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数字相位调制又叫相位键控（Phase Shift Keying，PSK），是一种十分重要的基本数字调制技术，是一种用载波相位表示输入信号的调制技术、或者说PSK是根据数字基带信号的电平使载波相位在不同的数值之间切换的一种相位调制方法。
1. DPSK信号的调制原理
DPSK（Differential Phase Shift Keying）是为了克服PSK系统相位模糊问题而产生的一种调制手段。由于PSK系统是用载波的绝对相位来判断调制数据的，在信号传输过程及解调过程中，容易出现相位翻转，在解调端无法准确判断原始数据。DPSK是根据前后数据之间的相位差来判断数据信息的，即使在接收解调端发生相位翻转，由于数据之间的相位差不会发生改变，因此可以有效解决相位翻转带来的问题。与PSK相比，DPSK只需在发送端将原始数据绝对码转换成相对码，在解调端再将相对码转换成绝对码即可，其差分编/解码原理与
MSK调制解调
中编解码原理相同。
设输入到调制器的二进制比特流为
s(t)=\left\{\begin{matrix} Acos(\omega _{c}t+\varphi ), & b_{n}=0\\ -Acos(\omega _{c}t+\varphi ), & b_{n}=1 \end{matrix}\right. nT_{b}\leqslant t\leqslant (n+1)T_{b}
s
(
t
)
=
{
A
c
o
s
(
ω
c
t
+
φ
)
,
−
A
c
o
s
(
ω
c
t
+
φ
)
,
b
n
=
0
b
n
=
1
n
T
b
⩽
t
⩽
(
n
+
1
)
T
b
可以看出，可以将输入信号看成幅度为
±
1
的方波信号，调制过程即为原始信号与载波信号直接相乘的结果。下图为DPSK的调制过程波形图，图中的波形假定每个码元周期为载波周期的整数倍，其中clk为原始数据时钟，s为绝对码，ds为相对码，ms为已调信号。
DPSK调制系统中，由于原始信号的带宽无限大，但90%的能量集中在主瓣带宽内，因此，为提高发射端的功率利用率，降低噪声的影响，通常需要在调制之前对原始基带信号进行成形滤波，以滤除主瓣外的信号及噪声。根据奈奎斯特第一准则原理，如果信号经传输后整个波形发生了变化，但只要其特征点的抽样值保持不变，那么再次用插值滤波的方法，仍然可以准确无误地恢复出原始数据。满足奈奎斯特第一准则的滤波器有很多种，无线通信中应用最为广泛的是幅频响应均具有奇对称升余弦形状过渡带的一类滤波器，通常也叫做升余弦滚将滤波器。升余弦滤波器本身是一种有限脉冲响应滤波器，其传递函数的表达式为
X(f)=\left\{\begin{matrix} T_{s}, & 0\leqslant \left | f \right |\leqslant \frac{1-\alpha }{2T_{s}}\\ \frac{T_{s}}{2}\left ( 1+cos\left [ \frac{\pi T_{s}}{\alpha }\left ( \left | f \right | -\frac{1-\alpha }{2T_{s}}\right )\right ] \right ), & \frac{1-\alpha }{2T_{s} }\leqslant\left | f \right |\leqslant\frac{1+\alpha }{2T_{s} }\\ 0,&\left | f \right |\geqslant \frac{1+\alpha }{2T_{s} } \end{matrix}\right.
