OQPSK:Offset Quadrature Phase Shift Keying偏移正交相移键控的MATLAB仿真/FPGA实现

发布时间:2022/3/15 浏览数:3651
  偏移正交相移键控(OQPSK:Offset Quadrature Phase Shift Keying)调制技术广泛应用于卫星通信和移动通信领域,具有频谱利用率高、频谱特性好等特点。设计并实现了基于FPGA的全数字OQPSK调制解调器,论文研究了全数字OQPSK调制解调的基本算法,包括成形滤波器、NCO模型、载波恢复等;完成了整个调制解调算法的MATLAB仿真。在此基础上,采用verilog硬件描述语言在Xilinx公司ISE10.1开发环境下设计并实现了各个算法模块。

       OQPSK调制技术是一种恒包络调制技术,受系统非线性影响小,具有较高的带宽利用率和功率利用率,在卫星环境、无线环境下得到广泛应用。因此,在通信信号侦收设备所处理的信号中,存在大量的OQPSK信号。在传统的侦收设备中,接收机的解调单元都是采用模拟处理方法和器件实现的。大都使用了模拟滤波器、鉴相器(乘法器)和压控振荡器(VCO)。这种传统的模拟解调单元电路体积大,形式复杂;调试过程复杂、调试周期长;器件内部噪声大,易受环境影响,可靠性差。因此,这种传统的侦收设备不能完全发挥数字通信的优势,实现信号的最佳接收。随着大规模集成电路(VLSI)技术和工艺的进步,数字集成电路的复杂度和功能达到了前所未有的高度,以专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)为代表的IC,已经在工业生产中得到大规模的应用。这些技术和工艺的快速发展,给侦收设备中解调单元的全数字化提供了可能。

OQPSK也称为偏移四相相移键控(offset-QPSK),是QPSK的改进型。它与QPSK有同样的相位关系,也是把输入码流分成两路,然后进行正交调制。不同点在于它将同相和正交两支路的码流在时间上错开了半个码元周期。由于两支路码元半周期的偏移,每次只有一路可能发生极性翻转,不会发生两支路码元极性同时翻转的现象。因此,OQPSK信号相位只能跳变0°、±90°,不会出现180°的相位跳变。

  OQPSK信号可采用正交相干解调方式解调,其原理如图5-49所示。由图看出,它与QPSK信号的解调原理基本相同,其差别仅在于对Q支路信号抽样判决时间比I支路延迟了/2,这是因为在调制时Q支路信号在时间上偏移了/2,所以抽样判决时刻也应偏移/2,以保证对两支路交错抽样。

  OQPSK克服了QPSK的l80°的相位跳变,信号通过BPF后包络起伏小,性能得到了改善,因此受到了广泛重视。但是,当码元转换时,相位变化不连续,存在90°的相位跳变,因而高频滚降慢,频带仍然较宽。

采用非归零码直接进行调制所得的QPSK信号的幅度非常恒定,但其信号频谱较大。然而,当QPSK进行波形成形时,它们将失去恒包络的性质。偶尔发生的弧度为π的相移,会导致信号的包络在瞬间通过零点。任何一种在过零点的硬限幅或非线性放大都会引起旁瓣再生和频谱扩展,必须使用效率较低的线性放大器放大QPSK信号,这将使放大器的效率受到限制,进而影响到终端的小型化。
       为了克服QPSK对信道的线性度要求很高,交错QPSK(OQPSK)或参差QPSK虽然在非线性环境下也会产生频谱扩展,但对此已不那么敏感,因此能支持更高效率的放大器。
 
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