通信原理概论论文计

                                         对PSK调制解调方式的论述

调制解调系统的原理

　　载有基带信号的高频正弦波信号称为载波，数学上准确表示正弦波时，经常采用振幅A、角频率 和相位 三要素.

　   根据基带信号的值，改变三要素中的任何一种，就有了3种基本的调制方式：数字信号对载波振幅调制称为振幅键控，即ASK（Amplitude Shift Keying）；对载波频率调制称为频移键控，即FSK（Frequency Shift Keying）；对载波相位调制称为相移键控（相位键控），即PSK(Phase Shift Keying)。  

由于PSK系统抗噪声性能优于ASK和FSK，而且频带利用率较高，所以，在中、高速数字通信中被广泛采用。

一﹑psk传输系统

（1）系统结构图

PSK

中文解释：相移键控

常用别名：phase-shift keying

   概 述

  在某些调制解调器中用于数据传输的调制系统，在最简单的方式中，二进制调制信号产生0和1。载波相位来表示信号占和空或者二进制1和O。对于有线线路上较高的数据传输速率，可能发生4个或8个不同的相移，系统要求在接收机上有精确和稳定的参考相位来分辨所使用的各种相位。利用不同的连续的相移键控，这个参考相位被按照相位改变而进行的编码数据所取代，并且通过将相位与前面的位进行比较来检测。

CPSK系统设计

　　CPSK由发送端的调制模块与接收端的解调模块构成，其系统框图如图3-1所示。在发送端，对于调制模块，首先产生两种不同相位的载波信号f1和f2，再通过一个二选一选通开关来选择载波信号，其中具体的载波信号由输入的基带信号来决定。这些信号处理都在CPLD中实现，输出的即为CPSK调制信号，最后通过信道发送到接收端。对于解调模块，调制信号先由位同步提取电路提取出载波同步信号，然后由载波同步信号来控制计数器的启动与停止，分别对调制信号来计数，最后通过一个判决电路来判断输入的调制信号是‘0’ 还是‘1’，输出的即为解调的基带信号。

　  BCPSK系统框图

　DPSK系统设计

　　                                       BDPSK系统框图

       DPSK信号应用较多，但由于它的调制规律比较复杂，难以直接产生，目前DPSK信号的产生较多地采用码变换加CPSK调制而获得。这种方法是把原基带信号经过绝对码——相对码变换后，用相对码进行CPSK调制，其输出便是DPSK信号。同样，对于DPSK信号的解调，则要经过相对码——绝对码变换。其系统框图如上。

（2）psk的典型应用

psk读写器，调制解调器

ＰＳＫ调制

ＭＣＲＦ２００的ＰＳＫ调制方式有两种：ＰＳＫ１和ＰＳＫ２。采用ＰＳＫ１调制时，每当相位在数据位的上升沿或下降沿时，将在从位起始处跳变１８０°；而在ＰＳＫ２调制时，相位将在数据位为１时从位起始处跳变１８０°，为０时则相位不变。ＰＳＫ１是一种绝对码方式，ＰＳＫ２是一种相对码方式，因此，ＰＳＫ读写器硬件只能按一种调制方式设计(如ＰＳＫ１)，而当要工作在另一调制方式时，可用软件进行转换。

图３所示是一个典型的ＰＳＫ调制信号波形示意图，图中假设ＰＳＫ速率为数据位速率的８倍。

    ３．２ ＰＳＫ读写器

ＰＳＫ读写器的电路结构如图４所示。它由４ＭＨｚ晶体振荡器、分频器、载波功放、包络检波器、滤波放大、脉冲成形器、相位比较器、微处理器及与主机接口电路等组成。

图４中，读写器发收两通道的信号流程已很清楚，这些电路的设计参考文献很多。下面仅就功率放大器、包络检波、ＰＳＫ解调以及ＲＳ－２３２串口电路进行分析。

功放电路

该ＰＳＫ读写器的功放电路如图５所示。图中，Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３用于组成Ｂ类放大器，Ｌ１、Ｃ１和Ｃ２串联谐振于１２５ｋＨｚ，选通分频器输出的１２５ｋＨｚ载波加至功放，Ｌ２和Ｃ３用于构成输出谐振电路，这样，在Ｌ２上将产生电磁场，从而保证卡芯片进入场区时能获得足够的载波能量而被激活。但Ｌ２所产生的场能量也有一定的，通常在３０ｍ处测试应不超过６５ｄＢμＶ（ｄＢμＶ＝２０ｌｏｇμＶ）。

