Четырехпозиционная фазовая модуляция со сдвигом квадратур (OQPSK)

В QPSK биты в потоках, подаваемых на модуляторы квадратур I и Q, переключаются в один и тот же момент времени. Сигнал символьной синхронизации, и синхросигналы битовых потоков, подаваемых на модуляторы I и Q, синхронизированы. Это приводит к тому, что в диаграмме переходов сигнала четырехпозиционной фазовой модуляции, приведенной на рисунке 14, встречаются переходы через точку с нулевой амплитудой сигнала.

Подобное поведение амплитуды сигнала приведено на рисунке 6 для сигнала двоичной фазовой модуляции BPSK. Как уже упоминалось ранее, такой характер сигнала приводит к тому, что усилитель мощности требуется делать линейным, и к.п.д. такого усилителя будет небольшим.

В четырехпозиционной фазовой модуляции со сдвигом квадратур (OQPSK) битовые потоки, подаваемые на модуляторы квадратур I и Q, сдвинуты друг относительно друга на длительность одного бита (половина символьного интервала), как это показано на временных диаграммах, приведенных на рисунке 1.

Рисунок 1. Временные диаграммы входного битового потока, и сигналов квадратур I и Q в OQPSK модуляторе

Так как переходы по квадратурам I и Q сдвинуты на половину символьного интервала, то в конкретно взятый момент времени только один из квадратурных битовых потоков может изменять свое значение. Это создает диаграмму переходов состояний, существенно отличающуюся от диаграммы переходов состояний модуляции QPSK. Диаграмма переходов состояний сигнала OQPSK приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Диаграмма переходов состояний сигнала четырехпозиционной фазовой модуляции со смещением квадратур OQPSK

В OQPSK сигнальные траектории не проходят рядом с началом координат квадратурной плоскости. В результате максимальное изменение амплитуды передаваемого сигнала достигает 3 дБ. Это существенно меньше изменения амплитуды в сигналах двоичной и квадратурной модуляции. В результате удается получить существенный выигрыш по коэффициенту полезного действия усилителя мощности радиопередатчика.

Временная диаграмма радиосигнала OQPSK модуляции на выходе радиопередатчика четырехпозиционной фазовой модуляции со смещением квадратур приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Временная диаграмма OQPSK сигнала

Как видно из данного рисунка, выходной усилитель мощности в радиопередатчиках с этим видом модуляции можно проектировать с менее жесткими требованиями по сравнению с модуляцией QPSK. В принципе можно использовать усилители, разработанные для систем речевой связи с амплитудной модуляцией.

Спектральная эффективность модуляции OQPSK точно такая же, как и у обычной квадратурной модуляции QPSK. Это означает, что для применения этого вида модуляции в радиоканале требуется обработать исходные NRZ сигналы фильтром Найквиста. Только после подобной обработки спектр радиосигнала становится достаточно узким для использования в системах мобильной радиосвязи.

Схема модулятора OQPSK с формированием сигналов I и Q фильтром Найквиста осуществляется так же, как и в QPSK модуляторе. Отличие заключается в задержке одного из сигналов на половину периода передачи символа. Эта схема приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Структурная схема модулятора OQPSK с использованием фильтра Найквиста

Диаграмма переходов состояний сигнала с OQPSK модуляцией после обработки исходных сигналов фильтром Найквиста приведена на рисунке 5.

Рисунок 5. Пути переходов сигнала c OQPSK модуляцией после обработки двоичных сигналов фильтром Найквиста

Пример спектра сигнала на выходе модулятора передатчика OQPSK, смоделированный в среде программирования MATHLAB, представлен на рисунке 6.

Рисунок 6. Спектр сигнала c OQPSK модуляцией

Вывод: Четырехпозиционная фазовая модуляция со сдвигом квадратур (OQPSK) позволяет уменьшить глубину паразитной амплитудной модуляции. OQPSK реализуется за счет сдвига переключения квадратур на половину длительности передаваемого символа.

Дата последнего обновления файла 07.11.2019

1. Steve C. Cripps RF Power Amplifiers for Wireless Communications — ARTECH HOUSE, INC., 2006
2. Marian K. Kazimierczuk RF Power Amplifiers — John Wiley & Sons, Ltd 2008
3. Радиопередающие устройства: учебник для ВУЗов; под ред. В. В. Шахгильдяна. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 2003.
4. Модуляция и формирование сигналов с помощью генераторов сигналов компании R&S
5. Digital modulation – OQPSK url:https://optiwave.com/

Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором 130 научных и научно-методических работ, в том числе 21 монография и 26 учебников и учебных пособий.