數(shù)據(jù)通信原理2-2

1、第三章第三章 數(shù)據(jù)信號傳輸數(shù)據(jù)信號傳輸 數(shù)據(jù)通信原理數(shù)據(jù)通信原理講義（講義（二二）ppt2-2從第三節(jié)從第三節(jié)數(shù)據(jù)信號的頻帶傳輸數(shù)據(jù)信號的頻帶傳輸開始開始到到2DPSK的解調(diào)的解調(diào)結(jié)束結(jié)束目目 錄錄 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 一、數(shù)據(jù)信號及特性描述一、數(shù)據(jù)信號及特性描述 二、傳輸信道及數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)幕痉椒ǘ鬏斝诺兰皵?shù)據(jù)信號傳輸?shù)幕痉椒?三、信道容量的概念三、信道容量的概念 第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據(jù)信號的基帶傳輸數(shù)據(jù)信號的基帶傳輸 一、基帶傳輸系統(tǒng)構(gòu)成模型一、基帶傳輸系統(tǒng)構(gòu)成模型 二、理想低通網(wǎng)絡(luò)波形形成，奈奎斯特第一準(zhǔn)則二、理想低通網(wǎng)絡(luò)波形形成，奈奎斯特第一準(zhǔn)則 三、具有幅度滾降特性的低通網(wǎng)絡(luò)

2、波形形成三、具有幅度滾降特性的低通網(wǎng)絡(luò)波形形成 四、部分響應(yīng)形成系統(tǒng)四、部分響應(yīng)形成系統(tǒng) 五、數(shù)據(jù)序列的擾亂與解擾五、數(shù)據(jù)序列的擾亂與解擾（了解基本概念）（了解基本概念） 六、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的時域均衡六、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的時域均衡（了解基本概念）（了解基本概念） 七、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的時鐘同步七、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的時鐘同步（了解基本概念）（了解基本概念） 八、基帶傳輸?shù)淖罴鸦拖到y(tǒng)性能分析八、基帶傳輸?shù)淖罴鸦拖到y(tǒng)性能分析 （不要求）（不要求） 九、基帶數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及應(yīng)用九、基帶數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及應(yīng)用 （自學(xué)）（自學(xué)） 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)據(jù)信號的頻帶傳輸數(shù)據(jù)信號的頻帶傳輸 一、頻帶傳輸系統(tǒng)一、頻帶傳輸系統(tǒng)

3、 二、數(shù)字調(diào)幅二、數(shù)字調(diào)幅 三、數(shù)字調(diào)相三、數(shù)字調(diào)相 四、數(shù)字調(diào)頻四、數(shù)字調(diào)頻 五、頻帶傳輸誤碼性能分析五、頻帶傳輸誤碼性能分析 （不要求）（不要求） 六、數(shù)字調(diào)制中的載波提取和形成六、數(shù)字調(diào)制中的載波提取和形成 （了解基本概念）（了解基本概念） 七、格型編碼調(diào)制（七、格型編碼調(diào)制（TCM）的概念）的概念 （不要求）（不要求） 八、電話網(wǎng)中應(yīng)用的幾種八、電話網(wǎng)中應(yīng)用的幾種Modem標(biāo)準(zhǔn)建議的簡介標(biāo)準(zhǔn)建議的簡介 （自學(xué)）（自學(xué)） 第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)信號的數(shù)字傳輸數(shù)據(jù)信號的數(shù)字傳輸 一、數(shù)據(jù)信號數(shù)字傳輸?shù)母拍罴疤攸c一、數(shù)據(jù)信號數(shù)字傳輸?shù)母拍罴疤攸c 二、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)二、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn) 三、

4、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的時分復(fù)用三、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的時分復(fù)用TDM 四、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成四、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成 小結(jié)小結(jié)習(xí)題1、2、4、5、8本本 章章 要要 求求 一、考核知識點一、考核知識點 1、數(shù)據(jù)信號的、數(shù)據(jù)信號的基帶傳輸基帶傳輸 2、數(shù)據(jù)信號的、數(shù)據(jù)信號的頻帶傳輸頻帶傳輸 3、數(shù)據(jù)信號的、數(shù)據(jù)信號的數(shù)字傳輸數(shù)字傳輸二、學(xué)習(xí)要求二、學(xué)習(xí)要求 數(shù)據(jù)信號的傳輸是實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)。本章是全書的重點，數(shù)據(jù)信號的傳輸是實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)。本章是全書的重點，介紹了數(shù)據(jù)信號的三種基本傳輸方法。介紹了數(shù)據(jù)信號的三種基本傳輸方法。 本章總的要求是：弄清本章總的要求是：弄清三種傳輸方式的基本原理三種傳輸方式的基本

5、原理、系統(tǒng)和各自、系統(tǒng)和各自的基本特點。的基本特點。 本章的重點是：數(shù)本章的重點是：數(shù)據(jù)信號的波形形成與比特率關(guān)系據(jù)信號的波形形成與比特率關(guān)系、部分響應(yīng)部分響應(yīng)原理原理、QAM調(diào)制調(diào)制、二相四相相對相移二相四相相對相移、數(shù)字頻移信號的產(chǎn)生和解數(shù)字頻移信號的產(chǎn)生和解調(diào)調(diào)和和數(shù)據(jù)數(shù)字傳輸數(shù)據(jù)數(shù)字傳輸?shù)囊话阍?。的一般原理。第三?jié)第三節(jié) 數(shù)據(jù)信號的頻帶傳輸數(shù)據(jù)信號的頻帶傳輸 頻帶傳輸頻帶傳輸又稱又稱調(diào)制傳輸調(diào)制傳輸，它主要是適用于第一節(jié)所討論的電，它主要是適用于第一節(jié)所討論的電話網(wǎng)信道的傳輸。電話網(wǎng)傳輸信道是話網(wǎng)信道的傳輸。電話網(wǎng)傳輸信道是帶通型信道帶通型信道，傳送，傳送3003400Hz30034

