OQPSK:Offset Quadrature Phase Shift Keying偏移正交相移鍵控的MATLAB仿真/FPGA實現(xiàn)
發(fā)布時間:2022/3/15 瀏覽數(shù):4418
偏移正交相移鍵控(OQPSK:Offset Quadrature Phase Shift Keying)調(diào)制技術(shù)廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信和移動通信領(lǐng)域,具有頻譜利用率高、頻譜特性好等特點。設(shè)計并實現(xiàn)了基于FPGA的全數(shù)字OQPSK調(diào)制解調(diào)器,論文研究了全數(shù)字OQPSK調(diào)制解調(diào)的基本算法,包括成形濾波器、NCO模型、載波恢復(fù)等;完成了整個調(diào)制解調(diào)算法的MATLAB仿真。在此基礎(chǔ)上,采用verilog硬件描述語言在Xilinx公司ISE10.1開發(fā)環(huán)境下設(shè)計并實現(xiàn)了各個算法模塊。
OQPSK調(diào)制技術(shù)是一種恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù),受系統(tǒng)非線性影響小,具有較高的帶寬利用率和功率利用率,在衛(wèi)星環(huán)境、無線環(huán)境下得到廣泛應(yīng)用。因此,在通信信號偵收設(shè)備所處理的信號中,存在大量的OQPSK信號。在傳統(tǒng)的偵收設(shè)備中,接收機的解調(diào)單元都是采用模擬處理方法和器件實現(xiàn)的。大都使用了模擬濾波器、鑒相器(乘法器)和壓控振蕩器(VCO)。這種傳統(tǒng)的模擬解調(diào)單元電路體積大,形式復(fù)雜;調(diào)試過程復(fù)雜、調(diào)試周期長;器件內(nèi)部噪聲大,易受環(huán)境影響,可靠性差。因此,這種傳統(tǒng)的偵收設(shè)備不能完全發(fā)揮數(shù)字通信的優(yōu)勢,實現(xiàn)信號的最佳接收。隨著大規(guī)模集成電路(VLSI)技術(shù)和工藝的進步,數(shù)字集成電路的復(fù)雜度和功能達到了前所未有的高度,以專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號處理器(DSP)、和現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)為代表的IC,已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到大規(guī)模的應(yīng)用。這些技術(shù)和工藝的快速發(fā)展,給偵收設(shè)備中解調(diào)單元的全數(shù)字化提供了可能。
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(guān)系,也是把輸入碼流分成兩路,然后進行正交調(diào)制。不同點在于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。由于兩支路碼元半周期的偏移,每次只有一路可能發(fā)生極性翻轉(zhuǎn),不會發(fā)生兩支路碼元極性同時翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。因此,OQPSK信號相位只能跳變0°、±90°,不會出現(xiàn)180°的相位跳變。
OQPSK信號可采用正交相干解調(diào)方式解調(diào),其原理如圖5-49所示。由圖看出,它與QPSK信號的解調(diào)原理基本相同,其差別僅在于對Q支路信號抽樣判決時間比I支路延遲了/2,這是因為在調(diào)制時Q支路信號在時間上偏移了/2,所以抽樣判決時刻也應(yīng)偏移/2,以保證對兩支路交錯抽樣。
OQPSK克服了QPSK的l80°的相位跳變,信號通過BPF后包絡(luò)起伏小,性能得到了改善,因此受到了廣泛重視。但是,當(dāng)碼元轉(zhuǎn)換時,相位變化不連續(xù),存在90°的相位跳變,因而高頻滾降慢,頻帶仍然較寬。
采用非歸零碼直接進行調(diào)制所得的QPSK信號的幅度非常恒定,但其信號頻譜較大。然而,當(dāng)QPSK進行波形成形時,它們將失去恒包絡(luò)的性質(zhì)。偶爾發(fā)生的弧度為π的相移,會導(dǎo)致信號的包絡(luò)在瞬間通過零點。任何一種在過零點的硬限幅或非線性放大都會引起旁瓣再生和頻譜擴展,必須使用效率較低的線性放大器放大QPSK信號,這將使放大器的效率受到限制,進而影響到終端的小型化。
為了克服QPSK對信道的線性度要求很高,交錯QPSK(OQPSK)或參差QPSK雖然在非線性環(huán)境下也會產(chǎn)生頻譜擴展,但對此已不那么敏感,因此能支持更高效率的放大器。