本站小編為你精心準備了OQPSK調制技術在寬帶衛星通信的應用參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要:

為了研究oqpsk調制體制是否適合衛星通信，對OQPSK調制和相干解調基本原理和性能特點進行了分析。文章結合工程實踐，重點分析了OQPSK相干解調的關鍵技術，包括載波同步、多普勒頻偏計算、定時同步以及相位解模糊，同時分析了OQPSK在衛星通信中的優點。經過理論分析和實踐得出，OQPSK調制信號恒包絡且頻譜效率較高，適合寬帶衛星通信數據傳輸。設計了一種符號速率為120Msps的寬帶OQPSK調制解調器，并且測試了調制性能和解調性能的關鍵參數，經過工程應用表明了上述結論的正確性。

關鍵詞:

OQPSK;相干解調;寬帶;衛星通信

引言

QPSK是一種恒包絡調制方式，它受功率放大器的非線性影響很小［1］。而OQPSK是在QPSK基礎上改進的一種恒包絡數字調制，與QPSK信號相比，OQPSK信號同相支路碼元與正交支路碼元在時間上偏移了半個符號周期。OQPSK調制除了具有QPSK調制的所有優點外，還消除了相鄰符號的180°相位跳變現象［2］，在帶寬有限的通信系統中，包絡起伏小，經過非線性功率放大器后不產生明顯的功率譜旁瓣增生效應［3］。因此，OQPSK調制所具有的恒包絡特性、良好的頻譜效率及功率效率使得它廣泛的應用于衛星通信中，如TDMA、CDMA系統中，已成為非線性帶限信道中常用的一種調制方式。

1OQPSK調制體制的原理

1．1調制原理

OQPSK信號可以用正交調制方法產生，正交支路基帶信號相對于同相支路基帶信號延時半個碼元周期，OQPSK信號可以表示為:，an和bn的取值為－1或+1，分別對應于0和1，是輸入信息序列經串－并轉換得到的兩個序列;A為載波幅度;Ts為輸入信息序列周期。OQPSK調制器如圖1所示。

1．2OQPSK

相干解調原理QPSK信號可以用兩個正交的載波信號實現相干解調。由于OQPSK調制和QPSK調制原理基本相同，因此在相干解調時，它們的載波恢復原理是相同的，OQPSK相干解調原理如圖2所示。

2OQPSK解調的關鍵技術

2．1載波同步

2．1．1載波環

OQPSK載波同步常用costas環，鑒相器采用松尾環結構，如圖3所示。由于松尾環具有矩形鑒相特性，因此鑒相靈敏度(即鑒相特性在穩定平衡點處的斜率)非常大，使PLL環路增益提高，從而降低靜態相位誤差，改善接收系統誤碼率性能。松尾環算法鑒相得到的相位誤差由于OQPSK與QPSK原理基本相同，只是Q路數據延遲了半個碼元，為方便起見，下面以QPSK信號來推導其松尾環鑒相原理，這同樣適用于OQPSK。在載波環路中，可以直接用式(9)作為鑒相誤差。但在實際工程實現中，為了簡化運算，減少乘法器等資源的消耗，可以再對式(9)取符號位，得到:U=SgnUd=Sgn(KdSin(4β))(10)因此，松尾環鑒相所得為4倍載波頻差，鑒相誤差經環路濾波器濾波后送入DCO調整頻率直到載波環路鎖定。

2．1．2環路濾波器

環路濾波器在環路中抑制輸入噪聲，并且對環路的校正速度起調節作用。環路濾波器輸出為DCO輸出和輸入信號之間相位差有關的控制電壓。costas環常采用二階鎖相環，二階數字環路濾波器傳遞函數為濾波器參數G1、G2可調，最終達到使環路既能快速捕獲又能穩定跟蹤。G1、G2值的計算方法如下。

2．1．3多普勒頻偏計算

載波同步時，若頻率偏差較大，載波環路不容易快速捕獲，因此需要首先對載波多普勒頻偏進行糾正?；鶐盘?，即已調信號的包絡;m為第m個碼元的相位，理論上是(0，2π)內離散取值，對于QPSK/OQPSK信號而言，只能取m=mπ4+π4，m=0，1，2，3。因此計算其載波多普勒頻偏時需對信號進行4次方，得到［e(t)］4=∑［g(t－nT)s］4exp(jmπ+π+Δ)，這樣才把調制信息去掉，只剩下載波頻差信息。通過FFT計算頻差，據此對載波環中的DCO進行頻率設置，使載波環路進入快捕帶，完成對多普勒頻移的捕獲。