6、00Hz頻率范圍的模擬話音信號，帶通型信道不適合于直頻率范圍的模擬話音信號，帶通型信道不適合于直接傳輸基帶信號，需要接傳輸基帶信號，需要對基帶信號對基帶信號進行調(diào)制進行調(diào)制以實現(xiàn)頻譜搬移使以實現(xiàn)頻譜搬移使信號頻帶適合于信道頻帶。信號頻帶適合于信道頻帶。一、頻帶傳輸系統(tǒng)一、頻帶傳輸系統(tǒng) 頻帶傳輸系統(tǒng)與基帶傳輸系統(tǒng)的頻帶傳輸系統(tǒng)與基帶傳輸系統(tǒng)的區(qū)別區(qū)別: :在于在在于在發(fā)送端增加了發(fā)送端增加了調(diào)制調(diào)制，在，在接收端增加了解調(diào)接收端增加了解調(diào)，以實現(xiàn)信號的頻帶搬移，調(diào)制與，以實現(xiàn)信號的頻帶搬移，調(diào)制與解調(diào)合起來稱為解調(diào)合起來稱為ModemModem。 調(diào)制調(diào)制是將基帶數(shù)字型數(shù)據(jù)信號變換成話帶內(nèi)的模擬

7、信號；是將基帶數(shù)字型數(shù)據(jù)信號變換成話帶內(nèi)的模擬信號；解調(diào)解調(diào)就是其逆過程，把模擬信號還原成數(shù)字型數(shù)據(jù)信號。就是其逆過程，把模擬信號還原成數(shù)字型數(shù)據(jù)信號。 圖圖3-333-33給出了頻帶傳輸系統(tǒng)的兩種基本結(jié)構(gòu)給出了頻帶傳輸系統(tǒng)的兩種基本結(jié)構(gòu)。 在上圖中，發(fā)送端的數(shù)據(jù)信號經(jīng)發(fā)送低通濾波器基本上形成所在上圖中，發(fā)送端的數(shù)據(jù)信號經(jīng)發(fā)送低通濾波器基本上形成所需要的需要的基帶信號基帶信號，再經(jīng)，再經(jīng)調(diào)制器調(diào)制器和和發(fā)送帶通濾波器發(fā)送帶通濾波器形成信道可傳輸形成信道可傳輸?shù)牡男盘栴l譜信號頻譜( (帶通型模擬信號帶通型模擬信號) )，送入信道。，送入信道。 在接收端，信道輸出的信號經(jīng)接收帶通濾波器，在接收端，

8、信道輸出的信號經(jīng)接收帶通濾波器，濾出信道中濾出信道中的帶外噪聲的帶外噪聲，再將信號輸入解調(diào)器解調(diào)，再將信號輸入解調(diào)器解調(diào)恢復(fù)成基帶信號恢復(fù)成基帶信號，接收低，接收低通濾波器的功能是通濾波器的功能是除去除去解調(diào)中出現(xiàn)的解調(diào)中出現(xiàn)的高次產(chǎn)物高次產(chǎn)物并起并起基帶波形形成基帶波形形成的功能的功能，最后將恢復(fù)的基帶信號送入取樣判決電路判決再生數(shù)據(jù)，最后將恢復(fù)的基帶信號送入取樣判決電路判決再生數(shù)據(jù)信號，完成數(shù)據(jù)信號的傳輸。信號，完成數(shù)據(jù)信號的傳輸。發(fā)送低通信道接收帶通發(fā)送帶通解調(diào)調(diào)制接收低通取樣判決噪聲數(shù)據(jù)信號數(shù)據(jù)信號213456789（a） 頻帶傳輸系統(tǒng)頻帶傳輸系統(tǒng)是在是在基帶傳輸?shù)幕A(chǔ)上實現(xiàn)的基帶傳輸

9、的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，在圖，在圖 3-33 3-33 中，中，在在2 2點（發(fā)送低通濾波器和調(diào)制器的連接點），輸入調(diào)制器的是點（發(fā)送低通濾波器和調(diào)制器的連接點），輸入調(diào)制器的是數(shù)據(jù)基帶信號；在數(shù)據(jù)基帶信號；在8 8點點 ( (接收低通濾波器和取樣判決器的連接點接收低通濾波器和取樣判決器的連接點) )，接收低通濾波器輸出的是數(shù)據(jù)基帶信號，因此從信號的傳輸角度，接收低通濾波器輸出的是數(shù)據(jù)基帶信號，因此從信號的傳輸角度，一個頻帶傳輸系統(tǒng)就相當(dāng)于一個等效的基帶傳輸系統(tǒng)，一個頻帶傳輸系統(tǒng)就相當(dāng)于一個等效的基帶傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)頻帶實現(xiàn)頻帶傳輸仍然需要符合基帶傳輸?shù)幕纠碚搨鬏斎匀恍枰匣鶐鬏數(shù)幕纠碚摗?所謂

10、所謂調(diào)制調(diào)制就是就是用基帶信號用基帶信號對載波波形的對載波波形的某些參數(shù)某些參數(shù)進行控制進行控制使使這些參量隨基帶信號的變化而變化。用以調(diào)制的基帶信號是數(shù)字這些參量隨基帶信號的變化而變化。用以調(diào)制的基帶信號是數(shù)字型信號，所以又稱為型信號，所以又稱為數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制。 在調(diào)制解調(diào)器中都選擇在調(diào)制解調(diào)器中都選擇正弦（或余弦）信號作為載波正弦（或余弦）信號作為載波，因為，因為正弦信號形式簡單、便于產(chǎn)生和接收。正弦信號形式簡單、便于產(chǎn)生和接收。 由于正弦信號有幅度、頻率、相位三種基本參量，如下式：由于正弦信號有幅度、頻率、相位三種基本參量，如下式： A A sin sin ( (c c t+t+0 0

