二进制相移键控技术简介

二进制相移键控(2PSK)是用二进制数字信号控制载波的两个相位,这两个相位通常相隔π,例如用相位0和π分别表示1和0,所以这种调制又称二相相移键控(BPSK)。二进制相移键控信号的时域表达式为

这里的an为双极性数字信号,即

如果g(t)是幅度为1、宽度为Ts的矩形脉冲,则2PSK信号可表示为

当数字信号的传输速率Rs=1/Ts与载波频率间有整数倍关系时,2PSK信号的典型波形如图6.4.1所示。

将式(6.4.1)所示的2PSK信号与式(6.2.1)所示的2ASK信号相比较,它们的表达式在形式上是相同的,其区别在于,2PSK信号是双极性非归零码的双边带调制,而2ASK信号是单极性非归零码的双边带调制。由于双极性非归零码没有直流分量,所以2PSK信号是抑制载波的双边带调制。这样,2PSK信号的功率谱与2ASK信号的功率谱相同,只是少了一个离散的载波分量。

图6.4.1　2PSK信号的典型波形

2PSK调制器可以采用乘法器,也可以采用相位选择器,如图6.4.2所示。

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图6.4.2　2PSK调制器

由于2PSK信号的功率谱中无载波分量,所以必须采用相干解调的方式。在相干解调中,如何得到同频同相的本地载波是个关键问题。只有对2PSK信号进行非线性变换,才能产生载波分量。常用的载波恢复电路有两种,一种是图6.4.3(a)所示的平方环电路;另一种是图6.4.3(b)所示的科斯塔斯(Costas)环电路。

图6.4.3　载波恢复电路

在以上两种锁相环中,设压控振荡器VCO输出载波与调制载波之间的相位差为Δφ。经分析可知,在Δφ=nπ(n为任意整数)时VCO都处于稳定状态。这就是说,经VCO恢复出来的本地载波与所需要的相干载波可能同相,也可能反相。这种相位关系的不确定性,称为0、π相位模糊度。这是用锁相环从抑制载波的2PSK信号中恢复载波时不可避免的共同问题。

2PSK相干解调器如图6.4.4所示。

图6.4.4　2PSK相干解调器

2PSK信号的调制和解调过程如下:

其中码元的载波相位φ表示码元所对应的2PSK信号的相位,[φ·φ1]和[φ·φ2]表示相位为φ的2PSK信号分别与相位为φ1和φ2的本地载波相乘。这样可以看到,本地载波相位的不确定性造成了解调后的数字信号可能极性完全相反,形成1和0的倒置。这对于数字信号的传输来说当然是不能允许的。

为了克服相位模糊度对相干解调的影响,通常要采用差分相移键控的方法。