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【摘 要】QPSK技术具有抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点，目前广泛应用于数字通信、数字视频广播、数字卫星广播等领域；详细介绍了QPSK技术的调制原理，并且详细分析比较了QPSK与两种调制方式的异同，最后指出了QPSK调制技术的应用。
【关键词】QPSK技术；OQPSK；π/4-QPSK
QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式，它的每个码元含有2bit的信息，分为绝对相移和相对相移两种。在数字信号的调制方式中QPSK四相移键控是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。目前广泛应用于数字通信、数字视频广播、数字卫星广播、移动通信等无线通信领域，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。数字电视的发展，使得数字调制技术更加普及。当前国际上全数字高清晰度电视传输系统中采用的调制技术主要有：QPSK（四相移相键控），MQAM（多电平正交幅度调制），VSB（多电平残留边带调制）和COFDM（正交频分复用调制）。QPSK广泛应用于数字微波通讯系统，数字卫星通讯系统及有线电视的上行传输。QPSK调制技术与FSK、2PSK、ASK调制技术相比较，不但抗干扰性能强，而且能更经济有效地利用频带，适合回传通道的技术要求，因此应用广泛。
一、QPSK调制原理
QPSK数字解调包括：模数转换、抽取或插值、匹配滤波、时钟和载波恢复等。在实际的调谐解调电路中，采用的是非相干载波解调，本振信号与发射端的载波信号存在频率偏差和相位抖动，因而解调出来的模拟I、Q基带信号是带有载波误差的信号。这样的模拟基带信号即使采用定时准确的时钟进行取样判决，得到的数字信号也不是原来发射端的调制信号，误差的积累将导致抽样判决后的误码率增大，因此数字QPSK解调电路要对载波误差进行补偿，减少非相干载波解调带来的影响。此外，ADC的取样时钟也不是从信号中提取的，当取样时钟与输入的数据不同步时，取样将不在最佳取样时刻进行所得到的取样值的统计信噪比就不是最高，误码率就高，因此，在电路中还需要恢复出一个与输入符号率同步的时钟，来校正固定取样带来的样点误差，并且准确的位定时信息可为数字解调后的信道纠错解码提供正确的时钟。
二、QPSK信号与其他调制技术的比较
（一）QPSK与π/4-QPSK的比较
π/4相移QPSK信号是由两个相差π/4的QPSK星座图交替产生的，它也是一个四进制信号。由于这种体制中，相邻码元间总有相位改变，故有利于在接收端提取码元同步。
π/4-QPSK是QPSK的改进型，改进之一是将QPSK的最大相位跳变由±π将为±3/4π，从而减小了信号的包络起伏，改善了频谱特性。π/4-QPSK对QPSK的改进之二是解调方式。QPSK只能采用相干解调，而π/4-QPSK既可以采用相干解调，也可以采用非相干解调，如差分检测和鉴频器检测等。
（二）QPSK与OQPSK的比较
在QPSK体制中，它的相邻码元最大相位差达到180°。由于这样的相位突变在频带受限的系统中会引起信号包络的很大起伏，这是我们不希望的。所以为了减小此相位突变，将两个正交分量的两个比特a和b在时间上错开半个码元，使之不能同时改变，从而减小了信号振幅的起伏，这种体制称为偏移正交相移键控（Offset QPSK，OQPSK）。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。
三、QPSK调制技术的应用
（一）数字卫星广播中CPM与QPSK
