสมุดไป่ตู้j Xt
d X - F ( - X) õ e- j Xt } d X ( 8)
所以,
∫
fd =
∞
F ( - X) õ e 0 1 { 2Pj
∞
dX =
j Xt
∫ 1 = ∫ {2P
∞ - ∞
F ( X) e 0
F ( X) õ e ∫ d X- ∫ F ( X) e
1 引 言
现代数字调制技术的发展 , 使得传输速率和频谱 的利用率进一步得到提高, 功率更加节省。 在相同的码 元速率下 , 多进制系统的信息传输速率显然比二进制 系统高 , 但信息速率的提高是以牺牲功率为代价的。 显 然增大码元宽度, 就会增加码元的能量, 同时也减少了 由于信道特性引起的码间串扰等。恒包络调制适用于 限带非线性信道中, 能有效地防止非线性引起的幅相 效应, 节省功率, 提高频谱的利用率。多进制调制和恒 包络调制这两种技术结合在一起能取得更好的调制效 果。
结构 复杂 简单
GM SK P / 4Q P SK
恒包络 线性
5 GSMK 与 P/ 4-QPSK 的比较
泛欧 GSM 标准采用 GSMK 调制方式 , 这种恒包 络技术在非线形移动通信信道具有较好的性能, 电源 效率高。 GSM K 与 P / 4-QPSK 的比较见表 2。 通过上述分析可以 看出 P / 4QP SK 调制方式 在 许多方面优于 GSM K 方式。P / 4QP SK 具有较高 的 频谱效率和功率利用性能, 非常适合移动通信应用。
j H ( t)
k
( 11) ( 12) ( 13) ( 14) ( 15)
图2 输入比特流由串/ 并转换器分成两个并行比特流 , 其比特率为一半的符号速率。
^
g( t ) = A ( t ) e
4 进一步的瞬时位相的 P/ 4DQPSK 调制
基于 P / 4-QPSK 调制方式之上的 P/ 4-DQP SK 调 制是在调制之前对发送数据进行差分编码 , 信息通过 相对于前一信号间隔的相移来反映。在 P / 4DQPSK 位相调制技术中信号相邻码元之间的最大位相差的绝 对值为 3/ 4P , 同一位相之间必有 P / 4 弧度的位相迁移 等优点。 但位相跳变会增大信号的谐波分量 , 消耗一定 的功率。 这里介绍一种新型的 P / 4-DQPSK 调制方式 , 可在信号不丢失的情况下, 消除 3/ 4P位相跳变。 与前面 ( 1) 式相比较, 当用 P/ 4- DQ PSK 位相调 ・ 56・
∞ 0 ∞
0
j Xt
dX
( 9)
j Xt
d X} ( 10)
j sgn X} F ( X) d X
/ 4-QPSK 调制器的硬件实现可用图 2 来表示。 P
在笛卡尔直角坐标系中, f ( t ) 与 fd( t ) 之间夹角为 90° , d 可根据 f ( t ) 来求出 f ( t ) 。 另外我们定义 g ( t) , 设: g ( t) = f ( t) + j f ( t) d - 1 f ( t) H k ( t) = tcm f ( t) A ( t) = f 2 ( t) + f 2 ( t)
k ) K T b ≤ t < ( K + 1) T b f ( t) = A co s( Xt + H
)
( 2)
我们对一般位相调制信号作改动 , 同样可以写出指数 表达形式, 从而可设计出新型的 P/ 4-DQP SK 差分型 位相调制方式。 先找出( 1) 式中 f( t ) 的 Hil bt er 变换 : r ( X) =
电子工程师
微电 子 与 基 础 产 品 表2
调制方式 频谱效率 1. 35bits/ sHz 1. 62bits/ sHz 误码性能 较差 较好
V ol . 28 N o . 7 2002
对功放的要求 可以丙类工作 , 电 源效率高 限 带 信号 包 络 有 起 伏 , 采 用 甲 乙 类 放 大 , 电源效率较低
飞利浦推出首套 USB OTG 开发工具套件
