一种OQPSK信号的调制技术
2012-01-15田云鹏
田云鹏,冯 淞
(海军航空军械修理所 上海 200000)
调制识别技术在军、民领域都有着广泛的应用价值,近年来一直受到人们的关注。随着更多调制技术的应用,调制识别技术也在不断向前发展,并应用于各个领域[1]。目前已经存在的数字频带传输方式有振幅键控 (ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。并且,数字信息有二进制和多进制之分,因此,数字调制可分为二进制调制和多进制调制。一些特殊的调制方式还有QAM、MSK、GMSK、OFDM。在多进制相移键控调制方式中,四进制(即QPSK)调制方式应用最为广泛[2]。
1 QPSK基本原理
理论上QPSK信号为频带无限宽的恒包络信号,但我们知道,为避免干扰相邻通道,实际信道总是限带的,经限带后的QPSK信号已不能保持恒包络,由于QPSK的I、Q两路数据信号的极性转换时间相同,即码元的沿是对齐的,其信号的相位变化有 0°、±90°、180°4 种,其中 180°相位变化的信号经限带后会出现包络为0的现象,这在实际信道是不希望出现的。OQPSK是针对QPSK的一种改进形式,OQPSK信号则把Q路信号和I路错开了半个码元周期(相对I路或Q路的码元周期Ts而言),因而信号的相位变化在任何一个的整数倍处都可能发生,但两路信号的相位变化不会同时发生,这样,输出的OQPSK信号只有0°、±90°3种相位变化,如图1所示,信号经限带后包络的最大值与最小值之比约为这就可以预计,它在实际信道中的特性将优于QPSK信号[3]。
图1 OQPSK调制波形和相位路径图Fig.1 OQPSK modulation waveform and phase road map
2 基带信号的产生
OQPSK中,同相和正交这两信道如同两个独立的BPSK信道,可以分别进行编码,因此,在实际应用中,OQPSK信号往往传输两路不同信息。以常用的直扩通信为例,若设伪码时钟速率为fs,信息码速率为fx=fs/N,时钟速率为fc=fs,则其实现的电路如图2所示。
图2 基带信号生成图Fig.2 Baseband signal generation
由时钟产生频率为fc,占空比为50%的时钟信号,分两路输出。一路经同相放大后作为I路伪码的时钟,同时,对其进行N次分频后,作为I路信息码的时钟。另一路经反相放大后作为Q路伪码的时钟,同时,对其进行N次分频后,作为Q路信息码的时钟。同步控制使信息码和伪码处于同步。信息流经串并变换后,分别在I/Q选择信号的控制下,送入I路FIFO或Q路FIFO单元,FIFO单元以时钟fx=fc/N的速率向编码器发送信息数据,信息经编码后与伪码异或生成基带信号。由于I路和Q路信号的时钟相差半个时钟周期,因此,I路基带信号和Q路基带信号也就错开了半个时钟周期。
3 OQPSK调制的实现
因此,基本的OQPSK调制的实现电路框图如图3所示,直接实现OQPSK调制和经升余弦脉冲形成器的信号频谱分别如图4和图5所示。在电路实现上,采用集成器件可简化设计,增加可靠性。如图3中虚框部分可采用AD8346[5]器件实现。该器件是工作在0.8~2.5 GHz的正交调制器,在该频段内,I/Q路信号仅1度的相位误差,0.2 dB幅度平衡特性和DC-70 MHz的基带调制带宽,能较好的满足设计要求。
图3 OQPSK调制电路框图Fig.3 OQPSK modulator circuit diagram
图4 直接调制OQPSK信号频谱图Fig.4 Direct modulation of OQPS signal frequency spectrum
图5 经升余弦脉冲形成器后的信号频谱图Fig.5 Signal frequency spectrum ormed by the raised cosine pulse
虽然OQPSK的包络起伏较小,但经过非线性功率放大器后,仍会将已调信号的频谱展宽,造成对相邻信道的干扰。而若采用线性功率放大器,则功率效率较差。因此,人们采取了各种电路设计来改善功率放大器的动态范围,图6所示的笛卡尔负反馈电路[6]就是其中的一种。从功率放大器末端取出的负反馈信号与载波信号相乘后,恢复出的作负反馈的基带信号。衰减控制用于控制反馈环路的增益。一般来说,通过负反馈控制,对于AB类功率放大器,能使功放后已调信号的带外辐射降低20 dB以上。
图6 笛卡尔负反馈环电路框图Fig.6 Descartes negative feedback loop circuit diagram
4 结束语
OQPSK信号不会发生π相位的突变现象,因此限带的OQPSK信号的包络起伏小。限带OQPSK信号包络的最大值与最小值之比约为2,该信号经过非线性功放后,不会引起功率谱旁瓣有大的增生,因此该信号在实际系统中的应用很广泛。由于OQPSK调制有较高的传输可靠性和频带利用率,目前,它在移动通信、卫星通信等各类数字通信系统中应用的较为广泛。
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