调制与解调技术

QPSK信号的包络特性和相位跳变
当基带信号为方波脉冲（NRZ）时，QPSK信号 具有恒包络特性。由升余弦滤波器形成的基带信号是 连续的波形,但 QPSK信号的包络也不再恒定。
QPSK是一种相位不连续的信号,在码元转换的时 刻，信号的相位发生跳变。通过星座图可以看出跳变 的幅度为±180°和±90°。
调制技术的选择对数字蜂窝移动系统的容量有直接 的影响，它通过每赫兹每秒比特数(b/s•hz-1)决定着 单物理信道得带宽效率。
3.5 QPSK调制
3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4
二相调制BPSK 四相调制QPSK 偏移QPSK—OQPSK π/4-QPSK
3.5.1 二相调制BPSK
1.二相调制信号SBPSK(t)
在二进制相位调制中，二进制的数据bk=±1可以用
相位不同取值表示，例如
s B P S K ( t ) c o s c t k k T b t ( k 1 ) T b
其中
k
0
bk 1 bk 1
由于 c o s( ct ) c o s ct
，所以BPSK信号一般也可以表示为
QPSK信号的功率谱和带宽
正交调制产生QPSK信号实际上是把两个BPSK信号相
加。它们有相同的功率谱 ，带宽也为B=Rb。频带效 率B/Rb则提高为1。
一个未滤波QPSK信号的功率谱密度为
S(f)4CbTs2i2n(f(ffcf)cT)bTb2 （式3-1）
式中C为通过1Ω电阻的归一化平均信号功率，
k
Qk Ik
I(t)
... [ak,bk] ...Ik=a串k /并 cosct
变换
Qk=bk Q(t)
sinct
SI(t)
s +
QPSK(t)
SQ(t) -
图 3.26 QPSK正交调制原理图
把串行输入的（ak，bk）分开进入两个并联的支
路—I支路（同相支路）和Q支路（正交支路）， 分别对一对正交载波进行调制，然后相加便得到 QPSK信号。
Tb 1/ fb 为比特持续时间。
假定调制器中使用了具有升余弦函数均方根特 性、滚降系数为α (最佳特性时)的频谱成形滤波 器，则很容易得到QPSK信号滤波后的频谱，如 图3-8所示。
图3-8中曲线(a)是未滤波QPSK频谱，曲线(b) 是带幅度均衡器的滚降系数为α的升余弦函数的 幅度响应。
图3-8 QPSK信号的功率谱密度
功率谱：BPSK 信号是一种线性调制，当基带波形为NRZ 码时，其功率谱如图3.23所示。
0 dB
- 10 - 20 - 30 - 40
fc-2Rb fc-R b fc fc+R b fc+2Rb
图 3.23 NRZ基带信号的BPSK信号功率谱
如图，基带波形为NRZ码时 BPSK信号有较大的副瓣 ，副瓣的总功率约占信号的总功率10%，带外辐射严 重
sB P S K (t)b(t)co sct
3.5.1 二相调制BPSK
设二进制的基带信号b(t)的波形为双极性NRZ
码,BPSK信号的波形如图3.22所示。
b(t)
+1 0
1
Fra Baidu bibliotek
0
1
1
0t
-1 A cost
+A 0
Tb
t
-A
s2 P S K( t)
+A
t
0
-A
图 3.22 BPSK波 形
3.5.1 二相调制BPSK
k
/4 3 /4 5 /4 7 /4
S2
S1
/ 4 参考矢量
/ 4
S3
S4
图 3.25 QPSK的一种相位逻辑
QPSK信号可以表示为：
s Q P S K ( t ) A c o s c t k k 1 , 2 , 3 , 4 k T s t ( k 1 ) T s
Q
5
4
+1
3
-1
I
+1
-1
2
图 3-32 Q PSK 信 号 相 位 跳 变
信号包络的恒定特性可以使用非线性（C类）功率 放大器，这种高功率放大器对电池容量有限的移动用 户设备有重要意义；而非恒定包络信号对非线性放大 很敏感，它会通过非线性放大而使功率谱的副瓣再生， 因此应当设法减小信号包络的波动幅度，所采取的措 施就是减小信号相位的跳变幅度。
按照调制器输入信号的形式，调制可分为模拟调 制和数字调制，而数字调制又分为线性调制技术和 恒包络调制技术。目前的移动通信系统都是采用数 字调制技术，包括有缓变调频（TFM）、相干移相 键控（CPSK）、四相移相键控（QPSK）、高斯最 小移频键控（GMSK）等，数字调制技术具有抗干 扰能力强、易于加密、语音间隙噪声小等优点。
其中A为信号的幅度， c 为载波频率。
QPSK信号产生
QPSK信号可以用正交调制方式产生。
sQPSK (t) A cos(ct k ) A cosk cos(ct) A sin k sin(ct) Ik cos(ct) Qk sin(ct)
式中
Ik A cosk Qk A sin k
调制解调技术的宗旨是为了使通信系统的抗干扰 、抗衰落性能得到提高并使频率资源得到更充分的 利用。一般在通信系统的发端进行调制，调制后的 信号称为已调信号。 解调制或解调：接收机端要将已调信号还原成要传 输的原始信号。
通过调制解调可以实现以下的主要功能： (1)便于传输：将所需传送的基带信号进行频谱搬 移至相应频段的信道上以便于传输； (2)抗干扰：调制后具有较小的功率谱占用率（即 功率的有效性），从而提升抗干扰能力； (3)提高系统有效性：单位频带内传送尽可能高的 信息率(bit/s/Hz)，即提高频谱有效性。
为了减小信号带宽，可考虑用M进制代替二进制。
3.5.2 四相调制QPSK
QPSK信号 在QPSK调制中，在要发送的比特序列中,每两个相连的比特分 为一组构成一个4进制的码元，即双比特码元。双比特码元的4
种状态用载波的四个不同相位(k=1,2,3,4)表示。这种对应关系
叫做相位逻辑。例如
双极性表示
ak bk +1 +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1
3.2 调制与解调技术
学习目标 理解四相移相键控（QPSK）调制技术 理解π/4移位QPSK（π/4-QPSK）调制技
术 理解高斯最小移频键控（GMSK）技术
3.2 调制与解调技术
3.2.1 四相移相键控（QPSK）调制 3.2.2 π/4移位QPSK（π/4-QPSK）调制 3.2.3 高斯最小移频键控（GMSK）