中山大學(xué)通信原理數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸

1、第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-121第第5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 5.1 二進(jìn)制數(shù)字幅度調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字幅度調(diào)制 5.2 二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制 5.3 二進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制 5.4 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較比較 第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1225.1 二進(jìn)制數(shù)字幅度調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字幅度調(diào)制 調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)時(shí)，這種調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)時(shí)，這種調(diào)制稱為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制稱為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)

2、制。在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，載波的幅度、頻率或相位只有兩調(diào)制中，載波的幅度、頻率或相位只有兩種變化狀態(tài)。種變化狀態(tài)。5.1.1 一般原理與實(shí)現(xiàn)方法一般原理與實(shí)現(xiàn)方法 數(shù)字幅度調(diào)制又稱幅度鍵控（數(shù)字幅度調(diào)制又稱幅度鍵控（ASK），），二進(jìn)制幅度鍵控記作二進(jìn)制幅度鍵控記作2ASK。 第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1232ASK信號(hào)可表示為：信號(hào)可表示為： s(t)為單極性為單極性NRZ矩形脈沖序列：矩形脈沖序列： 2ASK信號(hào)的產(chǎn)生方法（調(diào)制方法）信號(hào)的產(chǎn)生方法（調(diào)制方法） ttsteccos)()(0nbnnTtgats)()(）出現(xiàn)概率為（，出

3、現(xiàn)概率為，PPan101第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-124 2ASK信號(hào)解調(diào)的常用方法主要有兩種：信號(hào)解調(diào)的常用方法主要有兩種：包絡(luò)檢波法和相干檢測(cè)法。包絡(luò)檢波法和相干檢測(cè)法。ttststtsttsttytzcccc2cos)(21)(21)2cos1)(21cos)(cos)()(2第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1255.1.2 2ASK信號(hào)的功率譜及帶寬信號(hào)的功率譜及帶寬 一個(gè)一個(gè)2ASK信號(hào)可以表示成：信號(hào)可以表示成： 設(shè)：調(diào)制信號(hào)的功率譜為設(shè)：調(diào)制信號(hào)的功率譜為Ps( f )

4、，則已，則已調(diào)信號(hào)的功率譜為調(diào)信號(hào)的功率譜為Pe( f )： 帶寬為：帶寬為： 頻帶利用率為：頻帶利用率為： ttsteccos)()(0)()(41)(cscseffPffPfPbbsASKfTBB2222)/(21221HzBaudffTTbbbb第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-126第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1275.1.3 2ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能 假定信道噪聲為加性高斯白噪聲，其均假定信道噪聲為加性高斯白噪聲，其均值為值為0、方差為、方差為 ；接收的信號(hào)為：；

5、接收的信號(hào)為： 1. 包絡(luò)檢測(cè)時(shí)包絡(luò)檢測(cè)時(shí)2ASK系統(tǒng)的誤碼率系統(tǒng)的誤碼率 其接收帶通濾波器其接收帶通濾波器BPF的輸出為：的輸出為： 2n”，發(fā)“”發(fā)“，001cos)(tAtsc ”發(fā)“，”發(fā)“，0sin)(cos)(1sin)(cos)(cos)(ttnttnttnttntAtntstycscccsccci第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-128經(jīng)包絡(luò)檢波器檢測(cè)，輸出包絡(luò)信號(hào)經(jīng)包絡(luò)檢波器檢測(cè)，輸出包絡(luò)信號(hào)： 發(fā)發(fā)“1”時(shí)，時(shí)，BPF輸出包絡(luò)的抽樣值的一輸出包絡(luò)的抽樣值的一維概率密度函數(shù)服從萊斯分布；維概率密度函數(shù)服從萊斯分布； 而發(fā)而發(fā)“

6、0”時(shí)，時(shí)，BPF輸出包絡(luò)的抽樣值的輸出包絡(luò)的抽樣值的一維概率密度函數(shù)服從瑞利分布。一維概率密度函數(shù)服從瑞利分布。 ”，發(fā)“”，發(fā)“0)()(1)()()(2222tntntntnAtxscsc第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-129 存在兩種錯(cuò)判的可能性：一是發(fā)送的碼元存在兩種錯(cuò)判的可能性：一是發(fā)送的碼元為為“1”1”時(shí)，錯(cuò)判為時(shí)，錯(cuò)判為“0”0”，其概率記為，其概率記為 ；二是發(fā)送的碼元為二是發(fā)送的碼元為“0”0”時(shí)，錯(cuò)判為時(shí)，錯(cuò)判為“l(fā)”l”，其，其概率記為概率記為 。 ) 1/0(P)0/1 (P00)()()0/1 (SdxxfUUx

