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QPSK是英文QuadraturePhaseShiftKeying的縮略語簡稱,意為正交相移鍵控,是一種數字調製方式。四相相移鍵控信號簡稱「QPSK」。它分為絕對相移和相對相移兩種。

1 qpsk -簡介

qpskQPSK調製示意圖

偏移四相相移鍵控信號簡稱「O-QPSK」。全稱為offset QPSK,也就是相對移相方式OQPSK。它具有一系列獨特的優點,已經廣泛應用於無線通信中,成為現代通信中一種十分重要的調製解調方式。

在數字信號的調製方式中QPSK四相移鍵控是最常用的一種衛星數字信號調製方式,它具有較高的頻譜利用率、較強的抗干擾性、在電路上實現也較為簡單。

2 qpsk -原理

qpskqpsk 原理
QPSK數字解調包括:模數轉換、抽取或插值、匹配濾波、時鐘和載波恢復等。

在實際的調諧解調電路中,採用的是非相干載波解調,本振信號與發射端的載波信號存在頻率偏差和相位抖動,因而解調出來的模擬工、Q基帶信號是帶有載波誤差的信號。這樣的模擬基帶信號即使採用定時準確的時鐘進行取樣判決,得到的數字信號也不是原來發射端的調製信號,誤差的積累將導致抽樣判決后的誤碼率增大,因此數字QPSK解調電路要對載波誤差進行補償,減少非相干載波解調帶來的影響。此外,ADC的取樣時鐘也不是從信號中提取的,當取樣時鐘與輸入的數據不同步時,取樣將不在最佳取樣時刻進行所得到的取樣值的統計信噪比就不是最高,誤碼率就高,因此,在電路中還需要恢復出一個與輸入符號率同步的時鐘,來校正固定取樣帶來的樣點誤差,並且準確的位定時信息可為數字解調后的通道糾錯解碼提供正確的時鐘。校正辦法是由定時恢復和載波恢復模塊通過某種演算法產生定時和載波誤差,插值或抽取器在定時和載波誤差信號的控制下,對A/D轉換后的取樣值進行抽取或插值濾波,得到信號在最佳取樣點的值,不同晶元採用的演算法不盡相同,例如可以採用據輔助法(DA)載波相位和定時相位聯合估計的最大似然演算法。

3 qpsk -特點

qpsk特性分析
四相相移調製是利用載波的四種不同相位差來表徵輸入的數字信息,是四進位移相鍵控。QPSK是在M=4時的調相技術,它規定了四種載波相位,分別為45°,135°,225°,315°,調製器輸入的數據是二進位數字序列,為了能和四進位的載波相位配合起來,則需要把二進位數據變換為四進位數據,這就是說需要把二進位數字序列中每兩個比特分成一組,共有四種組合,即00,01,10,11,其中每一組稱為雙比特碼元。每一個雙比特碼元是由兩位二進位信息比特組成,它們分別代表四進位四個符號中的一個符號。QPSK中每次調製可傳輸2個信息比特,這些信息比特是通過載波的四種相位來傳遞的。解調器根據星座圖及接收到的載波信號的相位來判斷發送端發送的信息比特。

數字調製用「星座圖」來描述,星座圖中定義了一種調製技術的兩個基本參數:(1)信號分佈;(2)與調製數字比特之間的映射關係。星座圖中規定了星座點與傳輸比特間的對應關係,這種關係稱為「映射」,一種調製技術的特性可由信號分佈和映射完全定義,即可由星座圖來完全定義。

qpskqpsk

首先將輸入的串列二進位信息序列經串-並變換,變成m=log2M個并行數據流,每一路的數據率是R/m,R是串列輸入碼的數據率。I/Q信號發生器將每一個m比特的位元組轉換成一對(pn,qn)數字,分成兩路速率減半的序列,電平發生器分別產生雙極性二電平信號I(t)和Q(t),然後對coswct和sinwct進行調製,相加后即得到QPSK信號。

QPSK是一種頻譜利用率高、抗干擾性強的數調製方式, 它被廣泛應用於各種通信系統中. 適合衛星廣播。例如,數字衛星電視DVB2S 標準中,通道雜訊門限低至4. 5 dB,傳輸碼率達到45M bös,採用QPSK 調製方式,同時保證了信號傳輸的效率和誤碼性能。

4 qpsk -OQPSK

qpskoqpsk
OQPSK信號,它的頻帶利用率較高,理論值達1b/s/Hz。但當碼組0011或0110時,產生180°的載波相位跳變。這種相位跳變引起包絡起伏,當通過非線性部件后,使已經濾除的帶外分量又被恢復出來,導致頻譜擴展,增加對相鄰波道的干擾。為了消除180°的相位跳變,在QPSK基礎上提出了OQPSK。

OQPSK是在QPSK基礎上發展起來的一種恆包絡數字調製技術。這裡,所謂恆包絡技術是指已調波的包絡保持為恆定,它與多進位調製是從不同的兩個角度來考慮調製技術的。恆包絡技術所產生的已調波經過發送帶限后,當通過非線性部件時,只產生很小的頻譜擴展。這種形式的已調波具有兩個主要特點,其一是包絡恆定或起伏很小;其二是已調波頻譜具有高頻快速滾降特性,或者說已調波旁瓣很小,甚至幾乎沒有旁瓣。採用這種技術已實現了多種調製方式。

一個已調波的頻譜特性與其相位路徑有著密切的關係,因此,為了控制已調波的頻率特性,必須控制它的相位特性。恆包絡調製技術的發展正是始終圍繞著進一步改善已調波的相位路徑這一中心進行的。

OQPSK也稱為偏移四相相移鍵控(offset-QPSK),是QPSK的改進型。它與QPSK有同樣的相位關係,也是把輸入碼流分成兩路,然後進行正交調製。不同點在於它將同相和正交兩支路的碼流在時間上錯開了半個碼元周期。由於兩支路碼元半周期的偏移,每次只有一路可能發生極性翻轉,不會發生兩支路碼元極性同時翻轉的現象。因此,OQPSK信號相位只能跳變0°、±90°,不會出現180°的相位跳變。

5 qpsk -應用

qpskqpsk 信號源
QPSK數字電視調製器採用了先進的數字信號處理技術,完全符合DVB-S標準,接收端可直接用數字衛星接收機進行接收。它不但能取得較高的頻譜利用率,具有很強的抗干擾性和較高的性能價格比,而且和模擬FM微波設備也能很好的兼容。
  
QPSK數字電視調製器在對數據流的處理上採用能量擴散的隨機化處理、RS編碼、卷積交織、收縮卷積編碼、調製前的基帶成形處理等,保證了數據的傳輸性能。

性能特點:
1、進行原有的電視微波改造,可用30M帶寬傳送5至8套DVD效果的圖像;
2、用調頻微波的價格達到MMDS的效果,實現全向發射;
3、可進行數字加密,對圖象絕無任何損傷。

6 qpsk -相關詞條

SIMCDMATDMAFDMAGSM
GPSPSKSDMACCCHQAM

7 qpsk -參考資料

[1] 163博客 http://blog.163.com/xutong_hust/blog/static/1581837200842625558669/

[2] 中國製造網 http://cn.made-in-china.com/china-products/productviewQornSlPWufVm/QPSK%E8%B0%83%E5%88%B6%E5%99%A8.html

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