信号类型（通信）——QPSK、OQPSK、IJF_OQPSK调制信号（三）

QPSK信号生成，考虑成形滤波器的影响

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【杨（_> <_)】

4029人浏览 · 2023-10-31 21:51:00

【杨（_> <_)】 · 2023-10-31 21:51:00 发布

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《信号类型（通信）——仿真（一）》

《信号类型（通信）——QAM调制信号（二）》

文章目录

前言

前面介绍了QAM调制信号，M=4是，QAM可以认为是QPSK调制。本文主要介绍QPSK、OQPSK、IJF_OQPSK调制解调过程。

一、QPSK通信调制信号

1.1、原理

在数字信号的调制方式中QPSK四相移键控是目前最常用的一种卫星数字信号调制方式,它具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。

QPSK信号调制的原理框图

QPSK信号产生过程：基带码元波形经过QPSK映射（串并转换分成I、Q两路，然后再经过电平转换，0转换成1,1转换-1)得到QPSK调制信号，再与对应的载波相乘，然后再相加完成QPSK的调制。

$s(t)=I(t)\cos(2\pi f_c t)-Q(t)\sin(2\pi f_c t)$

其中 $I(t)=\sum_{n=0}^{N-1}p_{n}g(t-nT_b)$ , $Q(t)=\sum_{n=0}^{N-1}q_{n}g(t-nT_b)$ , $f_c$ 为载频， $p_{n},q_{n}$ 为QPSK调制码的IQ表示, $T_b$ 为码宽， $g\left ( t \right )$ 为码波形，由成型滤波器决定。

QPSK信号解调的原理框图

QPSK信号再分为I、Q两路和对应的载波相乘，然后经过低通滤波器得到基带信号：

$I_{lp}(t)=\frac{1}{2}I(t)+w_{I}\left ( t \right )$

$Q_{lp}(t)=\frac{1}{2}Q(t)+w_{Q}\left ( t \right )$

其中 $r(t)=s(t)+w(t)$ , $w(t)$ 表示接收机噪声， $w_{I}\left ( t \right ),w_{Q}\left ( t \right )$ 分别表示IQ路噪声。

对下变频后的基带信号进行匹配滤波，并进行抽样判决，恢复出原始的码元序列。

1.2、仿真

参数设置，符号速率60kHz，采样率12 Mz，载频 1.5MHz，码序列随机生成，成型滤波器采用根升余弦滤波器，滚降系数决定码波形。信噪比10dB。

码序列成型滤波后基带信号

帧信号由帧头，帧体和帧尾构成，帧头和帧尾固定，帧体数据随机生成，生成的码序列如左上图所示。成型滤波器滚降系数0.8，码长6，对码脉冲信号进行成型滤波，得到右上图所示的基带信号，可以看出经过成型滤波处理，码宽内的相位不再是固定值。最后载频调制得到最终发射信号，如下图所示。

发射的射频信号波形以及频谱

只考虑接收机的热噪声影响，得到如上图所示接收信号。与发射信号相比，信号波形存在随机波动。对接收的信号进行下变频至基带得到左下1图的基带信号，通过对信号进行截断得到左下2图所示的眼图，并基于最佳点得到左下3图所示的眼图。

下变频后基带信号的波形，眼图以及基于最佳点的星座图

对下变频后的基带信号进行匹配滤波得到左下1图的基带信号，通过对信号进行截断得到左下2图所示的眼图，并基于最佳点得到左下3图所示的眼图。与匹配滤波前相比，信号的眼图以及星座图得到明显改善。

匹配滤波后基带信号的波形，眼图以及基于最佳点的星座图

二、OQPSK通信调制信号

1.1、原理

与QPSK相比，OQPSk调制方式在复数通道Q通道中，插入了一个比特的时延。因此OQPSK调制信号为：

$s(t)=I(t)\cos(2\pi f_c t)-Q(t+\frac{T_b}{2})\sin(2\pi f_c t)$

OQPSK信号调制的原理框图

QPSK信号再分为I、Q两路和对应的载波相乘，然后经过低通滤波器得到基带信号：

$I_{lp}(t)=\frac{1}{2}I(t)+w_{I}\left ( t \right )$

$Q_{lp}(t)=\frac{1}{2}Q(t+\frac{T_b}{2})+w_{Q}\left ( t \right )$

其中 $r(t)=s(t)+w(t)$ , $w(t)$ 表示接收机噪声， $w_{I}\left ( t \right ),w_{Q}\left ( t \right )$ 分别表示IQ路噪声。

对下变频后的基带信号进行匹配滤波，并进行抽样判决，恢复出原始的码元序列。因为调制时Q路进行了延时，所以解调时I路也进行相同的延时。

OQPSK信号解调的原理框图

1.2、仿真

码序列成型滤波后基带信号

帧信号由帧头，帧体和帧尾构成，帧头和帧尾固定，帧体数据随机生成，生成的码序列如左上图所示。成型滤波器滚降系数0.8，码长6，对码脉冲信号进行成型滤波，得到右上图所示的基带信号，可以看出经过成型滤波处理，码宽内的相位不再是固定值。最后载频调制得到最终发射信号，如下图所示，可以看出信号包络不过零。

发射的射频信号波形以及频谱

只考虑接收机的热噪声影响，得到如上图所示接收信号。与发射信号相比，信号波形存在随机波动。对接收的信号进行下变频至基带，然后对下变频后的基带信号进行匹配滤波得到左下1图的基带信号，通过对信号进行截断得到左下2图所示的I路眼图，左下3图所示的Q路眼图，可以发现IQ两路存在明显错位。

匹配滤波后基带信号的波形，I路眼图以及Q路眼图

三、IJF_OQPSK通信调制信号

1.1、原理

IJF_OQPSK信号调制的原理框图

与OQPSK相比，IJF——OQPSk调制方式通过IJF编码进行波形设计。IJF编码规则如下：

$p_{n}(t)=\left\{\begin{matrix} S_{1}(t-nT_b)=S_e(t-n T_b),p_n=p_{n-1}=1\\ S_{2}(t-nT_b)=-S_e(t-n T_b),p_n=p_{n-1}=0\\ S_{3}(t-nT_b)=S_o(t-n T_b),p_n=1,p_{n-1}=0\\ S_{4}(t-nT_b)=-S_o(t-n T_b),p_n=0,p_{n-1}=1 \end{matrix}\right.$

$q_{n}(t)=\left\{\begin{matrix} S_{1}(t-nT_b)=S_e(t-n T_b),q_n=q_{n-1}=1\\ S_{2}(t-nT_b)=-S_e(t-n T_b),q_n=q_{n-1}=0\\ S_{3}(t-nT_b)=S_o(t-n T_b),q_n=1,q_{n-1}=0\\ S_{4}(t-nT_b)=-S_o(t-n T_b),q_n=0,q_{n-1}=1 \end{matrix}\right.$

其中

$S_{e}(t)=\left\{\begin{matrix} 1,\left | t \right |\leq T_b/2\\ 0,other\end{matrix}\right.$ , $S_{o}(t)=\left\{\begin{matrix} sin\frac{\pi t}{T_b},\left | t \right |\leq T_b/2\\ 0,other\end{matrix}\right.$