【文章內(nèi)容簡介】 ) 00 b(0) 圖 26 4PSK 矢量的產(chǎn)生 對 4PSK 的解調(diào)也可以采用跟 2PSK 信號相似的解調(diào)方法，因此它可以看成是由兩個載 相乘 電路 串 /并 變換 相干載 波產(chǎn)生 ?/2 相移 相乘 電路 相加 電路 基于 MATLAB 的 MPSK 性能分析 9 波正交的 2PSK 信號合成起來的。 4PSK 信號相干解調(diào)的原理方框圖如圖 27所示。 a t0cos? )(tA )(ts t0sin?? b 圖 27 4PSK 相干解調(diào)原理圖 圖中，兩個相互正交的相干載波可以分別分離出兩個分量 a和 b，然后再經(jīng)過并 /串變換器后就可以恢復(fù)原來的二進制雙比特串行數(shù)字 信號 [11]。這個方法也被稱作極性比較法。 8PSK 調(diào)制解調(diào) 在八相相移鍵控調(diào)制中，每個碼元含有 3 個比特信息，這 3個比特可以用 a,b,c 來表示。 在編碼的時侯，首先要把發(fā)送端的碼元序列按每 3 個比特分成一個組，再用 k? 來表示它，其中相位 k? 有八種情況。所以這 3 個比特就可以組成八種組合： 000、 00 0 01100、 10 110 與 111。圖 28 所示的是 8PSK 的矢量圖。 2? （ 101） （ 111） 43? 4? （ 100） ? （ 110） 0 相位（ 000） 43?? （ 010） 4?? （ 001） 相乘 低通 抽判 并 /串 抽判 低通 相乘 ?/2 載波 提取 定時 提取 基于 MATLAB 的 MPSK 性能分析 10 2?? （ 011） 圖 28 8PSK 矢量圖 8PSK 信號調(diào)制的方法跟 4PSK 類似，既可以選用相位選擇法，也可以選用相乘電路法來產(chǎn)生。本文主要介紹第二種方法，其原理框圖如 29 所示。 )(tI b1 ka tc?cos 二進制 8PSK 信息 b3 信號 tc?sin kb b2 )(tQ 圖 29 8PSK 相乘電路法原理框圖 輸入的二進制碼元信息序列被串 /并變換電路變成三路碼元 b1b2b3，每個碼元持續(xù)的時間是原來的碼元持續(xù)時間的三倍，因而，對于每一路來說，總時間和原信號持續(xù)的總時間一致，以保持與信號的同步。其中， b1和 b3被送到同相支路上的電平變換器，然后輸出的電平幅度值為 ka ，而 b2和 b3被送到正交支路上的電平變換器，輸出的電平幅度值為 kb 。把 ka 跟 kb 這兩個不同幅度的而相互正交的矢量合成之后就可以獲得 8PSK 信號。 其中，同相支路上信號的極性是由 b1 來確定的，當(dāng)其分別為 0 和 1 時，同路信號的極性分別為 1和 1。正交支路上信號的極性是由 b2 來決定的，其極性判斷與 b1相同。 而同相跟正交這兩個支路的幅度是由 b3 來決定的。 8PSK 信號雙正交相干解調(diào)的原理框圖如 圖 210 所示。 電平 變換 串 /并 變換 電平 變換 載波 發(fā)生器 90o 移相 倒相 基于 MATLAB 的 MPSK 性能分析 11 b1 b2 8PSK 信號 載波 初相 0 b3 b3xorb4 b4 載波 初相 4/?? 圖 210 8PSK 解調(diào)原理框圖 由圖可見， 這里有四個不同相位的本地載波，分別分 0，π /2， π /4，π /4，其頻率與發(fā)送端載波一樣。四個不同相位的載波分別與一個周期的已調(diào)信號作乘法運算，然后進行判決。 具體的判決方法是，把所乘結(jié)果的離散數(shù)據(jù)相累加，若其和大于 0，相應(yīng)判決碼就輸出 1，不然就輸出 0。 實際上，由于作乘法運算之后的離散也為一對稱的正弦離散信號，故只需取出此信號內(nèi)的最大值與最小值，進行相加并判斷其正負即可，這樣減少了運算量。其中， b2對應(yīng)于輸入二進制序列的第一位， b1則對應(yīng)于輸入二進制序列的第二位， 而 b3和 b4對應(yīng)于第三位，第三位的取值是 b3b4求同或的值。 多進制差分相移鍵控 由于相位的相對性，即接收方無法通過觀察 PSK接收信號來獲得關(guān)于初始相位 (0相位 )的信息，這樣將會 導(dǎo)致直接使用 PSK 進行傳輸時，基準相位在接收方解調(diào)時發(fā)生不確定性，這種現(xiàn)象稱為 PSK 在傳輸中的相位模糊。由于存在相位模糊，當(dāng)接收方不能通過其他方式 判決 判決 判決 判決 2/? 2/? 基于 MATLAB 的 MPSK 性能分析 12 （例如外置載波同步法）獲取準確的載波相位基準時， PSK 不能直接用于數(shù)據(jù)的傳輸。 對 PSK 相位模糊的改進思路是：將基帶數(shù)據(jù)攜帶在相位的相對變化上，而不是攜帶在絕對相位取值上。通過對基帶數(shù)據(jù)的差分編碼可以實現(xiàn)這一目的，在接受端對解調(diào)數(shù)據(jù)相應(yīng)地進行差分解碼即可還原基帶數(shù)據(jù)。