11、 ) ) 在上式中，參量在上式中，參量 A A是是幅度幅度，參量，參量c c 是是角頻率角頻率，參量，參量0 0 是是初相位初相位。 分別對上述三種參量進行控制（即調(diào)制），因此，可以構(gòu)分別對上述三種參量進行控制（即調(diào)制），因此，可以構(gòu)造造數(shù)字調(diào)幅數(shù)字調(diào)幅、數(shù)字調(diào)相數(shù)字調(diào)相和和數(shù)字調(diào)頻數(shù)字調(diào)頻三種基本調(diào)制方式。三種基本調(diào)制方式。二、數(shù)字調(diào)幅二、數(shù)字調(diào)幅 以基帶數(shù)據(jù)信號控制一個載波的以基帶數(shù)據(jù)信號控制一個載波的幅度幅度，稱為，稱為數(shù)字調(diào)幅，又稱幅數(shù)字調(diào)幅，又稱幅移鍵控，簡寫為移鍵控，簡寫為ASKASK。 圖圖3-343-34是數(shù)字調(diào)幅系統(tǒng)基本構(gòu)成框圖，這里的調(diào)制信號是經(jīng)是數(shù)字調(diào)幅系統(tǒng)基本構(gòu)成框圖，

12、這里的調(diào)制信號是經(jīng)過基帶形成的數(shù)據(jù)序列。過基帶形成的數(shù)據(jù)序列。tcosctcosc數(shù)據(jù)序列基帶形成發(fā)送帶通信道接收帶通接收低通取樣判決數(shù)據(jù)序列 圖中的圖中的調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器本質(zhì)上就是一個乘法器本質(zhì)上就是一個乘法器。 為分析簡便，假定用于調(diào)制的就是二進制數(shù)字信號，如圖為分析簡便，假定用于調(diào)制的就是二進制數(shù)字信號，如圖3-3-3535所示，二進制數(shù)字信號所示，二進制數(shù)字信號調(diào)幅可有兩種情況調(diào)幅可有兩種情況： 調(diào)制信號為單極性脈沖序列調(diào)制信號為單極性脈沖序列。如圖（。如圖（a a） 調(diào)制信號為雙極性脈沖序列調(diào)制信號為雙極性脈沖序列。如圖（。如圖（b b）1、ASK信號及功率譜分析信號及功率譜分析

13、t已調(diào)波t未調(diào)未調(diào)載波載波不歸零碼t調(diào)制信號為單極性脈沖序列調(diào)制信號為單極性脈沖序列 圖（圖（a） 由上圖可以看出：調(diào)幅就是用由上圖可以看出：調(diào)幅就是用有載波表示有載波表示 “ “1”1” 信號，用信號，用無無載波表示載波表示“0”0”信號信號，即它們的振幅分別是，即它們的振幅分別是A A和和0 0。 已調(diào)信號就是調(diào)制信號和未調(diào)載波已調(diào)信號就是調(diào)制信號和未調(diào)載波相乘的結(jié)果。相乘的結(jié)果。 tcostStecT11100A調(diào)制信號為雙極性脈沖序列。圖（調(diào)制信號為雙極性脈沖序列。圖（b）t未調(diào)未調(diào)載波載波雙極性雙極性不歸零碼不歸零碼tT11100AA已調(diào)波已調(diào)波t 由上圖可以看出：對雙極性信號的調(diào)幅

14、，由上圖可以看出：對雙極性信號的調(diào)幅，“1”1”和和“0”0”碼的周碼的周期里期里幅度都是幅度都是A A，區(qū)別是它們的相位不同，區(qū)別是它們的相位不同： “ “1”1”信號的相位為信號的相位為0 0度，度， “ “0”0”信號的相位為信號的相位為180180度。度。 已調(diào)信號就是調(diào)制信號和未調(diào)載波相乘的結(jié)果已調(diào)信號就是調(diào)制信號和未調(diào)載波相乘的結(jié)果。 調(diào)幅信號的功率譜調(diào)幅信號的功率譜調(diào)幅信號的功率譜調(diào)幅信號的功率譜2ASk2ASk信號的頻譜：信號的頻譜：由于基帶信號是隨機脈沖序列，沒有固定的頻譜函數(shù)由于基帶信號是隨機脈沖序列，沒有固定的頻譜函數(shù)，用功，用功率譜來表示。率譜來表示。ttsecASKc

15、os)(2)()(21)(CCASKSSF)()(*)(21)(CCASKSF)()(41)(CSCSEPPP)()(41)(CSCSEffPffPfP)(41)(4)(2ffTSTfPSaSs調(diào)制信號為調(diào)制信號為單極性脈沖序列單極性脈沖序列的已調(diào)信號的功率譜的已調(diào)信號的功率譜 fpf調(diào)制信號調(diào)制信號的功率譜的功率譜 調(diào)制信號是調(diào)制信號是基帶信號基帶信號，其，其功率譜位于功率譜位于0 0頻附近頻附近，由一由一0 0頻離散譜和連續(xù)譜構(gòu)成。頻離散譜和連續(xù)譜構(gòu)成。f fp 已調(diào)信已調(diào)信號的功率譜號的功率譜0scff cfscff2scff scff2 已調(diào)信號是已調(diào)信號是頻帶信號頻帶信號，其功率譜位

16、于其功率譜位于f fc c頻附近，頻附近，由一由一f fc c頻離散譜和連續(xù)譜頻離散譜和連續(xù)譜構(gòu)成。構(gòu)成。0sfsf2sfsf2調(diào)制信號為調(diào)制信號為雙極性脈沖序列雙極性脈沖序列的以調(diào)信號的功率譜的以調(diào)信號的功率譜 fpf調(diào)制信號調(diào)制信號的功率譜的功率譜 調(diào)制信號是調(diào)制信號是基帶信號基帶信號，其功，其功率譜位于率譜位于0 0頻附近頻附近，由連續(xù)譜由連續(xù)譜構(gòu)成構(gòu)成。無離散譜無離散譜（直流分量）。（直流分量）。f fp 已調(diào)信已調(diào)信號的功率譜號的功率譜0 已調(diào)信號是已調(diào)信號是頻帶信號頻帶信號，其，其功率譜位于功率譜位于 f fc c 頻附近，由頻附近，由連續(xù)譜連續(xù)譜構(gòu)成。構(gòu)成。無離散譜（載無離散譜（