X
(
f
)
=
⎩
⎪
⎨
⎪
⎧
T
s
,
2
T
s
(
1
+
c
o
s
[
α
π
T
s
(
∣
f
∣
−
2
T
s
1
−
α
)
]
)
,
0
,
0
⩽
∣
f
∣
⩽
2
T
s
1
−
α
2
T
s
1
−
α
⩽
∣
f
∣
⩽
2
T
s
1
+
α
∣
f
∣
⩾
2
T
s
1
+
α
式中，
(
1
+
α
)
R
s
/
2
=
R
s
。
在无线通信系统中，发射端在将信号经功放放大，并最终由天线发射出去之前，为了提高功率效率，同时抑制发射信号边带信号频谱，避免边带信号对其他信号造成干扰，通常会在已调信号之后增加带通滤波器。显然，在PSK调制过程中，如在调制前对基带信号进行成形滤波，除防止码间干扰外，还可以达到滤除边带信号频谱的目的。
对基带信号成形滤波后，进行PSK调制只能采用调相法，其实现结构如下所示：
2. Costas环解调DPSK信号
科斯塔斯环（Costas）又叫作同相正交环。首先被提出用于恢复载波信号，在工程上应用最为广泛的一种抑制载波跟踪环路。
Costas环的组成原理如下图所示，它是由输入信号分别乘以同相和正交两路载波信号而得名。输入信号分为上、下支路，分别乘以同相和正交载波，并通过低通滤波后再相乘，完成鉴相功能，最后经环路滤波器输出控制本地振荡器的误差电压。
设输入BPSK调制信号为
s(t)=m(t)sin[\omega _{c}t+\theta _{1}(t)]=\left [ \sum_{n}^{}a_{n}g(t-nT_{s}) \right ]sin[\omega _{c}t+\theta _{1}(t)]
s
(
t
)
=
m
(
t
)
s
i
n
[
ω
c
t
+
θ
1
(
t
)
]
=
[
n
∑
a
n
g
(
t
−
n
T
s
)
]
s
i
n
[
ω
c
t
+
θ
1
(
t
)
]
式中，
Z_{i}(t)=K_{p1}\left [ \sum_{n}^{}a_{n}g(t-nT_{s}) \right ]sin[\omega _{c}t+\theta _{1}(t)]sin[\omega _{c}t+\theta _{2}(t)]
Z
i
(
t
)
=
K
p
1
[
n
∑
a
n
g
(
t
−
n
T
s
)
]
s
i
n
[
ω
c
t
+
θ
1
(
t
)
]
s
i
n
[
ω
c
t
+
θ
2
(
t
)
]
Z_{q}(t)=K_{p2}\left [ \sum_{n}^{}a_{n}g(t-nT_{s}) \right ]sin[\omega _{c}t+\theta _{1}(t)]cos[\omega _{c}t+\theta _{2}(t)]
Z
q
(
t
)
=
K
p
2
[
n
∑
a
n
g
(
t
−
n
T
s
)
]
s
i
n
[
ω
c
t
+
θ
1
(
t
)
]
c
o
s
[
ω
c
t
+
θ
2
(
t
)
]
令
V_{c}(t)=\frac{1}{8}K_{p}K_{p1}K_{p2}K_{11}K_{12}sin[ 2\theta _{e}(t)]=K_{d} sin[ 2\theta _{e}(t)]
V
c
(
t
)
=
8
1
K
p
K
p
1
K
p
2
K
1
1
K
1
2
s
i
n
[
2
θ
e
(
t
)
]
=
K
d
s
i
n
[
2
θ
e
(
t
)
]
式中，
f
c
=
m
i
n
[
f
c
d
d
c
,
B
f
/
2
+
Δ
f
a
d
]
3.1 源码
ps=1*10^6; %码速率为1MHz a=0.8; %成形滤波器系数为0.8 B=(1+a)*ps; %中频信号处理带宽 Fs=8*10^6; %采样速率为8MHz fc=2*10^6; %载波频率为2MHz N=10000; %仿真数据的长度 t=0:1/Fs:(N*Fs/ps-1)/Fs;%产生长度为N,频率为fs的时间序列 s=randint(N,1,2); %产生随机数据作为原始数据, %并将绝对码变换为相对码 ds=ones(1,N); for i=2:N if s(i)==1 ds(i)=-ds(i-1); ds(i)=ds(i-1); %对相对码数据以Fs频率采样 Ads=upsample(ds,Fs/ps); %设计平方升余弦滤波器 n_T=[-2 2]; rate=Fs/ps; T=1; Shape_b = rcosfir(a,n_T,rate,T);%figure(4);freqz(Shape_b) %对采样后的数据进行升余弦滤波; rcos_Ads=filter(Shape_b,1,Ads); %产生载频信号 f0=sin(2*pi*fc*t); %产生DPSK已调信号 dpsk=rcos_Ads.*f0; %与相干载波相乘，实现相干解调 demod_mult=dpsk.