2．4．2　相移键控

1．调制原理

相移键控(QPSK)调制器的原理框图如图2-11所示。它可以看成由两个BPSK调制器构成，BPSK用已调波的0相和π相代表“1”和“0”两种信息，而QPSK用π/4、3π/4、5π/4和7π/4代表四进制的“11”、“01”、“00”和“10”四种信号。

图2-11 QPSK调制原理框图

QPSK调制时，输入的串行二进制信息序列经串/并变换，分成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性电平信号I(t)和Q(t)，然后分别对A cosω_c t和A sinω_c t进行调制，相加后即得QPSK信号。其中，串行二进制信息序列经串/并变换后，分成两路速率减半的序列，相应的信号波形如图2-12所示。由图中可以看出，QPSK的调制信号，有“11”、

“01”、“00”和“10”四种信号。

图2-12 QPSK的I、Q信道波形

表2-7相位跳变映射逻辑

经QPSK调制后，QPSK调制器输出的已调波的相位变化与四种信号的对应关系如表2-7所示。

2．差分移相键控

在BPSK(或QPSK)调制中，信号相位的变化是以未调正弦载波的相位作为参考，用载波相位的绝对值表示数字信息，所以称为绝对移相。而对于BPSK信号的解调时，如果接收端恢复的载波相位有180°的相位模糊时，导致解调出的基带信号出现反向现象，即“1”被判决为“0”，而“0”被判决为“1”，这种现象通常称为“倒π”现象，从而难以实际应用。

差分移相键控(DPSK)信号调制过程波形如图2-13所示。可以看出，差分移相键控利用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息，接收机利用接收到的前后相邻码元的载波相位差来判别发送的数字信息，避免了接收机需要相干参考信号，从而实现非相干解调。非相干接收机容易制造而且便宜，因此在无线通信系统中广泛使用。

图2-13 DPSK信号调制过程波形图

3．交错正交四相相移键控

QPSK采用π/4、3π/4、5π/4和7π/4四种相位，信号的相位改变有90°改变和180°改变。

如前所述，I(t)和Q(t)两个信道上的数据沿对齐，所以在码元转换点上，当两个信道上只有一路数据改变极性时，QPSK信号的相位将发生90°突变;两个信道上数据同时改变极性时，QPSK信号的相位将发生180°突变。随着输入数据的不同，QPSK信号的相位将在4种相位上跳变，每隔2 Tbit跳变一次。

在实际中信道总是限带的，因此在发送QPSK信号时常常经过带通滤波。限带后的QPSK已不能保持恒包络。相邻符号之间发生180°相移时，经限带后会出现包络过零现象。反映在频谱方面，出现旁瓣和频谱加宽现象。

交错正交四相相移键控(OQPSK)调制与QPSK不同，它将输入数据经数据分路器分成奇偶两路，并使其在时间上相互错开一个码元间隔，如图2-14所示，然后再对两个正交的载波进行BPSK调制，叠加成为OQPSK信号。OQPSK的I(t)和Q(t)信道上的数据流，每次只有其中一个可能发生极性转换。所以每当一个新的输入比特进入调制器的I(t)和Q(t)信道时，输出的OQPSK信号的相位只有±π/2跳变，而没有π的相位跳变，如图2-15所示。

图2-14 OQPSK的交错数据流

图2-15 OQPSK的星座图和相位转移图

4．π/4-QPSK调制

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降为±3/4π，从而减小了信号的包络起伏，改善了频谱特性。

如图2-16所示，QPSK共有4个状态，由其中一个状态可以转换为其他3个状态中的任何一个，因而存在180°的相位变化(即相位迁移通过原点)。而π/4-QPSK共有8个状态，分为两组，相位相差45°，在图2-16中分别以白点和黑点表示。π/4-QPSK矢量转换只能在这两组之间进行，也就是说，如果现在的码元周期内，相位状态是白点中的一个，在下一个码元周期内相位状态只能是黑点中的某一个。可见π/4-QPSK中可能出现的最大相位变化是135°，即最大相位跳变小于180°。

图2-16 QPSK和π/4-QPSK信号状态转移图

QPSK和π/4-QPSK的相位映射逻辑如表2-8所示。与QPSK相比，π/4-QPSK限带滤波后有较小的包络起伏，在非线性信道传输有更优的频谱效率。另外，π/4-QPSK通常采用差分编码，以便实现非相干解调。

表2-8　映射逻辑