二进制差分相移键控的原理与应用

前面讨论的2PSK信号中,相位变化是以未调载波的相位作为参考基准的。由于它是利用载波相位的绝对数值传送数字信息,因而又称为绝对调相。利用载波相位的相对数值也同样可以传送数字信息。由于这种方法是用前后码元的载波相位相对变化传送数字信息,所以又称为相对调相。

相对调相信号的产生过程是,首先对数字基带信号进行差分编码,即由绝对码变为相对码(差分码),然后再进行绝对调相。基于这种形成过程,二相相对调相信号称为二进制差分相移键控信号,记作2DPSK。2DPSK调制器方框图及波形如图6.4.5所示。

差分码可取传号差分码或空号差分码。传号差分码的编码规则为

式中,⊕为模2加,bn-1为bn的前一个码元,最初的bn-1可任意设定。由已调信号的波形可知,若使用传号差分码,则载波相位遇1变而遇0不变,载波相位的这种相对变化就携带了数字信息。

图6.4.5　2DPSK调制器及波形

对2DPSK信号也要进行相干解调。由于本地载波相位模糊度的影响,解调得到的相对码也可能是1和0倒置的,但由相对码恢复为绝对码时,要进行这样规则的差分译码:

的前一个码元,这样得到的绝对码不会发生任何倒置的现象。2DPSK信号的相干解调之所以能克服载波相位模糊的问题,就是因为数字信息是用载波相位的相对变化来表示的。2DPSK的相干解调器和各点波形如图6.4.6所示。

2DPSK信号的调制和解调过程如下:

图6.4.6　2DPSK相干解调器及各点波形

2DPSK信号的另一种解调方法是差分相干解调,其方框图和波形图如图6.4.7所示。用这种方法解调时不需要恢复本地载波,只需由收到的信号单独完成。将2DPSK信号延时一个码元间隔Ts,然后与2DPSK信号相乘。乘法器起相位比较的作用,相乘结果经低通滤波后再抽样判决,即可恢复出原始数字信息。差分相干解调又称延迟解调,只有DPSK信号才能采用这种方法解调。(www.xing528.com)

图6.4.7　2DPSK差分相干解调器及各点波形

同样,2DPSK信号的调制和延迟解调过程如下:

差分相干解调不需要相干载波,而且在其他方面的性能也优于采用相干解调的绝对调相,但在抗噪声能力方面有所损失。

由前面讨论可知,无论是2PSK还是2DPSK信号,就波形本身而言,它们都可以等效为双极性基带信号调制的调幅信号,无非是一对倒相信号的序列。因此,2PSK和2DPSK信号具有相同形式的表达式,所不同的是2PSK表达式中的s(t)是数字基带信号,2DPSK表达式中的s(t)是由数字基带信号变换而来的差分码数字信号。它们的功率谱密度应是相同的,功率谱为

如图6.4.8所示。

图6.4.8　2PSK(或2DPSK)信号的功率谱

可见,二进制相移键控信号的频谱成分与2ASK信号相同,当基带脉冲幅度相同时,其连续谱的幅度是2ASK连续谱幅度的4倍。当P=1/2时,无离散分量,此时二相相移键控信号实际上相当于抑制载波的双边带信号。信号带宽为

与2ASK相同,是码元速率的两倍。

这就表明,在数字调制中,2PSK、2DPSK的频谱特性与2ASK十分相似。相位调制和频率调制一样,本质上是一种非线性调制,但在数字调相中,由于表征信息的相位变化只有有限的离散取值,因此,可以把相位变化归结为幅度变化。这样一来,数字调相同线性调制的数字调幅就联系起来了,因此可以把数字调相信号当作线性调制信号来处理,但不能把上述概念推广到所有调相信号中去。