飞利浦电子集团近日宣布推出半导体业界首套完 备的 U niversal Serial Bus ( USB ) On -T he Go ( OT G ) 系统开发工具。这套工具以飞利浦 OT G 技术为基础 , 可帮助开发人员非常容易地将 USB OT G 功能添加到 采用 Int el P XA 250( 基于 Intel Xscale 技术) 应用处理 器的掌上型和便携设备上。 飞利 浦开发 工具 还包括 软件, 能大幅 度缩短 将 USB OT G 添加到这些产品所需的工程时间达 75% 。 USB OT G 是一项有线连接标准, 使采用电池电 源为主的个人电子设备, 例如 PDA 、 数码相机和智能 电话能非常轻松地交换资料。通过采用 USB OT G 技 术 , 用户可从数码相机直接将相片输出到打印机 , 或将 PDA 通讯录传送到一台智能电话, 无需通过个人电脑 处理。 与其他 U SB 标准不同 , USB OT G 使设备既可以 作为一台 U SB 主机, 同时也可以当成 USB 周边设备。 例如 , P DA 可以当成一台打印机的主机 ( master ) , 下 载资讯时则成为一台周边设备( slave) 。虽然这项新的 OT G 功能为 USB 标准增加一些复杂性 , 不过飞利浦 开发工具则简化了其建置程序。 飞利浦开发工具套件包括完整的 OT G 软件主机 堆栈 ( 带全部驱动支持) 、 一个以飞利浦 OT G 芯片为 基础的控制卡、 以及 OT G 存取和 OT G 与主机端口、 监督工具。这套工具设计独特, 可支持采用 W indo ws
参 考 文 献 1 T er o Ojanper a, Ramjee Pr asad. 宽带 CDM A : 第三代 移动 通信技术 . 北京 : 人民邮电出版社 , 2000 2 何希才 , 卢孟夏 , 钱艾文 . 现代蜂窝移动通 信系统 . 北 京 : 科 学出版社 , 1999 3 陈启 美 , 李 嘉 . 现代 数据 通信教 程 . 南京 : 南京 大学 出版 社 , 2000 ■
电子工程师
微电 子 与 基 础 产 品
V ol . 28 N o . 7 2002
P/ 4-QPSK 调制方式及其与 GSMK 调制方式的比较
X
P/ 4-QPSK Modulation Mode and It ′ s Comparison with GSMK Modul ation Mode
南京师范大学物科院 ( 南京 210097) 宋文娟 殷奎喜 郝 辉 柯 炜 赵 华
X 收稿日期 : 2002 — 04 — 24
・55・
宋文娟 , 等: P/ 4-QPSK 调制方式及其与 GSMK 调制方式的比较 效率。 制时, f ( t) 的指数表达式可为 f ( t) = A õ e
j ( Xt + $ H + H
k k- 1
3 P/ 4-QPSK 信号的调制方式
在 QPSK 调制方式中, 信号可以表示为:
k ( t) = H k( t ) - H k ( t - T b) , $H k ( t) = $ H k ( t) + H k( t - T b) H
g ( t) õ g ( t - T b ) = d d { f ( t ) + j f ( t) } õ { f ( t - T b ) - j f ( t - T b ) } = d d f ( t) õ f ( t - T b ) + f ( t ) õ f ( t - T b ) + d d j { f ( t ) õ f ( t - T b ) - f ( t) õ f ( t - T b ) } ( 16) 以上是主要的数学推导, 最后得到的式 ( 16) 就表 示新型的 P/ 4-DQP SK 差分位相调制方式 , 它与 ( 2) 式 是一致的。它是在 P / 4-QP SK 调制基础上建立并进一 步完善的调制方式 , 主要特点是其信号要经过 Hilbert 变换。
2 P/ 4-QPSK 信号的特征
