東南科技大學 

資訊科技與通信學系 

九十九年度實務專題報告 

 

題目: 

PSK調變與解調變系統 

 

 年制部別:  四年制大學部          

     級:  年乙班            

     名:常智育    林俊廷     周楷恆      

     號:49617122  49617088   49617081  

 指導老師:  葉振明 老師         

 

中華民國九十九年十二月


學校名稱:東南科技大學

    別:資訊科技與通信學系

題目名稱:PSK調變與解調變系統

指導老師:葉振明 老師

學生學號:49617122 49617088 49617081

學生姓名:常智育   林俊廷   周楷恆           

完成年月:中華民國九十九年十二月

指導老師簽名:


摘要

為了要有效傳送數位訊號,現在大都採用數位調變的方式來處理數位訊號,基本的數位調變方法有幅移鍵(ASK)、頻移鍵(FSK)與相移鍵(PSK)等三種方式。本專題採用了PSK方式中的BPSK(二元相移鍵送調變),此傳輸的方法目前正被廣大的運用(cable moden、衛星廣播…)其優點:調製效率高,要求傳送途徑的信噪比低,適合衛星廣播。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

目        錄

 

項        目                           頁      次

一、緒    論.................1

二、設計原理.................10

三、系統功能.................11

四、系統結構.................12

五、硬體說明.................14

六、操作說明.................15

七、結    論.................16

八、參考文獻.................17

九、附    錄.................18

十、成品展示.................19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

一、緒    論

    近年來由於數位通訊的進步,數位調變比類比調變更有經濟上的效益,所

以,現代的行動通訊系統使用數位調變技術,數位調變有許多的優點,例如抗雜

訊力強,抵抗通道損害,具有資料安全性等等,而且,數位調變還可結合錯誤更

正碼的技術,使接收訊號錯誤偵測減少,也可和很多的技術結合,使接收到的訊

號更臻完美。

 

    有許多數位調變機制被使用在無限通訊系統中,像我們在實驗中所使用的BPSKIS-95 所使用的QPSKGSM 所使用的GMSK 等等,每一種調變的機制彼此之間都有一些不一樣,但大致上可分呈一些家族,像BPSKQPSKMPSK 等等,都屬於PSK(Phase shift keying)系列,彼此之間雖計有一些相同性,但又有一些不同,所以也造成了不同的應用。

 

    BPSKPSK系列中最簡單的一種 此種調變法載波振幅受到微小的干擾時並不影響接收時解調,所以傳輸品質優於條頻及調幅。廣泛用於衛星、微波通信、廣播電視等諸多領域。所以我們決定由簡單的BPSK(二元相移鍵送調變)開始做起

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

二、設計原理

PSK的調變與解調

1.jpg (圖一)

PSK訊號的示意圖如上,包括載波和代表0/1的兩種相位。PSK訊號通常用相位

圖表示,如下:

2.jpg 

PSK調變是非常重要的調變方式,優點包括:

1. 只有一種載波頻率,佔用頻寬更少,而傳訊速度更高。

2. 如果數位訊號只有1-bit,可用相位0°和180°分別表示0/1。

3. 如果數位訊號只有2-bit,可用相位0°、90°、180°、和270°分別表示

00/01/10/11。依此類推。

4. 換言之,在不變更載波頻率和鍵速的條件下,PSK的傳訊速度可以作多倍的增加。

3.jpg 

N=2的PSK調變又稱BPSK,BPSK調變電路的方塊圖如下。BPSK由於只有1/0的區

隔,佔用相位為0°和180°,所有只要將數位訊號極性化(+1/-1),再和產生

的正弦波相成即可。

 4.jpg

2

由於PSK調變訊號會產生許多高低諧波,為了避免佔用太大的頻寬,通常會再加上帶通濾波器以限制訊號的頻寬分佈。

如果N=4,則稱之為QPSK調變。QPSK需要處理2-bit,所以需要兩組BPSK型式的電路來組合。方塊圖如下。

 5.JPG

 

其中的弦波輸出為0°和90°,再加正負極性處理就可產生四種相位。不過由於用加法處理兩組訊號,所以其相位實際上是45°、135°、225°和315°。

 6.JPG

 

PSK訊號的解調動作比較複雜,主要是因為相位是相對的,若無法取得原始的弦波產生器輸出,所謂相位是完全無意義的。所以PSK解調的最重要程序就是將載波還原,一旦將載波還原後,還要還原其中時計訊號,以找到正確的抽樣點。方塊圖如下:

 7.JPG

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

(1)      資料通訊種類:

  1. 振幅鍵送(ASK)

二元振幅鍵送(ASK)