包络检波电路

非接触ＩＣ卡的负载调制通常采用ＡＭ方式，读写器中的载波解调采用简单的包络检波电路，图５中，Ｄ３和Ｄ４的作用是对芯片负载调制信号进行全波检波，以检出ＰＳＫ包络。

而Ｒ８和Ｃ５组成的低通滤波器则应满足包络检波条件，即：

Ｒ８Ｃ５≥（５－１０）／ωＣ

式中：ωＣ为载波角频率。但应注意为了减小惰性失真，Ｒ８ 和Ｃ５不应取值过大。

ＰＳＫ解调器电路

ＰＳＫ解调电路是读写器能正确将ＰＳＫ调制信号变换为ＮＲＺ码的关键电路，其具体电路见图６所示。图中，从脉冲形成电路送出的６２．５ｋＨｚ的ＰＳＫ方波信号 假定配置寄存器ＣＢ１０位为０，即ＰＳＫ速率为ｆｃ／２　加至触发器Ｄ３的时钟输入端。触发器Ｄ３的数据输入端Ｄ加入的是由１２５ｋＨｚ载波基准形成的６２．５ｋＨｚ基准方波信号，这样，若时钟与Ｄ输入端两信号相位差为９０° 或相位差不偏至０°或１８０°附近　，则触发器Ｄ３的Ｑ端输出信号将是可由微控制器ＭＣＵ读入的数据ＮＲＺ码。

分频器输出的１２５ｋＨｚ方波基准信号经触发器Ｄ２变换为６２．５ｋＨｚ的方波，而异或门１利用触发器输出Ｄ１的高低电平变化则可使加至触发器Ｄ２的１２５ｋＨｚ基准信号相位改变１８０°，该１８０°的相位变化在触发器Ｄ２的Ｑ输出端会产生９０°的相移。

而基准６２．５ｋＨｚ信号在经异或门４后将产生１２５ｋＨｚ脉冲信号 Ｒ３Ｃ３产生延迟　。同样，也将产生６２．５ｋＨｚ的ＰＳＫ数据信号，在经Ｒ２、Ｃ２和异或门后，也将产生１２５ｋＨｚ的脉冲信号。这两信号可在触发器Ｄ４中进行相位比较以在触发器Ｄ４的Ｑ端输出１２５ｋＨｚ信号，其占空比正比于两信号间的相位差。当两个６２．５ｋＨｚ信号的相位差为９０°时，其占空比为５０％，这对于ＰＳＫ解调是理想的，若它们的相位差偏离９０°而向０°或１８０°偏移时，其占空比也将同时减小或增大。

    由Ｒ１和Ｃ１构成的滤波电路输出的直流电平大小正比于相位差，该直流电压加至一个窗口检测电路。若直流电平靠近中间，则窗口检测器输出１为高，输出２为低，异或非后为低，因而不改变触发器Ｄ１的Ｑ输出状态；若直流电平过高，则窗口检测器１、２输出端都为高；此时，若直流电平较低，则窗口检测器１、２输出端都为低。即触发器Ｄ４输出的占空比过大或过小时，窗口检测器的输出会使触发器Ｄ１的时钟输入端产生上跳变化，从而引起触发器Ｄ１输出Ｑ的电平变化而使触发器Ｄ２输出发生９０°相移，最终使触发器Ｄ３达到最佳的ＰＳＫ解调状态。

　BPSK (Binary Phase Shift Keying) 双相移相键控 。 

BPSK传输系统可以在加入噪声环境下进行各项指标测量,通过对BPSK调制信号眼图观测(不匹配/匹配)、调制信号包络观察;相干载波相位模糊度观测、相干载波相位模糊度对解调数据的影响测量 

QPSK调制器 

多进制数字调制技术。为了提高传输的频带利用率，可以采用多进制调制方法。如QPSK（四相相移键控）、QAM（正交幅度调制）、VSB（残留边带调制）等。

（3）psk系统的优点

PSK系统抗噪声性能优于ASK和FSK，而且频带利用率较高，所以，在中、高速数字通信中被广泛采用。用载波信号的相位移动来表示数据，PSK技术具有较强的抗干扰能力，而且比FSK方式更有效。PSK可以使用二相或多于二相的相移，利用这种技术，可以对传输速率起到加倍的作用。

Psk读写器，能够在读写区实现多电子标签同时读取，具备防碰撞功能较好，适用于固定和移动电子标签的识读，在校验读写过程中的发现错误信息隐患功能较强。对于有源电子标签，能够标识电池的相关信息，如电量等

