基于DSP的PSK信號調(diào)制設(shè)計與實現(xiàn)

     數(shù)字調(diào)制信號又稱為鍵控信號， 其調(diào)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(diào)制。這種調(diào)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(jù)所處理的基帶信號的進制不同分為二進制和多進制調(diào)制(M進制)。多進制數(shù)字調(diào)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(yīng)用較廣泛的一種調(diào)制方式。為此， 本文研究了基于DSP的BPSK以及DPSK的調(diào)制電路的實現(xiàn)方法， 并給出了DSP調(diào)制實驗的結(jié)果。

　　1 BPSK信號的調(diào)制實現(xiàn)

　　二進制相移鍵控(BPSK) 是多進制相移鍵控(MPSK) 的基礎(chǔ)， 2PSK是鍵控的載波相位按基帶脈沖序列的規(guī)律而改變的一種數(shù)字調(diào)制方式。

　　2PSK信號形式一般可表示為：

　　用已調(diào)信號載波的0相位和π相位分別表示二進制數(shù)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(diào)制框圖如圖1所示。圖2是2PSK信號的軟件實現(xiàn)流程圖。

圖1 2PSK信號調(diào)制原理圖

圖2 2PSK信號產(chǎn)生流程圖[!--empirenews.page--]

　　當恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180°倒相時， 其解調(diào)出的數(shù)字基帶信號將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好相反， 此時的解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號全部出錯。這種現(xiàn)象稱為“倒π” 或“反向工作” 現(xiàn)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(shù)字信息的一種方式。2DPSK信號相位的變化規(guī)律是： 信息代碼(絕對碼) 為“1” 時，本碼元內(nèi)2DPSK信號的初相相對于前*元內(nèi)2DPSK信號的末相變化1800； 信息代碼為“0”時， 本碼元內(nèi)2DPSK信號的初相相對于前*元內(nèi)2DPSK信號的末相不變化。2DPSK的實現(xiàn)方法是首先對二進制數(shù)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(diào)相， 從而產(chǎn)生二進制差分相位鍵控信號。2DPSK信號調(diào)制過程中的波形圖如圖3所示。其中絕對碼與相對碼的轉(zhuǎn)換模式如圖4所示：

圖3 2DPSK信號調(diào)制過程波形圖

圖4 絕對碼與相對碼的互相轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖

　　在2DPSK的解調(diào)過程中， 相干載波產(chǎn)生的相位模糊會使解調(diào)出的相對碼產(chǎn)生倒置現(xiàn)象。但經(jīng)過碼反變換器后， 由于輸出的絕對碼不會發(fā)生任何倒置現(xiàn)象， 因而就不會出現(xiàn)“倒π” 現(xiàn)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[!--empirenews.page--]

　　2 QPSK信號的調(diào)制實現(xiàn)

　　四相制相位調(diào)制是多項制數(shù)字相位調(diào)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(diào)制實現(xiàn)。多進制相位調(diào)制的一般表示式為：

　　在多進制相位調(diào)制中， 四進制數(shù)字相位調(diào)制(QPSK) 信號是最常用的調(diào)制方式， 設(shè)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(chǎn)生可分為調(diào)相法和相位鍵控法。

　　用調(diào)相法產(chǎn)生QPSK信號的原理圖如圖6所示。

圖6 QPSK信號的調(diào)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(diào)制器分別對同相載波及正交載波進行二相調(diào)制， 然后將輸出疊加， 即可得到四相移相信號。QPSK調(diào)制信號波形圖如圖7所示。圖8所示是QPSK信號的軟件實現(xiàn)流程圖。

圖7 QPSK調(diào)制信號波形圖[!--empirenews.page--]

圖8 QPSK信號產(chǎn)生流程圖

　　QDPSK信號的產(chǎn)生在二相調(diào)制時已經(jīng)指出，而為了得到2DPSK信號， 則應(yīng)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(chǎn)生也可以采用這種方法。即先將輸入的雙比特經(jīng)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(chǎn)生流程圖只是比QPSK多了一個碼變換器， 其碼變換器的實現(xiàn)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(zhuǎn)換成雙比*cd， 且要求由cd 產(chǎn)生的QDPSK信號與ab的關(guān)系能滿足表1所列的要求。

表1 QDPSK信號相位編碼邏輯關(guān)系

　　由表1可見， 當輸入雙比特數(shù)據(jù)為00時， 調(diào)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(shù)據(jù)為01時， 調(diào)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(xiàn)象， 通常會相對移相(QDPSK) 方式來代替QPSK調(diào)制。對于多相調(diào)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(yōu)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(chǎn)生一個單一比特的差錯。

　　3 結(jié)束語

　　高速數(shù)字突發(fā)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(guān)于BPSK及QPSK信號的調(diào)制方法， 在軍事、民用領(lǐng)域都具有十分廣泛的應(yīng)用價值， 并能應(yīng)用于各種數(shù)字通信領(lǐng)域。