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PSK的调制解调要点.pdf
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1 引言
通信按照传统的理解就是信息的传输。在当今高度信息化的社会,信息和
通信已成为现代社会的命脉。信息作为一种资源,只有通过广泛的传播与交流,
才能产生利用价值,促进社会成员之间的合作,推动社会生产力的发展,创造
出巨大的经济效益。而通信作为传输信息的手段或方式,与传感技术,计算机
技术相互融合,已为 21 世纪国际社会和世界经济发展的强大推动力。
1.1 数字通信系统的模型
按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号,相应的将通信系统分为模拟
通信系统和数字通信系统。模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系
统,模拟信号有时也称连续信号。而数字通信系统是利用数字信号来传递信息
的通信系统。数字信号有时也称为离散信号。近年来数字通信的发展远远超过
模拟通信,数字通信在各个领域的应用也越来越广泛。本文讨论的也是数字通
信中调制解调原理。数字通信系统的一般模型如图 1 所示。
信
息
源
信
源
编
码
加
密
信
道
编
码
数
字
调
制
信道
躁声源
数
字
解
调
信
道
译
码
解
密
信
源
译
码
受
信
者
图 1 数字通信系统模型
其中,信源编码有两个基本功能:一是提高信息传输的有效性,即设法减
少码元数目和降低码元速率。二是完成数/模转换,即当信息源给出的是模拟信
号时,信源编码器将其转换成数字信号,信源译码是信源编码的逆过程。信道
编码的目的是增强数字信号的抗干扰能力,信道译码是信道编码的逆过程。加
密和解密是为了保证所传信息的安全。数字调制就是将数字基带信号的频谱搬
移到高频处,形成适合在信道中传输的带通信号。图 1 为数字通信系统的一般
化模型,实际的数字通信系统不一定包含图中的所有环节。模拟信号经过数字
编码后也可以在数字通信系统中传输。
1.2 数字通信的特点
目前,数字通信在不同的通信业务中都得到了广泛的应用,究其原因也是
数字通信相较于模拟同通信具有以下的一些优点。
(1)数字通信系统抗干扰能力强,且噪声不积累。数字通信系统中传输的
1
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/85858002/bg2.jpg)
是离散取值的数字波形,接受端的目标不是精确的还原被传输的波形,而是从
受噪声干扰的信号中判决出发送端所发送的事两个状态总的哪一个即可。
(2)数字通信系统传输差错可控。在数字通信系统中,可通过信道编码技
术进行检错和纠正,降低误码率,提高传输质量。
(3)数字通信系统便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变
换、存储。这种数字处理的灵活性表现为可以将来自不同信源的信号综合到一
起传输。
(4)数字通信系统易于集成,使通信设备微型化,重量轻。
(5)
数字通信系统易于加密处理,且保密性好。
1.3 数字调制的现状及发展趋势
数字通信系统的优势明显,但同时也存在一些缺陷,需要较宽的传输带宽。
在现代通信中,随着大容量和远距离数字通信技术的发展,信道的带宽限制和
非线性对传输信号的影响越来越来重要。于是,新的数字调制方式逐渐出现。
这些调制方式尽量减小信道对所传输信号的影响,以便在有限的带宽资源条件
下获得更高的传输速率。多进制调制是提高谱利用率的有效方法,恒包络技术
能适应信道的非线性,并保持较小的频带利用率。近些年来,新发展的数字调
制技术有最小移频键控(MSK),高斯滤波最小移频键控(GMSK),正交幅度调制
(QAM),正交频分复用调制(OFDM)等等。
近年来,随着半导体技术和信号处理技术的不断发展,用户对信道资源要
求不断提高,移动性能用户也不断增加。卫星通信技术的发展,军用制导通信
技术和深空探测技术的不断发展使高速率的调制技术成为可能。随着软件无线
电技术的加速发展,Doppler 频差影响不断加大,数字调制技术将能适应复杂
干扰环境下通信方式和更高频段的通信。
2
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2 PSK 的基本原理
2.1 2PSK 调制解调的基本原理
相移键控是利用载波的不同相位来传递数字信息,而振幅和频率保持不变。
在 2PSK 中,通常用初始相位 0 和π分别表示二进制“0”和“1”。因此,2PSK
信号的时域表达式为
e
2PSK
(t) Acos
c
t
n
(1)
其中,
n
表示第 n 个符号的绝对相位:
0
n
发送
“
0
”
时
发送
“
1
”
时
(2)
因此,式(2)可以改写为
Acos
c
t
e
2PSK
(t)
Acos
c
t
概率为P
概率为1 P
(3)
由于表示信号的两种码元的波形相同,极性相反,故 2PSK 信号一般可以
表述为一个双极性(bipolarity)全占空(100% duty ratio)矩形脉冲序列
与一个正弦载波的相乘,即
e (t) s(t) cos
t
2PSK c
(4)
其中
s(t)
a
n
g(t nT
s
)
n
(5)
这里,g(t)是脉宽为
T
s
的单个矩形脉冲,而
a
n
的统计特性为
1
a
n
1
概率为P
概率为1 P
(6)
3
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/85858002/bg4.jpg)
即发送二进制符号“0”时(
a
n
取+1),
e
2PSK
(t)
取 0 相位;发送二进制符号“1”
时(
a
n
取-1),取π相位。这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数
字信号的调制方式,称为二进制绝对相移方式。调制方法有模拟调制和键控法,
解调方法通常采用的是相干解调法。下面是 2PSK 的调制解调原理框图。
s(t)
双极性不归
零
e
2PSK
(t)
o
开关电路
e
2PSK
(t)
码型变换 乘法器
cosω
c
t
cosω
c
t
180
0
相移
(a)模拟调制方法
(b)键控法
图1 2PSK 信号的调制原理框图
输出
带 通 滤 波
相 乘 器
低 通 滤 波
抽样判决
cosω
定
c
t
时
脉
冲
图 2 2PSK 信号的解调原理框图
2.2 4PSK 调制解调的基本原理
4PSK 即四进制移向键控,又叫 QPSK。4PSK 是英文 Quadrature Phase Shift
Keying 的简称,意为正交相移键控,是一种数字调制方式。19 世纪 80 年代中
期以后,四相绝对移相键控(QPSK)技术以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利
用率高等优点,广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、
移动通信及有线电视系统之中。
4PSK 利用载波的四种不同相位来表示数字信息,由于每一种载波相位代表
两个比特信息,因此每个四进制码元可以用两个二进制码元的组合来表示。下
图为 4PSK 的相位矢量图。
4
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135
o
01
10
90
o
00
0
o
11
180
o
参考相位
00
225
o
01
270
o
图 3 4PSK 信号相位φ
n
矢量图
45
o
11
参考相位
10
315
o
在表示每个四进制码元的两个二进制码元中,前一比特用 a 表示,后一比
特用 b 表示。则双比特 ab 与载波相位的关系入下表所示。
表 1 双比特 ab 与载波相位的关系
双比特码元
a
0
载波相位(φ
n
)
b
0
0
1
1
A 方式
0
o
90
o
180
o
270
o
B 方式
225
o
315
o
45
o
135
o
1
1
0
四进制信号可等效为两个正交载波进行双边带调制所得信号之和。
2.2.1 4PSK 的调制原理
4PSK 的调制方法有正交调制方式(双路二相调制合成法或直接调相法)、
相位选择法、插入脉冲法等。本文中采用的是正交调制方式。下图是正交调制
的原理框图。
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