7、PPdd 110)() 1/0(SdxxfUUxPPdd第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1210 則系統(tǒng)的總誤碼率為則系統(tǒng)的總誤碼率為 ： 不難看出，當(dāng)時(shí)，該陰影面積之和最小，不難看出，當(dāng)時(shí)，該陰影面積之和最小，即誤碼率最低。稱此使誤碼率獲最小值的門即誤碼率最低。稱此使誤碼率獲最小值的門限為最佳門限，其值為限為最佳門限，其值為 。系統(tǒng)的。系統(tǒng)的誤碼率近似為：誤碼率近似為：其中其中 表示信噪比。表示信噪比。 )0/1 ()0() 1/0() 1 (PPPPPe2/AUUdd421reeP)2/(22nAr第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信

8、號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-12112. 相干解調(diào)時(shí)相干解調(diào)時(shí)2ASK系統(tǒng)的誤碼率系統(tǒng)的誤碼率 其接收帶通濾波器其接收帶通濾波器BPF的輸出為：的輸出為： 取本地載波，則乘法器輸出，在抽樣判取本地載波，則乘法器輸出，在抽樣判決器輸入端得到：決器輸入端得到： ”發(fā)“，”發(fā)“，0sin)(cos)(1sin)(cos)(cos)(ttnttnttnttntAtycscccsccc”，發(fā)“”，發(fā)“0)(1)()(tntnAtxcc第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1212 x(t)值的一維概率密度為：值的一維概率密度為： ”，發(fā)“ 1

9、2)(exp21221nnAxxf ”，發(fā)“0)2exp(21220nnxxf第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1213 不難看出，最佳判決門限為：不難看出，最佳判決門限為： 可以證明，這時(shí)系統(tǒng)的誤碼率為：可以證明，這時(shí)系統(tǒng)的誤碼率為：當(dāng)信噪比遠(yuǎn)大于當(dāng)信噪比遠(yuǎn)大于1時(shí)，上式近似為：時(shí)，上式近似為： 在大信噪比情況下，在大信噪比情況下，2ASK信號(hào)相干解信號(hào)相干解調(diào)時(shí)的誤碼率總是低于包絡(luò)檢波時(shí)的誤碼率，調(diào)時(shí)的誤碼率總是低于包絡(luò)檢波時(shí)的誤碼率，即相干解調(diào)即相干解調(diào)2ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能優(yōu)于非系統(tǒng)的抗噪聲性能優(yōu)于非相干解調(diào)系統(tǒng)。注意例題。相干解調(diào)系

10、統(tǒng)。注意例題。 2/AUd221rerfcPe41reerP第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-12145.2 二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制 5.2.1 調(diào)制原理與實(shí)現(xiàn)方法調(diào)制原理與實(shí)現(xiàn)方法 數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來(lái)傳送數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來(lái)傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。波的頻率。 第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1215 根據(jù)根據(jù)2FSK信號(hào)的產(chǎn)生原理，已調(diào)信號(hào)的信號(hào)的產(chǎn)生原理，已調(diào)信號(hào)的數(shù)字表達(dá)式可以表示為：數(shù)字表達(dá)式

11、可以表示為：其中：其中：初相位可以是不連續(xù)，也可以是連續(xù)的；初相位可以是不連續(xù)，也可以是連續(xù)的； )cos()()cos()()(210nnttsttstenbnnTtgats)()(）概率為（概率為PPan1, 0, 1nbnnTtgats)()(第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1216第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-12175.2.2 2FSK信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào) 數(shù)字調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)方法很多，如鑒頻數(shù)字調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)方法很多，如鑒頻法、相干檢測(cè)法、包絡(luò)檢波法、過(guò)零檢測(cè)法、法、相干檢測(cè)法、

