BPSK和QPSK调制技术

1 概述 数字比特流必须被调制到RF 载频上才可以被传输，然后，调制信号以电磁场传播的形式经由空间传输。 也许有人会问：“为什么需要将比特流调制到RF 载频上？为什么直接在空间上传输基带信号？”这是有两个原因。第一个原因是政府的通信主管部门有规定，特定的通信业务只能在特定的频段上传输和使用，因此不是每个人都可以传输基带信号的。第二个原因是基带信号处于低频频段，这意味着发送基带信号的天线的尺寸是非常大的，否则信号功率就不能被高效率地发送到自由空间。一般来说，为了高效率地将信号功率转换成在自由空间传播的电磁波，天线的尺寸应该和电磁波的波长在一个数量级。如果想发射 9.6kHz 的基带信号，天线波长要达到31250 米。 模拟调制技术和数字调制技术不同。在模拟调制技术（比如调幅AM 或者调频FM）中，信号被承载在连续的信号波形上。而数字调制技术则不同，它发送的是离散的信息单元，也叫符号（symbol）；信息可以用幅度表示（如 on-off 键控技术），可以用相位表示（如相移键控技术），甚至幅度和相位一起来表示（如正交幅度调制技术，Quadrature-amplitude modulation，QAM）。 2 BPSK（Binary Phase-Shift Keying） 2.1 调制器 我们首先来了解最基本的数字调制技术BPSK 和它在高斯（Gaussian）噪声环境中的性能表现。BPSK 的原理非常简单，当需要传送比特+1 时，就发送正余弦波；当需要传送比特-1 时，就发送负余弦波。BPSK 的数学表达式是： ： (1) ： (2) 其中E 是每个符号(symbol)的能量，而 T 是每个符号(symbol)的持续时间。通过这些公式我们可以看到，信息比特实际上是储存在调制后信号 和 的相位里。如果传送的信息比特是+1，则调制后信号 的相位是 0；如果传送的信息比特是-1，则调制后信号 的相位是 π，或者 180 度。图 1 显示了BPSK 调制信号在时域的图形。 图1 BPSK 调制信号在时域的图形 BPSK 调制器的实现非常简单，实际上就是一个乘法器(Multiplier)。图2 是BPSK 调制器的基本结构。调制器的输入包括数字符号(data symbol)，可以是+1 或者-1。调制器将这些数字符号(data symbol)与幅度系数为 的 载波相乘，输出的结果就是相应的调制信号。 图2 BPSK 调制器 2 .2 解调器 BPSK 解调器的一种实现方法是信道匹配滤波器，图3 是结构示意图。接收信号 r(t)有两个分量：初始的发射信号 si(t)，其中 i 可以是+1 或者-1；从传输信道混进...