调制器基本原理解析

无论是BPSK还是QPSK，其调制信号都可以表示为

式中，g（t）为信号包络波形，理论上为矩形波，幅度为1；T_s为码元时间宽度；ω_c为载波角频率；ϕ_n为第n个码元对应的相位，对于BPSK有两种取值，对于QPSK有4种取值。

这样的调制信号也可以表示为正交形式，即

式中，a_n=cosϕ_n；b_n=sinϕ_n；；。

数字相位调制信号的功率谱如图4-1所示，图中给出了信息速率相同时，2PSK和4PSK信号的单边功率谱。可以看出，4PSK的功率谱主瓣窄，因此频带利用率较高。

QPSK的每个码元含有2比特的信息，用a、b代表这两个比特，则共有4种组合，即00、01、10和11。它们和相位ϕ_n之间的关系通常都按格雷（Gray）码的规律变化，如表4-1所示。表中给出了两种编码方式，其矢量图如图4-2所示。

图4-1 数字相位调制信号功率谱

表4-1 QPSK编码规则

图4-2 QPSK信号矢量图(www.xing528.com)

a）BSPK b）QPSK

对于BPSK，可以看成是QPSK的简化，即每个码元含有1比特信息，在表4-1中，ab仅采用其中的两种组合，即00和11。

由于BPSK是QPSK的简化，所以调制器可以使用同一种方案来实现。调制器的方框图如图4-3所示。图中，输入的串行二进制信息序列经过串-并转换，分成两路速率减半的序列，再由脉冲发生器产生双极性二电平脉冲信号I（t）和Q（t），映射规则为“1”→“+1”，“0”→“-1”。然后对cosω_ct和sinω_ct进行调制，相加后便得到如图4-2所示的BPSK或QPSK信号。不过，对于BPSK信号要注意一点，其串—并转换前后的速率不发生变化。

图4-3 QPSK信号产生方法

上述的调制方案被称为绝对相移键控，为了提高系统性能，一般解调时会采用相干解调。但是相干解调在载波恢复的时候会出现相位模糊现象。为了解决这个问题，一般会使用差分相移键控，即用前后码元的相位差来表示数字信息。

四进制DPSK通常记为QDPSK。参考图4-4所示的DQPSK信号编码的规则，可以写出DQPSK信号编码规则，如表4-2所示。表中∆ϕ_n是相对于前一相邻码元初相的相位变化。当然，对于DBPSK，只需使用两种载波变化就可以了，即0°和180°。

表4-2 DQPSK信号载波相位编码逻辑关系

图4-4 DQPSK信号矢量图

a）∆ϕ=0° b）∆ϕ=90° c）∆ϕ=180° d）∆ϕ=-90°