12、包絡(luò)檢波法、過(guò)零檢測(cè)法、差分檢測(cè)法等。差分檢測(cè)法等。1.包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法 ”判為“，”判為“，012121vvvv第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-12182. 相干檢測(cè)法相干檢測(cè)法 第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-12193. 過(guò)零檢測(cè)法過(guò)零檢測(cè)法 第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-12204. 差分檢測(cè)法差分檢測(cè)法 角頻率頻移有兩種取值，乘法器輸出為：角頻率頻移有兩種取值，乘法器輸出為：合理的選取延遲，使得合理的選取延遲，使得 )()(

13、2cos2)cos(2)(cos()cos(22ccccctAAtAtAsinsincoscos2)cos(222cccAAV1sinc第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1221此時(shí)此時(shí) 輸出電壓與角頻偏呈線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)近輸出電壓與角頻偏呈線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)近似線性的頻幅轉(zhuǎn)換特性，這正是鑒頻特性所似線性的頻幅轉(zhuǎn)換特性，這正是鑒頻特性所要求的。針對(duì)的兩種取值，經(jīng)抽樣判決器可要求的。針對(duì)的兩種取值，經(jīng)抽樣判決器可檢測(cè)出檢測(cè)出“1”和和“0”。 2/,2sin22/,2sin22222當(dāng)當(dāng)ccAAAAV第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸

14、現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-12225.2.3 2FSK信號(hào)的功率譜及帶寬信號(hào)的功率譜及帶寬 2FSK信號(hào)可視為兩個(gè)信號(hào)可視為兩個(gè)2ASK信號(hào)的合成：信號(hào)的合成：則則2FSK信號(hào)功率譜為兩個(gè)信號(hào)功率譜為兩個(gè)2ASK功率譜之和。功率譜之和。 )cos()()cos()()(210nnttsttste)()(41)()(41)(2211ffPffPffPffPfPsssse)( fPecffbcff bcff bcff2bcff2bfbf4.1bf30第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1223分析上圖可見(jiàn)：分析上圖可見(jiàn)： （1）2FSK信號(hào)的功

15、率譜與信號(hào)的功率譜與2ASK信號(hào)的信號(hào)的功率譜相似，由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成。功率譜相似，由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成。 （2）連續(xù)譜的形狀隨著）連續(xù)譜的形狀隨著 的大小而的大小而異。異。 出現(xiàn)雙峰；出現(xiàn)雙峰； 出現(xiàn)單峰。出現(xiàn)單峰。 （3）2FSK信號(hào)的頻帶寬度為信號(hào)的頻帶寬度為 12ff bfff12bfff12bbDbFSKfDfffffB)2()(22122第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-12245.2.4 2FSK系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能 1. 同步檢測(cè)法的系統(tǒng)性能同步檢測(cè)法的系統(tǒng)性能 第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信

16、號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1225發(fā)送端產(chǎn)生的發(fā)送端產(chǎn)生的2FSK信號(hào)可表示為：信號(hào)可表示為： 接收機(jī)收入端合成波形為：接收機(jī)收入端合成波形為： 接收端上、下支路兩個(gè)帶通濾波器接收端上、下支路兩個(gè)帶通濾波器BPF1、BPF2的輸出波形分別為：的輸出波形分別為： ”，發(fā)“”，發(fā)“0cos1cos)()(212tAtAtstsFSKT ”，發(fā)“”，發(fā)“0cos1cos)(21tntatntatyi”，發(fā)“”，發(fā)“0)(1)(cos)(1111tntntaty”，發(fā)“”，發(fā)“1)(0)(cos)(2222tntntaty第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系

17、統(tǒng)原理2021-12-1226 考慮到這里的噪聲為窄帶高斯噪聲則：考慮到這里的噪聲為窄帶高斯噪聲則： 發(fā)送發(fā)送“1”符號(hào)，則上下支路低通濾波器符號(hào)，則上下支路低通濾波器輸出分別為：輸出分別為： ”，發(fā)“”，發(fā)“0sin)(cos)(1sin)(cos)()(111111111ttnttnttnttnatyscsc”，發(fā)“”發(fā)“，0sin)(cos)(1sin)(cos)()(222222222ttnttnattnttntyscsc)()(11tnatxc)()(22tntxc第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1227 將造成發(fā)送將造成發(fā)送“1”

