通訊系統/相位調製

相位調製

相位調製最常用於傳送數字訊號。當今所有高效能調變解調器都使用相位調製。

與 FM（頻率調製）類似的是相位調製。（我們將在下一章展示它們是如何相同的。）如果我們根據特定函式改變相位的值，我們將得到以下廣義 PM 函式

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

重要的是要注意，對於所有 t 值，$-\pi <\alpha s(t)\leq \pi$。如果這個關係不滿足，則相位角被稱為包裹。

BPSK 調製器

二進位制相移鍵控調製器是最簡單的 PSK 調製器，因為它只有兩種輸出相位狀態。它通常是一個乘法器，可以是 IC（積體電路）或環形調製器。

輸出有兩個相位狀態

在上圖中，每個相位狀態的持續時間對應於一個訊號元素或波特率。因此波特率等於位元率。

BPSK 訊號的頻譜將取決於正在傳輸的資料，但對於最高資料速率輸入，繪製它非常容易。

生成的 BPSK 頻譜是

QPSK 調製器（4-PSK）

正交調製使用兩個資料通道，分別表示為 I（同相）和 Q（正交相），它們相對於彼此相位差為 90^o。這看起來有些矛盾，雖然這兩個通道在傳輸之前被組合在一起，但它們不會互相干擾。

接收機由於它們的正交或正交性，能夠很好地將它們分離。

在最基本的配置中，有 4 種可能的輸出相位。這表明每個輸出符號對應於 2 位二進位制資訊。由於幾個位元可以編碼到一個波特率中，因此位元率超過波特率。

此電路中首先發生的事情是，傳入的位元被組織成稱為二進位制字的 2 組。它們被分成 2 個數據流，並在二進位制字週期內保持不變。

每個資料流被饋送到一個 BPSK 調製器。但是，正交載波饋送到兩個調製器。I 通道調製器的輸出類似於

Q 通道調製器的輸出類似於

組合 I 和 Q 通道會使輸出狀態旋轉 45^o。

為了清晰起見，將輸出參考旋轉到 45^o，因此對於這個特定的資料序列，傳輸的輸出是

8-PSK

這種將更多位元編碼到每個輸出波特率或相位狀態中的過程可以繼續進行。將二進位制位元組織成 3 個位元組對應於 8 種不同的情況。

8 種不同相位狀態的輸出星座圖是

從這個圖中可以很容易地看出，I 和 Q 通道需要兩種不同的幅度。如果 A 位用於控制 I 通道的極性，而 B 位用於控制 Q 通道的極性，則 C 位可以用於定義兩種不同的幅度。為了均勻地間隔相位狀態；幅度必須為 ± 0.38 和 ± 0.92。I 和 Q 通道訊號的幅度必須始終不同。可以使用一個反相器來確保這個條件。

輸入位元流被組織成 3 位位元組。每個位元被髮送到不同的位置以控制調製器的某個方面。2 到 4 級轉換器的輸入是 0 或 1，但輸出是 ± 0.38 或 ± 0.92，具體取決於 C 位。

包裹/未包裹相位

相位角是一個迴圈量，具有限制條件 $0=2\pi$。因此，如果我們將相位圍繞完整 360 度包裹，接收機將不會知道區別，並且傳輸將失敗。當相位超過 360 度時，相位值被稱為包裹。構建能夠檢測和解碼包裹相位值的通訊系統非常困難。

PM 發射機

PM 訊號可以使用與 FM 發射機非常類似的技術進行傳輸。唯一的區別是需要向其新增一個微分器

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

PM 接收機

PM 接收機與 FM 接收機的所有部件相同，除了第三步

1. 一個限幅器，用於去除異常幅度值
2. 帶通濾波器，用於分離帶外噪聲。
3. 一個相位檢測器，用於將相位轉換回電壓
4. 一個低通濾波器，用於去除鑑頻器新增的噪聲。

可以使用鎖相環（再次，看看為什麼我們首先討論它們？）來建立相位檢測器。