相位調制(MPSK),相位調制(MPSK)是什么意思

1、多相制信號表達式及相位配置

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

設載波為，則M進制數字相位調制信號可表示為

（1）

式中，g(t)是高度為1，寬度為的門函數；為M進制碼元的持續時間，亦即k（k＝）比特二進制碼元的持續時間；為第n個碼元對應的相位，共有M種不同取值

（2）

且 （3）

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

（4）

令

這樣式（5-112）變為

（5）

這里

（6）

（7）

分別為多電平信號。常把式（5）中第一項稱為同相分量，第二項稱為正交分量。由此可見，MPSK信號可以看成是兩個正交載波進行多電平雙邊帶調制所得兩路MASK信號的疊加。這樣，就為MPSK信號的產生提供了依據，實際中，常用正交調制的方法產生MPSK信號。

M進制數字相位調制信號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，分別對應信息碼元00、10、11和01。虛線為參考相位，對MPSK而言，參考相位為載波的初相；對MDPSK而言，參考相位為前一已調載波碼元的初相。各相位值都是對參考相位而言的，正為超前，負為滯后。

圖1 相位配置矢量圖

2、MPSK信號的頻譜、帶寬及頻帶利用率

MPSK信號可以看成是載波互為正交的兩路MASK信號的疊加，因此，MPSK信號的頻帶寬度應與MASK時的相同。即

（8）

其中是M進制碼元速率。此時信息速率與MASK相同，是2ASK及2PSK的倍。也就是說，MPSK系統的頻帶利用率是2PSK的k倍。

3、4PSK信號的產生與解調

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

4PSK利用載波的四種不同相位來表征數字信息。由于每一種載波相位代表兩個比特信息，故每個四進制碼元又被稱為雙比特碼元，習慣上把雙比特的前一位用a代表，后一位用b代表。

（1）4PSK信號的產生

多相制信號常用的產生方法有：直接調相法及相位選擇法。

1）相位選擇法

由式（1）可以看出，在一個碼元持續時間內，4PSK信號為載波四個相位中的某一個。因此，可以用相位選擇法產生4PSK信號，其原理如圖5-38所示。圖中，四相載波發生器產生4PSK信號所需的四種不同相位的載波。輸入的二進制數碼經串/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相位的載波。例如，B方式情況下，雙比特碼元ab為11時，輸出相位為45的載波；雙比特碼元ab為01時，輸出相位為135的載波等。

圖2 相位選擇法產生4PSK信號（B方式）方框圖

圖2產生的是B方式的4PSK信號。要想形成A方式的4PSK信號，只需調整四相載波發生器輸出的載波相位即可。

2）直接調相法

由式（5）可以看出，4PSK信號也可以采用正交調制的方式產生。B方式4PSK時的原理方框圖如圖3（a）所示。它可以看成是由兩個載波正交的2PSK調制器構成，分別形成圖3（b）中的虛線矢量，再經加法器合成后，得圖（b）中實線矢量圖。顯然其為B方式4PSK相位配置情況。

圖3 直接調相法產生4PSK信號方框圖

若要產生4PSK的A方式波形，只需適當改變振蕩載波相位就可實現。

（2）4PSK信號的解調

由于4PSK信號可以看作是兩個載波正交的2PSK信號的合成，因此，對4PSK信號的解調可以采用與2PSK信號類似的解調方法進行。圖5-40是B方式4PSK信號相干解調器的組成方框圖。圖中兩個相互正交的相干載波分別檢測出兩個分量a和b，然后，經并/串變換器還原成二進制雙比特串行數字信號，從而實現二進制信息恢復。此法也稱為極性比較法。

圖5 4PSK信號的相干解調

若解調4PSK信號（A方式），只需適當改變相移網絡。

在2PSK信號相干解調過程中會產生“倒π”即“180°相位模糊”現象。同樣，對于4PSK信號相干解調也會產生相位模糊問題，并且是0°、90°、180°和270°四個相位模糊。因此，在實際中更常用的是四相相對移相調制，即4DPSK。

4、4DPSK信號的產生與解調

（1）4DPSK信號的產生

與2DPSK信號的產生相類似，在直接調相的基礎上加碼變換器，就可形成4DPSK信號。圖6示出了4DPSK信號（A方式）產生方框圖。圖中的單/雙極性變換的規律與4PSK情況相反，為0→+1，1→-1，相移網絡也與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碼a、b轉換為并行相對碼c、d，其邏輯關系比二進制時復雜的多，但可以由組合邏輯電路或由軟件實現，具體方法可參閱有關參考書。

4DPSK信號也可采用相位選擇法產生，但同樣應在邏輯選相電路之前加入碼變換器。

（2）4DPSK信號的解調

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

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

圖7 4PSK信號的相干解調-碼反變換法解調

4DPSK信號的差分相干解調方式原理圖如圖7所示。它也是仿照2DPSK差分檢測法，用兩個正交的相干載波，分別檢測出兩個分量a和b，然后還原成二進制雙比特串行數字信號。此法又稱為相位比較法。

這種解調方法與極性比較法相比，主要區別在于：它利用延遲電路將前一碼元信號延遲一碼元時間后，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，這是因為4DPSK信號的信息包含在前后碼元相位差中，而相位比較法解調的原理就是直接比較前后碼元的相位。

圖8 4DPSK信號的差分相干解調方框圖

若解調4DPSK信號（B方式）信號，需適當改變相移網絡。

5、 4PSK、4DPSK系統的誤碼性能

4PSK信號采用相干解調時系統的誤碼率為

（9）

式中，r為信噪比。

4DPSK信號采用相干解調時系統的誤碼率為

（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，因而得到廣泛的應用，而MDPSK比MPSK用得更廣泛一些。