17、載頻流分量頻流分量）。稱為）。稱為抑制載頻抑制載頻的雙邊帶調(diào)制。的雙邊帶調(diào)制。0sfsf2sfsf2scff cfscff2scff scff2由上面兩個圖可以看出：由上面兩個圖可以看出： 2ASK 2ASK 信號的功率譜密度也由信號的功率譜密度也由連續(xù)譜連續(xù)譜和和離散譜離散譜組成，組成，其中連續(xù)譜部分來自基帶譜中的其中連續(xù)譜部分來自基帶譜中的連續(xù)譜經(jīng)調(diào)制后連續(xù)譜經(jīng)調(diào)制后的的雙邊帶譜雙邊帶譜，而離散譜則由基帶譜中的離散譜分量（直流）來決定。而離散譜則由基帶譜中的離散譜分量（直流）來決定。 由于由于2ASK2ASK信號的功率譜是雙邊帶譜，所以，信號的功率譜是雙邊帶譜，所以，2ASK2ASK信號的

18、信號的帶寬是基帶信號帶寬的帶寬是基帶信號帶寬的兩倍兩倍。 (3)(3)帶寬：帶寬： 頻帶利用率頻帶利用率 結(jié)論：調(diào)幅后的信號是結(jié)論：調(diào)幅后的信號是帶通型信號帶通型信號，能夠通過能夠通過模擬的電話網(wǎng)模擬的電話網(wǎng)信道傳輸。信道傳輸。SssASKTffB1,22)./(5 .02HzsbitffBRssbb解調(diào)解調(diào)1.相干解調(diào)（同步解調(diào)）相干解調(diào)（同步解調(diào)）2.非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）帶通帶通濾波器濾波器乘法器乘法器低通低通濾波器濾波器抽樣抽樣判決判決定時脈沖定時脈沖輸出輸出輸入信號輸入信號ttststtsttsttetyccccASK2cos)(21)(2122cos1)(co

19、s)(cos)()(22tccos接收端必須有一個與接收端必須有一個與ASK信號信號的載波保持同頻同相的相干震蕩信號的載波保持同頻同相的相干震蕩信號 2 2、單邊帶和殘余邊帶調(diào)制的概念、單邊帶和殘余邊帶調(diào)制的概念 前面討論的前面討論的ASKASK信號具有兩個邊帶，并且兩個邊帶都含有完整的信號具有兩個邊帶，并且兩個邊帶都含有完整的基帶信號信息。為了提高信道頻帶利用率，基帶信號信息。為了提高信道頻帶利用率，只需要傳送一個邊帶只需要傳送一個邊帶就能實現(xiàn)信息傳遞就能實現(xiàn)信息傳遞。 但是從但是從ASKASK功率譜密度的圖可以看出由于基帶信號具有豐富的功率譜密度的圖可以看出由于基帶信號具有豐富的低頻分量，

20、所以，為了得到一個邊帶，必須用銳截止濾波器才能低頻分量，所以，為了得到一個邊帶，必須用銳截止濾波器才能濾出其中的一個邊帶，這就濾出其中的一個邊帶，這就增加了濾波器制作的難度增加了濾波器制作的難度。f fp 已調(diào)信已調(diào)信號的功率譜號的功率譜0scff cfscff2scff scff2濾出上邊帶 通常是對基帶信號進行某種處理，通常是對基帶信號進行某種處理，使其直流分量為零，并使低使其直流分量為零，并使低頻分量盡可能小，從而使已調(diào)頻分量盡可能小，從而使已調(diào)ASKASK信號的上、下邊帶之間有一個明信號的上、下邊帶之間有一個明顯的分界顯的分界，如采用第四類部分響應(yīng)形成系統(tǒng)即可做到這一點。，如采用第四類

21、部分響應(yīng)形成系統(tǒng)即可做到這一點。cf fpfsfscff scff 第四類部分響應(yīng)形成系統(tǒng)的基帶功率譜密度已調(diào)信號的功率譜密度普通濾波器由上圖可見，第四類部分響應(yīng)形成系統(tǒng)形成的信號對載波由上圖可見，第四類部分響應(yīng)形成系統(tǒng)形成的信號對載波coscosc ct t調(diào)制后，即可得到抑制載頻又能使上、下邊帶之間有一調(diào)制后，即可得到抑制載頻又能使上、下邊帶之間有一個明顯分界的已調(diào)信號頻譜。這樣就能個明顯分界的已調(diào)信號頻譜。這樣就能使用普通濾波器切除一個使用普通濾波器切除一個邊帶分量，從而實現(xiàn)單邊帶傳輸，使邊帶分量，從而實現(xiàn)單邊帶傳輸，使頻帶利用率是雙邊帶傳輸?shù)念l帶利用率是雙邊帶傳輸?shù)膬杀秲杀丁?殘余邊帶

22、調(diào)制殘余邊帶調(diào)制是介于雙邊帶和單邊帶之間的一種調(diào)制方法。是介于雙邊帶和單邊帶之間的一種調(diào)制方法。 它是使已調(diào)雙邊帶信號通過一個殘余邊帶濾波器，使其雙邊它是使已調(diào)雙邊帶信號通過一個殘余邊帶濾波器，使其雙邊帶中的一個邊帶的絕大部分和另一個邊帶的小部分通過，形成所帶中的一個邊帶的絕大部分和另一個邊帶的小部分通過，形成所謂的謂的殘余邊帶信號殘余邊帶信號。 fpfscff scff cf00.5殘余邊帶殘余邊帶濾波器濾波器 fp0cff 殘余邊帶殘余邊帶信號的功率譜信號的功率譜有一定有一定失真失真scff 3、正交幅度調(diào)制、正交幅度調(diào)制 正交幅度調(diào)制正交幅度調(diào)制(QAM)(QAM)，又稱，又稱正交雙邊帶

