劉 皎，張 娜

（商洛學院商洛市人工智能研究中心，陜西 商洛 726000）

恒包絡調制具有包絡恒定的特點，利用這個特點能夠很好地解決相干光正交頻分復用（CO-OFDM）系統(tǒng)中峰均功率比（PAPR）高的問題［1-2］。四相移相鍵控（QPSK）是最常見的一種相位不連續(xù)的恒定包絡調制［3-5］，其已調信號的幅值和頻率不變，僅相位在多個離散值之間跳躍，具有恒定包絡、抗誤碼性能好等優(yōu)點，但是若QPSK在I路、Q路信號同時改變時，其已調信號的相位就會發(fā)生π相跳變，而當I路、Q路中只有一路發(fā)生改變時，其已調信號的相位則發(fā)生π/2相的跳變，這些相位跳變就會使得QPSK已調信號的功率譜旁瓣擴大，且旁瓣衰減會較慢。這種變化在帶寬足夠寬的理想傳輸系統(tǒng)中，其影響是可以忽略的，但是在實際的帶限通信系統(tǒng)中，則需對已調信號的帶寬進行限制［6-7］。然而經過限帶后的QPSK信號包絡則不再恒定。雖然可以采用非線性功率放大技術來減弱限帶后的QPSK信號包絡起伏，但這種操作又會使得信號功率譜旁瓣增生，頻譜發(fā)生擴展，進而影響到鄰近信號，造成頻譜干擾。若對限帶QPSK信號采用線性功放，其功率轉換效率又太低?；诖?，便產生出一種適合非線性功率放大的帶限數字調制方式——偏移四相移相鍵控（OQPSK）［8-9］。OQPSK是對QPSK進行了一定改進的一種新型的恒包絡移相鍵控調制方式。

1 OQPSK恒包絡調制技術

OQPSK信號的產生過程如圖1所示。首先，它將攜帶信息的雙極性二進制序列串并變換成速率減半的I路和Q支路后，對Q路碼元作了一個Tb延時，使得Q路與I路碼元在時間上有了一個Tb間隔的偏移，然后再對這兩路信號進行正交調制。

進行OQPSK調制的各個步驟波形如圖2所示。從圖2中可以清楚地看出，OQPSK信號包絡恒定，屬于恒包絡調制方式；由于Q路的二進制信號延遲了Tb，使得I路和Q路的二進制信號不再“同步”，所以不會同時發(fā)生改變，即：當I路和Q路二進制信號中有一路信號發(fā)生改變時，OQPSK信號的相位發(fā)生π/2相的跳變，而當I路和Q路的二進制信號都不發(fā)生變化時，OQPSK信號的相位不發(fā)生跳變。所以OQPSK信號只有0和種相位跳變值，而不可能出現像QPSK那樣發(fā)生π相的跳變。

由于OQPSK也可以看成是同相支路及正交支路的BPSK信號疊加，所以理論上OQPSK的功率譜與QPSK相同。但是當通過帶限非線性信道時，OQPSK信號的頻譜展寬要小于QPSK的頻譜展寬。

在加性高斯白噪聲信道條件下，OQPSK的最佳接收端結構如圖3所示。由圖3可以看出，其解調過程基本與QPSK的相干解調過程一致，僅僅只在判決時刻讓正交支路比同向支路延時了一個Tb的時間間隔。

理論上可以證明，OQPSK與QPSK的最佳接收平均誤比特率相同。當發(fā)送端二進制信源序列中“0”、“1”符號等概率出現時，OQPSK系統(tǒng)的平均誤比特率Pe可表示為

其中Eb=(A2/2)Tb，是平均比特能量，N0為平均噪聲功率。

2 OQPSK-CO-OFDM系統(tǒng)仿真

眾所周知，正交頻分復用（OFDM）技術固有的高PAPR特性、追求高速率帶來的子載波密集特性、單模光纖的材料特性，以及高PAPR導致的馬赫增德爾（MZ）調制器調制深度過深，共同決定了非線性損傷是影響CO-OFDM系統(tǒng)性能最為關鍵的因素之一。

2.1 僅考慮非線性損傷時的系統(tǒng)性能

仿真研究了非線性損傷對系統(tǒng)性能的影響，仿真系統(tǒng)的相關參數配置：激光器線寬為0，不考慮光纖的色度色散和偏振模色散，OFDM系統(tǒng)的子載波數為256，循環(huán)前綴長度為25%。圖4給出了在傳輸500千米后，基于QPSK和基于OQPSK的CO-OFDM系統(tǒng)的誤碼率隨入纖光功率的變化關系曲線。從圖4中可以清楚地看出，由于系統(tǒng)只考慮了光纖的非線性效應，所以系統(tǒng)的誤碼率隨著入纖功率的增加呈指數趨勢增長，若再繼續(xù)增加入纖功率，則會對系統(tǒng)造成相當嚴重的難以恢復的損傷；由于2種子載波調制方式都是恒包絡的，具有較低的PAPR，所以當入纖光功率在一定的范圍時，對非線性損傷有較好的容忍性；比較2種子載波調制格式的CO-OFDM系統(tǒng)性能容易發(fā)現，基于OQPSK的系統(tǒng)性能要優(yōu)于基于QPSK的系統(tǒng)。

2.2 同時考慮非線性損傷和ASE噪聲時的系統(tǒng)性能

保持系統(tǒng)其他仿真參數不變，在同時考慮了摻鉺光纖放大器（EDFA）的ASE噪聲和光纖的非線性損傷情況下，傳輸500千米后的系統(tǒng)誤碼率隨入纖光功率變化情況如圖5所示。從圖5可以明顯地看到，隨著入纖光功率的增加，系統(tǒng)的誤碼率出現先降低后升高的情況，這是因為同時考慮了ASE噪聲和非線性損傷：當入纖光功率較低的時候，與入纖光功率緊密相關的非線性效應還很小，對系統(tǒng)性能幾乎沒有影響，而此時較低的信號功率凸顯出了ASE噪聲的作用，所以低功率時起決定作用的是ASE噪聲。而功率高時，與圖4的分析結果一樣，非線性損傷成為影響系統(tǒng)性能的決定性因素。對比得出，在同時考慮非線性損傷和ASE噪聲情況下，基于OQPSK的系統(tǒng)性能優(yōu)于QPSK系統(tǒng)性能。

3 結 論

本文將OQPSK恒包絡調制技術引入到COOFDM傳輸系統(tǒng)中，以克服OFDM調制所帶來的高PAPR問題。仿真結果表明，OQPSK恒包絡COOFDM系統(tǒng)的抗ASE噪聲性能和抗非線性損傷性能要優(yōu)于QPSK恒包絡CO-OFDM系統(tǒng)，且OQPSK調制非常適用于帶限通信系統(tǒng)。