http:/www.paper.edu.cn -1- 一种改进后的一种改进后的 SOQPSK 调制调制1 潘晓丹，吴成柯 西安电子科技大学 ISN 国家重点实验室，西安（710071） 摘摘 要：要：SOQPSK（Shaped Offset Quadrature Phase-Shift Keying）体制是近年来在卫星通信领 域快速兴起的一种新的调制体制。文中分析评介了这种体制的发展历史、技术原理、体制性 能。最后介绍了一种新的SOQPSK，并对其功率谱密度（PSD）进行了仿真。结果表明这种 改进的SOQPSK功率谱密度的性能优于SOQPSK。 关键词：关键词：SOQPSK，改进后的 SOQPSK，功率谱密度 1 引言引言 在未来的空间通信系统和卫星通信系统中, 数据传输率都将超过 1 Gbps, 这样的系统将使带宽和功率同时受限, 因此研究具有高功率效率和高频谱效率的调制技术仍然是目前的研究热点3。SOQPSK 是美国军标广泛采用的一种高效率恒包络调制方式，已被列入各种不同的军事标准中，由于它具有良好的频谱效率和恒包络特性，在卫星通信中得到了广泛的应用。本文介绍了 OQPSK 体制和 SOQPSK 体制的技术原理，针对 SOQPSK 在-30dB以下的频谱并没有得到关注的问题，提出了一种新的 SOQPSK，并对其功率谱密度进行了仿真。仿真结果表明改进后的 SOQPSK 在保持 SOQPSK 优越性的同时提高了其功率谱密度在-30dB 以下的性能。 2 SOQPSK 体制体制 2.1 OQPSK 体制体制 QPSK 调制方式在实际系统中得到大量应用，但由于其存在180相移，经带限处理后，可能出现零包络现象。这种现象在非线性带限信道中尤其需要避免。虽然包络的起伏经非线性放大器后，可以减弱或消除，但同时却会使频谱扩展，其旁瓣对邻道的信号形成干扰，发送时的带限滤波将完全失去作用。交错（偏移）正交调相（Offset QPSK）是 QPSK 的一种改进的调制方式，它对 QPSK 信号进行一定的处理以避免上述问题。与普通的 QPSK 相比，OQPSK 的同相与正交数据流，在时间上相互错开了一个码元间隔bT（即半个符号周期bT=1/2sT） ，而不像 QPSK 那样，I（同相） ，Q（正交）两个数据流在时间上是一致的（即码元的沿是对齐的） 。这样在任何给定的时间，OQPSK 信号中，I、Q 两个数据流，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 或 Q 信道时，输出的 OQPSK 信号中只有0，90三种相位跳变，而根本不可能出现180相位跳变。所以频带受限 OQPSK 的信号包络起伏比频带受限 QPSK 的信号小，经限幅放大后频带展宽得少，故 OQPSK 性能优于 QPSK1。 OQPSK 可以看成相位调制（PM）或频率调制（FM） ，这里从频率调制的角度解释比较方便，所以我们采用 FM 的形式。我们用连续相位调制（CPM）的表示形式，OQPSK的时域表达式是： 00( )2/cos2( ,)s tE Tf tt=+（1） 1本课题得到国家自然科学基金重点项目“深空通信中的若干关键技术研究” （项目编号：60532060）的资助。 http:/www.paper.edu.cn -2- 其中 ( , )2()tit ahgiT d+=t + （2） 其中信息相位( ,)t是由三码元序列i=-1，0，1、频率脉冲 g(t)和调制指数 h 决定的。对于 OQPSK 调制，频率脉冲 g(t)是( ) t函数，在每个比特，频率脉冲要么存在要么不存在，如果存在，它的相位将会移动/2，如图 1 所示是 OQPSK 的频率脉冲波形，信号要么在 I 路要么在 Q 路上改变，而 图 1 OQPSK 信号的频率脉冲波形 不会同时改变。 OQPSK 的好处是功率谱特性优于QPSK， 同时两个错位bT的支路独立 2PSK信道， 可以分别进行差分编码和相间差分解码。由于 Q 之路信号迟于 I 之路bT时间，因此判决解调的定时信号也要比 I 之路迟延bT,因此两支路轮流判决后不需再并-串变换。 2.2 改进的改进的 OQPSK（SOQPSK 体制）体制） OQPSK 克服了 QPSK 的180相位跳变，信号通过 BPF 后包络起伏小，性能得到了改善，因此受到广泛重视。但是，当码元转换时，相位的变化是不连续的，存在90的相位跳变，因此高频滚降慢，使得频带较宽2。 SOQPSK 是对 OQPSK 的一种改进，对于 SOQPSK 调制，频率脉冲 g(t)是矩形脉冲，可以这么说，SOQPSK 是 QPSK 和 MSK 的合成。 SOQPSK 具有良好的频谱效率和恒包络特性，已被列入各种军事标准，在卫星通信中得到了广泛应用，但其功率普密度在-30dB以下的部分并没有得到关注4。 