一种OQPSK信号的调制技术

摘要：信号的调制识别技术在目前数字通信中应用极为广泛，针对QPSK的倒现象，文中介绍了一种OQPSK调制方法，其具有较高的传输可靠性和频带利用率，并对基带信号的产生方法和用正交调制法实现OQPSK信号调制的基本原理和电路进行了说明。
关键词：交错正交移相键控(OQPSK)；伪码；信息码；基带信号

    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。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。

1 QPSK基本原理
    理论上OPSK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。

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。

    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
    由于在基带信号中已对I／Q路信号进行了的延时处理，因此，OQPSK信号可由基带信号对载波进行正交调制产生。虽然OQPSK信号通过BPF后包络起伏小，但其在码元转换时，相位仍存在90°的跳变，使信号频谱高频滚降慢，频带较宽。为了抑制已调信号的带外辐射，分别对同相和正交支路的数字信号进行编码，如双码元间隔升余弦脉冲，双码元间隔三角脉冲等。双码元间隔升余弦脉冲可由式(1)表示：
   
    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。

    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。

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。