基本上振幅鍵送(Amplitude Shift Keying ; ASK)就是一個AM調變,高頻載波Sc(t)的振幅隨著基頻信號大小而變動。但由於在數位系統中的基頻信號只有2個數值(1或0),因此可見載波的振幅也是由2個準位(有及無)形成載波信號的包線(envelope)。其簡單的表示如下:

 8.JPG

   9.JPG

簡單ASK信號波形

 

  1. 頻移鍵送(FSK)

二元頻移鍵送調變(BFSK)

對頻移鍵送(Frequency Shift Keying ; FSK)而言,載波信號的頻率隨著二元基頻信號s(t)值的不同(1or0)而轉換。

         

 10.JPG

 11.JPG

一個理想的FSK信號波形

  1. 相移鍵送(PSK)

二元相移鍵送調變(BPSK) 

在一個二位元信號的系統中,我們利用載波的相位不同(0゚及180゚)來表示位元符

4

號1和0,稱為二元相移鍵送(Binary Phase Shift Keying)

 12.JPG

(2) 數據機:

數據機的由來是由兩個電路名稱而來,也就是「調制器」(Modulator)及「解調器」(Demodulator),這兩個功能組合起來。數據機的主要功能是做訊號介面的轉換。

  

電話線或無線電波等

 

13.JPG 

 

 

 

 

 

   數據機應用時的方塊圖

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

位調變

信息信號通過傳送之前,須先經過某種調變產生於在通道傳輸的信號,而調變是將信息信號移至新的頻帶位置。位調變可分成以下幾種調變:幅移調變(ASK)、頻調變(FSK)、相位調變(PSK)、正交振幅調變(QAM),這邊將介紹這些調變的形式。

 

1.幅移調變(Amplitude Shift Keying, ASK)

ASK是運用振幅的表示所要傳送的資訊,高頻載波Sc(t)的振幅隨著基頻信號大小而變動,在位系統中的基頻信號只有2個值(1或0),因此載波的振幅也是由2個準位(有及無)形成載波信號的包線。

BASK定義為:Sc(t)=Accos(2πfct)0tT

其中Ac為基頻信號,fc為載波頻,則整個傳送程序為接收端在每個週期時間T只判斷有無信號,可完成解調動作,有訊號為1,無信號為0。

這種二進位形式的調變有時又稱為OOK(On-Off Keying)

14.JPG  

圖1.1 振幅調變 (a)輸入二元信號 (b)輸出BASK波形

 

2. 頻移調變(Frequency Shift Keying, FSK)

FSK同的頻率來表示所要傳送的資訊,隨著二元基頻信號S(t)同(1or0)而轉換。

FSK可表示如下:

Sc1(t)=(√2E0/Tb)cos(2πf1t) if S(t)=1, 0tTb

Sc2(t)=(√2E0/Tb)cos(2πf1t) if S(t)=0, 0tTb

由於個載波信號的頻率不同,我們可以Sc1(t)Sc2(t)個正交信號,因此使用個匹配波器或是相關接收器可以解調出FSK信號。

6

15.JPG  

圖1.2 頻調變 輸入信號與輸出FSK信號

 

3. 相移調變(Phase Shift Keying, PSK)

二元相移調變

再一個二位元信號的系統中,用載波的相位同(0°及180°)表示位元符號1和0,稱為二元相移調變,每一個符元有一個資位元發送。

定義為:Sc1(t)=(√2E0/Tb)cos(2πfct) if s(t)=1, 0tTb

Sc1(t)=(√2E0/Tb)cos(2πfct+Π) if s(t)=0, 0tTb

Tb為一個位元時間,E0代表傳送一個位元所需的信號能fc為載波頻

 16.JPG

圖1.3 BPSK調變:(a)真値表 (b)向圖 (c)星座圖

 

7

 17.JPG

圖1.4 BPSK調變輸出之相位對時間關係圖

四位元相移調變

由相移調變(PSK)發展出的一個節頻寬的調變技巧稱為四位元相移調變(Quaternary Phase Shift Keying, QPSK)QPSK可視為BPSK的訊號合成。用載波相位空間的1/4角一個位元值,因此對一個載波頻而言可以傳送四種符號,即可以一次傳送2位元。

我們定義QPSK為:

Sc(t)=(√2E0/Tb)cos[2πfct+(2i-1)π/4] 0tTb i=1, 2, 3, 4

Tb為一個位元時間,E0代表傳送一個位元所需的信號能fc為載波頻  

 

 

 

 

 

 

8

 18.JPG

圖1.5 QPSK調變 (a)真値表 (b)向圖 (c)星座圖

八相位的PSK

8-PSK調變器中,有8個可能的輸出相位。要成8個同的相位,輸入之位元必須分成3個位元一組,稱為三位元(23=8)。

 

