正交相移键控

在相移键控（PSK）中，数据是通过载波信号的相移来表示的。相比于最简单的二进制相移键控（Binary Phase-Shift Keying, BPSK），若让一个信号元素代表多个比特，就能更有效地利用带宽。一种常用的编码技术使用的相位偏移值为π/2（90°）的倍数，而不像BPSK中只允许存在180°的相位偏移，这种技术称为正交相移键控（QPSK）：

这样，一个信号元素代表了两个比特，而不是一个。

在数字信号的调制方式中QPSK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。偏移四相相移键控信号简称“O-QPSK”。全称为offset QPSK，也就是相对移相方式OQPSK。

相关

①在HFC网络架构中，从用户线缆调制解调器发往上行通方式调制，并用TDMA方式复用到上行通道。

②在基于DVB-S的卫星通信电视系统中，卫星输出的电磁波信号就是使用QPSK调制方式的^[1]

下图是描绘正交相移键控机制的概况图。

图中的输入是数据率为R=1/的二进制数字流，其中是每比特持续时间。通过一次一个地交替读取，这个数字流将被转化成两个独立的二进制流，数据率都是R/2bps。这两个二进制流分别称为I（同相位）流和Q（正交相位）流。图上方的二进制流被调制为的载波上，也就是将该二进制流与载波相乘。是调制器的结构简单，我们将二进制的1映射为-。这样二进制的1就可以用单位化的载波来表示，而二进制的0则用单位化的载波的负值表示，两者的振幅都是恒定的。同样这个载波经过90°的相移后用来调制图下方的二进制流，然后将这两个经过调制的信号叠加并传输。传输的信号表示如下：

QPSK

下图所示为正交相移键控的一个具体例子。两个调制过的信号流都是BPSK信号流，其数据率为原始比特率的一半。因此，组合后的信号速率为输入比特速率的一半。请注意，从一个信号到下一个信号，发生180°（π）相位大转变是可能的。^[2]

数字调制用“星座图”来描述，星座图中定义了一种调制技术的两个基本参数：

（1）信号分布；（2）与调制数字比特之间的映射关系

星座图中规定了星座点与传输比特间的对应关系，这种关系称为“映射”，一种调制技术的特性可由信号分布和映射完全定义，即可由星座图来完全定义。四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是四进制移相键控。QPSK是在M=4时的调相技术，它规定了四种载波相位，分别为45°，135°，225°，315°，调制器输入的数据是二进制数字序列，为了能和四进制的载波相位配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据，也就是说需要把二进制数字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合，即00，01，10，11，其中每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。QPSK中每次调制可传输2个信息比特，这些信息比特是通过载波的四种相位来传递的。解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。

首先将输入的串行二进制信息序列经串－并变换，变成m=log2M个并行数据流，其中每一路的数据率是R/m（R是串行输入码的数据率）。I/Q信号发生器将每一个m比特的字节转换成一对（pn，qn）数字，分成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性二电平信号I(t)和Q(t)，然后对和进行调制，相加后即得到QPSK信号。

QPSK是一种频谱利用率高、抗干扰性强的数调制方式, 它被广泛应用于各种通信系统中，适合卫星广播。例如，数字卫星电视DVB-S2标准中，信道噪声门限低至4.5dB，传输码率达到45Mb。^[1]

采用QPSK调制方式，同时保证了信号传输的效率和误码性能。

一般的QPSK的实施，也表明高阶PSK的实施。在星座图中的正弦和余弦波用来传输方面的书面符号：

这就产生了四个阶段π/4，3π/4，5π/4和7π/4需要。

这个结果与单位的基础上功能在一个两维的信号空间被用作信号的同相分量和正交分量信号的第二首的基础功能。

因此，信号星座组成的信号空间4点，1/2的因素表明，两家运营商之间的分裂，同样的总功率。

这些基础功能，为BPSK比较清楚地表明如何观看可以作为两个独立的BPSK信号的QPSK。注意的BPSK信号空间分不需要分裂BPSK的星座图中显示的两家运营商在该计划的符号（位）能源的。

QPSK系统，可以实现在许多方面。发射机和接收机结构的主要组成部分的说明如下。

QPSK概念发射机结构。的二进制数据流分割成相和正交相的组成部分。这 些都是再分别调制到两个正交的基函数。在此实现中，两个血窦。之后，这两个信号叠加，产生的信号是QPSK信号。注意：使用极不返回到零编码。可以摆在这 些编码器的二进制数据源，但已放置后，说明涉及数字调制的数字和模拟信号之间的概念差异。

