一種OQPSK信號的調(diào)制技術(shù)

摘要：信號的調(diào)制識別技術(shù)在目前數(shù)字通信中應(yīng)用極為廣泛，針對QPSK的倒現(xiàn)象，文中介紹了一種OQPSK調(diào)制方法，其具有較高的傳輸可靠性和頻帶利用率，并對基帶信號的產(chǎn)生方法和用正交調(diào)制法實(shí)現(xiàn)OQPSK信號調(diào)制的基本原理和電路進(jìn)行了說明。
關(guān)鍵詞：交錯(cuò)正交移相鍵控(OQPSK)；偽碼；信息碼；基帶信號

    調(diào)制識別技術(shù)在軍、民領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值，近年來一直受到人們的關(guān)注。隨著更多調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用，調(diào)制識別技術(shù)也在不斷向前發(fā)展，并應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。目前已經(jīng)存在的數(shù)字頻帶傳輸方式有振幅鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。并且，數(shù)字信息有二進(jìn)制和多進(jìn)制之分，因此，數(shù)字調(diào)制可分為二進(jìn)制調(diào)制和多進(jìn)制調(diào)制。一些特殊的調(diào)制方式還有QAM、MSK、GMSK、OFDM。在多進(jìn)制相移鍵控調(diào)制方式中，四進(jìn)制(即QPSK)調(diào)制方式應(yīng)用最為廣泛。

1 QPSK基本原理
    理論上OPSK信號為頻帶無限寬的恒包絡(luò)信號，但我們知道，為避免干擾相鄰?fù)ǖ溃瑢?shí)際信道總是限帶的，經(jīng)限帶后的QPSK信號已不能保持恒包絡(luò)，由于QPSK的I、Q兩路數(shù)據(jù)信號的極性轉(zhuǎn)換時(shí)間相同，即碼元的沿是對齊的，其信號的相位變化有0°、±90°、180°4種，其中180°相位變化的信號經(jīng)限帶后會出現(xiàn)包絡(luò)為0的現(xiàn)象，這在實(shí)際信道是不希望出現(xiàn)的。OQPSK是針對QPSK的一種改進(jìn)形式，OQPSK信號則把Q路信號和I路錯(cuò)開了半個(gè)碼元周期(相對I路或Q路的碼元周期Ts而言)，因而信號的相位變化在任何一個(gè)的整數(shù)倍處都可能發(fā)生，但兩路信號的相位變化不會同時(shí)發(fā)生，這樣，輸出的OQPSK信號只有0°、±90°3種相位變化，如圖1所示，信號經(jīng)限帶后包絡(luò)的最大值與最小值之比約為，這就可以預(yù)計(jì)，它在實(shí)際信道中的特性將優(yōu)于QPSK信號。

2 基帶信號的產(chǎn)生
    OQPSK中，同相和正交這兩信道如同兩個(gè)獨(dú)立的BPSK信道，可以分別進(jìn)行編碼，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，OQPSK信號往往傳輸兩路不同信息。以常用的直擴(kuò)通信為例，若設(shè)偽碼時(shí)鐘速率為fs，信息碼速率為fx=fs／N，時(shí)鐘速率為fc=fs，則其實(shí)現(xiàn)的電路如圖2所示。

    由時(shí)鐘產(chǎn)生頻率為fc，占空比為50％的時(shí)鐘信號，分兩路輸出。一路經(jīng)同相放大后作為I路偽碼的時(shí)鐘，同時(shí)，對其進(jìn)行N次分頻后，作為I路信息碼的時(shí)鐘。另一路經(jīng)反相放大后作為Q路偽碼的時(shí)鐘，同時(shí)，對其進(jìn)行N次分頻后，作為Q路信息碼的時(shí)鐘。同步控制使信息碼和偽碼處于同步。信息流經(jīng)串并變換后，分別在I／Q選擇信號的控制下，送入I路FIFO或Q路FIFO單元，F(xiàn)IFO單元以時(shí)鐘fx=fc／N的速率向編碼器發(fā)送信息數(shù)據(jù)，信息經(jīng)編碼后與偽碼異或生成基帶信號。由于I路和Q路信號的時(shí)鐘相差半個(gè)時(shí)鐘周期，因此，I路基帶信號和Q路基帶信號也就錯(cuò)開了半個(gè)時(shí)鐘周期。

3 OQPSK調(diào)制的實(shí)現(xiàn)
    由于在基帶信號中已對I／Q路信號進(jìn)行了的延時(shí)處理，因此，OQPSK信號可由基帶信號對載波進(jìn)行正交調(diào)制產(chǎn)生。雖然OQPSK信號通過BPF后包絡(luò)起伏小，但其在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)，相位仍存在90°的跳變，使信號頻譜高頻滾降慢，頻帶較寬。為了抑制已調(diào)信號的帶外輻射，分別對同相和正交支路的數(shù)字信號進(jìn)行編碼，如雙碼元間隔升余弦脈沖，雙碼元間隔三角脈沖等。雙碼元間隔升余弦脈沖可由式(1)表示：
   
    因此，基本的OQPSK調(diào)制的實(shí)現(xiàn)電路框圖如圖3所示，直接實(shí)現(xiàn)OQPSK調(diào)制和經(jīng)升余弦脈沖形成器的信號頻譜分別如圖4和圖5所示。在電路實(shí)現(xiàn)上，采用集成器件可簡化設(shè)計(jì)，增加可靠性。如圖3中虛框部分可采用AD8346器件實(shí)現(xiàn)。該器件是工作在0．8～2．5 GHz的正交調(diào)制器，在該頻段內(nèi)，I／Q路信號僅1度的相位誤差，0．2 dB幅度平衡特性和DC-70 MHz的基帶調(diào)制帶寬，能較好的滿足設(shè)計(jì)要求。

    雖然OQPSK的包絡(luò)起伏較小，但經(jīng)過非線性功率放大器后，仍會將已調(diào)信號的頻譜展寬，造成對相鄰信道的干擾。而若采用線性功率放大器，則功率效率較差。因此，人們采取了各種電路設(shè)計(jì)來改善功率放大器的動態(tài)范圍，圖6所示的笛卡爾負(fù)反饋電路就是其中的一種。從功率放大器末端取出的負(fù)反饋信號與載波信號相乘后，恢復(fù)出的作負(fù)反饋的基帶信號。衰減控制用于控制反饋環(huán)路的增益。一般來說，通過負(fù)反饋控制，對于AB類功率放大器，能使功放后已調(diào)信號的帶外輻射降低20 dB以上。

4 結(jié)束語
    OQPSK信號不會發(fā)生π相位的突變現(xiàn)象，因此限帶的OQPSK信號的包絡(luò)起伏小。限帶OQPSK信號包絡(luò)的最大值與最小值之比約為2，該信號經(jīng)過非線性功放后，不會引起功率譜旁瓣有大的增生，因此該信號在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用很廣泛。由于OQPSK調(diào)制有較高的傳輸可靠性和頻帶利用率，目前，它在移動通信、衛(wèi)星通信等各類數(shù)字通信系統(tǒng)中應(yīng)用的較為廣泛。