P / 4-QPSK 位相调制技术是在现代移动通信中使 用较多的一种线性调制方法 , 它是在常规 QPSK 调制 基础上发展起来的。其相位跳变值是 nP/ 4( n = ± 1 或 ± 3) , 在 QP SK 中 , 180 度相位翻转对应有丰富的功率 谱旁瓣能量, 限带引起的包络起伏将通过非线性功放 的 AM / P M , 和 AM / PM 转换效应导致可观量值的频 谱 扩散, 使 旁瓣干 扰增大和 限带滤 波作 用抵消。与
信息比特 0 1 0 1 1 1 1 0 相 移 P/ 4 3P/ 4 5P/ 4 7P/ 4
∫ F ( t) õ cos Xt õ dt X ( X) = ∫ f ( t) õ sin Xtdt
- ∞ + ∞ - ∞
+ ∞
( 3) ( 4) ( 5) ( 6) ( 7)
R ( X) = 1 { F ( X) + F ( - X) } 2 1 X ( X) = 2j { F ( X) - F ( - X) } F ( X) = R ( X) + j X ( X) fd( t) = 1 2P j
QPSK 相比 , P / 4QP SK 限带滤波后有较小的包络起 伏 , 在非线性信道中有更优的频谱效率。图 1 给出了 QPSK 和 P / 4-QPSK 信号状态转迁轨迹。
图1 图 1( a) 中 QP SK 共有 4 个相位状态其中一个状 态可以转换为其它 3 个状态中的任意一个 , 因而存在 着 180 度的相位跳变 , 图 1( b ) 中有 8 个相位状态, 可 以认为这 8 个相位点是由两个 QP SK 信号迭加而成 的。 相位跳变被限制在 4 个相位点之间, 每个信号只用 其中的一个 QP SK 星座点传送出去, 全部状态转迁在 两组 QPSK 信号相位状态之间完成, 图 1 中分别以白 点和黑点表示两组 QPSK 信号, 相隔 P/ 4。 相位转迁只 能由白点组转到黑点组, 或相反。因而 P / 4QP SK 可 能出现的最大相位跳变为±P/ 4 和± 34/ P, 与 QPSK 相比, 有较小的包络起伏, 在非线性信道有更优的频谱
( 1) 式中, A 为系数, T b 为一个符号周期或叫码元周期时 间 , X 为载波信号的角频率 , H k 为第 k 个码元周期的位 相函数 , 它共有 4 种相位取值, 在任一码元持续时间内 H k 将 取其 一。当 H k= P / 4( 2n + 1) , n = 0, 1, 2, 3 时 , / 4QPSK 系统称为 P/ 4-QP SK 系统。 P QP SK 利用载 波的不同相位来表示输入的数字信息, 每一种状态可 用二位二进制码来表示。因此对输入的二进制数字序 列应先进行分组, 将每二个数字信息编为一组, 其信息 比特与相移的对应关系可列为表 1 。 表1
∫{ F( X) õ e
0 - j Xt
∞
ห้องสมุดไป่ตู้j Xt
d X - F ( - X) õ e- j Xt } d X ( 8)
所以,
∫
fd =
∞
F ( - X) õ e 0 1 { 2Pj
∞
dX =
j Xt
∫ 1 = ∫ {2P
∞ - ∞
F ( X) e 0
F ( X) õ e ∫ d X- ∫ F ( X) e
1 引 言
现代数字调制技术的发展 , 使得传输速率和频谱 的利用率进一步得到提高, 功率更加节省。 在相同的码 元速率下 , 多进制系统的信息传输速率显然比二进制 系统高 , 但信息速率的提高是以牺牲功率为代价的。 显 然增大码元宽度, 就会增加码元的能量, 同时也减少了 由于信道特性引起的码间串扰等。恒包络调制适用于 限带非线性信道中, 能有效地防止非线性引起的幅相 效应, 节省功率, 提高频谱的利用率。多进制调制和恒 包络调制这两种技术结合在一起能取得更好的调制效 果。
结构 复杂 简单
GM SK P / 4Q P SK
恒包络 线性
5 GSMK 与 P/ 4-QPSK 的比较