对于QPSK接收机结构。匹配的过滤器，可以与相关器代替。每个检测装置使用的参考阈值，以确定是否检测到1或0。

QPSK-OQPSK

上文中关于描绘正交相移键控机制的概况图同时还描绘了QPSK的另一种形式，称为偏置正交相移键控（OQPSK）或正交QPSK（Orthogonal QOSK）。它与QPSK的区别是在Q流中引入一个比特时间的时延，结果得到如下信号

OQPSK是在QPSK基础上发展起来的一种恒包络数字调制技术。 恒包络技术是指已调波的包络保持为恒定，它与多进制调制是从不同的两个角度来考虑调制技术的。恒包络技术所产生的已调波经过发送带限后，当通过非线性部件 时，只产生很小的频谱扩展。这种形式的已调波具有两个主要特点，其一是包络恒定或起伏很小；其二是已调波频谱具有高频快速滚降特性，或者说已调波旁瓣很 小，甚至几乎没有旁瓣。采用这种技术已实现了多种调制方式。OQPSK信号，它的频带利用率较高，理论值达1b/s/Hz。在QPSK中，当码组0011 或0110时，产生180°的载波相位跳变。这种相位跳变引起包络起伏，当通过非线性部件后，使已经滤除的带外分量又被恢复出来，导致频谱扩展，增加对相邻波道的干扰。为了消除180°的相位跳变，在QPSK基础上提出了OQPSK。

一个已调波的频谱特性与其相位路径有着密切的关系，因此，为了控制已调波的频率特性，必须控制它的相位特性。恒包络调制技术的发展正是始终围绕着进一步改善已调波的相位路径这一中心进行的。

OQPSK也称为偏移四相相移键控，是QPSK的改进型。它与QPSK有同样的相位关系，也是把输入码流分成两路，然后进行正交调制。不同点在于它将同相和正交两支路的码流在时间上错开了半个码元周期。由于两支路码元半周期的偏移，每次只有一路可能发生极性翻转，不会发生两支路码元极性同时翻转的现象。因此，OQPSK信号相位只能跳变0°、±90°，不会出现180°的相位跳变。

从上文中的波形图可以观察到在任何时间一对比特中只有只有一个比特可以改变符号，因此叠加后信号的相位变化有缘不会超过90°（π/2）。这就是一个优势，因为调相器物理上的局限性使它很难在高速工作时完成大相位的变化。当传输信道（发送器和接收器）中有强非线性元件时，OQPSK还是能提供较好的性能。非线性的影响是信号带宽的扩散，这可能会导致对相邻信号的干扰。如果相位变化不大，这种信号带宽的扩散也比较容易控制，所以说OQPSK比QPSK更具优势。

连续相位四分之派差分编码正交相移键控调制、解调装置是分别用来产生连续相位π/4DQPSK调制信号和实现其解调功能的装置。该装置以大规模可编程逻辑器件FPGA或复杂可编程逻辑器件CPLD为核心，加上模数转换A/D、数模转换D/A、滤波器、锁相环等少量其它功能芯片，将实现连续相位π/4DQPSK调制、解调的大部分功能模块由FPGA或CPLD器件的内部资源来完成，可以大大提高移动通信系统的稳定性和可靠性，并便于电路的集成化。该装置应用于移动通信系统，可使其明显的压缩带宽，提高频率利用率。

使用差分正交相移键控的光接收器和对应的光接收方法。在根据本发明的光接收器中，以45度的线性偏振状态将所输入的经过差分正交相移键控(DQPSK)的信号光入射到PANDA型光纤上，以在该DQPSK信号光中的正交偏振分量之间产生与一个码元相对应的延迟时间差，然后由半反射镜将该信号光分支为两路，以将其分别发送到第一和第二路径，由此通过设置在这些路径之一上的1/4波片在通过各个路径传播的光之间提供π/2的相对双折射量差。然后由偏振分束器将通过第一和第二路径传播的各个光分离为两个正交偏振分量，并由差分接收电路接收各个偏振分量，以对DQPSK信号中的同相分量和正交分量进行解调。由此，提供了能够对DQPSK信号稳定地进行解调的小型并且低成本的光接收器。

QPSK数字电视调制器在对数据流的处理上采用能量扩散的随机化处理、RS编码、卷积交织、收缩卷积编码、调制前的基带成形处理等，保证了数据的传输性能。QPSK数字电视调制器采用了先进的数字信号处理技术，完全符合DVB-S标准，接收端可直接用数字卫星接收机进行接收。它不但能取得较高的频谱利用率，具有很强的抗干扰性和较高的性能价格比，而且和模拟FM微波设备也能很好的兼容。

1、进行原有的电视微波改造，可用30M带宽传送5至8套DVD效果的图像；

2、用调频微波的价格达到MMDS的效果，实现全向发射；

3、可进行数字加密，对图象绝无任何损伤。

注：中国的3G制式（CDMA2000，WCDMA,TD-SCDMA）均在下行链路上采用QPSK调制。