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调制和解调5:BPSK调制和解调
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发表于 2021-05-30 14:28:28  只看楼主 

BPSK全称Binary Phase Shift Keying,也就是二进制相移键控。顾名思义,这是相位调制的一种,因为在BPSK中只有两个相位状态,而=2,因此BPSK一个调制符号表示一个比特信息。

如果使用I/Q调制,可以只使用I路,不用Q路,或者两路都用上也行。而电平转换具体转为多少在后面的论证过程会计算出来,如下所示:

image.png


如果只使用I路,上面示意图进一步简化如下:

image.png

电平转换根据双极性码将码元1转换成幅度为-A电平,码元0转换成幅度为A电平,如下表:

数据比特

双极性码电平转换

0

A

1

-A

根据调制原理框图,可以计算输出信号,如下:

输入比特0,电平(A),输出信号s(t)= Acost

输入比特1,电平(-A),输出信号s(t)= -Acost =Acost+π)

为了保持电平为统一为1,A的值取为1,因此最后的结果可总结如下:

输入数据

双极性码电平转换

输出相位结果

0

0

1

-1

π

 

BPSK调制波形变化图如下所示:

image.png

BPSK调制波形图

    从上图可看到,当从输入从1跳变到0时,波形相位会有一个180°的相位跳变。

BPSK一般采用相干解调来解调信号,下面来看看处理流程:

image.png

BPSK相干解调流程

注:带通滤波器就是只允许特定频率电磁波通过的滤波器,其他频率波形被极大地衰减。相乘器相当于信号叠加器,把原信号跟调制信号相乘在一起。低通滤波器是只允许低于截止频率通过的滤波器。抽样判决器是通过定时脉冲在特定时间内对波形的幅度值进行样本抽取的工具。

    最后我们看看整个调制解调过程中波形是如何变化的,如下图所示:

image.png

BPSK调制解调过程波形变化图

       由于在无线信道中传输的时候是会受到噪声干扰的,所以在仿真过程中加入了最常见的加性高斯白噪声(AWGN, Additive White Gaussian Noise)。

由于在BPSK信号的载波恢复过程中有相位模糊现象,需要采用相干解调的方法来恢复信号,这种方法成本较高。BPSK的相位模糊现象表现为恢复的本地载波与所需的相干载波可能同相,也可能反相,这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反,即“1”变为“0”,“0”变为“1”,判决器输出数字信号全部出错。这种现象也称为BPSK方式的“倒π”现象或“反相工作”。

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形,致使在接收端无法辨认信号码元的起止时刻。为了解决上述问题,工程中一般采用差分相移键控(DPSK)来代替BPSK。

image.png

 


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