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增加蜂窝，所有这一切都鼓励人们努力实现“任何人，任何时间，任何地点”可以实现通信的梦想。
现代通信技术正在经历一个戏剧性的变化。通信和计算设备集成，互联网的广泛使用提供潜力无限的电话会议，视频点播，万维网和互联网电话的用户。同时，近年来快速发展的无线接入，是世界电信业发展的最强动力。在不久的将来，“任何人，任何时间，任何地方都可以很方便的通信的梦想成为现实，但也有困难的技术挑战：需要新的理论和复杂的信号处理技术，高速光纤连接，包括无线，有线和数字预环为未来的多媒体通信网络的设计技术，最重要的特征之一，在今天的通信技术的发展趋势是多样化的通信需求。
正交相位偏移键控(QPSK)是目前微波、卫星和有线电视上行通信中最常用的一种单载波调制方式，其在电路上实现比较简单，频带利用率高，具有较强的抗干扰性等特点。随着数字技术的快速发展和应用数字信号处理在通信系统中的应用越来越广泛，正交相位偏移键控(QPSK)将会发挥越来越重要的作用。
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第2章 QPSK的调制与解调原理
2.1 数字调相
2.1.1 数字基带传输系统
从消息传输的角度看，一个数字通信系统包括两个重要的变换，即消息与数字基带信号之间的变换；数字基带信号与信道信号之间的变换。通常，前一个变换由发收终端设备来完成，它把无论是离散的还是连续的消息转换成数字的基带信号，而后一变换则由调制和解调器完成。
在数字通信中，有些场合可以不经过载波调制和解调过程而让基带信号直接进行传输。例如，在市内利用电传机直接进行电报通信，或者利用中继方式在长距离上直接传输PCM信号等。这种不用载波调制解调装置而直接传送基带信号的系统，我们称它为基带传输系统，它的基本结构如下：
基带脉冲输入 信道信号形成 信道 接受滤波器 抽样判决器 输出 干扰 图2-1 基带传输系统
图2-1信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号，信道可以是允许基带信号通过的媒质（例如能够通过从直流到高频的有线线路）；接收滤波器用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰；抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号。
与此对应，我们把包括了载波调制和解调过程的传输系统称为频带传输系统，如图2-2所示：
基带脉冲输入 基带脉冲输出 调制器 信道 干扰 解调器
图2-2 频带传输系统的基本结构
虽然在实际使用的数字通信系统中基带传输不如频带传输那样广泛，但是，对于基带传输系统的研究仍然是十分有意义的。第一，即使在频带传输制里也同样存在基
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带传输问题，也就是说，基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题；第二，随着数字通信技术的发展，基带传输这种方式也有迅速发展的趋势，目前，它不仅用于低速数据传输，而且还用于高速数据传输；第三，理论上也可以证明，任何一个采用线形调制的频带传输系统，总是可以由一个等效的基带传输系统所替代。 2.1.2 正弦载波数字调制系统
上面我们简单的提了一下数字基带传输系统。然而，实际通信中不少信道都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓正弦载波调制。下面，我们将以QPSK为主讨论以正弦波作为载波的数字调制系统。
从原理上来说，受调载波的波形可以是任意的，只要已调信号适合于信道传输就可以了。但实际上，在大多数数字通信系统中，都选择正弦信号作为载波。这是因为正弦信号形式简单，便于产生及接收。和模拟调制一样，数字调制也有调幅、调频和调相三种基本形式，并可以派生出多种其他形式。数字调制与模拟调制相比，其原理并没有什么区别。不过模拟调制是对载波信号的参量进行连续调制在接收端则对载波信号的调制参量连续地进行估值；而数字调制都是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在接收端也只要对载波信号的离散调制参量进行检测。
