數(shù)字調(diào)制信號(hào)又稱為鍵控信號(hào)， 其調(diào)制過(guò)程是用鍵控的方法由基帶信號(hào)對(duì)載頻信號(hào)的振幅、頻率及相位進(jìn)行調(diào)制。這種調(diào)制的最基本方法有三種： 振幅鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)， 同時(shí)可根據(jù)所處理的基帶信號(hào)的進(jìn)制不同分為二進(jìn)制和多進(jìn)制調(diào)制(M進(jìn)制)。多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與二進(jìn)制相比， 其頻譜利用率更高。其中， QPSK (即4PSK) 是MPSK (多進(jìn)制相移鍵控) 中應(yīng)用較廣泛的一種調(diào)制方式。為此， 本文研究了基于DSP的BPSK以及DPSK的調(diào)制電路的實(shí)現(xiàn)方法， 并給出了DSP調(diào)制實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
1 BPSK信號(hào)的調(diào)制實(shí)現(xiàn)
二進(jìn)制相移鍵控(BPSK) 是多進(jìn)制相移鍵控(MPSK) 的基礎(chǔ)， 2PSK是鍵控的載波相位按基帶脈沖序列的規(guī)律而改變的一種數(shù)字調(diào)制方式。
2PSK信號(hào)形式一般可表示為：
用已調(diào)信號(hào)載波的0相位和π相位分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的1和0的相位鍵控方式， 通常被稱為絕對(duì)移相方式。2PSK信號(hào)的調(diào)制框圖如圖1所示。圖2是2PSK信號(hào)的軟件實(shí)現(xiàn)流程圖。
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圖1 2PSK信號(hào)調(diào)制原理圖
圖2 2PSK信號(hào)產(chǎn)生流程圖
當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180°倒相時(shí)， 其解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好相反， 此時(shí)的解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò)。這種現(xiàn)象稱為“倒π” 或“反向工作” 現(xiàn)象。為此， 一般不采用2PSK方式， 而采用一種所謂的相對(duì)(差分) 移相(2DPSK) 方式。
2DPSK是利用前后相鄰碼元的相對(duì)載波相位值來(lái)表示數(shù)字信息的一種方式。2DPSK信號(hào)相位的變化規(guī)律是： 信息代碼(絕對(duì)碼) 為“1” 時(shí)，本碼元內(nèi)2DPSK信號(hào)的初相相對(duì)于前*元內(nèi)2DPSK信號(hào)的末相變化1800； 信息代碼為“0”時(shí)， 本碼元內(nèi)2DPSK信號(hào)的初相相對(duì)于前*元內(nèi)2DPSK信號(hào)的末相不變化。2DPSK的實(shí)現(xiàn)方法是首先對(duì)二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼， 將絕對(duì)碼表示的二進(jìn)制信息變換為用相對(duì)碼表示的信息， 然后再進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相， 從而產(chǎn)生二進(jìn)制差分相位鍵控信號(hào)。2DPSK信號(hào)調(diào)制過(guò)程中的波形圖如圖3所示。其中絕對(duì)碼與相對(duì)碼的轉(zhuǎn)換模式如圖4所示：
圖3 2DPSK信號(hào)調(diào)制過(guò)程波形圖
圖4 絕對(duì)碼與相對(duì)碼的互相轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖
在2DPSK的解調(diào)過(guò)程中， 相干載波產(chǎn)生的相位模糊會(huì)使解調(diào)出的相對(duì)碼產(chǎn)生倒置現(xiàn)象。但經(jīng)過(guò)碼反變換器后， 由于輸出的絕對(duì)碼不會(huì)發(fā)生任何倒置現(xiàn)象， 因而就不會(huì)出現(xiàn)“倒π” 現(xiàn)象。圖5所示是2PSK和4DPSK的信號(hào)波形比較圖。
圖5 2PSK和2DPSK信號(hào)的波形圖
2 QPSK信號(hào)的調(diào)制實(shí)現(xiàn)
四相制相位調(diào)制是多項(xiàng)制數(shù)字相位調(diào)制的一種， 在多項(xiàng)制中， 使用最廣泛的是四相制和八相制。本文主要介紹QPSK信號(hào)的調(diào)制實(shí)現(xiàn)。多進(jìn)制相位調(diào)制的一般表示式為：
在多進(jìn)制相位調(diào)制中， 四進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制(QPSK) 信號(hào)是最常用的調(diào)制方式， 設(shè)計(jì)時(shí)可取可能的四種相位之一， 例如： 0， π/2， π， 3π/2。QPSK信號(hào)的產(chǎn)生可分為調(diào)相法和相位鍵控法。
用調(diào)相法產(chǎn)生QPSK信號(hào)的原理圖如圖6所示。
圖6 QPSK信號(hào)的調(diào)制原理圖
圖6中， 串/并變換器可將輸入的二進(jìn)制序列依次分為兩個(gè)并行的雙極性序列， 這兩路雙極性的脈沖可通過(guò)兩個(gè)平衡調(diào)制器分別對(duì)同相載波及正交載波進(jìn)行二相調(diào)制， 然后將輸出疊加， 即可得到四相移相信號(hào)。QPSK調(diào)制信號(hào)波形圖如圖7所示。圖8所示是QPSK信號(hào)的軟件實(shí)現(xiàn)流程圖。
圖7 QPSK調(diào)制信號(hào)波形圖
圖8 QPSK信號(hào)產(chǎn)生流程圖
QDPSK信號(hào)的產(chǎn)生在二相調(diào)制時(shí)已經(jīng)指出，而為了得到2DPSK信號(hào)， 則應(yīng)先將絕對(duì)碼變換成相對(duì)碼， 然后用相對(duì)碼對(duì)載波進(jìn)行絕對(duì)相移。同樣， QDPSK信號(hào)的產(chǎn)生也可以采用這種方法。即先將輸入的雙比特經(jīng)碼型變換后， 再用碼變換器輸出的雙比特進(jìn)行四相絕對(duì)相移， 這樣， 其所得到的輸出信號(hào)便是四相相對(duì)移相信號(hào)。因此，QDPSK信號(hào)的產(chǎn)生流程圖只是比QPSK多了一個(gè)碼變換器， 其碼變換器的實(shí)現(xiàn)方式如圖9所示。
圖9 QDPSK信號(hào)的碼變換器
事實(shí)上， 碼變換器的作用是將輸入的雙比*ab 轉(zhuǎn)換成雙比*cd， 且要求由cd 產(chǎn)生的QDPSK信號(hào)與ab的關(guān)系能滿足表1所列的要求。
表1 QDPSK信號(hào)相位編碼邏輯關(guān)系
由表1可見， 當(dāng)輸入雙比特?cái)?shù)據(jù)為00時(shí)， 調(diào)相信號(hào)的載波相位相對(duì)于前一雙比*元的載波相位不會(huì)變化； 而當(dāng)輸入雙比特?cái)?shù)據(jù)為01時(shí)， 調(diào)相信號(hào)的載波相位相對(duì)于前一雙比*元的載波相位變化90°， 其余依次類推。
考慮到絕對(duì)移相中會(huì)存在“倒” 現(xiàn)象， 通常會(huì)相對(duì)移相(QDPSK) 方式來(lái)代替QPSK調(diào)制。對(duì)于多相調(diào)制信號(hào)， 將k個(gè)信息比特映射到M=2k個(gè)可能的相位上去可以有很多種方法， 其中優(yōu)先考慮的是用格雷編碼。在這種編碼方式中， 相鄰相位只差一個(gè)二進(jìn)制比特， 如果噪聲造成傳輸相位選取相鄰相位錯(cuò)誤引起時(shí)， 在用格雷編碼的比特序列中， 只會(huì)產(chǎn)生一個(gè)單一比特的差錯(cuò)。
3 結(jié)束語(yǔ)
高速數(shù)字突發(fā)通信通常需要快速、高效地對(duì)接收信號(hào)的位定時(shí)和載波初始相位信息進(jìn)行估計(jì)， 而采用本文的關(guān)于BPSK及QPSK信號(hào)的調(diào)制方法， 在軍事、民用領(lǐng)域都具有十分廣泛的應(yīng)用價(jià)值， 并能應(yīng)用于各種數(shù)字通信領(lǐng)域。