23、調(diào)制正交雙邊帶調(diào)制。是將兩路獨立的基。是將兩路獨立的基帶波形分別對帶波形分別對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波的雙邊帶調(diào)的雙邊帶調(diào)制，所得到的兩路已調(diào)信號疊加起來送入信道中一起傳輸。制，所得到的兩路已調(diào)信號疊加起來送入信道中一起傳輸。 在在 QAM QAM 系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)中，由于兩路已調(diào)信號在相同的帶寬內(nèi)頻譜正交，兩路已調(diào)信號在相同的帶寬內(nèi)頻譜正交，可以在同一頻帶內(nèi)并行傳輸兩路數(shù)據(jù)信息可以在同一頻帶內(nèi)并行傳輸兩路數(shù)據(jù)信息，因此，因此，其頻帶利用率其頻帶利用率和單邊帶系統(tǒng)相同和單邊帶系統(tǒng)相同。QAMQAM方式一般用于高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中。方式一般用于高速數(shù)據(jù)傳

24、輸系統(tǒng)中。 在在 QAM QAM 方式中，基帶信號可以是二電平的，又可以是多電方式中，基帶信號可以是二電平的，又可以是多電平的，若為多電平時，就構(gòu)成平的，若為多電平時，就構(gòu)成多進制正交幅度調(diào)制多進制正交幅度調(diào)制。 正交幅度調(diào)制信號產(chǎn)生原理圖如圖正交幅度調(diào)制信號產(chǎn)生原理圖如圖3-383-38 殘余邊帶信號所占的頻帶大于單邊帶，又小于雙邊帶殘余邊帶信號所占的頻帶大于單邊帶，又小于雙邊帶，所以殘，所以殘余邊帶系統(tǒng)的頻帶利用率也是小于單邊帶，大于雙邊帶的頻帶利余邊帶系統(tǒng)的頻帶利用率也是小于單邊帶，大于雙邊帶的頻帶利用率。用率。 由上圖可知，輸入數(shù)據(jù)序列經(jīng)由上圖可知，輸入數(shù)據(jù)序列經(jīng)串串/ /并并變換得變

25、換得A A、B B兩路信號，兩路信號，再通過低通的基帶形成，則形成再通過低通的基帶形成，則形成S S1 1(t)(t)和和S S2 2(t)(t)兩路獨立的兩路獨立的基帶基帶波形波形，它們都是，它們都是無直流分量無直流分量的的雙極性基帶脈沖序列雙極性基帶脈沖序列。串/并低通低通帶通akA路B路S1(t)S2(t)tcosctsintcoscc2te1te2te送入信道信號矢量信號矢量同相支路同相支路 “1”1”正交支路正交支路 “1”1”，合成信號，合成信號同相支路同相支路 ”0”0”正交支路正交支路 “1”1” 合成信號合成信號 2221),cos()(0111111sin)(cos)()(

26、SSSStettyttxteccc對應(yīng)，對應(yīng)是隨機的，如果基帶信號幅度取)4cos(2sincos)(tttteccc)43cos(2sincos)(tttteccc1振幅，四相位振幅，四相位 ak 1 1 0 1 0 0 1 0 A路 B路11010010ttA路B路tak1111000011010010AA-A-A延遲2T2T 由上圖可見，由上圖可見，A A 路和路和 B B路的周期相同都是串路的周期相同都是串/ /并變換前的兩倍，并變換前的兩倍，所以所以兩路信號的頻帶相同，都是串兩路信號的頻帶相同，都是串/ /并變換前一半并變換前一半。那么，調(diào)制。那么，調(diào)制后的兩路信號由于采用頻率相同的

27、正交載波（相位差后的兩路信號由于采用頻率相同的正交載波（相位差9090度），度），則已調(diào)信號的通頻帶范圍也位于同一區(qū)域，因此，兩路信號加則已調(diào)信號的通頻帶范圍也位于同一區(qū)域，因此，兩路信號加起來起來所占帶寬與單路信號所占帶寬與單路信號所占帶寬一樣，這樣，所占帶寬一樣，這樣，QAM QAM 信號所占信號所占帶寬減少了一半，頻帶利用率提高了一倍。與單邊帶的相同。帶寬減少了一半，頻帶利用率提高了一倍。與單邊帶的相同。正交調(diào)幅系統(tǒng)的功率譜示意圖如圖正交調(diào)幅系統(tǒng)的功率譜示意圖如圖3-393-39所示所示 tetete21 tsintStcostScc21 由原理圖可見，兩路由原理圖可見，兩路合成的輸出信

28、號為：合成的輸出信號為：fE(f)cf 由右圖可見，由右圖可見，兩路信號同兩路信號同處于一個頻段之中，但相差處于一個頻段之中，但相差9090度度。 正交幅度調(diào)制信號的解調(diào)必須正交幅度調(diào)制信號的解調(diào)必須采用相干解調(diào)方法采用相干解調(diào)方法，解調(diào)原理如，解調(diào)原理如圖圖3-383-38所示所示低通低通取樣判決取樣判決tcosctsincy1(t)y2(t)y(t)帶通并/串S1(t)S2(t)ak噪聲信道 假定相干載波與信號載波同頻同相，且假設(shè)信道無失真、帶寬假定相干載波與信號載波同頻同相，且假設(shè)信道無失真、帶寬不限、無噪聲，則兩個解調(diào)乘法器的輸出分別為不限、無噪聲，則兩個解調(diào)乘法器的輸出分別為 tco

29、stytyc1 tcostsintStcostSccc21 tcostsintStcostSccc221 tsintStcostStScc22221121121 經(jīng)判決合成后即為經(jīng)判決合成后即為原數(shù)據(jù)序列原數(shù)據(jù)序列。這樣，就可以。這樣，就可以實現(xiàn)無失真實現(xiàn)無失真的波的波形傳輸。形傳輸。 tsintytyc2 tsintsintStcostSccc21 tsintStcostsintSccc221 tcostStsintStScc22221121221 經(jīng)經(jīng)低通濾波器低通濾波器濾出濾出高次諧波分量高次諧波分量，上、下兩個支路的輸出信號，上、下兩個支路的輸出信號分別為分別為 tStS1211 tS

