相位調(diào)制(MPSK),相位調(diào)制(MPSK)是什么意思

相位調(diào)制(MPSK),相位調(diào)制(MPSK)是什么意思

1、多相制信號(hào)表達(dá)式及相位配置

多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制又稱多相制，是二相制的推廣。它是利用載波的多種不同相位狀態(tài)來表征數(shù)字信息的調(diào)制方式。與二進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制相同，多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制也有絕對(duì)相位調(diào)制（MPSK）和相對(duì)相位調(diào)制（MDPSK）兩種。

設(shè)載波為，則M進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制信號(hào)可表示為

（1）

式中，g(t)是高度為1，寬度為的門函數(shù)；為M進(jìn)制碼元的持續(xù)時(shí)間，亦即k（k＝）比特二進(jìn)制碼元的持續(xù)時(shí)間；為第n個(gè)碼元對(duì)應(yīng)的相位，共有M種不同取值

（2）

且 （3）

由于一般都是在0~2π范圍內(nèi)等間隔劃分相位的（這樣造成的平均差錯(cuò)概率將最?。?，因此相鄰相移的差值為

（4）

令

這樣式（5-112）變?yōu)?

（5）

這里

（6）

（7）

分別為多電平信號(hào)。常把式（5）中第一項(xiàng)稱為同相分量，第二項(xiàng)稱為正交分量。由此可見，MPSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)正交載波進(jìn)行多電平雙邊帶調(diào)制所得兩路MASK信號(hào)的疊加。這樣，就為MPSK信號(hào)的產(chǎn)生提供了依據(jù)，實(shí)際中，常用正交調(diào)制的方法產(chǎn)生MPSK信號(hào)。

M進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制信號(hào)還可以用矢量圖來描述，圖1畫出了M＝2、4、8三種情況下的矢量圖。具體的相位配置的兩種形式，根據(jù)CCITT的建議，圖（a）所示的移相方式，稱為A方式；圖（b）所示的移相方式，稱為B方式。圖中注明了各相位狀態(tài)及其所代表的k比特碼元。以A方式4PSK為例，載波相位有0、π/2、π和3π/2四種，分別對(duì)應(yīng)信息碼元00、10、11和01。虛線為參考相位，對(duì)MPSK而言，參考相位為載波的初相；對(duì)MDPSK而言，參考相位為前一已調(diào)載波碼元的初相。各相位值都是對(duì)參考相位而言的，正為超前，負(fù)為滯后。

圖1 相位配置矢量圖

2、MPSK信號(hào)的頻譜、帶寬及頻帶利用率

MPSK信號(hào)可以看成是載波互為正交的兩路MASK信號(hào)的疊加，因此，MPSK信號(hào)的頻帶寬度應(yīng)與MASK時(shí)的相同。即

（8）

其中是M進(jìn)制碼元速率。此時(shí)信息速率與MASK相同，是2ASK及2PSK的倍。也就是說，MPSK系統(tǒng)的頻帶利用率是2PSK的k倍。

3、4PSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)

在M進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制中，四進(jìn)制絕對(duì)移相鍵控（4PSK，又稱QPSK）和四進(jìn)制差分相位鍵控（4DPSK，又稱QDPSK）用的最為廣泛。下面著重介紹多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制的這兩種形式。

4PSK利用載波的四種不同相位來表征數(shù)字信息。由于每一種載波相位代表兩個(gè)比特信息，故每個(gè)四進(jìn)制碼元又被稱為雙比特碼元，習(xí)慣上把雙比特的前一位用a代表，后一位用b代表。

（1）4PSK信號(hào)的產(chǎn)生

多相制信號(hào)常用的產(chǎn)生方法有：直接調(diào)相法及相位選擇法。

1）相位選擇法

由式（1）可以看出，在一個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)，4PSK信號(hào)為載波四個(gè)相位中的某一個(gè)。因此，可以用相位選擇法產(chǎn)生4PSK信號(hào)，其原理如圖5-38所示。圖中，四相載波發(fā)生器產(chǎn)生4PSK信號(hào)所需的四種不同相位的載波。輸入的二進(jìn)制數(shù)碼經(jīng)串/并變換器輸出雙比特碼元。按照輸入的雙比特碼元的不同，邏輯選相電路輸出相應(yīng)相位的載波。例如，B方式情況下，雙比特碼元ab為11時(shí)，輸出相位為45的載波；雙比特碼元ab為01時(shí)，輸出相位為135的載波等。

圖2 相位選擇法產(chǎn)生4PSK信號(hào)（B方式）方框圖

圖2產(chǎn)生的是B方式的4PSK信號(hào)。要想形成A方式的4PSK信號(hào)，只需調(diào)整四相載波發(fā)生器輸出的載波相位即可。

2）直接調(diào)相法

由式（5）可以看出，4PSK信號(hào)也可以采用正交調(diào)制的方式產(chǎn)生。B方式4PSK時(shí)的原理方框圖如圖3（a）所示。它可以看成是由兩個(gè)載波正交的2PSK調(diào)制器構(gòu)成，分別形成圖3（b）中的虛線矢量，再經(jīng)加法器合成后，得圖（b）中實(shí)線矢量圖。顯然其為B方式4PSK相位配置情況。

