4.2線性調(diào)制方式

1、4-2線性調(diào)制方式1986年后，線性功率放大器已經(jīng)取得實質(zhì)性的進展；又由于PSK有帶寬效率高、頻譜利用率高等特點；使得以QPSK為主的線性調(diào)制方式得到了很大應(yīng)用。在移動通信中，一般采用性能優(yōu)良的絕對移相體制而不采用相對移相體制，雖然相對移相可以解決相位模糊度問題。而CDMA中，常采用導(dǎo)頻信道傳送載波信息進行相干解調(diào)。一、四相相移鍵控(QPSK)和交錯四相相移鍵控(OQPSK)調(diào)制設(shè)QPSK信號表達(dá)式為：S(t)二Acos(wt+9)，若0=土、土孚,則有：ckk44AS(t)=(coswt土sinwt)2ccAcostIc兀)+4丿3兀)Acost+S(t)=Acos(t+0)=(c/4丿ck

2、(1Acost兀(c43Acost-_兀(c4由此可知：假定輸入二進制序列為a,a：nnan-1an=+1+1an-1an=-1+1an-1an=+1-1丿n-ln11a.a=n-1n丿+1”或“-1”，則在kTsWtV(k+1)Ts(Ts=2Tb)的區(qū)間內(nèi)，QPSK的產(chǎn)生器(原理如圖4-1所示，令n=2k+1)的輸出為QPSK信號:QPSK和OQPSK產(chǎn)生原理圖:c(a)sin(3t)c(b)(a)QPSK的產(chǎn)生;(b)OQPSK的產(chǎn)生圖4-1QPSK和OQPSK信號的產(chǎn)生注意：書P刃頁圖4.5表示了(t)、叮f)的分組情況(前一碼元組礙/(t)，后一碼元組成卷(t)。矢量端點的分布圖稱為星

3、座圖。QPSK信號的星座圖如圖4-2(a)所示，圖中的圓點表示了信號的可能相位，在實際中，也有0=0,的情況。即將圖4-2(a)的星座圖旋轉(zhuǎn)450。k2圖中的聯(lián)線表示可能的相位跳變。在下一個2Tb時間內(nèi)，若2個比特值都沒有改變，則相位b兀不變；若有1個比特值改變，則相位改變；若2個比特值都改變了，則相位改變兀。2QPSK信號的幅度非常恒定，然而，當(dāng)QPSK進行波形成型時，它們將失去恒包絡(luò)的性質(zhì)。偶爾發(fā)生的1800相移，會導(dǎo)致信號的包絡(luò)在瞬間通過零點，這種過零點(低電壓)的情況將在硬限幅和非線性放大中失真，這將使得傳輸過程中已經(jīng)被濾除的旁瓣得到再生。因此為了防止旁瓣再生和頻譜擴展，必須使用線性放

4、大器來放大QPSK信號。OQPSK在正交支路引入了一個比特(半個碼元)的延遲，因此兩個支路數(shù)據(jù)不會同時變化,即不會產(chǎn)生土n的相位跳變，只能產(chǎn)生土n/2的相位跳變,其相位星座圖如下圖4-2(b)：(a)(b)圖4-2QPSK和OQPSK信號的星座圖和相位轉(zhuǎn)移圖、四相相移鍵控(QPSK)和交錯四相相移鍵控(OQPSK)的解調(diào)圖4-3OQPSK的解調(diào)框圖性能：在加性高斯白噪聲情況下,QPSK的平均誤碼率與前面BPSKi2E的誤碼率相同，為：P二Q(b)e,QPSKVn0由于在相同的帶寬情況下，QPSK發(fā)送的數(shù)據(jù)是BPSK的二倍。所以，QPSK信號的功率譜密度為：(八E(sin2兀(f-f)T)2si