在卫星广播通信信道内，由于信道的衰落特性对信号的幅度存在直接影响，不宜采用幅度调制，频率调制的频带利用率又非常低，因此比较适宜采用相位调制技术，事实上目前在单载波卫星广播通信中应用最为广泛的正是QPSK这种相位调制技术。但近年来，随着广播通信容量的不同增加，射频频带资源越来越显宝贵，对于数据传输速率和频谱利用率的要求也越来越高，解决问题的途径集中在两个方向：一是开发利用具有更多频谱资源的频带，如使用频谱可利用率高、潜在干扰小的Ka甚至U波段以弥补较低频率的C和Ku波段的不足；二是研究具有更高频谱利用率的新的调制解调技术，QPSK调制没有恒定包络，从符号到符号间有不连续的相位转移，体现在功率谱上就是占用较宽的带宽及高频放大器的利用率不高，而连续相位调制（CPM），不仅有恒定的包络，而且有连续的相位，大大改善了调制信号的功率谱。笔者基于前人研究建立的Ka波段卫星信道仿真模型，使用仿真软件对两种不同调制技术性能进行仿真比较，指出CPM调制是一种更加适宜于数字卫星广播通信的调制解调技术。
（二）QPSK在MMDS数字电视系统中的应用
1.基带物理接口：该单元将数据结构转换成外部接口所需的格式和协议。
2.去能量扩散：该单元通过去除用于能量扩散目的而使用的随机化处理恢复用户数据，并把已反转的同步字节转变成正常的同步字节。
3.外码解码器：这个单元提供第二级误码保护。当输入误码率约为7×时，此单元应提供准确无误码的输出。
4.卷积去交织器：该单元将内码解码器输出端处的突发误码以字节为单位进行随机化处理，以提高外码器纠正突发误码的能力。
5.同步字节解码器：通过对同步字节进行识别，该解码器为去交织提供同步信息。它也要辨别出QPSK调制器的π相位的不定性。
6.内码解码器：该项单元提供第一级误码保护解码。它必须能在输入信号等效“硬判决”比特码率的数量级为10-1和10-2的情况工作，并产生2×10-4或更低的输出误码率。这个输出误码率经过外码纠正后可提供准无误码的业务。该单元有可能利用“软判决”信息。该单元试用各种编码比率和收缩配置，直到获得同步锁定。在这里还去除解调相位不定性。
7.载波/时钟恢复单元：该单元用于恢复解调器同步。在解调器的整个C/N范围内失锁产生的可能性应当很低。
8.中频接口和QPSK调制器：该单元完成正交相互解调和模数转换，向内码译码器提供“软判决”I、Q信息。
参考文献：
[1]曹姣，杨婧，周萧.基于System View的QPSK调制解调的系统仿真[J].伺服控制.2011（05）
[2]陈四根，杨莘元.QPSK信号谱相关性质研究[J].哈尔滨工程大学学报.2003（02）
【关键词】QPSK技术；OQPSK；π/4-QPSK
QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式，它的每个码元含有2bit的信息，分为绝对相移和相对相移两种。在数字信号的调制方式中QPSK四相移键控是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。目前广泛应用于数字通信、数字视频广播、数字卫星广播、移动通信等无线通信领域，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。数字电视的发展，使得数字调制技术更加普及。当前国际上全数字高清晰度电视传输系统中采用的调制技术主要有：QPSK（四相移相键控），MQAM（多电平正交幅度调制），VSB（多电平残留边带调制）和COFDM（正交频分复用调制）。QPSK广泛应用于数字微波通讯系统，数字卫星通讯系统及有线电视的上行传输。QPSK调制技术与FSK、2PSK、ASK调制技术相比较，不但抗干扰性能强，而且能更经济有效地利用频带，适合回传通道的技术要求，因此应用广泛。
一、QPSK调制原理
QPSK数字解调包括：模数转换、抽取或插值、匹配滤波、时钟和载波恢复等。在实际的调谐解调电路中，采用的是非相干载波解调，本振信号与发射端的载波信号存在频率偏差和相位抖动，因而解调出来的模拟I、Q基带信号是带有载波误差的信号。这样的模拟基带信号即使采用定时准确的时钟进行取样判决，得到的数字信号也不是原来发射端的调制信号，误差的积累将导致抽样判决后的误码率增大，因此数字QPSK解调电路要对载波误差进行补偿，减少非相干载波解调带来的影响。此外，ADC的取样时钟也不是从信号中提取的，当取样时钟与输入的数据不同步时，取样将不在最佳取样时刻进行所得到的取样值的统计信噪比就不是最高，误码率就高，因此，在电路中还需要恢复出一个与输入符号率同步的时钟，来校正固定取样带来的样点误差，并且准确的位定时信息可为数字解调后的信道纠错解码提供正确的时钟。