2．2定時同步

載波恢復后，根據準確的符號時鐘重采樣即可恢復出數據。因此需要對符號時鐘進行定時同步。定時同步可以采用先內插再抽取最佳采樣點的方式，也可以采用定時誤差置入DCO控制重采樣時鐘頻率的方式，使重采樣點為碼元的最佳采樣點。本文介紹后一種定時同步方式。OQPSK定時誤差提取常采用gardner算法［5］，該算法具有兩個特點:一是每個符號只需要兩個采樣點即可，且以符號速率輸出誤差信號;二是估計算法獨立于載波相位，即可以在載波相位同步之前，完成定時誤差估計。具體實現時誤差提取采用最大值、過零點的方法提取。誤差為ε=Xk*Xk－N2－Xk+N()2，N為每個碼元周期的采樣點數，Xk為期望中的過零點，Xk－N2，Xk+N2為期望的相鄰兩個碼元的最大值。定時同步DCO、環路濾波器原理跟載波環DCO、環路濾波器原理基本相同。

2．3相位解模糊

載波同步和定時同步后即可輸出解調數據，但是OQPSK輸出的數據存在相位模糊情況，如果未對調制信號數據與載波相位做出明確約定，則必須考慮8種相位模糊的可能性，否則會造成數據解調錯誤。OQPSK解調的相位模糊情況一共有8種。通常相位解模糊結合幀同步來處理。可以將8種可能相位對應的數據采取串行或者全并行的方式進行幀同步，幀同步鎖定的相位即為正確相位。

3OQPSK調制衛星通信工程應用

3．1OQPSK調制技術

在衛星通信中的優勢由于衛星平臺上頻譜和功率資源非常有限，因此衛星通信系統調制體制選擇的重要因素是頻譜效率和功率效率。衛星通信調制技術主要圍繞如何充分節省頻譜和高效率利用頻帶展開，而多進制調制技術，是提高頻譜利用率的有效方法;而恒包絡技術，不僅能適應信道的非線性，還能保持較小的頻譜占用率。OQPSK信號與QPSK信號的區別在于其相互正交的兩個支路信號相對延時半個碼元。每次只有一個支路可能發生碼元極性翻轉，不會出現兩個支路碼元極性同時翻轉的現象。因此，OQPSK信號相位只能跳變0°、±90°，不可能出現180°的相位跳變，故包絡不會有瞬變為0的情況，基本恒定，減小了傳輸過程中信道對傳輸質量的影響。因此，OQPSK調制的恒包絡特性、良好的頻譜效率和功率效率，使得它在衛星通信中得到了廣泛的應用。

3．2OQPSK實際工程應用

在某寬帶衛星通信項目中，設計了符號率為120Msps的OQPSK調制器和解調器，實現了衛星通信高速數據傳輸。調制器采用I、Q正交調制，1/2碼率LDPC編碼，中頻為S頻段，調制器輸出信號頻譜和星座圖OQPSK解調器采用相干解調，載波同步、定時同步、多普勒頻偏估計及相位解模糊如以上章節所述，由于調制信號速率很高，在解調時采用全并行相干解調。此外，由于符號速率較高，群時延失真對傳輸性能的影響較大，所以在解調器中加入了自適應均衡器來補償信號在傳輸過程中的幅度失真和相位失真。均衡器采用LMS算法的判決反饋結構(DFE)、分數間隔盲均衡結構，其主要功能模塊包括:正向濾波器、逆向濾波器、判決器和抽頭系數更新的自適應算法模塊。

4結語

文章分析了OQPSK調制體制的關鍵技術，對載波同步中的載波誤差提取、環路濾波器以及多普勒頻偏計算做了詳細的推導，對定時同步的原理和實現方法進行了闡述，最后分析了OQPSK解調相位的模糊情況并給出了解決措施。文章還分析了OQPSK在衛星通信中的應用優勢，并根據工程實踐，介紹了一種寬帶OQPSK調制解調器在衛星通信工程的應用。工程實踐表明，OQPSK的恒包絡特性、良好的頻譜效率很適合衛星通信，并且在衛星通信中得到了廣泛的應用。

參考文獻:

［1］胡凡，朱立東．不同相位噪聲譜對QPSK的性能影響分析［J］．通信技術，2010，43(04):65－66．

［2］張顯輝，沈國松．SQPSK調制體制在跟蹤與數據中繼衛星中的應用［J］．遙測遙控，2007，28(11):26－29．

作者：徐遠超 單位：中國電子科技集團公司第十研究所