因此，經(jīng)過差分編解碼方法改進后的 PSK 調(diào)制稱為差分（相對）相移鍵控調(diào)制（ DPSK）。與 PSK 一樣， DPSK 調(diào)制相位既可以是二元的，也可以是多元的。常見的 DPSK 調(diào)制方式有 2DPSK(也稱 BDPSK)、 4PSK（也稱 QDPSK）以及 8DPSK。 2DPSK 調(diào)制解調(diào) 2DPSK 又稱作相對相移鍵控，因為它是利用前一個碼元跟后一個碼元的載波相對相位的改變來表征數(shù)字信息的 [12]。也就是說，基帶信號并不是由 2DPSK 信號的相位直接決定的，前一個碼元跟后一個碼元相對相位的差才是唯一決定信息符號的，這與 2PSK 不同。 2DPSK 信號的產(chǎn)生方法：首先把表示數(shù)字信息序列的絕對碼變換成相對碼，即對二進制數(shù)字 基帶信號進行差分編碼，然后再根據(jù)相對碼來進行絕對調(diào)相，這樣就可以生成一個二進制差分相移鍵控信號 [13]。其原理方框圖如圖 211 所示。 0 開關(guān)電路 )(2 teDPSK ? s(t) 圖 211 2DPSK 信號調(diào)制框圖 差分碼的編碼規(guī)則是 1??? nnn bab 其中， ?表示模 2加， na 為絕對碼， nb 為差分碼， 1?nb 為 nb 的前一個碼元，最初的 1?nb 可以任意設(shè)定 [14]。 顯然，差分譯碼就是編碼的逆過程（又稱碼變換），即 1??? nnn bba 相干解調(diào)和碼變換是對二進制 4PSK 信號進行解調(diào)的其中一種方法，即先對信號進行cosωct 180o 移相 碼變換 基于 MATLAB 的 MPSK 性能分析 13 相干解調(diào)，然后恢復(fù)出它的相對碼，再經(jīng)過碼反變換得到絕對碼，這樣就可以恢復(fù)出原來的數(shù)字信息了 [15]。因為是利用前一個碼元跟后一個碼元已調(diào)信號的相位改變來表征 4PSK信號的，所以它不會出現(xiàn)相位模糊。也就是說，經(jīng)過差分反變換后，我們總能夠得到調(diào)制之前正確的絕對碼，所以說， 4DPSK 并不會像 PSK 調(diào)制一樣，會出現(xiàn)對數(shù)據(jù)傳輸有干擾的相位模糊。該方法的原理方框圖如圖 212 所示。 )(2 teDPSK a c d e f 輸出 b cos tc? 定時脈沖 圖 212 原理框圖 2DPSK 信號的另一種解調(diào)方法，就是差分相干解調(diào)法，其解調(diào)原理框圖如圖 213所示。 )(2 teDPSK a c d e 輸出 b 定時脈沖 圖 213 2DPSK 解調(diào)框圖 這里相乘器的作用是相位比較，前一個碼元跟后一個碼元的相位差就是用相乘之后得到的結(jié)果來表示的，再經(jīng)過低通濾波，然后進行抽樣判決，這樣原來的二進制數(shù)碼的信號就可以直接被恢復(fù)出來了 [16]。采用差分相干解調(diào)的好處就是不需要恢復(fù)相干載波。所以，在實際中 2DPSK 常采用這個方法進行解調(diào)。 4DPSK 調(diào)制解調(diào) 四進制相移鍵控 的相位有四個取值： 0o、 90o、 180o和 270o，基于與二進制相移鍵控同樣的原因，在實際中更常采用的是四進制差分相移鍵控（ 4DPSK） [17]。 4DPSK 信號的產(chǎn)生方法跟 4PSK 很像，只是 4DPSK 要先把輸入的基帶信號經(jīng)碼變換器，由它來把絕對碼變成相帶通 濾波器 相乘器 低通 濾波器 抽樣 判決器 延遲 Ts 帶通 濾波器 相乘器 碼反 變換器 低通 濾波器 抽樣 判決器 基于 MATLAB 的 MPSK 性能分析 14 對碼，然后再讓相對碼與載波相乘，這樣就可以完成絕對相移鍵控。其原理方框圖如圖 214所示。 c )(tA a )(ts b d 圖 214 4DPSK 信號原理框圖 圖中的碼反變換電路是將雙碼 ab 變換為 cd，還要求由 cd 產(chǎn)生的 4DPSK 信號相對于ab 是 4PSK 信號，也就是說信號相移總是相對于前一相位相移 90o 。圖中采用兩個 4/? 相移器來代替一個 2/? 相移器，是為了用 A方式編碼，下面的 4DPSK 的解調(diào)也是采用 A方式。4DPSK 的編碼規(guī)則見表 21。 表 21 4DPSK 的編碼規(guī)則 a b k?? a b k?? A 方式 B 方式 A 方式 B 方式 0 0 90o 135o 1 1 270o 315o 0 1 0o 45o 1 0 180o 225o 其中， k?? 表示的是相對相移的值。 可以用兩種方法來對 4DPSK 進行解調(diào)。第一種是極性比較法，它的解調(diào)原理方框圖如圖 215 所示。 串 /并 變換 碼 變換 相乘 電路 載波 產(chǎn)生 相乘 電路 相加 電 路 4/?? 4/? 基于 MATLAB 的 MPSK 性能分析 15 c )(ts a )(