5、n2兀(f-fT)PQPSK(t)=E(cb)2+(cb)2b2兀(f-f)T2兀(f-f)Tcbcb、n/4-QPSK調(diào)制(n/4-四相相移鍵控)n/4-DQPSK和其它差分相移鍵控一樣，利用差分編碼，避免了“載波反相”現(xiàn)象(相位模糊)。同時，它又是對QPSK信號特性的進行改進的一種調(diào)制方式。改進之一：將QPSK的最大相位跳變土n，降為3n/4，從而改善了n/4,因此具有更好的恒包絡(luò)性質(zhì)。改進之二是解調(diào)方式。QPSK只能用相干解調(diào)，而n/4-DQPSK既可以用相干解調(diào)也可以采用非相干解調(diào)。n/4-DQPSK在抗多徑擴展和衰落方面較QPSK性能更好。相位跳變不存在0度的情況，易于采集時間信息，

6、與TDMA方式配合較好，適用于美國的IS-136數(shù)字蜂窩系統(tǒng)、日本的(個人)數(shù)字蜂窩系統(tǒng)(PDC)和美國的個人接入通信系統(tǒng)(PACS)中。B)原理及產(chǎn)生方式設(shè)已調(diào)信號為：S(t)二cost+0=costcosOsintsin0kckckck式中：0為當(dāng)前碼元的附加相位，其值為9=9+p，即0的取值與前一碼元的附kkk1kk加相位和當(dāng)前碼元相位跳變量9有關(guān)。而9只與當(dāng)前輸入符號有關(guān)，下表4-1列出了A0kkk與S、S之間的映射關(guān)系。IQ表4-1n/4-DQPSK的相位跳變規(guī)則S、s9iQk1，1n/4-1，13n/4-1，-1-3n/41，-1-n/4兀3兀由上表可見，在碼元轉(zhuǎn)換時刻的相位跳變只

7、有土丁、土丁四種取值。n/4-DQPSK的44相位關(guān)系如圖4-4。從圖中可以看出相位的跳變必定在圖4-4中的“。”和“*”組間跳變。同時也可以看到，I=cos9,Q=sin9兩者只可能取0，1/、；2，1五種取值，分別kkkk對應(yīng)圖中的八個相位點的坐標(biāo)值。(一1/丁2,1/丁2)(1/2,1/2)(1,0)(1,0)(一1/丁2，一/d2)(1/v2,一1/丁2)(0,1)Q(0,1)圖4-4n/4-DQPSK相位星座圖和相位轉(zhuǎn)移圖兀令I(lǐng)二cos9,Q二sin3,則有：S(t)二Icoswt-Qsinwt,由此可得一-QPSKkkkkkkckc4的產(chǎn)生原理，如圖4-5所示：輸入數(shù)據(jù)SSQVk差

8、分相位編碼串/并變換LPF放大一LPFn/4-DPSK信號sin3tc圖4-5n/4-DQPSK信號的產(chǎn)生圖中的1、Qk分別為:I=cos0=cos(0+p)=cos3cospsin3sinp=IcospQsinpkkk-1kk-1kk-1kk-1kk-1kQ=sin0=sin(3+p)=sin0cosp+cos0sinp=Icosp+Qsinpkkk1kk1kk1kk1k1k1kP71例4.1。n/4-QPSK調(diào)制仍是一種線性調(diào)制，它具有較咼的頻譜利用率。但是由于它仍舊存在相位突變，所以通過帶限系統(tǒng)后，其包絡(luò)不恒定，采用非線性功放，將使頻譜展寬，不滿足相鄰信道功率電平相差6080dB的要求。