三﹑通信，计算机，自动化技术相结合的psk产品及应用

PSK调制算法仿真与FPGA实现，基于声卡和DSP的PSK信号软件调制解调的研究等都是通信，计算机，自动化技术相结合而实现的。下面我来说一下：基于声卡和DSP的PSK信号软件调制解调。

基于计算机声卡的BDPSK和QDPSK信号软件调制解调系统，内容包括数字载波序列的产生、载波同步、滤波器设计，信号的抽样判决等。系统采用相干解调方法，载波同步采用Costas环，在系统开发过程中，利用EDA工具SystemView对锁相部分包括载波同步算法和数字滤波器设计等内容进行了仿真分析。首先，PSK信号软件调制解调系统基于PC声卡上的实现，这是计算机与通信的结合。接着，经过QPSK软件调制解调的实现，BDPSK信号的载波同步算法在DSP上的实现和解调算法在DSP中的部分实现后最终制成声卡。这就是自动化与二者的结合。

四﹑通信新技术及其应用

1﹑MC-PSK在远程水声通信中的应用及其性能仿真

随着科技的发展，人类对陆地的认识和开发越来越全面，而海洋作为尚未开发的宝地，已成为各军事强国的重要战略目标，是近年来国际上激烈竞争的焦点之一。基于相位相干检测和自适应决策反馈均衡器的高速水声通信系统在远程水声信道中的成功应用，大大增加了人们对在恶劣水声信道中采用复杂通信技术实现高速、可靠的水声通信的信心。借鉴无线电通信中一些成功的调制方式，笔者将一种新的调制方式，多载波一相移键控(Multi-Cannier Phase Shift Keying，MC-PSK)运用于水声通信以提高水下通信数据率。

MC-PSK调制解调技术

在水声通信中，通常采用基于自适应均衡技术的相位相干检测技术来提高系统的数据率；但此技术对接收端的输入信噪比有较高要求，因此系统中采用大的发射和接收基阵，通过空间分集和组合，提高信噪比，确保系统性能。在远程水声通信的过程中，由于传输距离远，信道衰落大，加上水下航行器自身的，无法采用大的发射、接收基阵，因此信号到达接收端时信噪比很低，且易受到远程信道衰落影响。MC-PSK调制是新的组合调制方式，可在保证系统数据率的条件下，增加信号的持续时间，从而显著地改善系统的可靠性和抗多径干扰性能。

2﹑无线加密（三）――WPA－PSK加密

随着无线通信技术的日益成熟，无线通信产品价格一降再降，无线局域网也逐步走进千家万户。但无线网络的安全问题同时也令人担忧，毕竟在无线信号覆盖范围内，一些“心怀不测”人也有机会接入，甚至偷窥、篡改和破坏用户的重要数据文件，那如何保证无线网络的安全呢？无线加密协议（WEP和WPA）的应用就是一套行之有效的方法。

3﹑基于CPLD的PSK系统

现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。从模拟调制到数字调制，从二进制发展到多进制调制，虽然调制方式多种多样，但都是朝着使通信系统更高速、更可靠的方向发展。一个系统的通信质量，很大程度上依赖于所采用的调制方式。因此，对调制方式的研究，将直接决定着通信系统质量的好坏。

复杂可编程逻辑器件（CPLD）结合了专用集成电路和DSP的优势，既具有很高的处理速度，又具有一定的灵活性。因此，基于CPLD的数字调制系统的研究具有重要的实际意义。本文论述了如何用CPLD实现PSK数字调制系统的方法，其实现步骤包括：1.研究PSK调制系统的原理及设计方法；2.根据各个系统的总体功能与硬件特点，设计总体框图；3.根据VHDL语言特点，对系统进行VHDL建模；4.根据VHDL模型，进行具体VHDL语言程序设计；5.对设计的程序进行波形仿真与硬件调试。

　　2 调制解调系统的原理

　　载有基带信号的高频正弦波信号称为载波，数学上准确表示正弦波时，经常采用振幅A、角频率 和相位 三要素，即

　　y(t)=A cos( t + )　　　　　　　　　　（2-1）　　 

　　根据基带信号的值，改变三要素中的任何一种，就有了3种基本的调制方式：数字信号对载波振幅调制称为振幅键控，即ASK（Amplitude Shift Keying）；对载波频率调制称为频移键控，即FSK（Frequency Shift Keying）；对载波相位调制称为相移键控（相位键控），即PSK(Phase Shift Keying)[2]。