30、tS2212 為了更進一步說明為了更進一步說明正交調(diào)幅信號正交調(diào)幅信號的特點，我們還可以從已調(diào)信的特點，我們還可以從已調(diào)信號的號的相位矢量表示方法相位矢量表示方法來討論。來討論。 首先我們首先我們復(fù)習(xí)一下余弦信號的矢量表示復(fù)習(xí)一下余弦信號的矢量表示。0tcosAc 式中，式中，A A為振幅，為振幅，c c為角頻率，且為常數(shù)，為角頻率，且為常數(shù)，0 0為初相角為初相角，也，也為常數(shù)。則其矢量圖如下：為常數(shù)。則其矢量圖如下：設(shè)有一余弦信號：設(shè)有一余弦信號：O0A 圖中，圖中，O O為矢量座標(biāo)的原點，為矢量座標(biāo)的原點，虛線是長度為虛線是長度為 1 1初相為初相為 0 0度的參度的參考矢量?？际噶?。1

31、 圖中，圖中，斜的有向線段就是長度斜的有向線段就是長度為為A A初相為初相為0 0的余弦函數(shù)所對應(yīng)的余弦函數(shù)所對應(yīng)的矢量的矢量。L 矢量的加減運算滿足平行四邊形的原則矢量的加減運算滿足平行四邊形的原則。例1 CBAABC例2LNMLMN 為了討論方便我們把正交調(diào)幅信號的產(chǎn)生電路方框圖重畫于為了討論方便我們把正交調(diào)幅信號的產(chǎn)生電路方框圖重畫于圖圖3-403-40 上面圖示說明了上面圖示說明了矢量圖的形成過程矢量圖的形成過程。接著進行文字說明：。接著進行文字說明： 由圖由圖3-36(b)3-36(b)所示抑制載頻雙邊帶調(diào)幅的波形可以看出，對應(yīng)所示抑制載頻雙邊帶調(diào)幅的波形可以看出，對應(yīng)“1”1”和和

32、“0”0”信號的已調(diào)波信號相位相差信號的已調(diào)波信號相位相差180180o o。 因此，對于上圖的正交調(diào)幅電路中的因此，對于上圖的正交調(diào)幅電路中的A A路的路的“1” 1” 對應(yīng)對應(yīng)0 0o o相位，相位， A A路的路的“0” 0” 對應(yīng)對應(yīng)180180o o相位；而相位；而B B路的載波與路的載波與A A路相差路相差9090o o，則，則B B路的路的“1” 1” 對應(yīng)對應(yīng)9090o o相位，相位，B B路的路的“0” 0” 對應(yīng)對應(yīng)270270o o相位相位。串/并低通低通akA路B路S1(t)S2(t)tcosctsintcoscc2te1te2teA10O0180O190O0270OB

33、10110100 A A、B B兩路調(diào)制輸出經(jīng)合成電路合成，則輸出信號可有四種不同兩路調(diào)制輸出經(jīng)合成電路合成，則輸出信號可有四種不同的相位，各代表一組的相位，各代表一組ABAB的組合，即的組合，即ABAB二元碼組二元碼組。 ABAB二元碼組共有四種組合，即二元碼組共有四種組合，即0000，0101，1111，1010。這四種組合。這四種組合所對應(yīng)的所對應(yīng)的相位矢量關(guān)系相位矢量關(guān)系如圖如圖3-41(a)3-41(a)所示。所示。(a)AB00(0)AB01(1)AB11(2)AB10(3) 左圖所示的對應(yīng)關(guān)系是按左圖所示的對應(yīng)關(guān)系是按格雷碼規(guī)則格雷碼規(guī)則變換的，變換的，這種變這種變換的優(yōu)點是相鄰

34、判決相位的換的優(yōu)點是相鄰判決相位的碼組只有一個比特的差別，碼組只有一個比特的差別，相位判決錯誤時只造成一個相位判決錯誤時只造成一個比特的誤碼，所以這種變換比特的誤碼，所以這種變換有利于降低傳輸誤碼率有利于降低傳輸誤碼率。 星座圖上各信號點之間的距離越大抗誤碼能力越強星座圖上各信號點之間的距離越大抗誤碼能力越強。 上面的討論中我們用了矢量合成的方法討論上面的討論中我們用了矢量合成的方法討論QAMQAM信號，方法信號，方法簡便，而簡便，而QAMQAM信號是信號是兩路正交的抑制載頻雙邊帶調(diào)幅信號之和兩路正交的抑制載頻雙邊帶調(diào)幅信號之和。 那么，結(jié)果是否正確呢？肯定是正確的！數(shù)學(xué)推導(dǎo)如下頁：那么，結(jié)果

35、是否正確呢？肯定是正確的！數(shù)學(xué)推導(dǎo)如下頁： 圖圖(a)(a)是用矢量表示是用矢量表示QAMQAM信號。圖信號。圖3-41(b)3-41(b)是是QAMQAM的星座表示的星座表示。(b)00011110 由上圖可以看出，星座圖中只由上圖可以看出，星座圖中只畫出矢量端點。如星座圖上有四畫出矢量端點。如星座圖上有四個星點，則稱為個星點，則稱為4QAM4QAM。 從星座圖上很容易看出：從星座圖上很容易看出：A A路的路的“1”1”碼位于星座圖的右側(cè)，碼位于星座圖的右側(cè)，“0”0”碼在左側(cè)；而碼在左側(cè)；而B B路的路的“1”1”碼則在上側(cè)，碼則在上側(cè)，“0”0”碼在下側(cè)。碼在下側(cè)。42tcosAc設(shè)AB

