通信信号调制技术

乐乐天

[TABLE][TR][TD]
1. 四相移相键控(QPSK)调制
- [: {: y" I% W& Z4 @5 O* [& D. V5 r* _
% C" U/ [& V6 y- ^' x- p
/ O: l1 e8 x2 ^* j6 q& _/ C" f[PP]首先简单介绍一下二相移相键控(QPSP)。二进制序列的数字信息“1”和“0”，分别用载波的

[PP]相位0和π这两个离散值来表示，这种调制方式称作二相移相键控。其表达式为
! u% y2 o' V* c: w; G& B3 D+ F

[PP][COLOR=#000080] S(t) = Acos[ω[SUB]c[/SUB]·t +Φ(t)] （1—1） [/COLOR]


* o& W/ @& i* Z& s8 q8 r[PP][COLOR=#000080]其中S(t)为调制器输出信号，A、ω[SUB]c[/SUB]、Φ(t)分别为载波幅度、角频率、瞬时相位。式中的Φ(t)[/COLOR]
6 f- Z% v0 t. F
" j- w+ N }3 P[PP]取值0或π，由数字信息比特取“1”或取“0”决定。按照选用的参考相位标准不同，移频键控分

" z# [4 p7 v! ~' N0 I ][PP][COLOR=#000080]为绝对移相(BPSK)和相对移相(DPSK)两种。BPSK和DPSK信号的功率谱密度是完全相同的，它是抑制了载波分量的连续波。信号带宽约为二元比特率r[SUB]b[/SUB]的两倍。 [/COLOR]
/ p; o& w# _( w" i& Q

6 J, _# W& @" c' [[PP][COLOR=#000080]由于2PSK信号占用带宽约为2r[SUB]b[/SUB]；其相位路径不连续，在数据极性转换时刻，相位发生180°[/COLOR]

[PP]突跳，2PSK已调波功率谱高频滚降慢。为了提高频带利用率而提出了四相PSK(即QPSK)；为了进一步减小QPSK已调波的相位突跳值，又出现了交错正交移相键控O—QPSK。它们仍
9 `, h0 _/ o4 ^0 b: Y2 `0 P6 P: D
[PP]属于不连续相位路径的数字调制。
$ S# Q0 q3 s8 I$ ~

[PP]
1.1 QPSK信号调制

8 b& c: d+ y7 y4 B+ O
[PP] 减小传输信号频带来提高信道频带利用率，可以将二进制数据变换为多进制(即N进制)数

) H6 `# k4 Y7 Q6 u* }) \0 V" c[PP]据来传输。多进制的基带信号对应于载波相位的多个相位值，就是多相移相键控(NPSK)，
+ @9 J; Q# M/ @' g2 A. q4 v
[PP]可表示为

! A4 P; A$ E/ x! d6 n( t
[PP][COLOR=#000080] S(t) = Acos[ω[SUB]0[/SUB]·t +m[SUB]n[/SUB](t)·⊿Φ+Φ[SUB]0[/SUB]] （1—2） [/COLOR]

% I; N i9 @7 Y
* z3 f: L8 R, d8 C[PP][COLOR=#000080]式中m[SUB]n[/SUB](t)为非归零n电平的对称基带信号，例如±1，±2，±3，……；⊿Φ=2π/n为相邻信号[/COLOR]
- P- w ?: }; T
7 z" V- H; {! D* ~[PP][COLOR=#000080]的相位间隔，Φ[SUB]0[/SUB]为初始相位。 [/COLOR]


+ \: P( C2 V; `% h, P# B[PP] 多相调制与二相调制相比，既可以压缩信号的频带，又可以减小由于信道特性引起的码间
4 m% Z5 {! ]- q, G$ N$ Y1 p
$ I, h7 _/ T/ V# Y2 {2 F[PP]串扰的影响，从而提高了数字通信的有效性。
9 C3 B m4 @& L1 ~5 j. x9 v
; v) i' {/ _& Z1 N( ^
( y1 [" |5 I' _ j* a, _: o[PP] 但在多相调制时，相位取值数增大，信号之间的相位差也就越小，传输的可靠性将随之

; ]% \9 Q9 X" g) V! V[PP]降低，因而，实际中用得较多的多相调制是四相制和八相制。
! p6 p; ~* @2 w, f& p# h j
6 T! L6 E- V. e8 Y. Y, @
[PP]


[PP] 四相绝对移相调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是四进制移相

4 f: m4 D% u& |[PP]键控。但是调制器输入的数据是二进制数字序列。为了能和四进制的载波相位配合起来，

, u5 _, C$ \7 U- c& Y' x# z) ^) \[PP]则需要把二进制数据变换为四进制数据，这就是说需要把二进制数字序列中每两个比特分

0 |9 V# h, N! s2 }+ r7 O5 z[PP]成一组，共有四种组合，即00，01，10，11，其中每一组称为双比特码元。每一个双比特
; w& ]/ {2 l6 U* |# O1 J
[PP]码元是由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号，我们用
4 v" q9 K2 Q3 Q
# _5 S* I& \0 Q[PP][COLOR=#000080]X[SUB]i[/SUB]表示双比特码元中前一个信息比特，用Y[SUB]i[/SUB]表示后一个信息比特，在发端可由串／并转换[/COLOR]

[PP]电路来完成这种二—四进制变换，而在收端则可通过并／串变换电路来实现其反变换。
C- d2 _ H' r- j" U9 s

[PP][COLOR=#000080]我们知道，四相调相信号的载波相位可以取由 Φ[SUB]0 [/SUB]+ 0°、Φ[SUB]0 [/SUB]+ 90°、 [/COLOR]

+ f: @1 j& w& ~1 C5 ^
[PP][COLOR=#000080]Φ[SUB]0 [/SUB]+ 180°、Φ[SUB]0 [/SUB]+ 270°四个值，其中Φ[SUB]0[/SUB]为起始相位。因此载波相位也可以用四进制码来[/COLOR]
+ P5 G' I4 K( v& X8 T; X8 h9 L3 F3 Z
[PP]表示。其对应顺序依次为0，1，2，3，这种一一对应的逻辑关系是固定不变的。而双比
' M; ~4 P+ K& |6 L4 j, K
[PP]特码元与四进制0、1、2、3之间一一对应的逻辑关系，