《通信原理》第四十四讲 多进制数字相位调制系统 a)多进制数字相位调制(MPSK)信号的表示形式 多进制数字相位调制是利用载波的多种不同相位来表征数字信息的调制方 可以将MPSK信号用信号矢量图来描述 0 参考相位 参考相位 图7-39二进制数字相位调制信号矢量图 参考相位 参考相位 图7-40四进制数字相位调制信号矢量图 010 参考相位 101 100 图7-418PSK信号矢量图 7-1
7-1 《通信原理》 第四十四讲 一、 多进制数字相位调制系统 a) 多进制数字相位调制 (MPSK) 信号的表示形式 多进制数字相位调制是利用载波的多种不同相位来表征数字信息的调制方 式。 可以将 MPSK 信号用信号矢量图来描述。 参考相位 0 1 参考相位 1 0 图 7-39 二进制数字相位调制信号矢量图 参考相位 00 11 参考相位 10 01 10 11 00 01 图 7-40 四进制数字相位调制信号矢量图 参考相位 111 010 110 011 001 000 100 101 图 7-41 8PSK 信号矢量图
M进制数字相位调制信号可以表示为 eupsx (0)=28(t-nT )cos(o 1+P,) (74-10) 式中g()--信号包络波形,通常为矩形波,幅度为1 T一码元时间宽度 载波角频率 卯n一第n个码元对应的相位,共有M种取值。 M进制数字相位调制信号也可以表示为正交形式 eMps()=Dg(t-nT, )cos p, ]cos o -Ig(t-nT )sin p, ],! a,g(t-nTS )]coso (-Ibng(t-nT )]sina. =1(Ocos@t-Q(0)sin o t (74-11) 式中 (1)=∑a8(t-n7) Q()=∑bng(-n7) (74-13) 1 f-fc 图7-42M进制数字相位调制信号功率谱 M进制数字相位调制信号的功率谱如图7-42所示,图中给出了信息速率相 7-2
7-2 M 进制数字相位调制信号可以表示为 ( ) ( ) cos( ) c n n MPSK s e t = ∑g t − nT ω t +ϕ (7.4-10) 式中 g(t) --信号包络波形，通常为矩形波，幅度为 1； Ts --码元时间宽度； ωc --载波角频率； ϕ n --第n 个码元对应的相位，共有 M 种取值。 M 进制数字相位调制信号也可以表示为正交形式 e t g t nT t g t nT t n c n n c s n MPSK ( ) = [∑ ( − s ) cosϕ ]cosω − [∑ ( − )sinϕ ]sinω a g t nT t b g t nT tc n c n s n = [∑ n ( − s )]cosω − [∑ ( − )]sinω I t t Q t t ωc ωc = ( ) cos − ( )sin (7.4-11) 式中 = ∑ − n n nTs I(t) a g(t ) (7.4-12) = ∑ − n n nTs Q(t) b g(t ) (7.4-13) 图 7-42 M 进制数字相位调制信号功率谱 M 进制数字相位调制信号的功率谱如图 7-42 所示，图中给出了信息速率相
同时2PSK、4PSK和8PSK信号的单边功率谱。可以看出,M越大,功率谱主 瓣越窄,从而频带利用率越高。 b)4PSK信号的产生与解调 四进制绝对移相键控利用载波的四种不同相位来表示数字信息。由于每一种 载波相位代表两个比特信息,因此每个四进制码元可以用两个二进制码元的组合 来表示。双比特ab与载波相位的关系如表7-4所示。 表7-4双比特ab与载波相位的关系 双比特码元 载波相位(n) a b A方式 B方式 0 0 90° 315° 180° 0 270° 135 可以用相位选择法产生4PSK信号,其原理图如图743所示。 输入 串/并 逻辑选相 带通输出 变换 电路 滤波器 45°135°225°315° 抽样 判决器 图7-43相位选择法产生4PSK信号原理图 由式(74-11)可以看出,4PSK信号也可以采用正交调制的方式产生,它可以 看成由两个载波正交的2PSK调制器构成 7-3
7-3 同时 2PSK、4PSK 和 8PSK 信号的单边功率谱。可以看出， M 越大，功率谱主 瓣越窄，从而频带利用率越高。 b) 4PSK 信号的产生与解调 四进制绝对移相键控利用载波的四种不同相位来表示数字信息。由于每一种 载波相位代表两个比特信息，因此每个四进制码元可以用两个二进制码元的组合 来表示。双比特ab 与载波相位的关系如表 7-4 所示。 表 7-4 双比特ab 与载波相位的关系 双比特码元 载波相位(ϕ n ) a b A 方式 B 方式 0 1 1 0 0 0 1 1 o 0 o 90 o 180 o 270 o 225 o 315 o 45 o 135 可以用相位选择法产生 4PSK 信号，其原理图如图 7-43 所示。。 串/并 变换 逻辑选相 电路 带通 滤波器 抽样 判决器 输入 输出 o 45 o 225 o 315 o 135 图 7-43 相位选择法产生 4PSK 信号原理图 由式(7.4-11)可以看出，4PSK 信号也可以采用正交调制的方式产生，它可以 看成由两个载波正交的 2PSK 调制器构成
