二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）

1、二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）數(shù)字通信技術(shù) 二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）1.1 PSK信號及功率譜密度 以基帶數(shù)字信號控制載波的相位，使載波的相位隨基帶信號的變化而變化稱為數(shù)字調(diào)相，又稱相移鍵控，簡寫為PSK。相移鍵控分為絕對相移鍵控（PSK）和相對相移鍵控(DPSK)兩種方式。相對相移鍵控又稱為差分相移鍵控。 按PSK的基本定義可畫出數(shù)字信號與PSK信號的對應(yīng)波形，如圖6-11所示。圖中(a)是二進(jìn)制數(shù)字序列對應(yīng)的脈沖信號；(b)是載波信號；(c)為二相制絕對相移鍵控信號，記為2PSK；(d)為初相為相的相對相移鍵控，記為2DPSK，(e)為初相為0相的相對相移鍵控或稱差分相移鍵控信號，記為2DP

2、SK。圖6-11 PSK信號的波形 絕對相移鍵控信號的調(diào)制規(guī)則是：數(shù)字信號的“1”碼對應(yīng)于已調(diào)信號的(正弦波)相位；數(shù)字信號的“0”碼對應(yīng)于已調(diào)信號的180（余弦波）相位，或反之。這里的0和180是以未調(diào)載波的0相位作參考相位的。 相對相移鍵控信號的調(diào)制規(guī)則是：數(shù)字信號的“1”碼使已調(diào)信號的相位變化180相位（正弦變余弦或者余弦變正弦）；數(shù)字信號的“0”碼使已調(diào)信號的相位變化0相位（不變），或反之（簡單說就是“遇1變，遇0不變”）。這里的0和180的變化是相對于已調(diào)信號的前一碼元的相位，或者說，這里的變化是以已調(diào)信號的前一碼元相位作參考相位的。 由圖6-11所示相移鍵控信號波形可以看出，相移鍵

3、控信號的每一個碼元的波形，如果單獨(dú)來看就是一個初始的數(shù)字調(diào)幅信號，如抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號就是二相絕對調(diào)相信號。故可知，相移鍵控信號功率譜密度就是載波頻率為的抑制載波的雙邊帶譜，與抑制載波的2ASK功率譜相同。1.2 二相制相移鍵控信號的產(chǎn)生和解調(diào) 12PSK信號的產(chǎn)生和解調(diào) 如前所述，2PSK信號與抑制載波的2ASK信號等效，因此，可以利用雙極性基帶信號通過乘法器與載波信號相乘得到2PSK信號，這是產(chǎn)生2PSK信號的一種方法。 圖6-12(a)給出的是一種用相位選擇法產(chǎn)生2PSK信號的原理框圖。如圖所示，振蕩器產(chǎn)生0、180兩種不同相位的載波，如輸入基帶信號為單極性脈沖，當(dāng)輸入高電位“1”

4、碼時，門電路1開通，輸出相位載波；當(dāng)輸入為低電位時，經(jīng)倒相電路可以使門電路2開通，輸出180相位載波，經(jīng)合成電路輸出即為2PSK信號。圖6-12 2PSK信號的產(chǎn)生和解調(diào) 圖6-12(b)為2PSK信號的解調(diào)電路原理框圖。2PSK信號的解調(diào)需要用相干解調(diào)的方式，即需要恢復(fù)相干載波，由于2PSK信號中無載波頻率分量，所以無法從接收的已調(diào)信號中直接提取相干載波。一般采用倍頻分頻法，如圖6-12(b)所示。將輸入2PSK信號作全波整流，使整流后的信號中含有2頻率的周期波，再利用窄帶濾波器取出2頻率的周期信號，再經(jīng)2分頻電路得到相干載波fc，最后經(jīng)過相乘電路進(jìn)行相干解調(diào)即可輸出基帶信號。 這種2PSK