泛欧 GSM 标准采用 GSMK 调制方式 , 这种恒包 络技术在非线形移动通信信道具有较好的性能, 电源 效率高。 GSM K 与 P / 4-QPSK 的比较见表 2。 通过上述分析可以 看出 P / 4QP SK 调制方式 在 许多方面优于 GSM K 方式。P / 4QP SK 具有较高 的 频谱效率和功率利用性能, 非常适合移动通信应用。
j H ( t)
k
( 11) ( 12) ( 13) ( 14) ( 15)
图2 输入比特流由串/ 并转换器分成两个并行比特流 , 其比特率为一半的符号速率。
^
g( t ) = A ( t ) e
4 进一步的瞬时位相的 P/ 4DQPSK 调制
基于 P / 4-QPSK 调制方式之上的 P/ 4-DQP SK 调 制是在调制之前对发送数据进行差分编码 , 信息通过 相对于前一信号间隔的相移来反映。在 P / 4DQPSK 位相调制技术中信号相邻码元之间的最大位相差的绝 对值为 3/ 4P , 同一位相之间必有 P / 4 弧度的位相迁移 等优点。 但位相跳变会增大信号的谐波分量 , 消耗一定 的功率。 这里介绍一种新型的 P / 4-DQPSK 调制方式 , 可在信号不丢失的情况下, 消除 3/ 4P位相跳变。 与前面 ( 1) 式相比较, 当用 P/ 4- DQ PSK 位相调 ・ 56・
∞ 0 ∞
0
j Xt
dX
( 9)
j Xt
d X} ( 10)
j sgn X} F ( X) d X
/ 4-QPSK 调制器的硬件实现可用图 2 来表示。 P
在笛卡尔直角坐标系中, f ( t ) 与 fd( t ) 之间夹角为 90° , d 可根据 f ( t ) 来求出 f ( t ) 。 另外我们定义 g ( t) , 设: g ( t) = f ( t) + j f ( t) d - 1 f ( t) H k ( t) = tcm f ( t) A ( t) = f 2 ( t) + f 2 ( t)
k ) K T b ≤ t < ( K + 1) T b f ( t) = A co s( Xt + H
)
( 2)
我们对一般位相调制信号作改动 , 同样可以写出指数 表达形式, 从而可设计出新型的 P/ 4-DQP SK 差分型 位相调制方式。 先找出( 1) 式中 f( t ) 的 Hil bt er 变换 : r ( X) =
电子工程师
微电 子 与 基 础 产 品 表2
调制方式 频谱效率 1. 35bits/ sHz 1. 62bits/ sHz 误码性能 较差 较好
V ol . 28 N o . 7 2002
对功放的要求 可以丙类工作 , 电 源效率高 限 带 信号 包 络 有 起 伏 , 采 用 甲 乙 类 放 大 , 电源效率较低
飞利浦推出首套 USB OTG 开发工具套件
飞利浦电子集团近日宣布推出半导体业界首套完 备的 U niversal Serial Bus ( USB ) On -T he Go ( OT G ) 系统开发工具。这套工具以飞利浦 OT G 技术为基础 , 可帮助开发人员非常容易地将 USB OT G 功能添加到 采用 Int el P XA 250( 基于 Intel Xscale 技术) 应用处理 器的掌上型和便携设备上。 飞利 浦开发 工具 还包括 软件, 能大幅 度缩短 将 USB OT G 添加到这些产品所需的工程时间达 75% 。 USB OT G 是一项有线连接标准, 使采用电池电 源为主的个人电子设备, 例如 PDA 、 数码相机和智能 电话能非常轻松地交换资料。通过采用 USB OT G 技 术 , 用户可从数码相机直接将相片输出到打印机 , 或将 PDA 通讯录传送到一台智能电话, 无需通过个人电脑 处理。 与其他 U SB 标准不同 , USB OT G 使设备既可以 作为一台 U SB 主机, 同时也可以当成 USB 周边设备。 例如 , P DA 可以当成一台打印机的主机 ( master ) , 下 载资讯时则成为一台周边设备( slave) 。虽然这项新的 OT G 功能为 USB 标准增加一些复杂性 , 不过飞利浦 开发工具则简化了其建置程序。 飞利浦开发工具套件包括完整的 OT G 软件主机 堆栈 ( 带全部驱动支持) 、 一个以飞利浦 OT G 芯片为 基础的控制卡、 以及 OT G 存取和 OT G 与主机端口、 监督工具。这套工具设计独特, 可支持采用 W indo ws