18、碼而錯(cuò)判為碼而錯(cuò)判為“0”碼，碼，錯(cuò)誤概率為：錯(cuò)誤概率為：其一維概率密度函數(shù)可表示為：其一維概率密度函數(shù)可表示為： )0()0()() 1/0(2121zPxxPxxPP2212)(exp21)(zzaxzfdzaxdzaxdzzfzPPnnzz0221002214)(exp212)(exp21)()0() 1/0(221rerfc第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-12280 a z圖5-15 z的一維概率密度函數(shù))(zf)0( zPz21 同理可得，發(fā)送同理可得，發(fā)送“0”符號(hào)而錯(cuò)判為符號(hào)而錯(cuò)判為“1”符號(hào)的符號(hào)的概率為概率為 221)()0

19、/1 (21rerfcxxPP 于是可得于是可得2FSK信號(hào)采用同步檢測(cè)法解調(diào)信號(hào)采用同步檢測(cè)法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率為：時(shí)系統(tǒng)的誤碼率為：在大信噪比條件下，上式可近似表示為在大信噪比條件下，上式可近似表示為 )0() 1 (221)0/1 ()0() 1/0() 1 (PPrerfcPPPPPe221rerfc221reerP第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-12292. 包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)性能包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)性能 )(cos)()(sin)(cos)()(11212111111tttntnattnttnatyscsc)(cos)()(sin)(c

20、os)()(22222222222tttntnttnttntyscsc)(cos)(111tttv)(cos)(222tttv發(fā)送發(fā)送“1”符號(hào)符號(hào) 第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1230 經(jīng)計(jì)算經(jīng)計(jì)算2FSK信號(hào)采用包絡(luò)檢波法解調(diào)時(shí)信號(hào)采用包絡(luò)檢波法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率為：系統(tǒng)的誤碼率為： （1）在輸入信號(hào)信噪比一定時(shí)，相干解）在輸入信號(hào)信噪比一定時(shí)，相干解調(diào)的誤碼率小于非相干解調(diào)的誤碼率；當(dāng)系調(diào)的誤碼率小于非相干解調(diào)的誤碼率；當(dāng)系統(tǒng)的誤碼率一定時(shí)，相干解調(diào)比非相干解調(diào)統(tǒng)的誤碼率一定時(shí)，相干解調(diào)比非相干解調(diào)對(duì)輸入信號(hào)的信噪比要求低。對(duì)輸入信

21、號(hào)的信噪比要求低。 （2）相干解調(diào)時(shí)，需要插入兩個(gè)相干載）相干解調(diào)時(shí)，需要插入兩個(gè)相干載波，電路較為復(fù)雜。見(jiàn)例題波，電路較為復(fù)雜。見(jiàn)例題5.2 )0() 1 (21)0/1 () 1 () 1/0() 1 (2PPePPPPPre221re第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-12315.3 二進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制 根據(jù)載波相位表示數(shù)字信息的方式不根據(jù)載波相位表示數(shù)字信息的方式不同，數(shù)字調(diào)相分為絕對(duì)相移（同，數(shù)字調(diào)相分為絕對(duì)相移（PSK）和相）和相對(duì)相移（對(duì)相移（DPSK）兩種。）兩種。5.3.1 二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（2P

22、SK） 1. 一般原理及實(shí)現(xiàn)方法一般原理及實(shí)現(xiàn)方法 ttstscPSKcos)()(2nbnnTtgats)()()1 (11PPan概率為，概率為，第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1232 2PSK信號(hào)的典型波形如圖所示：信號(hào)的典型波形如圖所示： 2PSK信號(hào)的調(diào)制方框圖如圖所示：信號(hào)的調(diào)制方框圖如圖所示： 第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1233 2PSK信號(hào)的解調(diào)：信號(hào)的解調(diào)：不考慮噪聲時(shí)，帶通濾波器輸出可表示為：不考慮噪聲時(shí)，帶通濾波器輸出可表示為： )cos()(nctty)2co

23、s(21cos21cos)cos()(ncncncttttz時(shí)，時(shí)，nnntx2/102/1cos21)(第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1234 2PSK接收系統(tǒng)各點(diǎn)波形如圖所示：接收系統(tǒng)各點(diǎn)波形如圖所示： 1 0 1 1 0 0 12PSK本地載波(虛線)定時(shí)脈沖判別規(guī)則：正-“0”；負(fù)-“1”)(ty)(tz)(txxna圖5-20 2PSK信號(hào) 解調(diào) 各點(diǎn)波形第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1235 2. 2PSK信號(hào)的頻譜和帶寬信號(hào)的頻譜和帶寬 2PSK信號(hào)的功率譜密度可以寫成：信