　　由于PSK系统抗噪声性能优于ASK和FSK，而且频带利用率较高，所以，在中、高速数字通信中被广泛采用。

本文只对PSK调制方式加以论述。

3 系统的总体方案设计

　　3.1 CPSK系统设计

　　CPSK由发送端的调制模块与接收端的解调模块构成，其系统框图如图3-1所示。在发送端，对于调制模块，首先产生两种不同相位的载波信号f1和f2，再通过一个二选一选通开关来选择载波信号，其中具体的载波信号由输入的基带信号来决定。这些信号处理都在CPLD中实现，输出的即为CPSK调制信号，最后通过信道发送到接收端。对于解调模块，调制信号先由位同步提取电路提取出载波同步信号，然后由载波同步信号来控制计数器的启动与停止，分别对调制信号来计数，最后通过一个判决电路来判断输入的调制信号是‘0’ 还是‘1’，输出的即为解调的基带信号。

　                                          　图3-1 BCPSK系统框图

　3.2 DPSK系统设计

　                                           图3-2　BDPSK系统框图

　　DPSK信号应用较多，但由于它的调制规律比较复杂，难以直接产生，目前DPSK信号的产生较多地采用码变换加CPSK调制而获得。这种方法是把原基带信号经过绝对码——相对码变换后，用相对码进行CPSK调制，其输出便是DPSK信号。同样，对于DPSK信号的解调，则要经过相对码——绝对码变换。其系统框图如图3-2所示。 

　　4 基于VHDL的PSK系统电路设计及实现

　　4.1 2CPSK调制模块

图4-1　2CPSK调制模块的VHDL模型方框图

　　2CPSK调制模块的VHDL模型方框图如图4-1所示，其模型主要由计数器和二选一开关等组成。计数器对外部时钟信号进行分频与计数，并输出两路相位相反的数字载波信号；二选一开关的功能是：在基带信号的控制下，对两路载波信号进行选通，输出的信号即为CPSK信号。图中没有包括模拟电路部分，输出信号为数字信号。 

　　其波形仿真图如图4-2所示。其中载波信号f1、f2是通过系统时钟clk分频得到，且滞后系统时钟一个clk周期；调制输出信号y滞后载波一个clk周期，滞后系统时钟2个clk周期。

　　图4-2　2CPSK调制模块的波形仿真图

　　4.2 2CPSK解调模块 

　　                                         图4-3　2CPSK调解模块的VHDL模型方框图

　　2CPSK解调模块的VHDL模型方框图如图4-3所示。图中的计数器q输出与发端同步的0向数字载波。判决器的工作原理是：把计数器输出的0相载波与数字CPSK信号中的载波进行逻辑“与”运算，当两比较信号在判决时刻都为“1”时，输出为“1”，否则输出为“0”，以实现解调的目的。图中没有包含模拟电路部分，调制信号为数字信号。 

　                                           　图4-4　2CPSK调解模块的波形仿真图

　　其波形仿真图如图4-4所示。当q=0时，根据x的电平来进行对相位的判决；其中输出信号y滞后输入信号x一个clk周期。 

　　4.3 绝对码-相对码转换模块

　　绝对码——相对码之间的关系为

　　　　　　　　　　（式4-1）

　　                                       图4-5 绝对码-相对码转换模块的VHDL模型方框图

　　由此，可得到绝对码—相对码转换模块的VHDL模型方框图，如图4-5所示。图中的计数器与图4-3中的计数器相同，异或门与寄存器共同完成绝/相变换功能。 

　　相对码—绝对码转换模块与此类似，此处就不加以论述。

　　5 系统调试总结

　　本课题研究并追踪了通信领域和EDA设计领域的两项关键技术——调制解调技术和可编程逻辑技术，所有设计工作都是在一块CPLD实验开发板上完成的，选用了Altera公司型号为EPM7128SLC84-7作为主芯片的。其中输入信号由单片机提供，经过CPLD处理后，输出信号的波形可通过示波器观察。但由于调制系统与解调系统的测试是分开进行的，这样势必有不直观性，并且未能考虑到实际系统中的不定因素。而以上这些，是本设计将来要进一步改善与发展的地方。

创新点：论文采用自上而下的开发方式，通过复杂可编程逻辑器件（CPLD）设计实现调制解调系统，以直接提高通信系统质量。

以上就是我通过学习和上网查资料对PSK系统的了解。