参 考 文 献 1 T er o Ojanper a, Ramjee Pr asad. 宽带 CDM A : 第三代 移动 通信技术 . 北京 : 人民邮电出版社 , 2000 2 何希才 , 卢孟夏 , 钱艾文 . 现代蜂窝移动通 信系统 . 北 京 : 科 学出版社 , 1999 3 陈启 美 , 李 嘉 . 现代 数据 通信教 程 . 南京 : 南京 大学 出版 社 , 2000 ■
电子工程师
微电 子 与 基 础 产 品
V ol . 28 N o . 7 2002
P/ 4-QPSK 调制方式及其与 GSMK 调制方式的比较
X
P/ 4-QPSK Modulation Mode and It ′ s Comparison with GSMK Modul ation Mode
南京师范大学物科院 ( 南京 210097) 宋文娟 殷奎喜 郝 辉 柯 炜 赵 华
X 收稿日期 : 2002 — 04 — 24
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宋文娟 , 等: P/ 4-QPSK 调制方式及其与 GSMK 调制方式的比较 效率。 制时, f ( t) 的指数表达式可为 f ( t) = A õ e
j ( Xt + $ H + H
k k- 1
3 P/ 4-QPSK 信号的调制方式
在 QPSK 调制方式中, 信号可以表示为:
k ( t) = H k( t ) - H k ( t - T b) , $H k ( t) = $ H k ( t) + H k( t - T b) H
g ( t) õ g ( t - T b ) = d d { f ( t ) + j f ( t) } õ { f ( t - T b ) - j f ( t - T b ) } = d d f ( t) õ f ( t - T b ) + f ( t ) õ f ( t - T b ) + d d j { f ( t ) õ f ( t - T b ) - f ( t) õ f ( t - T b ) } ( 16) 以上是主要的数学推导, 最后得到的式 ( 16) 就表 示新型的 P/ 4-DQP SK 差分位相调制方式 , 它与 ( 2) 式 是一致的。它是在 P / 4-QP SK 调制基础上建立并进一 步完善的调制方式 , 主要特点是其信号要经过 Hilbert 变换。
2 P/ 4-QPSK 信号的特征
P / 4-QPSK 位相调制技术是在现代移动通信中使 用较多的一种线性调制方法 , 它是在常规 QPSK 调制 基础上发展起来的。其相位跳变值是 nP/ 4( n = ± 1 或 ± 3) , 在 QP SK 中 , 180 度相位翻转对应有丰富的功率 谱旁瓣能量, 限带引起的包络起伏将通过非线性功放 的 AM / P M , 和 AM / PM 转换效应导致可观量值的频 谱 扩散, 使 旁瓣干 扰增大和 限带滤 波作 用抵消。与
信息比特 0 1 0 1 1 1 1 0 相 移 P/ 4 3P/ 4 5P/ 4 7P/ 4
∫ F ( t) õ cos Xt õ dt X ( X) = ∫ f ( t) õ sin Xtdt
- ∞ + ∞ - ∞
+ ∞
( 3) ( 4) ( 5) ( 6) ( 7)
R ( X) = 1 { F ( X) + F ( - X) } 2 1 X ( X) = 2j { F ( X) - F ( - X) } F ( X) = R ( X) + j X ( X) fd( t) = 1 2P j