36、碼組是11，即AB=11 tsintStcostStecc21則：S1(t)=A， S2(t)=AtsinAtcosAcc42tcosActsintcosAcc21212tsinAtcosAcctsinsintcoscosAcc442則合成矢量為： 與上面推導(dǎo)類似，我們可以得到二元碼組與上面推導(dǎo)類似，我們可以得到二元碼組ABAB其它三種情況的合其它三種情況的合成波表達式和矢量圖成波表達式和矢量圖： 通過上面推導(dǎo)得到與前面用矢量圖合成方法相同的結(jié)論。通過上面推導(dǎo)得到與前面用矢量圖合成方法相同的結(jié)論。 通過討論可知，通過討論可知， QAM QAM 正交調(diào)幅正交調(diào)幅結(jié)果得到的是四種振幅相同結(jié)果得到的

37、是四種振幅相同相差相差 9090度度(/2) (/2) 的余弦振蕩信號。所以，今后可用這種方法實的余弦振蕩信號。所以，今后可用這種方法實現(xiàn)四相調(diào)相現(xiàn)四相調(diào)相。AB=01時， 則：S1(t)=A， S2(t)=A 432tcosAtecAB=00時， 則：S1(t)=A， S2(t)=A 452tcosAtecAB=10時， 則：S1(t)=A， S2(t)=A 472tcosAtec 對前述討論的對前述討論的 4QAM 4QAM 方式是方式是 A A、B B 各路傳送的是二電平碼的各路傳送的是二電平碼的情況，如果采用二路四電平碼送到情況，如果采用二路四電平碼送到A A、B B的調(diào)制器，就能更進

38、一的調(diào)制器，就能更進一步提高頻譜利用率。步提高頻譜利用率。 由于采用四電平基帶信號，所以，每路在星座圖上有由于采用四電平基帶信號，所以，每路在星座圖上有4 4個個點，于是點，于是 4 44=164=16，組成，組成 16 16 個點的星座圖。如圖個點的星座圖。如圖 3-42 3-42 所示，所示，稱為稱為16QAM16QAM。 16QAM16QAM與與4QAM4QAM一樣一樣A A、B B兩兩路互相正交的抑制載頻的雙路互相正交的抑制載頻的雙邊帶調(diào)幅信號合起來邊帶調(diào)幅信號合起來，同樣，同樣可以用矢量合成的方法畫出可以用矢量合成的方法畫出星座圖。星座圖。101011000101 四元碼的組合對應(yīng)的

39、星座點仍然滿足四元碼的組合對應(yīng)的星座點仍然滿足格雷碼規(guī)則格雷碼規(guī)則（包括（包括A A、B B兩路各自四電平碼的對應(yīng)關(guān)系）。兩路各自四電平碼的對應(yīng)關(guān)系）。 同理，將二路八電平碼送到同理，將二路八電平碼送到 A A、B B 調(diào)制器，可得調(diào)制器，可得6464星座圖，稱星座圖，稱為為64QAM64QAM，更進一步還有，更進一步還有256QAM256QAM等。等。 注意：注意：星座圖中相鄰星點之間的距離處處相等。星座圖中相鄰星點之間的距離處處相等。MQAMMQAM抗噪聲抗噪聲干擾能力最強。這一點在所有矢量圖中都得到體現(xiàn)干擾能力最強。這一點在所有矢量圖中都得到體現(xiàn)。 前面的討論中，我們都是先有了調(diào)制電路，

40、再用矢量合成的方前面的討論中，我們都是先有了調(diào)制電路，再用矢量合成的方法求出該調(diào)制的矢量圖（或星座點圖）。法求出該調(diào)制的矢量圖（或星座點圖）。 其實，實際設(shè)計中，是首先設(shè)計出其實，實際設(shè)計中，是首先設(shè)計出 MQAM (MQAM (包括后面學(xué)習(xí)包括后面學(xué)習(xí)的的MPSK)MPSK)的的星座點圖星座點圖，再將星座點圖上的，再將星座點圖上的矢量分解成兩個互相正矢量分解成兩個互相正交的矢量分量交的矢量分量，然后根據(jù)兩個分量可能出現(xiàn)的幅度設(shè)計兩互相正，然后根據(jù)兩個分量可能出現(xiàn)的幅度設(shè)計兩互相正交的調(diào)制支路，最后兩支路再合起來就構(gòu)成了整個調(diào)制產(chǎn)生電路。交的調(diào)制支路，最后兩支路再合起來就構(gòu)成了整個調(diào)制產(chǎn)生電路

41、。 同樣同樣MQAMMQAM的解調(diào)電路的設(shè)計也是這種方法。的解調(diào)電路的設(shè)計也是這種方法。 所以星座點圖稱為調(diào)制解調(diào)電路的所以星座點圖稱為調(diào)制解調(diào)電路的數(shù)學(xué)模型電路數(shù)學(xué)模型電路. . 我們還可以論證：我們還可以論證： 星座圖上星座圖上星點越多，頻帶利用率就越高，但是，誤碼率就越大星點越多，頻帶利用率就越高，但是，誤碼率就越大。 下面就討論下面就討論MQAMMQAM的頻帶利用率。的頻帶利用率。 M M即星點數(shù)，設(shè)輸入數(shù)據(jù)序列的比特率，即即星點數(shù)，設(shè)輸入數(shù)據(jù)序列的比特率，即A A和和B B兩路的總比特兩路的總比特率為率為f fb b，信道帶寬為，信道帶寬為B B，則，則頻譜利用率頻譜利用率為：為：

42、由前述討論可知，對由前述討論可知，對 MQAM MQAM 系統(tǒng)，系統(tǒng)， A A、B B 各路基帶信號的電平各路基帶信號的電平數(shù)應(yīng)是數(shù)應(yīng)是 M M 的平方根。如的平方根。如 16QAM16QAM時，則每路的基帶信號是四電平。時，則每路的基帶信號是四電平。 對對MQAMMQAM來說，來說，A A路和路和B B路每個符號路每個符號( (碼元碼元) ) 含有的比特數(shù)應(yīng)為：含有的比特數(shù)應(yīng)為：BfbHzs/bitMlogMlog221221 而經(jīng)過串而經(jīng)過串/ /并轉(zhuǎn)化電路后，并轉(zhuǎn)化電路后， A A路和路和 B B路的比特率應(yīng)為總比特率路的比特率應(yīng)為總比特率f fb b的一半的一半，則，則A A路和路和B