24、號(hào)的功率譜密度可以寫成： 對(duì)于雙極性對(duì)于雙極性NRZ碼，由于不存在直流成碼，由于不存在直流成分，因此，分，因此，2PSK信號(hào)功率譜示意圖如圖信號(hào)功率譜示意圖如圖5-21所示：所示： )()(41)(cscseffPffPfP第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1236 因此，因此，2PSK信號(hào)的帶寬、頻帶利用率也信號(hào)的帶寬、頻帶利用率也與與2ASK信號(hào)的相同。信號(hào)的相同。 在數(shù)字調(diào)相中，由于表征信息的相位變化在數(shù)字調(diào)相中，由于表征信息的相位變化只有有限的離散取值，因此，可以把相位變只有有限的離散取值，因此，可以把相位變化歸結(jié)為幅度變化。為此可以把

25、數(shù)字調(diào)相信化歸結(jié)為幅度變化。為此可以把數(shù)字調(diào)相信號(hào)當(dāng)作線性調(diào)制信號(hào)來(lái)處理了。號(hào)當(dāng)作線性調(diào)制信號(hào)來(lái)處理了。 bbsASKPSKfTBBB22222)/(2122HzBaudASKPSK第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1237 3. 2PSK系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能 2PSK信號(hào)相干解調(diào)系統(tǒng)模型如圖所示：信號(hào)相干解調(diào)系統(tǒng)模型如圖所示：經(jīng)信道傳輸，接收端輸入信號(hào)為：經(jīng)信道傳輸，接收端輸入信號(hào)為： ”，發(fā)“”，發(fā)“0cos1cos)(tntatntatycci第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-

26、1238 經(jīng)帶通濾波器輸出：經(jīng)帶通濾波器輸出： 與本地載波相乘后，經(jīng)低通濾波器濾除與本地載波相乘后，經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量，在抽樣判決器輸入端得到：高頻分量，在抽樣判決器輸入端得到： ”，發(fā)“”發(fā)“，0sin)(cos)(cos1sin)(cos)(cos)(ttnttntattnttntatntstycsccccsccci”，發(fā)“”，發(fā)“0)(1)()(tnatnatxcc第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1239 ”，發(fā)“ 12)(exp21221nnaxxf ”，發(fā)“0)2)(exp(21220nnaxxf-a 0 Ud a x p(0

27、/1) p(1/0)f1(x)f0(x)f(x)圖5-23 2PSK信號(hào)概率分布曲線第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1240 2PSK系統(tǒng)的最佳判決門限電平為系統(tǒng)的最佳判決門限電平為： 在最佳門限時(shí)，在最佳門限時(shí)，2PSK系統(tǒng)的誤碼率為：系統(tǒng)的誤碼率為：在大信噪比下，上式成為：在大信噪比下，上式成為： 0dU00000010)()1 ()0()()() 1 ()()0() 10() 1 ()01 ()0(dxxfPPdxxfdxxfPdxxfPPPPPPe/)(21rerfcreerP21第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)

28、代通信系統(tǒng)原理2021-12-12415.3.2 二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK） 1. 一般原理及實(shí)現(xiàn)方法一般原理及實(shí)現(xiàn)方法 它不是利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值傳送數(shù)它不是利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用本碼元與前一碼元相位之差字信息，而是用本碼元與前一碼元相位之差來(lái)傳送數(shù)字信息的。來(lái)傳送數(shù)字信息的。 ”數(shù)字信息“，”數(shù)字信息“，1001 0 1 1 0 0 12PSK2DPSK圖5-24 2DPSK信號(hào)的波形絕對(duì)碼an0 1 1 0 1 1 1 0相對(duì)碼bn相位 0 0第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1242 相對(duì)