9、為了減小頻帶占用，I、Q在調(diào)制前，先通過升余kk弦滾降脈沖成形濾波器，設(shè)計合適的滾降因子，并合理的組織發(fā)射機的結(jié)構(gòu)，可以使n/4-DQPSK信號滿足移動通信系統(tǒng)的要求。C)解調(diào)方式如前所述，n/4-QPSK調(diào)制的信息完全包含在載波相位的跳變p中，便于采用差分檢k測。差分檢測可先求出相差的余弦和正弦函數(shù)，再由此判決相應(yīng)的相差。n/4-QPSK信號的解調(diào)有三種方式：基帶差分檢測、中頻(IF)差分檢測、調(diào)頻(FM)鑒頻器檢波。前兩種屬于相干檢測，而FM鑒頻是非相干檢測。1、基帶差分檢測sin(et+申)c圖4-6基帶差分檢測電路圖中的本地載波只要與信號的未調(diào)載波同頻，而不要求同相，即可相差cp。設(shè)接

10、收信號：S(t)二cost+0(kTt，則有Y=ZWWZkkk1kk1p)X=icos(0p)-cos(0p)+sin(0p)-sin(0k1TOC o 1-5 h zk2k2k12k2=cos(00)=cosA04kk14kY=sin(0p)-cos(0p)cos(0p)-sin(0p)k2k2k12k2k1=sin(0p)=sinA04kk14k根據(jù)調(diào)制時的相位跳變規(guī)則,可制定判決規(guī)則如下：X0k判“+1”X0k判“+1”Y0判“1”k獲得的結(jié)果，再經(jīng)并/串變換之后，即可恢復(fù)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。P73例4.22.中頻差分檢測(IF)k圖4-7中頻差分檢測電路設(shè)輸入信號：Sk(t)=coswt+e

11、kTOC o 1-5 h zkck經(jīng)兩個支路相乘后的信號分別為：cost+0)-cos(tT)+0)ckcsk-1sint+0)-cos(tT)+0)ckcsk-1經(jīng)低通濾波后所得低頻分量為(取wTs=2nn)：X=1cos(0-0)=ZcosA0k2kk-12kY=1sin(0-0)=1sinA0k2kk-12k余下的規(guī)則同上。3.鑒頻器檢測圖4-8鑒頻器檢測電路輸入信號先通過帶通濾波器濾波來與發(fā)送信號匹配。濾波后的信號被限幅器去除包絡(luò)的波動。限幅器保留了輸入信號相位的變化，所以沒有丟失信息。FM鑒頻器提取出接收信號瞬時頻率的變化，并在每個符號周期內(nèi)積分，可得到兩個抽樣時刻間的相差。該相差在

12、通過一個四電平門限比較器來檢測。d0(t)理想的鑒頻器特性為：u(t)=-dt經(jīng)過積分和采樣(也叫積分清除)后有：A0=J(k+1)Tsv(t)dt=0-0kkTk+1ks若直接根據(jù)a0進行判決，就可能出現(xiàn)錯判。例如，ek=io,ek1=340。，則kkk-1A廣10O-3400一33。，但實際的相差僅為3。因此在差分相位解碼前要加入一個模2n的校正電路。其校正規(guī)則如下:如果ABn/4，將會引起系統(tǒng)的錯誤判決。因此，系統(tǒng)設(shè)計必須保證A0Vn/4。在移動通信環(huán)境中，影響誤比特率的因素有多普勒頻移產(chǎn)生的隨機相位噪聲、時延擴散造成的頻率選擇性衰落，以及主要由于頻率復(fù)用產(chǎn)生的同頻干擾（CCI）。當(dāng)系統(tǒng)傳輸速率fb較低時（例如fb=50kbit/s）,時延擴散影響較小，隨機相位噪聲影響較大。下圖4-9中出現(xiàn)不能再減小的剩余誤碼（殘留誤碼）的原因是多普勒頻移造成寄生調(diào)頻噪聲；101010204060801002060二m8dB40CQ10-4i(rl0同頻干擾與有用信號疊加，產(chǎn)生相位噪聲，決定了干擾和衰落條件下的性能。8010030dB40dBC/=20dB皿皿=2XIor5X10圖4-9n/4QPSK在瑞利衰