一種OQPSK信號的調制技術

田云鵬，馮 淞

（海軍航空軍械修理所 上海 200000）

調制識別技術在軍、民領域都有著廣泛的應用價值，近年來一直受到人們的關注。隨著更多調制技術的應用，調制識別技術也在不斷向前發展，并應用于各個領域[1]。目前已經存在的數字頻帶傳輸方式有振幅鍵控 （ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。并且，數字信息有二進制和多進制之分，因此，數字調制可分為二進制調制和多進制調制。一些特殊的調制方式還有QAM、MSK、GMSK、OFDM。在多進制相移鍵控調制方式中，四進制（即QPSK）調制方式應用最為廣泛[2]。

1 QPSK基本原理

理論上QPSK信號為頻帶無限寬的恒包絡信號，但我們知道，為避免干擾相鄰通道，實際信道總是限帶的，經限帶后的QPSK信號已不能保持恒包絡，由于QPSK的I、Q兩路數據信號的極性轉換時間相同，即碼元的沿是對齊的，其信號的相位變化有 0°、±90°、180°4 種，其中 180°相位變化的信號經限帶后會出現包絡為0的現象，這在實際信道是不希望出現的。OQPSK是針對QPSK的一種改進形式，OQPSK信號則把Q路信號和I路錯開了半個碼元周期（相對I路或Q路的碼元周期Ts而言），因而信號的相位變化在任何一個的整數倍處都可能發生，但兩路信號的相位變化不會同時發生，這樣，輸出的OQPSK信號只有0°、±90°3種相位變化，如圖1所示，信號經限帶后包絡的最大值與最小值之比約為這就可以預計，它在實際信道中的特性將優于QPSK信號[3]。

圖1 OQPSK調制波形和相位路徑圖Fig.1 OQPSK modulation waveform and phase road map

2 基帶信號的產生

OQPSK中，同相和正交這兩信道如同兩個獨立的BPSK信道，可以分別進行編碼，因此，在實際應用中，OQPSK信號往往傳輸兩路不同信息。以常用的直擴通信為例，若設偽碼時鐘速率為fs，信息碼速率為fx=fs/N，時鐘速率為fc=fs，則其實現的電路如圖2所示。

圖2 基帶信號生成圖Fig.2 Baseband signal generation

由時鐘產生頻率為fc，占空比為50%的時鐘信號，分兩路輸出。一路經同相放大后作為I路偽碼的時鐘，同時，對其進行N次分頻后，作為I路信息碼的時鐘。另一路經反相放大后作為Q路偽碼的時鐘，同時，對其進行N次分頻后，作為Q路信息碼的時鐘。同步控制使信息碼和偽碼處于同步。信息流經串并變換后，分別在I/Q選擇信號的控制下，送入I路FIFO或Q路FIFO單元，FIFO單元以時鐘fx=fc/N的速率向編碼器發送信息數據，信息經編碼后與偽碼異或生成基帶信號。由于I路和Q路信號的時鐘相差半個時鐘周期，因此，I路基帶信號和Q路基帶信號也就錯開了半個時鐘周期。

3 OQPSK調制的實現

因此，基本的OQPSK調制的實現電路框圖如圖3所示，直接實現OQPSK調制和經升余弦脈沖形成器的信號頻譜分別如圖4和圖5所示。在電路實現上，采用集成器件可簡化設計，增加可靠性。如圖3中虛框部分可采用AD8346[5]器件實現。該器件是工作在0.8～2.5 GHz的正交調制器，在該頻段內，I/Q路信號僅1度的相位誤差，0.2 dB幅度平衡特性和DC－70 MHz的基帶調制帶寬，能較好的滿足設計要求。

圖3 OQPSK調制電路框圖Fig.3 OQPSK modulator circuit diagram

圖4 直接調制OQPSK信號頻譜圖Fig.4 Direct modulation of OQPS signal frequency spectrum

圖5 經升余弦脈沖形成器后的信號頻譜圖Fig.5 Signal frequency spectrum ormed by the raised cosine pulse

雖然OQPSK的包絡起伏較小，但經過非線性功率放大器后，仍會將已調信號的頻譜展寬，造成對相鄰信道的干擾。而若采用線性功率放大器，則功率效率較差。因此，人們采取了各種電路設計來改善功率放大器的動態范圍，圖6所示的笛卡爾負反饋電路[6]就是其中的一種。從功率放大器末端取出的負反饋信號與載波信號相乘后，恢復出的作負反饋的基帶信號。衰減控制用于控制反饋環路的增益。一般來說，通過負反饋控制，對于AB類功率放大器，能使功放后已調信號的帶外輻射降低20 dB以上。

圖6 笛卡爾負反饋環電路框圖Fig.6 Descartes negative feedback loop circuit diagram

4 結束語

OQPSK信號不會發生π相位的突變現象，因此限帶的OQPSK信號的包絡起伏小。限帶OQPSK信號包絡的最大值與最小值之比約為2，該信號經過非線性功放后，不會引起功率譜旁瓣有大的增生，因此該信號在實際系統中的應用很廣泛。由于OQPSK調制有較高的傳輸可靠性和頻帶利用率，目前，它在移動通信、衛星通信等各類數字通信系統中應用的較為廣泛。

[1]和昆英，李麒，郭虹，等.BPSK、QPSK與OQPSK、UQPSK調制識別方法初探[J].微計算機信息，2006，22（10）:286-288.HE Kun-ying，LI Qi，GUO Hong，et al.Automatic modulation recognition、BPSK、QPSK、OQPSK、UQPSK[J].Control&Automation，2006，22（10）:286-288.

[2]楊力生，趙清華.OQPSK調制信號的FPGA實現[J].中國新通信，2010，12（1）:27-30.YANG Li-sheng，ZHAO Qing-hua.Realization of QPSK Modulator on FPGA[J].China New Telecommunications，2010，12（1）:27-30.

[3]王曉亞，王曉天.OQPSK信號符號與載波相位聯合同步技術[J].無線電通信技術，2011，37（4）:50-52.WANG Xiao-ya，WANG Xiao-tian.Associated synchronization of timing carrier phase and frequency for OQPSK signal[J].Radio Communications Technology，2011，37（4）:50-52.

[4]黃志，陳海強，譚文婷.基于基帶預處理的連續相位（CPM）調制技術研究 [J].廣西大學學報：自然科學版，2005，30（S2）:100-104.HUANG Zhi，CHEN Hai-qiang，TAN Wen-ting.The research of CPM modulation technology based on base-band preprocessing[J].Journal of Guangxi University：Natural Science Edition，2005，30（S2）:100-104.

[5]華健江.正交調制器AD8346的應用 [J].電子產品世界，2001，2（7）:57-58.HUA Jian-jiang.The application of the quadrature modulator-AD8346[J].Electronic&Computer Design World，2001，2（7）:57-58.

[6]錢業青，項國波.Cartesian反饋線性化技術的延時補償設計[J].計算機仿真，2007，24（1）:337-340.QIAN Ye-qing，XIANG Guo-bo.Time delay compensation for cartesian feedback linearization[J].Computer Simulation，2007，24（1）:337-340.