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一种OQPSK通信系统的模拟设计

李亚文

（商洛学院电子信息与电气工程学院,陕西商洛726000）

摘要押为了适应非线性的无线电通信,改进型的QPSK通信系统,即OQPSK系统得到了快速发展.分析了OQPSK通信系统的调制与解调的原理,建立系统模型,模拟仿真OQPSK通信系统的过程,将基带信道分为上下两条支路,正交延时交错传输降低了相位的跳变.实验结果表明,OQPSK通信系统误码率较小,码间串扰较小,抗干扰能力较强,通信质量较高.为提高现代无线电通信质量,提供了一种新的技术思想.

关键词：正交相移键控；偏移正交相移键控；眼图；误码率

中图分类号：TP391.3文献标识码：A文章编号：1674-0033（2016）02-0031-04

收稿日期：2016-01-20

基金项目：商洛学院教育教学改革研究项目（15JYJX120）

作者简介：李亚文,女,陕西华县人,硕士,讲师

随着现代电子技术的发展,通信技术正向着数字化、综合化、融合化、宽带化、智能化和个人化的方向发展[1-3].由于低成本微控制器的出现、民用移动电话、卫星通信的引入,数字调制技术的使用越发广泛[4].PSK调制具有抗干扰强,码间串扰小,可以更好的抑制噪声[5],所以成为目前大多数通讯设备的首选方式[6].本文分析了OQPSK通信系统的调制解调原理,在MATLAB中模拟实际的通信过程,分析OQPSK通信系统的性能,通过对比各个部分的时域与频谱波形,以及系统的眼图和误码率情况,发现OQPSK通信系统的抗干扰强,码间串扰小,误码率小,抗噪声性能较好等特点.

1相移键控（PSK）通信系统

1.1二进制相移键控（2PSK）

二进制的相移键控（2PSK）是用载波相位的变化表征被传输信息状态的[7],通常规定0相位载波和π相位载波分别代表二进制消息码元的1和0,设二进制单极性码为an,其对应的双极性二进制码为bn,则2PSK信号的一般时域数学表达式为[8]：

1.2正交相移键控（QPSK）通信系统

正交相移键控（QPSK：QuadraturePhaseShiftKeying）是四进制绝对相位调制4PSK,就是用四进制数字信息去控制载波的相位,使得载波相位改变一个值需要有四种取值和它对应[9].

1.2.1调制原理

QPSK调制器的任务就是产生给定信息时的QPSK信号,通常使用相位选择法来产生调制的QPSK信号,其实现框图如图2所示.

1.2.2解调原理

QPSK的解调框图如图3所示.QPSK信号分别送到上、下两个支路,与载波相乘后,经过低通滤波和取样判决恢复出信息,上、下支路的信息最后经并/串变换输出.

2OQPSK通信系统

QPSK相比PSK通信系统有较好的频谱效率,但是其抗非线性能力一般,硬件实现电路也比较复杂一下,为了提高传输速率更适合现代社会对非线性信道无线电通信系统的要求,改进型的QPSK通信系统,即为偏移正交相移键控或交错正交相移键控（OQPSK:OffsetQuadraturePhaseShiftKeying）得到了快速的发展,OQPSK采用交错正交调制解调的方式,有效的克服了QPSK相位跳变的缺点,在无线电通信中得到了广泛应用.

2.1OQPSK通信系统调制原理

OQPSK的调制方法与QPSK类似,仅上正交支路或者下正交支路上引入了一个比特的延时,以使得两支路的数据不会同时发生变化,降低最大相位跳变.

其中电平映射关系为:1→1,0→-1.OQPSK调制信号的产生数学过程如式(3)所示.

图4为OQPSK调制器框图,其中串/并变换器交替地向上、下支路送出信息[10],使得OQPSK相邻的两码元不可能出现“11”与“00”或者“01”与“10”之间的变化,所以,相应的OQPSK信号相邻码元间相位的突跳值只有0°、&plun;90°三种.然而,QPSK信号相邻码元载波相位的最大跳变值为&plun;180°.所以,即使OQPSK和QPSK的理论功率是一样的,但经过带限非线性信道传输后,OQPSK信号的功率谱旁瓣比QPSK低,从而引起的带外辐射较小.

2.2OQPSK通信系统解调原理

OQPSK与QPSK的解调相比,只有两点不同：

1）上、下两支路的取样判决时刻相隔一个比特宽度Tb.由于调制前上、下两个支路的基带信号是相互交错的,错位一个比特宽度Tb；并/串转换器交替地从上、下两个支路接收码元并输出,保证对两支路的交错抽样,OQPSK的具体解调框图如图5所示.

2）解调器中的并/串转换器的工作原理正好与调制器中的串/并变换器的工作相反.

3OQPSK通信系统仿真设计

3.1通信系统各部分模型

通过分析OQPSK通信系统的调制解调模块在MATAB中分别编写各个部分的M文件,主要包括7个部分：二进制信号的产生；表示其时域和频谱波形；进行串并转换分为上下两条支路,并进行时域交错采样；对上下两条支路分别进行调制,并得到调制后信号；送入模拟的高斯白噪声信道；进行相干解调,滤波、抽样判决；并串转换输出解调信号,去除延时；分析通信系统的眼图和误码率.

3.2OQPSK通信系统仿真

为了较好的模拟调试实际的OQPSK通信系统的性能,在MATLAB中进行模拟仿真.设信源端输入的原始信号为二进制的数字序列,对其进行串/并转换后变为上下两路信号,若下支路信号已延时,由序列产生器产生的随机序列取其十个码元为ak等于1001001101,映射电平为1-1-11-1-111-11.

将基带信号进行串/并转换后分为上下两个支路,并对下支路信号进行延时,分析其时域和频谱图像,图6为基带信号、上下支路基带信号以及载波信号的时域和频谱图,然后按照图4的原理进行调制后,图7为已调信号与通过信道传输后接收信号的时域和频谱波形对比,图8为基带信号与解调后信号的时域和功率谱图对比.

3.3OQPSK系统性能分析

通过在MATLAB中编写7个M文件实现了对OQPSK通信系统的模拟过程,通过分析对比图7可知,接收到的信号的时域波形与已调信号相比有一些毛刺,是由于信道中的噪声干扰而产生的,其频谱基本一样；分析对比图8可知,解调后的信号与原来的基带信号非常近似,最多就是有一些时间上的延迟,其功率谱分布情况基本近似.

为了更好的分析OQPSK通信系统的性能,实验仿真中还分析了其通信系统眼图和不同信噪比情况下的误码率,图9为OQPSK系统眼图的眼图,由图9可知,几条眼图清晰,且眼睛睁开较大,说明其码间串扰较小,通信质量较好,图10为OQPSK系统误码率与信噪比的波形图,可以看到其误码率数量级最大也是10-4,相同信噪比情况下相比PSK、OPSK、DPSK系统的误码率都小,因此通信质量较高.

4结语

本文通过分析PSK和QPSK通信系统的调制与解调的工作原理,为了更好的适应非线性无线电通信,将改进型的QPSK通信系统,即OQPSK通信系统进行模型建立,分析了其工作的基本原理,各个通信模块的功能,在MATLAB中进行模型建立,编写了7个M文件来模拟实现OQPSK通信系统的过程.模拟仿真的实验结果表明已调信号与接收的信号、基带信号与解调后的信号在时域和频谱波形上都基本近似,该通信系统眼图效果较好,误码率较低,频谱特性好,且具有非常高的频谱利用率和功率利用率,因此通信质量较高.在无线电通信蓬勃发展的今天,相信OQPSK通信系统必将得到广泛的应用.

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