數字調制信號又稱為鍵控信號， 其調制過程是用鍵控的方法由基帶信號對載頻信號的振幅、頻率及相位進行調制。這種調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)， 同時可根據所處理的基帶信號的進制不同分為二進制和多進制調制(M進制)。多進制數字調制與二進制相比， 其頻譜利用率更高。其中， QPSK (即4PSK) 是MPSK (多進制相移鍵控) 中應用較廣泛的一種調制方式。為此， 本文研究了基于DSP的BPSK以及DPSK的調制電路的實現方法， 并給出了DSP調制實驗的結果。
1 BPSK信號的調制實現
二進制相移鍵控(BPSK) 是多進制相移鍵控(MPSK) 的基礎， 2PSK是鍵控的載波相位按基帶脈沖序列的規律而改變的一種數字調制方式。
2PSK信號形式一般可表示為：
用已調信號載波的0相位和π相位分別表示二進制數字基帶信號的1和0的相位鍵控方式， 通常被稱為絕對移相方式。2PSK信號的調制框圖如圖1所示。圖2是2PSK信號的軟件實現流程圖。
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圖1 2PSK信號調制原理圖
圖2 2PSK信號產生流程圖
當恢復的相干載波產生180°倒相時， 其解調出的數字基帶信號將與發送的數字基帶信號正好相反， 此時的解調器輸出數字基帶信號全部出錯。這種現象稱為“倒π” 或“反向工作” 現象。為此， 一般不采用2PSK方式， 而采用一種所謂的相對(差分) 移相(2DPSK) 方式。
2DPSK是利用前后相鄰碼元的相對載波相位值來表示數字信息的一種方式。2DPSK信號相位的變化規律是： 信息代碼(絕對碼) 為“1” 時，本碼元內2DPSK信號的初相相對于前*元內2DPSK信號的末相變化1800； 信息代碼為“0”時， 本碼元內2DPSK信號的初相相對于前*元內2DPSK信號的末相不變化。2DPSK的實現方法是首先對二進制數字基帶信號進行差分編碼， 將絕對碼表示的二進制信息變換為用相對碼表示的信息， 然后再進行絕對調相， 從而產生二進制差分相位鍵控信號。2DPSK信號調制過程中的波形圖如圖3所示。其中絕對碼與相對碼的轉換模式如圖4所示：
圖3 2DPSK信號調制過程波形圖
圖4 絕對碼與相對碼的互相轉換結構圖
在2DPSK的解調過程中， 相干載波產生的相位模糊會使解調出的相對碼產生倒置現象。但經過碼反變換器后， 由于輸出的絕對碼不會發生任何倒置現象， 因而就不會出現“倒π” 現象。圖5所示是2PSK和4DPSK的信號波形比較圖。
圖5 2PSK和2DPSK信號的波形圖
2 QPSK信號的調制實現
四相制相位調制是多項制數字相位調制的一種， 在多項制中， 使用最廣泛的是四相制和八相制。本文主要介紹QPSK信號的調制實現。多進制相位調制的一般表示式為：
在多進制相位調制中， 四進制數字相位調制(QPSK) 信號是最常用的調制方式， 設計時可取可能的四種相位之一， 例如： 0， π/2， π， 3π/2。QPSK信號的產生可分為調相法和相位鍵控法。
用調相法產生QPSK信號的原理圖如圖6所示。
圖6 QPSK信號的調制原理圖
圖6中， 串/并變換器可將輸入的二進制序列依次分為兩個并行的雙極性序列， 這兩路雙極性的脈沖可通過兩個平衡調制器分別對同相載波及正交載波進行二相調制， 然后將輸出疊加， 即可得到四相移相信號。QPSK調制信號波形圖如圖7所示。圖8所示是QPSK信號的軟件實現流程圖。
圖7 QPSK調制信號波形圖
圖8 QPSK信號產生流程圖
QDPSK信號的產生在二相調制時已經指出，而為了得到2DPSK信號， 則應先將絕對碼變換成相對碼， 然后用相對碼對載波進行絕對相移。同樣， QDPSK信號的產生也可以采用這種方法。即先將輸入的雙比特經碼型變換后， 再用碼變換器輸出的雙比特進行四相絕對相移， 這樣， 其所得到的輸出信號便是四相相對移相信號。因此，QDPSK信號的產生流程圖只是比QPSK多了一個碼變換器， 其碼變換器的實現方式如圖9所示。
圖9 QDPSK信號的碼變換器
事實上， 碼變換器的作用是將輸入的雙比*ab 轉換成雙比*cd， 且要求由cd 產生的QDPSK信號與ab的關系能滿足表1所列的要求。
表1 QDPSK信號相位編碼邏輯關系
由表1可見， 當輸入雙比特數據為00時， 調相信號的載波相位相對于前一雙比*元的載波相位不會變化； 而當輸入雙比特數據為01時， 調相信號的載波相位相對于前一雙比*元的載波相位變化90°， 其余依次類推。
考慮到絕對移相中會存在“倒” 現象， 通常會相對移相(QDPSK) 方式來代替QPSK調制。對于多相調制信號， 將k個信息比特映射到M=2k個可能的相位上去可以有很多種方法， 其中優先考慮的是用格雷編碼。在這種編碼方式中， 相鄰相位只差一個二進制比特， 如果噪聲造成傳輸相位選取相鄰相位錯誤引起時， 在用格雷編碼的比特序列中， 只會產生一個單一比特的差錯。
3 結束語
高速數字突發通信通常需要快速、高效地對接收信號的位定時和載波初始相位信息進行估計， 而采用本文的關于BPSK及QPSK信號的調制方法， 在軍事、民用領域都具有十分廣泛的應用價值， 并能應用于各種數字通信領域。