二、QPSK信号与其他调制技术的比较
（一）QPSK与π/4-QPSK的比较
π/4相移QPSK信号是由两个相差π/4的QPSK星座图交替产生的，它也是一个四进制信号。由于这种体制中，相邻码元间总有相位改变，故有利于在接收端提取码元同步。
π/4-QPSK是QPSK的改进型，改进之一是将QPSK的最大相位跳变由±π将为±3/4π，从而减小了信号的包络起伏，改善了频谱特性。π/4-QPSK对QPSK的改进之二是解调方式。QPSK只能采用相干解调，而π/4-QPSK既可以采用相干解调，也可以采用非相干解调，如差分检测和鉴频器检测等。
（二）QPSK与OQPSK的比较
在QPSK体制中，它的相邻码元最大相位差达到180°。由于这样的相位突变在频带受限的系统中会引起信号包络的很大起伏，这是我们不希望的。所以为了减小此相位突变，将两个正交分量的两个比特a和b在时间上错开半个码元，使之不能同时改变，从而减小了信号振幅的起伏，这种体制称为偏移正交相移键控（Offset QPSK，OQPSK）。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。
三、QPSK调制技术的应用
（一）数字卫星广播中CPM与QPSK
在卫星广播通信信道内，由于信道的衰落特性对信号的幅度存在直接影响，不宜采用幅度调制，频率调制的频带利用率又非常低，因此比较适宜采用相位调制技术，事实上目前在单载波卫星广播通信中应用最为广泛的正是QPSK这种相位调制技术。但近年来，随着广播通信容量的不同增加，射频频带资源越来越显宝贵，对于数据传输速率和频谱利用率的要求也越来越高，解决问题的途径集中在两个方向：一是开发利用具有更多频谱资源的频带，如使用频谱可利用率高、潜在干扰小的Ka甚至U波段以弥补较低频率的C和Ku波段的不足；二是研究具有更高频谱利用率的新的调制解调技术，QPSK调制没有恒定包络，从符号到符号间有不连续的相位转移，体现在功率谱上就是占用较宽的带宽及高频放大器的利用率不高，而连续相位调制（CPM），不仅有恒定的包络，而且有连续的相位，大大改善了调制信号的功率谱。笔者基于前人研究建立的Ka波段卫星信道仿真模型，使用仿真软件对两种不同调制技术性能进行仿真比较，指出CPM调制是一种更加适宜于数字卫星广播通信的调制解调技术。
（二）QPSK在MMDS数字电视系统中的应用
1.基带物理接口：该单元将数据结构转换成外部接口所需的格式和协议。
2.去能量扩散：该单元通过去除用于能量扩散目的而使用的随机化处理恢复用户数据，并把已反转的同步字节转变成正常的同步字节。
3.外码解码器：这个单元提供第二级误码保护。当输入误码率约为7×时，此单元应提供准确无误码的输出。
4.卷积去交织器：该单元将内码解码器输出端处的突发误码以字节为单位进行随机化处理，以提高外码器纠正突发误码的能力。
5.同步字节解码器：通过对同步字节进行识别，该解码器为去交织提供同步信息。它也要辨别出QPSK调制器的π相位的不定性。
6.内码解码器：该项单元提供第一级误码保护解码。它必须能在输入信号等效“硬判决”比特码率的数量级为10-1和10-2的情况工作，并产生2×10-4或更低的输出误码率。这个输出误码率经过外码纠正后可提供准无误码的业务。该单元有可能利用“软判决”信息。该单元试用各种编码比率和收缩配置，直到获得同步锁定。在这里还去除解调相位不定性。
7.载波/时钟恢复单元：该单元用于恢复解调器同步。在解调器的整个C/N范围内失锁产生的可能性应当很低。
8.中频接口和QPSK调制器：该单元完成正交相互解调和模数转换，向内码译码器提供“软判决”I、Q信息。
参考文献：
[1]曹姣，杨婧，周萧.基于System View的QPSK调制解调的系统仿真[J].伺服控制.2011（05）
[2]陈四根，杨莘元.QPSK信号谱相关性质研究[J].哈尔滨工程大学学报.2003（02）