cos@t 输入 载波 振荡 输出 变换 sin@ t 图7-444PSK正交调制器 由图7-44可见,4PSK信号可以看作两个载波正交2PSK信号的合成。因此 对,4PSK信号的解调可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调,解调原 理图如图7-45所示 低通 抽样 滤波器 判决 输入 输出 带通 coso t 并/串 滤波器 位定时 变换 低通 抽样 滤波器 判 b 载波 恢复 图7-454PSK信号相干解调原理图 在2PSK信号相干解调过程中会产生180°相位模糊。同样,对4PSK信号相 干解调也会产生相位模糊问题,并且是0°、90°、180°和270°四个相位模糊。因 此,在实际中更实用的是四相相对移相调制,即4DPSK方式
7-4 串/并 变换 x x 载波 振荡 移相 输入 输出 + t ωc cos t ωc sin 2 π − a b 图 7-44 4PSK 正交调制器 由图 7-44 可见，4PSK 信号可以看作两个载波正交 2PSK 信号的合成。因此， 对，4PSK 信号的解调可以采用与 2PSK 信号类似的解调方法进行解调，解调原 理图如图 7-45 所示。 带通 滤波器 x x 低通 滤波器 低通 滤波器 载波 恢复 抽样 判决 抽样 判决 并/串 变换 输入 输出 t ωc cos t ωc sin 位定时 a b 图 7-45 4PSK 信号相干解调原理图 在 2PSK 信号相干解调过程中会产生 o 180 相位模糊。同样，对 4PSK 信号相 干解调也会产生相位模糊问题，并且是 o 0 、 o 90 、 o 180 和 o 270 四个相位模糊。因 此，在实际中更实用的是四相相对移相调制，即 4DPSK 方式
c)4DPSK信号的产生与解调 4DPSK信号是利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信息。若以前 双比特码元相位作为参考,△n为当前双比特码元与前一双比特码元初相差, 则信息编码与载波相位变化关系如表7-5所示。4DPSK信号产生原理图如图7-46 所示。图中,串/并变换器将输入的二进制序列分为速率减半的两个并行序列a和 b,再通过差分编码器将其编为四进制差分码,然后用绝对调相的调制方式实现 4DPSK信号 表7-54DPSK信号载波相位编码逻辑关系 双比特码元 载波相位变化(△n) 0 0 180° 0 270° 移相 a 输入 载波 输出 串/并码变换 振荡 变换 移相 图7464DPSK信号产生原理图 7-5
7-5 c) 4DPSK 信号的产生与解调 4DPSK 信号是利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信息。若以前 一双比特码元相位作为参考，∆ϕ n 为当前双比特码元与前一双比特码元初相差， 则信息编码与载波相位变化关系如表 7-5 所示。4DPSK 信号产生原理图如图 7-46 所示。图中，串/并变换器将输入的二进制序列分为速率减半的两个并行序列a 和 b ，再通过差分编码器将其编为四进制差分码，然后用绝对调相的调制方式实现 4DPSK 信号。 表 7-5 4DPSK 信号载波相位编码逻辑关系 双比特码元 a b 载波相位变化( ∆ϕ n ) 0 0 1 1 0 1 1 0 o 0 o 90 o 180 o 270 串/并 变换 x x 载波 振荡 移相 输入 输出 + a b 码变换 c d 4 π + 移相 4 π − 图 7-46 4DPSK 信号产生原理图
4DPSK信号的解调可以采用相干解调加码反变换器方式(极性比较法),也可 以采用差分相干解调方式(相位比较法)。 低通 滤波 判决 带通 coSO I 位定时 码反 并/串 滤波 变换 变换 输出 输入 低通 抽样 滤波 判决 载波 图7-474DPSK信号相干解调加码反变换器方式原理图 低通 抽样 虑波 判决 带通 延迟Ts 移相 位定时 并/串 滤波 变换 输出 输入 低通 X 抽样 滤波 判决 图7-484DPSK信号差分相干解调方式原理图
7-6 4DPSK 信号的解调可以采用相干解调加码反变换器方式(极性比较法)，也可 以采用差分相干解调方式(相位比较法)。 带通 滤波 x x 低通 滤波 低通 滤波 并/串 变换 载波 恢复 抽样 判决 抽样 判决 码反 变换 输出 输入 t ωc cos t ωc sin 位定时 图 7-47 4DPSK 信号相干解调加码反变换器方式原理图 带通 滤波 x x 低通 滤波 低通 滤波 延迟Ts 抽样 判决 抽样 判决 并/串 变换 输出 输入 移相 位定时 图 7-48 4DPSK 信号差分相干解调方式原理图
)4PSK及4DPSK系统的误码率性能 -差分解调 图7-49MPSK系统的误码率性能曲线 7-7
7-7 d) 4PSK 及 4DPSK 系统的误码率性能 图 7-49 MPSK 系统的误码率性能曲线