多进制数字调制是一种在数字通信中提高频谱利用率的重要技术

多进制数字调制是一种在数字通信中提高频谱利用率的重要技术。通过在一个符号周期内传输多个比特信息，相比二进制调制（如BPSK、ASK），可以显著提升数据传输速率。常见的多进制调制方式包括：

1. 多进制幅度键控（MASK）

• 原理：利用多个不同的载波幅度来表示不同的码组。
• 例如4-MASK可有4种幅度等级，每个符号携带2 bit信息。
• 缺点：对信道噪声和衰落敏感。

2. 多进制相移键控（MPSK）

• 原理：通过改变载波的相位来传递信息，相位状态数为 $ M $。
• 最常见的是 QPSK（Quadrature Phase Shift Keying），即4-PSK。
• QPSK 将输入比特流每两个比特划分为一组（如 00, 01, 10, 11），对应四个不同的相位（通常为 45°, 135°, 225°, 315°）。

✅ QPSK 调制方法：

• 输入比特序列被分为同相分量（I路）和正交分量（Q路）。
• 使用两个正交载波（$\cos (2\pi f_{c}t)$ 和 $\sin (2\pi f_{c}t)$）分别调制 I 和 Q 分量。
• 调制公式：
  $$s(t)=I(t)\cdot \cos (2\pi f_{c}t)-Q(t)\cdot \sin (2\pi f_{c}t)$$
• 每个符号持续时间为 $ T_s = 2T_b $（$T_b$为比特周期）。

✅ QPSK 解调方法：

• 接收信号与本地产生的同相和正交载波相乘。
• 经过低通滤波器提取 I 和 Q 分量。
• 对 I、Q 分量进行判决，恢复出原始比特。

3. 多进制正交幅度调制（MQAM）

• 结合了幅度和相位调制。
• 星座点分布在二维平面上，如 16-QAM、64-QAM。
• 在相同带宽下提供更高的数据速率，但抗噪能力低于 MPSK。

4. 星座图（矢量图）表示

• 是多进制调制信号的几何表示方法。
• 每个星座点代表一个符号，坐标为 (I, Q) 分量。
• 如 QPSK 的星座图为四个等间距点位于单位圆上；16-QAM 为 4×4 网格分布。

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QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）与 OQPSK（Offset QPSK，偏移 QPSK）都是常用的四进制相位调制技术，它们在原理上相似，但在信号相位跳变特性上有重要区别。主要区别如下：

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1. I路与Q路的时序关系不同

特性	QPSK	OQPSK
I/Q 路数据同步	同时更新	Q路比I路延迟半个符号周期（$T_s/2$）

• 在 QPSK 中，I 路（同相）和 Q 路（正交）的数据在同一时刻发生变化。
• 在 OQPSK 中，Q 路数据相对于 I 路被“偏移”了 $ T_s/2 $，即半符号周期。

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2. 相位跳变幅度不同

• QPSK：由于 I、Q 同时切换，可能导致相位突变 ±180°，例如从 (1,1) 到 (-1,-1)。
• OQPSK：因为 I 和 Q 不同时变化，每次只有一个分量改变，因此最大相位跳变为 ±90°。

✅ 这显著减小了包络波动，降低了对功放线性度的要求。

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3. 带通滤波后的包络起伏

• QPSK 经过带限系统后可能出现较大的幅度波动（因大相位跳变），导致非线性失真。
• OQPSK 因限制了相位跳变，具有更稳定的信号包络，更适合用于移动通信等对功放效率要求高的场景。

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4. 应用场景差异

应用	推荐调制
卫星通信、Wi-Fi（OFDM系统）	QPSK（允许180°跳变，结构简单）
移动通信（如CDMA）、手持设备	OQPSK（避免大跳变，节省功耗）

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总结对比表：

项目	QPSK	OQPSK
相位跳变	可达 ±180°	最大 ±90°
I/Q 更新	同步	异步（Q路延迟 $T_s/2$）
包络稳定性	较差	更好
抗非线性能力	一般	强
实现复杂度	简单	稍复杂（需延迟电路）
典型应用	数字广播、Wi-Fi	CDMA手机、低功耗无线系统

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