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使用锁相环实现连续相位快速响应的QPSK调制器资料说明

消耗积分:2 | 格式:pdf | 大小:1.01 MB | 2020-05-15

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  在M相移键控(M-PSK)方案中,正交相移键控(QPSK)由于其有效的带宽消耗而得到了广泛的应用。然而,与具有连续相变的最小移位键控相比,QPSK需要更高的带宽来传输信号。本文研究了QPSK信号的相位变换,提出了一种基于锁相环(PLL)的QPSK调制器。由于采用了三输入异或门和求和电路,该系统中的锁相环电路不同于传统的锁相环电路。利用这些附加组件,所提出的PLL在QPSK信号中提供连续的相位变化。因此,当使用所述电路时,传输QPSK信号所需的带宽小于具有不连续相位的传统QPSK信号所需的带宽。该系统的时域分析结果与电路的实验和仿真结果吻合较好。理论和实验结果都证实了该技术在实际应用中是可行的。

  数字调制目前在卫星通信〔1-4〕、电视广播、非对称数字用户线(ADSL)〔5〕、移动通信〔6〕、〔7〕等通信系统中起着至关重要的作用,这是因为数字调制具有高安全性,不受干扰噪声,比模拟调制需要更少的带宽。数字调制有多种类型,包括幅度移位键控(ASK)、频率移位键控(FSK)和相位移位键控(PSK),在PSK调制中,输出信号的相位根据输入数据位从参考相位偏移。PSK有多种变体,如二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)和M相移键控(M-PSK),其中QPSK调制是最流行的一种,并为其分配了四个不同的相位:45°、135°、-135°和-45°一般来说,M-PSK数字相位调制涉及s(t)=Acos(ωct–ɕn)形式的信号,其中ɕn是M-PSK相位之一。这个表达式可以重写为s(t)=an cos(ωct)+bn s in(ωct),其中an=Acosɕn和bn=Asinɕn。可以看出,控制M-PSK信号相位的关键因素是an和bn,它们是对应于每一组数字数据位(n位/集)的电压电平。例如,在2位/集,M=22=4,相当于QPSK调制;因此,四种可能的2位组合(00、01、10、11)通过使用D/a转换器转换为模拟电压电平,以生成相关的an和bn。最后得到相位调制信号。这一产生QPSK信号的基本原理导致了许多调制技术,如利用FPGA〔8〕、〔9〕、VLSI〔10〕或CMOS〔11–14〕实现QPSK调制,所有这些技术都是基于利用现代技术应用上述基本原理。存在适用频率、功耗、不支持电子元件、成本高等局限性。2007年,提出了一种QPSK调制电路,它与外部电路一起控制锁相环(PLL)的增益来移相〔15〕,但是这种方法中PLL的参考频率很低,因此不能用当前的技术来实现。此外,外部电路的需求也增加了该技术的复杂程度。此外,由于锁相环的工作,PSK信号中的连续相位变化在本研究中没有提及。在〔16〕中,提出了一种由基本电子元件(如opamps、D触发器、逆变器和BJTs)构成的QPSK调制电路。这种结构不仅复杂,而且由于在输入信号中强制要求90°相位差而缺乏灵活性。

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