*f0; %设计接收端低通滤波器 fc=[ps 3.1*10^6]; %过渡带 mag=[1 0]; %窗函数的理想滤波器幅度 dev=[0.01 0.01]; %纹波 [n,wn,beta,ftype]=kaiserord(fc,mag,dev,Fs) %获取凯塞窗参数 fpm=[0 fc(1)*2/Fs fc(2)*2/Fs 1]; %firpm函数的频段向量 magpm=[1 1 0 0]; %firpm函数的幅值向量 rec_lpf=firpm(n,fpm,magpm); %firpm函数返回的最优滤波器系数 %对乘法运算后的数据进行低通滤波，输出解调后的基带信号 demod_lpf=filter(rec_lpf,1,demod_mult); figure(1) %绘制成形滤波后信号频谱、DPSK信号频谱、DPSK信号时域波形 m_rcos_Ads=20*log10(abs(fft(rcos_Ads,1024)));m_rcos_Ads=m_rcos_Ads-max(m_rcos_Ads); m_dpsk=20*log10(abs(fft(dpsk,1024)));m_dpsk=m_dpsk-max(m_dpsk); %设置幅频响应的横坐标单位为MHz x_f=[0:(Fs/length(m_dpsk)):Fs/2];x_f=x_f/10^6; %只显示正频率部分的幅频响应 mrcos_Ads=m_rcos_Ads(1:length(x_f)); mdpsk=m_dpsk(1:length(x_f)); %设置时域波表的横坐标单位为us Len=100;%设置时域波形显示的点数 x_t=1:Len;%产生长度为Len的时间序列 x_t=x_t/Fs*10^6; %显示所需的频谱及时域波形 subplot(311); plot(x_f,mrcos_Ads); legend('成形滤波后信号频谱'); xlabel('频率(MHz)');ylabel('幅度(dB)');grid on; subplot(312); plot(x_f,mdpsk); legend('DPSK已调信号频谱'); xlabel('频率(MHz)');ylabel('幅度(dB)');grid on;3.2 仿真结果
本文章选择QPSK和QDPSK作为调制解调方式，主要介绍QPSK调制与解调的原理，并简单介绍其与QDPSK的区别和调制方法。并进行MATLAB仿真与测试过程，分析调制解调波形以及系统误比特率。并希望在此基础上可以深入的了解和学习现代通信技术。 本教程的目的是演示如何使用OptiSystem组件库设计8 DPSK脉冲发生器。 本教程包含了一些此处演示参考的项目文件。有关项目文件名称，请参阅本教程的末尾。 建议您使用OptiSystem组件库手册阅以读此处介绍的各个组件的技术说明。 载波同步又称载波恢复，即在接收端产生一个和接收信号的载波同频同相的本地震荡信号，供解调器做干解调使用。采用相干解调法，在接收端中就需要有载波同步电路，提取相干解调法所需要的载波信号。相干载波必须与接收信号同频同相。 载波同步的实现方法主要有：直接提取和插入导频两种。直接提取法适用于：抑制载波的双边带调幅系统、残留边带调幅系统、二相及多项调幅系统。导频法适用于：双边带调幅信号的调制与解调。 分析可知，2PSK 调制在理论分析时虽然成立，但是在实际工程中，如若因接收端遇 到突发干扰（温度漂移或噪声干扰等），就会使接收端的参考相位发生随机的跳变，则会 产生所谓的“倒π”现象，发生绝对的错误。这对系统的误码性能影响很大，致使通信质 量很差，故在实际工程中，基本不适用。另外，在随机信号码元序列中，信号波形有可能 出现长时间连续的正弦波，致使在接收端无法辨认信号码元的起止时刻。相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在 2PSK 中，通常用初始相位为 0 和π分别表示二进制。 PSK(相移键控)调制与解调是数字通信领域中的一个重要概念。在这个过程中，信号的相位(而不是幅度)被用来传输信息。基于MATLAB的PSK调制与解调意味着使用MATLAB编写代码来实现这个过程。通过使用MATLAB，可以方便地模拟和分析不同的信号处理算法，并对其进行仿真和验证。因此，基于MATLAB的PSK调制与解调是一个非常有用的工具，用于理解和掌握数字通信中的相关概念。 水声通信中适用的调制技术及分析（FSK、PSK、DPSK）摘要：1 引言2 频移键控调制FSK2.1 频移键控（2FSK）信号的产生2.1.1模拟调频电路方法产生相位连续的2FSK信号2.1.2数字键控的方法产生相位不连续的2FSK信号2.2 频移键控（2FSK）解调2.2.1非相干解调：2.2.2相干解调3 相移键控调制PSK3.1 相移键控（2PSK）信号的产生3.1.1相乘法3.1.2相位选择法3.2 相移键控（2PSK）解调：相干解调4 差分相移键控调制DPSK4.1 二进制差分相移键控（2DPSK 在现代通信技术中，因为基于数字信号的数据传输优于模拟信号的传输，所以数字信号的传输显得越来越重要。根据MATLAB随机产生的10000个随机宽度为1的码元作为信源，对其进行载波调制，将信源在高斯白噪声信道进行传输，在接收端，先进行带通滤波，再相干载波进行解调，然后经过低通滤波器，最后进行抽样判决与码反变换恢复出原码，得到结果，由系统的输入和解调恢复输出波形图可以看出,仿真效果前后波形一致，仅仅出现了时延差，所得到的效果符合预期，完成了所给任务的要求。 2PSK只能用相干解调，当已调信号到达接收端后，接收机先用一个带通滤波器滤掉信号带宽以外的那些没用的噪声，然后与本地相干载波相乘，相乘时，正正得正，正负得负，负负得正，因此1对应的载波相乘后全在为正，0对应的载波相乘后全部为负，这就得到了相乘后的信号波形：接着用一个低通滤波器，将高频的信号变成一个低频的信号，这个低频的信号是一个随时间变化的电压，但到底哪一段电压代表1，哪一段电压代表0呢？这需要抽...