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通信原理与matlab仿真v3 第十九章 PSK扩展方式仿真(1)OQPSK

1月前浏览286
看到网上的一篇文章(下面会附图,只展示部分内容)后,才有了本系列文章。不是为了和人家比较高低,而是出于一个工程师的做事准则,即写出来的东西要准确和实用才行!源于初心,始终未变!如果付费代码不可用,那就是骗钱行为!有人靠骗过一生!这样的人和事要远离!知识分子骗起人来更是不择手段!
本文超过四千字,准备时间超过一个月,请读者耐心看完!付费一元,只为防止盗版,发布的目的就是为了推广通信知识!!!希望读者不要因为要付费而放弃阅读!文章最后给出了相关仿真代码!如果阅读仿真代码有困难,建议先看下面的系列文章!
经典重学:BPSK调制解调器系列文章
此文也堪称经典,开玩笑的,纯属自嗨!

先看互联网上的一篇文章!
介绍了此文的开头内容!
此文的调制解调的代码如何呢?
不做评价,防止引起不必要的误会!但我确实对这个代码进行了调试,调试过程也写在文章中了!
本人在这里引用该公 众号的部分内容,不是为了推广此号,只是想告诉大家,网上确实可以找到很多公开的代码,有些是免费的,有些则需要付费。但是否能用呢?需要自己检验!是否好用则需要更多的测试。早期本公众 号代码也是免费的,后来被抄袭的次数太多了,就改为付费阅读,价格大多为一元。再后来又给出了很多难度较大的仿真或者产品仿真代码,价格就逐渐的高了起来!希望通信同行们按需购买!后续内容则是本人所写!
在相移键控的基础上,扩展出了许多变种来优化性能、减少误码率、或者适应特定的应用场景。以下是几种主要的扩展方式及其特点:

DPSK(Differential Phase Shift Keying,差分相移键控)

特点:
  • 信号特性: 基于相位差而非绝对相位进行解调,避免了载波恢复过程的复杂性。
  • 优点:
    • 不需要载波同步,适合复杂信道。
    • 具有较强的抗相位旋转能力。
  • 缺点:
    • 在相同条件下误码率略高于绝对相位调制方式(如QPSK)。

OQPSK(Offset Quadrature Phase Shift Keying,偏移正交相移键控)

特点:
  • 信号特性: 相比普通QPSK(Quadrature PSK),OQPSK在每个I/Q分量之间引入了半符号周期的时间偏移,使得I和Q分量不会同时发生变化。
  • 优点:
    • 减少信号切换时的相位跳跃,降低了信号的包络波动。
    • 改善了非线性信道中的性能,适合在功率受限系统(如卫星通信)中使用。
  • 缺点:
    • 实现复杂度略高于普通QPSK。
    • 带宽效率与QPSK相同,无提升。

SOQPSK(Shaped Offset QPSK,成形偏移QPSK)

特点:
  • 信号特性: 在OQPSK的基础上,通过成形滤波(如高斯滤波)进一步平滑信号。
  • 优点:
    • 更低的带外泄露。
    • 更适合窄带通信和功率受限场景。
  • 缺点:
    • 复杂度高。

UQPSK(Unbalanced QPSK,不平衡正交相移键控)

特点:
  • 信号特性: 在I/Q两个分量上使用不同的符号速率(不平衡速率),实现信号的区分化。
  • 应用场景: UQPSK多用于特定应用场景,比如同时传输主信道和辅助信道的信息。
  • 优点:
    • 允许主信道占用较高的比特率,同时用次信道传输低速率信息。
    • 适用于传输有主次级别的数据需求的系统。
  • 缺点:
    • 系统设计较复杂。
    • 相位状态变化模式多样,可能增加解调复杂度。

APSK(Amplitude Phase Shift Keying,幅度相位键控)

