通信系统/相位调制

相位调制

相位调制最常用于传送数字信号。当今所有高性能调制解调器都使用相位调制。

与 FM（频率调制）类似的是相位调制。（我们将在下一章展示它们是如何相同的。）如果我们根据特定函数改变相位的值，我们将得到以下广义 PM 函数

$s_{PM}=A\cos(2\pi f_{c}t+\alpha s(t))$

重要的是要注意，对于所有 t 值，$-\pi <\alpha s(t)\leq \pi$。如果这个关系不满足，则相位角被称为包裹。

BPSK 调制器

二进制相移键控调制器是最简单的 PSK 调制器，因为它只有两种输出相位状态。它通常是一个乘法器，可以是 IC（集成电路）或环形调制器。

输出有两个相位状态

在上图中，每个相位状态的持续时间对应于一个信号元素或波特率。因此波特率等于比特率。

BPSK 信号的频谱将取决于正在传输的数据，但对于最高数据速率输入，绘制它非常容易。

生成的 BPSK 频谱是

QPSK 调制器（4-PSK）

正交调制使用两个数据通道，分别表示为 I（同相）和 Q（正交相），它们相对于彼此相位差为 90^o。这看起来有些矛盾，虽然这两个通道在传输之前被组合在一起，但它们不会互相干扰。

接收机由于它们的正交或正交性，能够很好地将它们分离。

在最基本的配置中，有 4 种可能的输出相位。这表明每个输出符号对应于 2 位二进制信息。由于几个比特可以编码到一个波特率中，因此比特率超过波特率。

此电路中首先发生的事情是，传入的比特被组织成称为二进制字的 2 组。它们被分成 2 个数据流，并在二进制字周期内保持不变。

每个数据流被馈送到一个 BPSK 调制器。但是，正交载波馈送到两个调制器。I 通道调制器的输出类似于

Q 通道调制器的输出类似于

组合 I 和 Q 通道会使输出状态旋转 45^o。

为了清晰起见，将输出参考旋转到 45^o，因此对于这个特定的数据序列，传输的输出是

8-PSK

这种将更多比特编码到每个输出波特率或相位状态中的过程可以继续进行。将二进制比特组织成 3 个字节对应于 8 种不同的情况。

8 种不同相位状态的输出星座图是

从这个图中可以很容易地看出，I 和 Q 通道需要两种不同的幅度。如果 A 位用于控制 I 通道的极性，而 B 位用于控制 Q 通道的极性，则 C 位可以用于定义两种不同的幅度。为了均匀地间隔相位状态；幅度必须为 ± 0.38 和 ± 0.92。I 和 Q 通道信号的幅度必须始终不同。可以使用一个反相器来确保这个条件。

输入比特流被组织成 3 位字节。每个比特被发送到不同的位置以控制调制器的某个方面。2 到 4 级转换器的输入是 0 或 1，但输出是 ± 0.38 或 ± 0.92，具体取决于 C 位。

包裹/未包裹相位

相位角是一个循环量，具有限制条件 $0=2\pi$。因此，如果我们将相位围绕完整 360 度包裹，接收机将不会知道区别，并且传输将失败。当相位超过 360 度时，相位值被称为包裹。构建能够检测和解码包裹相位值的通信系统非常困难。

PM 发射机

PM 信号可以使用与 FM 发射机非常类似的技术进行传输。唯一的区别是需要向其添加一个微分器

Signal ---->|Differentiator|---->|VCO|----> PM Signal

PM 接收机

PM 接收机与 FM 接收机的所有部件相同，除了第三步

1. 一个限幅器，用于去除异常幅度值
2. 带通滤波器，用于分离带外噪声。
3. 一个相位检测器，用于将相位转换回电压
4. 一个低通滤波器，用于去除鉴频器添加的噪声。

可以使用锁相环（再次，看看为什么我们首先讨论它们？）来创建相位检测器。