引言

調制識別技術在軍事、民用領域都有十分廣泛的應用價值，近年來一直受到人們的關注。隨著更多調制方式的使用，調制識別技術也在不斷向前發展，并應用于各個領域。

數字調制信號又稱為鍵控信號，調制過程可用鍵控的方法由基帶信號對載頻信號的振幅、頻率及相位進行調制。這種調制的最基本方法有3種：振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）。根據所處理的基帶信號的進制不同，它們可分為二進制和多進制調制（M進制）。多進制數字調制與二進制相比，其頻譜利用率更高。其中QPSK（即4PSK）是MPSK（多進制相移鍵控）中應用較廣泛的一種調制方式。交錯正交相移鍵控（OQPSK）是繼QPSK之后發展起來的一種恒包絡數字調制技術，是QPSK的一種改進形式，也稱為偏移四相相移鍵控（offset-QPSK）技術。為此，本文研究了基于FPGA的QPSK以及OQPSK的調制解調電路的實現方法，并給出了其在QuartusII環境下的仿真結果。

1 QPSK的調制與解調

QPSK信號有00、01、10、11四種狀態。它對輸入的二進制序列首先必須進行分組，每兩位碼元一組。然后根據組合情況，用載波的四種相位表征它們。QPSK信號實際上是兩路正交雙邊帶信號，可由圖1所示的方法產生。

由于QPSK信號是兩個正交的2PSK信號的合成，所以，可仿照2PSK信號的相平解調法，用兩個正交的相干載波分別檢測A和B兩個分量，然后將其還原成串行二進制數字信號，以完成QPSK信號的解調。其解調過程如圖2所示。

圖3所示是QPSK在QuartusII環境下的調制和解調仿真結果。

2 OQPSK的調制與解調

交錯正交相移鍵控（OQPSK）是繼QPSK之后發展起來的一種恒包絡數字調制技術，是QPSK的一種改進形式，也稱為偏移四相相移鍵控（offset-QPSK），有時又稱為參差四相相移鍵控（SQPSK）或者雙二相相移鍵控（Double-QPSK）等。它和QPSK有眷同樣的相位關系，也是把輸入碼流分成兩路，然后進行正交調制。隨著數字通信技術的發展和廣泛應用，人們對系統的帶寬、頻譜利用率和抗干擾性能要求越來高。而與普通的QPSK比較，交錯正交相移鍵控的同相與正交兩支路的數據流在時問上相互錯開了半個碼元周期，而不像QPSK那樣I、Q兩個數據流在時間上是一致的（即碼元的沿是對齊的）。由于OQPSK信號中的I（同相）和Q（正交）兩個數據流，每次只有其中一個可能發生極性轉換，所以，每當一個新的輸入比特進入調制器的I或Q信道時，其輸出的OQPSK信號中只有0°、+90°三個相位跳變值，而根本不可能出現180°相位跳變。所以頻帶受限的OQPSK信號包絡起伏比頻帶受限的QPSK信號要小，而經限幅放大后的頻帶展寬也少，因此，OQPSK性能優于QPSK。實際上，OQPSK信號也叫做時延的QPSK信號。一般情況下QPSK信號兩路正交的信號是碼元同步的，而OQPSK信號與QPSK信號的區別在于其正交的信號錯開了半個碼元。

OQPSK信號的數學公式可以表示為：

對于恒包絡調制技術，由于一個已調制的信號頻譜特性與其相位路徑有著密切的關系（因為ω=dθ（t）／dt），因此，為了控制已調制的信號頻率特性，就必須控制它的相位特性。恒包絡調制技術的發展正是圍繞著進一步改善已調制的相位路徑這一中心進行的。

OQPSK信號的產生原理可用圖4來說明。在圖4中，Tb／2的延遲電路用于保證I、Q兩路碼元能偏移半個碼元周期。BPF的作用則是形成QPSK信號的頻譜形狀，并保持包絡恒定。

OQPSK信號可采用正交相干解調方式解調，其解調原理如圖5所示。由圖5可以看出，OQPSK與QPSK信號的解調原理基本相同，其差別僅在于對Q支路信號抽樣判決時間比I支路延遲了Tb／2，這是因為在調制時，Q支路信號在時間上偏移了Tb／2，所以抽樣判決時刻也相應偏移了Tb／2，以保證對兩支路的交錯抽樣。

OQPSK克服了QPSK的180°相位跳變問題，且信號通過BPF后，包絡起伏較小，性能得到了改善，因而受到了廣泛重視。但是，當碼元轉換時，OQPSK的相位變化不連續，存在90°的相位跳變，因此，該技術的高頻滾降慢，頻帶較寬。

圖6所示OQPSK在QuartusII環境下的調制和解調仿真結果。

到此即可完成基于FPGA的QPSK及OQPSK的調制和解調工作。

3 結束語

在高速數字突發通信中，往往需要快速、高效地對接收信號進行位定，并對載波初始相位信息進行估計。本文所分析的關于QPSK及OQPSK信號的調制和解調方法，在軍事、民用領域都具有十分廣泛的應用價值，同時也能應用于各種數字通信領域。