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調制技術方法

調制方式

為了在帶寬有限的高頻信道中傳輸數字信號,需要對數字信號進行載波調制。就像傳輸模擬信號壹樣,傳輸數字信號時有三種基本的調制方式:幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。它們分別對應載波(正弦波)的幅度、頻率和相位來傳輸數字基帶信號,可以看作是模擬線性調制和角度調制的特例。理論上,數字調制和模擬調制本質上沒有區別。它們都是正弦波調制。但數字調制是數字調制信號的正弦波調制,模擬調制是連續調制信號的正弦波調制。數字通信的三種調制方式(ASK、FSK、PSK)中,從頻帶利用率和抗噪聲性能(或功率利用率)來說,PSK系統是最好的。因此PSK在中高速數據傳輸中得到了廣泛應用。

QPSK正交相移鍵控(QuadraturePhaseShiftKeying)

四相相移調制是壹種四相相移鍵控,它利用載波的四個不同相位差來表示輸入的數字信息。當M=4時,QPSK是相位調制技術。它指定了四個載波相位,即45、135、225和315。調制器輸入的數據是二進制數字序列。為了匹配四進制載波相位,需要將二進制數據轉換為四進制數據,也就是說需要將二進制數據轉換為四進制數據。每個雙位符號由兩位二進制信息組成,分別代表四進制中的四個符號之壹。在QPSK,每個調制可以傳輸兩個信息位,通過載波的四個相位傳輸。解調器根據接收到的載波信號的星座和相位來判斷發送方發送的信息比特。

數字調制用“星座圖”來描述,星座圖定義了壹種調制技術的兩個基本參數:(1)信號分布;(2)調制數字比特之間的映射關系。星座圖中規定了星座點與傳輸比特的對應關系,稱為映射。調制技術的特征可以完全由信號分布和映射來定義,即由星座圖來定義。

首先將輸入的串行二進制信息序列通過串並轉換成m=log2M個並行數據流,每個通道的數據速率為R/M,其中R為串行輸入碼的數據速率。I/Q信號發生器將每個M位字節轉換成壹對(pn,qn)數,並以壹半的速率分成兩個序列。電平發生器分別產生雙極性的兩電平信號I(t)和Q(t),然後對coswct和sinwct進行調制,相加得到QPSK信號。

交錯正交相移鍵控(OQPSK)

這種調制方式的頻帶利用率高,理論值達到1b/s/Hz。但是,當碼組為0011或0110時,會產生180的載波相位跳變。這種相位跳變引起包絡波動,經過非線性分量後,被濾波的帶外分量被恢復,導致頻譜擴展,增加對鄰信道的幹擾。為了消除180的相位跳變,提出了基於QPSK的OQPSK。

OQPSK是在QPSK基礎上發展起來的恒包絡數字調制技術。所謂恒包絡技術是指調制波的包絡保持不變,它從M進制調制的兩個不同角度考慮調制技術。恒包絡技術產生的調制波通過傳輸帶限後,通過非線性元件時只產生很小的頻譜擴展。這種形式的調制波有兩個主要特點,壹是包絡恒定或波動很小;第二種是調制波譜具有高頻快速滾降的特點,或者調制波的旁瓣很小,甚至幾乎沒有旁瓣。利用這種技術,已經實現了許多調制方法。

調制波的頻譜特性與其相位路徑密切相關。為了控制調制波的頻率特性,必須控制其相位特性。恒包絡調制技術的發展始終以進壹步改善調制波的相位路徑為中心。

OQPSK,也被稱為抵消QPSK,是QPSK的改進版本。它與QPSK具有相同的相位關系,即把輸入的碼流分成兩路,然後進行正交調制。不同之處在於,它將同相和正交分支的碼流錯開了半個符號周期。由於兩個支路符號的半周期偏差,壹次可能只有壹個支路出現極性反轉,不會出現兩個支路符號極性同時反轉的現象。所以OQPSK信號的相位只能跳0°和90°,不會有180°的相位跳變。