使用锁相环实现连续相位快速响应的QPSK调制器资料说明

　　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。