根据已调信号的频谱结构特点的不同，数字调制也可分为线形调制和非线形调制。在线形调制中，已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构相同，只不过频率位置搬移了；在非线形调制中，已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构不同，不是简单的频谱搬移，而是有其他新的频率成分出现。振幅键控属于线形调制，而移频键控常属于非线形调制。
我们主要讨论的是多进制的相位调制，因此，先来看看与二进制数字调制相比，它有哪些特点：
1.在相同的码元传输速率下，多进制系统的信息传输速率显然比二 进制系统的高。四进制系统的信息速率是二进制系统的两倍；
2. 在相同的信息速率下，由于多进制码元传输速率比二进制的低，因而多进制信号码元的持续时间要比二进制的长。显然，增大码元宽度，就会增加码元的能量，并能减小由于信道特性引起的码间干扰的影响。
2.2 QPSK调制和解调原理
2.2.1 调制原理
在无线电通信系统中，为实现电信号的传输，需要将待传送信号的频谱移到较高的频率范围，这种频谱的搬移称为信号的调制。
需要调制的原因有两方面。一方面，由电磁波辐射理论可知，只有当发射天线的尺寸等于信号波长的1/10或更大些，新号才能有效的通过天线发射出去；因为声音、
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图像等形成的电信号的频率很低，所以需要的天线尺寸应达到几十公里甚至几百公里，这显然是不可行的。另一方面，即使能把低频信号发射出去，也会造成各种低频信号的相互干扰，无法接受。
利用调制过程将每一个信号的频谱搬移到互不重叠的频率范围，使接受信号时，不致相互干扰。这个问题的解决使得在一个信道中可以传输多个信号，即实现了信道的“频分多路复用”。
调制，通常是由低频信号（又称调制信号）去控制一个高频振荡的振幅、频率或初相位等参数之中的任意一个来达到的，分别称为幅度调制、频率调制和相位调制；频率调制和相位调制又称角度调制。
QPSK的调制中，QPSK信号可以看成是两个载波正交的2PSK信号调制器构成。原理分析如下：基本原理和系统结构QPSK与二进制PSK一样，传输信号包含的信息都存在于相位中。个别的载波相位取四个等间隔值之一，如л/4, 3л/4,5л/4,和7л/4。相应的，可将发射信号定义为
?2Ecos[2?ft?(2i?1)?] （0?t?T）
?t4??St?? （2.2-5） t? 其他 ?0
其中，i＝1，2，3，4；E是发射信号的每个符号的能量，T为符号的持续时间，载波频率f等于nc/T，nc为固定整数。每一个可能的相位值对应于一个特定的二位组。下面介绍QPSK信号的产生和检测。如图为典型的QPSK发射机框图。输入的二进制数据序列首先被不归零(NRZ)电平编码转换器转换为极性形式，即负号1和0分别用Eb和-Eb表示。该二进制波形被分接器分成两个分别由输入序列的奇数位偶数位组成的彼此独立的二进制波形，这两个二进制波形分别用a1(t)和a2(t)表示。此时，在任何一信号时间间隔内a1(t)，和a2(t)的幅度恰好分别等于Si1和 Si2，即由发送的二位组决定。这两个二进制波形a1(t)和a2(t)被用来调制一对正交载波：
?1?t?这样就得到一对二进制PSK信号。?1?t??2/Tcos?2?fct?,?2?t??2/Tsin?2?fct?。
和?2?t?的正交性使这两个信号可以被独立地检测。最后，将这两个二进制PSK信号相加，从而得期望的QPSK。 调制部分原理方框图如下：
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图2-4 调制原理框图
2.2.2 解调原理
QPSK信号是两个正交的2PSK信号的合成,所以可仿照2PSK信号的相平解调法,用两个正交的相干载波分别检测A和B两个分量,然后还原成串行二进制数字信号,即可完成。原理图如图2.5所示。
相乘 QPSK 信号 低通 载波 提取 抽判 输出 信号 cos?ct π/2 -sin?ct 相乘 定时 提取 并/串 低通 抽判 图2.5 QPSK解调原理图
相干解调中，正交路和同相路分别设置两个相关器，得到I(t) 和Q(t)，经电平判决和并一串变换后即可恢复原始信息。当然，如果调制端是差分编码的，那么解调
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