第二章 二进制移相键控的调制与解调 5

第二章 二进制移相键控的调制与解调

2.1 二进制移相键控（2PSK）的调制原理

二进制移相键控中，当正弦随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。通常用已调信号载波0o和180o分别表示二进制数字基带信号的1和0。

二进制移相键控信号的时域表达式为：

?S2PSK(t)????ang(t?nTS)?cos?ct （2-1）

在2PSK调制中，an应选择双极性，即

an????1,发送概率为 P （2-2）

?1,发送概率为 1-P?若g（t）是脉宽为TS，高度为1的矩形脉冲是，则有

发送概率为P??cos?ct,S2PSK(t)?? （2-3）

发送概率为P-1??cos?ct,当发送二进制符号1时，已调信号S2PSK（t）取0?相位，当发送二进制符号0时，已调信号S2PSK（t）取180?相位。若用φn表示第n个符号的绝对相位，则有

???000,00发送1符号?n??? （2-4）

180,00发送0符号??当数字基带信号与载波频率间有确定的倍数关系时，典型的波形如图2.1所示。

6 2psk/2dpsk调制、解调器的研究

数字信息10 BPSK110001tt

图2.1 2PSK信号的典型波形

二进制移相键控信号的产生方法主要有两种。如图2.2所示。第一种方法是相乘法，只要数字基带信号为双极性码，并不含直流分量，即能用该方法来产生；第二种方法是开关选通法，这种方法是产生一个载波的二重相位（对多相的移相键控应是单一载波的多重相位），以基带信号所代表的数值去选择这些相位。当然，也可以是利用被控制的延迟提供所需的载波相移量，然后由基带信号通过开关阵列来控制相移量的大小。

s?t?码型变换相乘器s2PSK?t?cos?t0o180oKs2PSK?t?cos?t180o移相s?t?

（a）相乘法产生2PSK信号 （b）相位选择法产生2PSK信号

图2.2 2PSK信号的调制原理图

2.2 二进制移相键控的解调

2PSK信号的解调通常都是采用相干解调，解调器原理框图如图2.3(a)所示。在相干解调过程中需要用到与发端载波信号同频同相的相干载波。因而如何获得同频，同相的载波信号是一个关键性的问题。由于2PSK信号是抑制载频的双边带

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信号，在已调信号进行非线性变换后才能恢复出载频。常用的恢复载频的方法有两种：一种是倍频—分频法（也称平方环法），即将接收信号平方后得到两倍载频的频谱分量，用锁相环（PLL）提取这一分量，然后再由二分频得到载频。另一种是科斯塔斯（Costas）环，也称同相正交法，它也利用锁相环，但是不需要预先对信号进行平方处理，并且直接得到解调信号，两种方法的原理方框图如图2.4所示。比较以上两个环路可知，平方环只能恢复出载频，基带信号的解调还必须把2PSK信号与载频相乘才能完成；而Costas环的输出已直接恢复了基带信号，若能保证两路低通滤波器的性能完全一致，则可获得最佳性能。

无论是平方环还是 Costas环，恢复出来的载频都存在相位模糊的问题。在平方环中，因为二分频器的初始状态时随机的，使分频输出的参考载频初始相位模糊；在Costas环和平方环中都有鉴相器，鉴相特性在相位差值接近等于0的稳定平衡点有两个（即0或π），致使锁相环可能锁定在任何一个稳定点上，这就意味着恢复出来的载波可能与未调制载波同相，也可能反相，以至于解调后的信码出现“0”，“1”倒置（即发送“1”码，被错解为“0”；发送“0”码，被错解调为“1”）。这对于数据传输来说当然是不允许的。克服相位模糊对于相干解调影响的有效办法是，对调制器输入的数字基带信号进行差分编码——相对移相键控（2DPSK）。

e2PSK(t) 带通滤波器a相乘器c低通滤波器d抽样判决e解调输出bcos?ct位同步脉冲图2.3（a ） 2PSK信号的解调原理框图

8 2psk/2dpsk调制、解调器的研究

2.3(b) 2PSK信号解调各点时间波形

（a）平方环法