基于MUX的PSK调制系统设计

摘要：载波的两种相位随二进制数字基带信号离散变化称为二进制移相键控(2PSK)。对BPSK和DPSK调制原理研究基础上，讨论了数字化处理2PSK调制系统的模块建立，在Max+PlusⅡ开发环境中，用VHDL语言设计BPSK和DPSK调制，利用MUX模块完成了PSK调制系统，仿真和验证了其设计功能。
关键词：BPSK；DPSK；Max+PlusⅡ；VHDL

    在通信系统中，因基带信号中含有丰富的低频分量而不能在信道中直接传输，必须用基带信号对载波的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，形成频带信号，这一过程称为数字调制。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。

1 2PSK的调制
    在二进制数字调制中，当正弦载波的两种相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。数字调相(相移键控)常分为：绝对调相，记为BPSK；相对调相，记为DPSK。
    BPSK是用载波的不同相位去直接传送数字信息的一种方式，通常这两个相位相差π弧度，例如用相位0和π分别表示1和0。
    2PSK信号中，信号相位的变化是以未调正弦载波的相位作为参考，用载波相位的相对数值表示数字信息的。即用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息，所以称为差分移相键控(2DPSK)。则一组二进制数字信息与其对应的2PSK信号的载波相位关系如下所示：
    二进制数字信息：0 1 0 1 O 0 1 1 1 0
    BPSK信号相位：
    0 π 0 π 0 0 π π π 0或π 0 π 0 π π 0 0 0 π
    DPSK信号相位：
    0 0 π π 0 0 0 π 0 π π或π π 0 0 π π π 0 π 0 0

2 调制实现
    基于以上对PSK调制原理的分析，BPSK信号的产生有模拟调相法和键控实现法。由此建立的VHDL模型如图1所示，主要是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：在基带码的控制下，对两路载波信号进行选通完成BPSK调制。图中没有包含模拟电路部分，输出信号为数字信号。
    DPSK信号的实现方法：首先对二进制数字基带信号进行差分编码，将绝对码表示二进制信息变换为用相对码表示二进制信息，然后再进行绝对调相，从而产生二进制差分相位键控信号。建立的VHDL模型如图2所示。

    根据调制方框图的设计思想，采用VHDL语言完成的调制建模符号如图3所示。

    根据对BPSK和DPSK两种调制方式的建模实现，2PSK调制系统采用层次化设计的思想，利用二选一数据选择器完成调制方式的选择。2PSK调制系统原理图设计方式如图4所示。

3 仿真及分析
    通过仿真软件Max+PlusⅡ对PSK进行编译后的功能仿真如图5所示。

    图5为2PSK调制仿真图，载波f1和f2是通过时钟信号2分频得到的，相位相差为π，start高电平有效。当控制信号s为0时，进行BPSK调制；s为1时，进行DPSK调制。

4 结语
    本文对2PSK调制系统的设计是基于VHDL，在设计中不考虑电平转换等模拟部分，只考虑数字化处理部分。只需要掌握调制原理进行VHDL建模，可移植性强，不设计具体电路的实现，因此大大减少了设计人员的工作量，提高了设计的准确性和效率。利用二选一数据选择器完成BPSK和DPSK两种调制方式的选择，程序已在Max+PlusⅡ工具软件上进行了编译、仿真和调试，经过实验结果的分析，说明本设计是正确可行的。