圖3 直接調(diào)相法產(chǎn)生4PSK信號(hào)方框圖

若要產(chǎn)生4PSK的A方式波形，只需適當(dāng)改變振蕩載波相位就可實(shí)現(xiàn)。

（2）4PSK信號(hào)的解調(diào)

由于4PSK信號(hào)可以看作是兩個(gè)載波正交的2PSK信號(hào)的合成，因此，對(duì)4PSK信號(hào)的解調(diào)可以采用與2PSK信號(hào)類似的解調(diào)方法進(jìn)行。圖5-40是B方式4PSK信號(hào)相干解調(diào)器的組成方框圖。圖中兩個(gè)相互正交的相干載波分別檢測(cè)出兩個(gè)分量a和b，然后，經(jīng)并/串變換器還原成二進(jìn)制雙比特串行數(shù)字信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制信息恢復(fù)。此法也稱為極性比較法。

圖5 4PSK信號(hào)的相干解調(diào)

若解調(diào)4PSK信號(hào)（A方式），只需適當(dāng)改變相移網(wǎng)絡(luò)。

在2PSK信號(hào)相干解調(diào)過程中會(huì)產(chǎn)生“倒π”即“180°相位模糊”現(xiàn)象。同樣，對(duì)于4PSK信號(hào)相干解調(diào)也會(huì)產(chǎn)生相位模糊問題，并且是0°、90°、180°和270°四個(gè)相位模糊。因此，在實(shí)際中更常用的是四相相對(duì)移相調(diào)制，即4DPSK。

4、4DPSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)

（1）4DPSK信號(hào)的產(chǎn)生

與2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生相類似，在直接調(diào)相的基礎(chǔ)上加碼變換器，就可形成4DPSK信號(hào)。圖6示出了4DPSK信號(hào)（A方式）產(chǎn)生方框圖。圖中的單/雙極性變換的規(guī)律與4PSK情況相反，為0→+1，1→-1，相移網(wǎng)絡(luò)也與4PSK不同，其目的是要形成A方式矢量圖。圖中的碼變換器用于將并行絕對(duì)碼a、b轉(zhuǎn)換為并行相對(duì)碼c、d，其邏輯關(guān)系比二進(jìn)制時(shí)復(fù)雜的多，但可以由組合邏輯電路或由軟件實(shí)現(xiàn)，具體方法可參閱有關(guān)參考書。

4DPSK信號(hào)也可采用相位選擇法產(chǎn)生，但同樣應(yīng)在邏輯選相電路之前加入碼變換器。

（2）4DPSK信號(hào)的解調(diào)

4DPSK信號(hào)的解調(diào)可以采用相干解調(diào)-碼反變換器方式（極性比較法），也可采用差分相干解調(diào)（相位比較法）。

4DPSK信號(hào)（B方式）相干解調(diào)-碼反變換器方式原理圖如圖5-42所示。與4PSK信號(hào)相干解調(diào)不同之處在于，并/串變換之前需要加入碼反變換器。

圖7 4PSK信號(hào)的相干解調(diào)-碼反變換法解調(diào)

4DPSK信號(hào)的差分相干解調(diào)方式原理圖如圖7所示。它也是仿照2DPSK差分檢測(cè)法，用兩個(gè)正交的相干載波，分別檢測(cè)出兩個(gè)分量a和b，然后還原成二進(jìn)制雙比特串行數(shù)字信號(hào)。此法又稱為相位比較法。

這種解調(diào)方法與極性比較法相比，主要區(qū)別在于：它利用延遲電路將前一碼元信號(hào)延遲一碼元時(shí)間后，分別作為上、下支路的相干載波。另外，它不需要采用碼變換器，這是因?yàn)?DPSK信號(hào)的信息包含在前后碼元相位差中，而相位比較法解調(diào)的原理就是直接比較前后碼元的相位。

圖8 4DPSK信號(hào)的差分相干解調(diào)方框圖

若解調(diào)4DPSK信號(hào)（B方式）信號(hào)，需適當(dāng)改變相移網(wǎng)絡(luò)。

5、 4PSK、4DPSK系統(tǒng)的誤碼性能

4PSK信號(hào)采用相干解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率為

（9）

式中，r為信噪比。

4DPSK信號(hào)采用相干解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率為

（10）

綜上討論可以看出，多相制是一種頻帶利用率較高的高效率傳輸方式。再加之有較好的抗噪聲性能，因而得到廣泛的應(yīng)用，而MDPSK比MPSK用得更廣泛一些。