29、移相信號(hào)可以看作是把數(shù)字信息序相對(duì)移相信號(hào)可以看作是把數(shù)字信息序列（絕對(duì)碼）變換成相對(duì)碼，然后再根據(jù)相列（絕對(duì)碼）變換成相對(duì)碼，然后再根據(jù)相對(duì)碼進(jìn)行絕對(duì)移相而形成。對(duì)碼進(jìn)行絕對(duì)移相而形成。 絕對(duì)碼和相對(duì)碼是可以互相轉(zhuǎn)換的，其轉(zhuǎn)絕對(duì)碼和相對(duì)碼是可以互相轉(zhuǎn)換的，其轉(zhuǎn)換關(guān)系為：換關(guān)系為： 編碼器編碼器 譯碼器譯碼器1nnnbab1nnnbba第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1243 相對(duì)相移本質(zhì)上就是對(duì)差分碼信號(hào)的絕相對(duì)相移本質(zhì)上就是對(duì)差分碼信號(hào)的絕對(duì)相移。對(duì)相移。即即 實(shí)現(xiàn)相對(duì)調(diào)相的最常用方法如圖所示。實(shí)現(xiàn)相對(duì)調(diào)相的最常用方法如圖所示。 ttst

30、scDPSKcos)()(2nbnnTtgbts)()(第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1244 2DPSK的解調(diào)有兩種，一種是差分相干的解調(diào)有兩種，一種是差分相干解調(diào)，另一種是相干解調(diào)解調(diào)，另一種是相干解調(diào)- -碼變換法。碼變換法。 （1）相干解調(diào)）相干解調(diào)-碼變換法。碼變換法。 （2）差分相干解調(diào)法。它是直接比較前）差分相干解調(diào)法。它是直接比較前后碼元的相位差而構(gòu)成的，這種方法不需要后碼元的相位差而構(gòu)成的，這種方法不需要碼變換器，也不需要專門的相干載波發(fā)生器，碼變換器，也不需要專門的相干載波發(fā)生器，因此設(shè)備比較簡(jiǎn)單、實(shí)用。因此設(shè)備比較簡(jiǎn)單

31、、實(shí)用。 相干載波BPFLPF抽判按2PSK解調(diào)碼 反變 換s2DPSK(t)anbn第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-12451 0 1 1 0 0 1樣值判別規(guī)則：正-“0”；負(fù)-“1”s2DPSK(t)y1(t)y2(t)z(t)x(t)定時(shí)脈沖(虛線)xna第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1246 2. 2DPSK信號(hào)的頻譜和帶寬信號(hào)的頻譜和帶寬 無(wú)論是無(wú)論是2PSK還是還是2DPSK信號(hào)，就波形信號(hào)，就波形本身而言，它們都可以等效成雙極性信號(hào)作本身而言，它們都可以等效成雙極性信號(hào)作用

32、下的調(diào)幅信號(hào)，無(wú)非是一對(duì)倒相信號(hào)的序用下的調(diào)幅信號(hào)，無(wú)非是一對(duì)倒相信號(hào)的序列。有以下結(jié)論：列。有以下結(jié)論： （1）2DPSK與與2PSK有相同的功率譜；有相同的功率譜； （2）它們的它們的帶寬和頻帶利用率均相同。帶寬和頻帶利用率均相同。 bbsASKPSKDPSKfTBBBB222222)/(21222HzBaudASKPSKDPSK第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1247 3. 2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能 （1）極性比較）極性比較-碼變換法解調(diào)時(shí)碼變換法解調(diào)時(shí)2DPSK系系統(tǒng)的抗噪聲性能統(tǒng)的抗噪聲性能 為了分析碼反變換器對(duì)誤

33、碼的影響，以為了分析碼反變換器對(duì)誤碼的影響，以序列序列0110111001為例，可以得到下圖：為例，可以得到下圖： 第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1248第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理2021-12-1249以這方式解調(diào)時(shí)的誤碼率為：以這方式解調(diào)時(shí)的誤碼率為：當(dāng)誤碼率很小時(shí)：當(dāng)誤碼率很小時(shí)： 由此可見(jiàn)，碼反變換器器總是使系統(tǒng)誤由此可見(jiàn)，碼反變換器器總是使系統(tǒng)誤碼率增加，通常認(rèn)為增加一倍。碼率增加，通常認(rèn)為增加一倍。 （2）差分相干解調(diào)時(shí)）差分相干解調(diào)時(shí)2DPSK系統(tǒng)的抗噪系統(tǒng)的抗噪聲性能聲性能eeePPP)1 (2)(1 212rerfPe)(2rerfcPPee第第5 5章章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸現(xiàn)代通信系