3 改进的改进的 SOQPSK 体制体制 为了改善普通 SOQPSK 的功率谱密度在-30dB 以下的性能，我们采用升余弦函数作为改进后的 SOQPSK 调制方法的频率脉冲 g(t),，g(t)=n(t)*w(t),其中 2cos(/ )sin(/ )( )*1 4(/ )(/)ABt TB Tn tBt TBt T =（3） 1 112 21,| /|(| /|)11( )cos,| /|220,| /|t TTt TTw tTt TTTTt TT =+ （4） http:/www.paper.edu.cn -3- n(t)是滚降系数为的升余弦函数，如果没有窗函数 w(t),n（t）在时间轴上是无限的，因此我们在这里用一个简单的升余弦窗 w(t)限制频率脉冲在有限的范围内，其中 T 是符号周期（等于两个比特周期） ，A 是用来归一化脉冲波形，使得单个频率脉冲引起的相位偏移为/2。图 2 给出了改进后的 SOQPSK 和 SOQPSK 的频率脉冲波形比较。，B，1T和2T这四个参数就可以完全确定这种改进的 SOQPSK 的频率脉冲。 在这里用两组典型的数据为例，如表所示，分别称为 SOQPSK-A，SOQPSK-B。 -4-3-2-101234-0.0200.020.040.060.080.10.120.14t/Tb频率脉冲改进后的 SOQPSK SOQPSK图 2 改进后的 SOQPSK 和 SOQPSK 的频率脉冲波形比较 表 1 改进后的 SOQPSK 各参数的取值 Parameter SOQPSK-A SOQPSK-B 1.0 0.5 B 1.35 1.45 T1 1.4 2.8 T2 0.6 1.2 如图 3 所示是改进后的 SOQPSK 和 SOQPSK 的功率谱密度比较， 从图中可以看出， 在-30dB以下， SOQPSK-A 和 SOQPSK-B 的 PSD 要比 SOQPSK 的窄很多， 从而改善了 SOQPSK 的功率谱密度的性能。 http:/www.paper.edu.cn -4- 图 3 改进后的 SOQPSK 与 SOQPSK 的功率谱密度的比较 4 结论结论 本文分析和评介了 OQPSK 体制和 SOQPSK 体制，介绍了一种改进后的 SOQPSK 体制，仿真结果表明其功率谱性能比 SOQPSK 有明显的优势，特别是改变了 SOQPSK 的功率谱密度在-30dB 以下的性能。 http:/www.paper.edu.cn -5- 参考文献参考文献 1冯玉珉 通信系统原理 清华大学出版社 北方交通大学 2003 2冯传岗 论现代数字调制技术 有线电视技术 2003（4） 3郭兴波 杨知行 潘长勇 MA-SOQPSK 的最大似然接收机和简化接收机 2006 4TomNelson,Erik Perrins,and Michael Rice Common detectors for shaped offset QPSK(SOQPSK) and Feher-patented QPSK(FQPSK).IEEE Globecom 2005. A Developed SOQPSK Modulation Pan Xiaodan，Wu Chengke National Key Lab.of ISN,Xidian University, Xian, China (710071) Abstract SOQPSK System is a new modulation system that is rapidly risen on the domain of SATCOM .In this paper ，we analyze and review the development history ,technical principle and performance of this modulation system. Finally, we introduce a new kind of SOQPSK, whose power spectral density (PSD) is simulated. The results demonstrate that the PSD performance of this developed SOQPSK is more excellent than SOQPSK. Keywords: Shaped Offset Quadrature Phase-Shift Keying（SOQPSK） ，developed SOQPSK， power spectral density 作者简介：作者简介： 潘晓丹(1982-)，硕士生，主要研究图像的传输与通信与图像处理；现研究方向：深空通信 调制解调； 吴成柯（1938-） ，教授，博士生导师，主要研究图像通信和图像处理,计算机视觉、视频压 缩编码及其传输、图像编码。