5、信號的解調(diào)存在一個問題，即2分頻器電路輸出存在相位不定性或稱相位模糊問題，如圖6-13所示。當(dāng)二分頻器電路輸出的相位為0或180不定時，相干解調(diào)的輸出基帶信號就會存在0或1倒相現(xiàn)象，這就是2PSK方式不能直接應(yīng)用的原因所在。解決這一問題的方法就是采用2DPSK方式。圖6-13 二分頻電路相位不定性示意 22DPSK信號的產(chǎn)生和解調(diào) 我們知道PSK和DPSK均是相位變化來反映基帶信號變化的情況，那么兩者之間是否存在內(nèi)在的聯(lián)系呢？答案是肯定的。我們設(shè)an、Dn分別表示絕對碼序列和差分碼序列，由于相對碼是在絕對碼的基礎(chǔ)上變化而成的。其相應(yīng)關(guān)系為 = (6-7) 其中Dn-1為Dn的前移一位。也即在D

6、n的前面加上一位1或者0，不影響計算結(jié)果。 假設(shè)基帶數(shù)字序列為 =10110，則其相對序列為 = 由此可知Dn = 11011。 由圖6-14可見，只要將輸入的基帶數(shù)字序列變換成相對序列，即差分碼序列，然后用相對序列去進(jìn)行絕對調(diào)相，便可得到2DPSK信號。圖6-14 PSK和DPSK的內(nèi)在聯(lián)系圖 圖6-15 2DPSK信號的產(chǎn)生 下面我們看看實際中的兩種碼變換電路。圖6-16 差分碼變換電路 圖6-16給出了兩種碼變換電路。圖6-16 (a)完成式(6-7)的運(yùn)算，其中D觸發(fā)器作一位移位寄存器，延遲一個碼元的時間，即由DN得到DN-1，則an與DN-1模2加即可得DN。圖6-16(b)是用一J

7、K觸發(fā)器實現(xiàn)碼變換功能。當(dāng)an為“1”時，JK觸發(fā)器的JK輸入端為高電位，定時脈沖使Q的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；當(dāng)an為“0”時，JK端為低電位，Q狀態(tài)不變。 2DPSK的解調(diào)有兩種方法：極性比較法和相位比較法。圖6-17所示是極性比較法的實現(xiàn)原理框圖。極性比較法是對2DPSK信號先進(jìn)行2PSK解調(diào)，然后用碼變換器將差分碼變?yōu)榻^對碼。 在進(jìn)行2PSK解調(diào)時，可能會出現(xiàn)“1”，“0”倒相現(xiàn)象，但變換為絕對碼后的碼序列是唯一的，即與倒相無關(guān)。接收端碼變換器的功能是完成Dn到Dn-1的變換，其變換電路如圖6-18所示。由式(6-7)運(yùn)算，應(yīng)有 = (6-8)圖6-17 2DPSK極性比較法解調(diào) 圖6-18 差分碼

8、/絕對碼變換 圖6-18電路可完成式(6-8)的運(yùn)算，圖中D1觸發(fā)器的作用是延遲一個碼元時間；定時脈沖的觸發(fā)沿對準(zhǔn)輸入相對碼的中間時刻，因為模2加電路的兩個輸入波形的變化沿是不對齊，所以用D2使輸出絕對碼為不歸零碼。 2DPSK信號另一種解調(diào)方法是相位比較法，又稱差分相干解調(diào)法。由于2DPSK信號的參考相位是相鄰前一碼元的載波相位，故解調(diào)時可直接比較前后碼元載波的相位，從而直接得到相位差攜帶的數(shù)字信息。相位比較法解調(diào)的原理框圖示于圖6-19。解調(diào)過程的相應(yīng)波形如圖6-20所示。圖6-19 相位比較法解調(diào)的原理框圖 如圖所示，2DPSK信號分成兩路，一路直接到乘法器，另一路經(jīng)延遲一個碼元的時間后作為相干載波也加于乘法器。當(dāng)前后碼元相位相同時，輸出一個正極性脈沖，當(dāng)前后碼元相位相反時，輸出負(fù)脈沖，再經(jīng)低通、取樣判決、倒相以及碼形成電路形成輸出碼元。 由圖6-20可以看到，