特点:
  • 信号特性: 结合幅度调制和相位调制,将符号映射到多个环上,适用于高阶调制。
  • 优点:
    • 在相同信噪比条件下,性能优于纯相位调制(如QPSK)。
    • 更适合卫星通信等功率受限的系统。
  • 缺点:
    • 映射复杂度高。
逐个讲解上述几种调制方式!
之前已经讲解过DPSK,本系列文章从OQPSK开始讲起,讲解内容趋于实用化。
OQPSK(Offset Quadrature Phase Shift Keying,偏移正交相移键控)是一种常用的数字调制方式,常用于无线通信系统中。它的特点包括:
  • 相位偏移:相邻比特对之间存在1/2符号周期的相位偏移。
  • 减少相位跳变:与 QPSK 相比,OQPSK 信号的相位只能跳变0°、±90°,不会出现180°的相位跳变,从而减少了信号的包络起伏。
  • 改善性能:OQPSK 克服了 QPSK 的180°相位跳变,通过减少包络起伏,提高了信号通过滤波器后的性能。
  • 调制和解调:OQPSK 可以通过正交调制器和相干解调器进行调制和解调。
  • 应用广泛:OQPSK 在通信系统中被广泛应用,如卫星通信。
这些特点使得 OQPSK 在一些通信场景中具有优势,能够提高通信的可靠性和性能。
看看文章中的程序是否能正确运行?实践是检验的最好途径!
按照文章给出的代码编写m文件,然后运行!
出现错误!
发现未知函数!
幸好我用过此函数!
补充后程序依旧有未知函数!
不想再花费时间来补充这个程序涉及的其他函数了,再说这个程序只能满足理论学习的要求,后续无法扩展到实用代码。要想写出实用化的仿真代码,请跟着本文慢慢进阶!
大学的通信课程里面已经提及!
先来看OQPSK调制解调的组成框图!
为什么要用这种调制方式呢?这还得从QPSK说起!
QPSK存在的问题!
之前在分析QPSK的时候简要的讲述了一些。对于QPSK调制而言,可以认为信号的振幅包络是恒定不变的,但是当它经过带通滤波器进入信道时(或基带成型滤波时),其频谱的旁瓣会被带通滤波器滤掉,之后的QPSK信号已经不能保持恒包络了,特别是在相邻符号间发生180°相移时,包络还会出现为0的情况。可以根据下列图形进行理解,QPSK调制星座图如下:
 
QPSK星座图
经过成型滤波器和没有经过成型滤波器生成的波形和包络如下图所示。
 
包络示意图
从上图可以看出,在理想情况下的QPSK信号的包络是恒包络(也就是一条直线),在经过基带成型(等同上列的带通滤波器)后,QPSK的包络会出现为0的情况,具体如下:
相位转变示意图
当I路和Q路的码元同时转变的时候(这里前面介绍过,在经过格雷编码映射后相邻两个码元只相差一个bit,所以同时转变时意味着已经不是相邻两个星座点了),也就是发生180°相位移动的时候,会造成包络为0的情况。
能解决包络起伏的 OQPSK!
为了传统QPSK包络起伏的情况,给出了一种改良方式,就是将Q路的码元相对I路的码元延迟半个码元时隙。这种调制方式称为偏移四相相移键控OQPSK(Offset Quadri-Phase Shift Keying)。将Q路基带信号偏移半个码元时隙之后相邻码元得相位变化只可能发生在90°,其星座图表示如下:
 

OQPSK相位转变示意图
注意:星座图中没有了对角线哦!
这就是差异!
经成型滤波器后,OQPSK的信号包络的最大值和最小值的比值约为sqrt(2),不在是无穷大了。关于为什么经过半个码元周期的延迟后就不会出现相位移动180°这种情况了,可以参照下列图形进行理解:
 
OQPSK基带包络图
在上图中不考虑开始部分和结束部分,可以看出其包络没有为0的情况。在之前传统的QPSK中,在表示一个符号的两个码元中,其中一个码元代表I路,一个码元代表Q路,比如01,表示I路为0,Q路为1。在这种情况下,当IQ两路都进行变化,也就是01变为10,00变为11等,那么基带波形在切换极性的时候就会有相同的零点,导致包络为0。当延迟半个码元周期形成OQPSK后,把切换波形的相同零点给错开了,形成包络稳定形态。其生成框图可以表示如下:
OQPSK生成框图
我们可以根据上述框图完成对OQPSK的调制生成。其波形图在上述内容中可以查看,那么频谱如何呢?和QPSK的频谱形状有何差异呢?先看理论仿真程序,然后逐层深入学习。
看看AI给出的OQPSK的理论仿真程序!
理论仿真的重点就是要了解误码性能!
本程序已经过本人调试通过!
只是能运行!!!
% 极性变换


来源:通信工程师专辑
非线性MATLAB通信理论
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-01-16
最近编辑:1月前
算法工匠
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