 

 19.JPG

 

9

 

 20.JPG 21.JPG

圖1.6 8-PSK調變 (a)真値表 (b)向圖 (c)星座圖 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

三、系統功能

 22.JPG 23.JPG 24.JPG

 

 

 

 

11

四、系統結構

25.JPG 12

五、硬體說明

 

 

 26.JPG 27.JPG 28.JPG

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

六、操作說明

 29.JPG

15

七、結    論

經由這個專題,能更理解各種的調變方式,以及它們在哪方面的應用,並可從示波器中看到波形的調變。

剛開始做這個專題時,真的有點不知所措,畢竟之前對PSK是什麼東西一點概念都沒有,而且自己的電路製作能力也只是普普通通而已,甚至可說不是很好,所以只好照著課本一步一步的從頭來練習,慢慢的加強,然後才漸漸的熟悉電路版的製作,也找了很多各個元件的相關的資料,才知道哪些IC在電路中是扮演什麼腳色,它可運用在太多的技術上了,如生醫、電子、自動控制、通訊…等。而我做的電路只是一小部份而已,有機會的話希望也可嘗試其他方面的運用,當然前提是必須再多將強自己的能力,持續的學習。最後感謝葉振明老師的指導,讓我有這個機會可以跟老師學習。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

八、參考文獻

1.維基百科 (相位偏移調變)

http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E7%9B%B8%E4%BD%8D%E5%81%8F%E7%A7%BB%E8%AA%BF%E8%AE%8A

 

2.二進制相移鍵控(BPSK)調製解調實驗

http://translate.google.com.tw/translate?hl=zh-TW&sl=zh-CN&tl=zh-TW&u=http%3A%2F%2F202.38.75.8%2Flesson4%2Fpage2.htm

 

3.Hudung百科詞條 http://translate.google.com.tw/translate?hl=zh-TW&sl=zh-CN&u=http://www.hudong.com/wiki/BPSK&ei=D3MLTaHvAc2HrAealNn9Cw&sa=X&oi=translate&ct=result&resnum=3&ved=0CDcQ7gEwAg&prev=/search%3Fq%3Dbpsk%26hl%3Dzh-TW%26biw%3D1003%26bih%3D501%26prmd%3Divnsb

 

4.數位通訊實驗

http://www.juniortek.com.tw/comm/comm.PDF

 

5.通訊原理與應用(第三版) 

  藍國桐 通訊原理與應用 三版 金華圖書股份有限公司 2008年8月

 

6.DATA SHEET IC資料

  (一)8038

 

  (二)555

 

7.基於時間測量的BPSK信號非相干解調方法

http://www.avrw.com/article/art_112_3307.htm

 

8.調變技術

http://www.dyu.edu.tw/~thhu/DVBT_1/chapter03_modulation.pdf

 

 

 

 

 

17

九、附    錄

不同調變的介紹:

(a)CPFSK (b)DPSK (c)QPSK

 

(a)CPFSK

在二元系統中,位元1或0是由二個不同的頻率f1及f2的弦波所構成的。但是若f1及f2是任意選擇的話,將會在位元變動之際(由1→0或0→1)時發生相位不連續的現象。這種相位不連續的現象經常在ASK或PSK中出現,而這種相位突然的跳動常會產生高頻頻譜,造成干擾其他通道等情形。因此若我們選擇FSK的2個頻率為

30.JPG         31.JPG

 其中i為一固定的整數

假設在t=Tb時,位元由1變0,則頻率由f1變成f2,其載波相位角由

1變成 32.JPG

因此相位角的變動是連續的。

這種相位一直保持連續,包括位元變換的開關時間,我們稱之為連續相位頻移鍵送(Continuous Phase FSK ; CPFSK)

 

(b)DPSK

二元相移鍵送調變系統中,解調過程必須採用”同調(coherent)”方式,即在接收機所使用的解調載波 (t)必須和傳送端的調變載波同步,而採用差分相移鍵送(Different Phase Shift Keying;DPSK)則可以避免同步上的困難。

 

(c)QPSK

由相移鍵送(PSK)發展出來的一個節省頻寬的調變技巧稱為四相移鍵送(Quadri-Phase Shift Keying;QPSK),乃是利用載波Sc(t)相位空間的¼角度傳送一個位元值,因此對一個載波頻率ƒc而言可以是一種符號,即可以一次傳送2位元。

 

 

 

 

 

 

 

 

18

十、成品展示

(貼上硬體之照片)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

 

Posted by 49617081 at 痞客邦 PIXNET 留言(0) 引用(0) 人氣()