43、 B路的調(diào)制速率路的調(diào)制速率( (或符號速率或符號速率) N) NBdBd和符號周期和符號周期 T T分別為為：分別為為：MlogffBdbbMlogN22122 秒bBdfMlogNT21 另外，我們知道另外，我們知道 MQAM MQAM 的信道帶寬為的信道帶寬為 B B，是調(diào)制后的帶通型信，是調(diào)制后的帶通型信道，而道，而A A路和路和B B路是未調(diào)制前的基帶信號，則路是未調(diào)制前的基帶信號，則A A路和路和B B路的基帶帶寬路的基帶帶寬的最大值的最大值B B基基應(yīng)為應(yīng)為MQAMMQAM的信道帶寬的信道帶寬B B的一半的一半。 如果如果A A路和路和B B路的基帶形成濾波器都采用滾降特性（設(shè)滾

44、降系數(shù)路的基帶形成濾波器都采用滾降特性（設(shè)滾降系數(shù)為為，滾降頻率為，滾降頻率為f fN N），因此，），因此，在在 MQAM MQAM 信道帶寬為信道帶寬為B B的條件下得的條件下得到最高的總的比特率到最高的總的比特率 f fb b，按前面學(xué)習(xí)的奈奎斯特第一準(zhǔn)則，應(yīng)滿，按前面學(xué)習(xí)的奈奎斯特第一準(zhǔn)則，應(yīng)滿足如下關(guān)系式：足如下關(guān)系式：NfB 1基T211BdN212BBdNB 1則可得：Mlogfb21Mlogfb21將上式代入頻譜利用率定義式可得： BfbMlogbfbf2112Mlog通常原始的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都是二進制的，為了得到多進制的通常原始的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都是二進制的，為了得到多進制的MQAMMQA

45、M，首先將，首先將同相同相和和正交正交信道二進制信號轉(zhuǎn)換為信道二進制信號轉(zhuǎn)換為 電平電平基帶信號信號，再分別進行同相和正交信道的載波調(diào)制，基帶信號信號，再分別進行同相和正交信道的載波調(diào)制，相加得到相加得到MQAM. 16QAMMQAM. 16QAM為例：為例：輸入的串行比特流四個一組，分成雙比特碼元送入支路，輸入的串行比特流四個一組，分成雙比特碼元送入支路，雙比特碼元變成四電平信號。雙比特碼元變成四電平信號。MQ2 I2 Q1 I124電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換24電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換tccos2 I1 Q1 I2 Q216QAM三、數(shù)字調(diào)相（三、數(shù)字調(diào)相（70頁）頁） 以基帶數(shù)據(jù)信號控制載波的相位（幅度和

46、角頻率是常數(shù)），稱以基帶數(shù)據(jù)信號控制載波的相位（幅度和角頻率是常數(shù)），稱為為數(shù)字調(diào)相數(shù)字調(diào)相，又稱，又稱相移鍵控相移鍵控，簡寫為，簡寫為PSKPSK。 1 1、PSKPSK信號及功率譜密度信號及功率譜密度 按按PSKPSK的基本定義可畫出如圖的基本定義可畫出如圖 3-43 3-43 所示數(shù)據(jù)信號與所示數(shù)據(jù)信號與PSKPSK信號信號的對應(yīng)波形。的對應(yīng)波形。 圖中圖中(a)(a)是數(shù)據(jù)信號序列；是數(shù)據(jù)信號序列； (b)(b)是未調(diào)載波信號是未調(diào)載波信號coscosc ct t； 可見可見M M值越的，即星座點越多其頻譜利用率就越高（其實是在同值越的，即星座點越多其頻譜利用率就越高（其實是在同樣的符

47、號間隔內(nèi)，每個符號樣的符號間隔內(nèi)，每個符號 ( (碼元碼元) )攜帶的比特數(shù)越大），目前可攜帶的比特數(shù)越大），目前可以做到以做到 M=64M=64， 甚至更高，故正交幅度調(diào)制一般是甚至更高，故正交幅度調(diào)制一般是應(yīng)用于高速數(shù)應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中據(jù)傳輸系統(tǒng)中。 (c)(c)為二相絕對調(diào)相信號，記為為二相絕對調(diào)相信號，記為2PSK2PSK； (d)(d)為二相相對調(diào)相信號，為二相相對調(diào)相信號，記為記為2DPSK2DPSK。 絕對調(diào)相信號的變換規(guī)則是：絕對調(diào)相信號的變換規(guī)則是： 數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)信號的“1”1”對應(yīng)于已調(diào)對應(yīng)于已調(diào)信號的信號的0 0o o相位；數(shù)據(jù)信號的相位；數(shù)據(jù)信號的“0”0”對應(yīng)

48、于已調(diào)信號的對應(yīng)于已調(diào)信號的180180o o相位相位，或或反之反之。這里的。這里的0 0o o和和180180o o是以未調(diào)載波的是以未調(diào)載波的0 0o o作參考相位的。作參考相位的。 相對調(diào)相信號的變換規(guī)則是：相對調(diào)相信號的變換規(guī)則是： 數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)信號的“1”1”使已調(diào)信號使已調(diào)信號的相位變化的相位變化180180o o相位；數(shù)據(jù)信號的相位；數(shù)據(jù)信號的“0”0”使已調(diào)信號的相位變化使已調(diào)信號的相位變化0 0o o相位相位，或反之。這里的或反之。這里的 0 0o o和和180180o o的變化是相對于已調(diào)信號的前一的變化是相對于已調(diào)信號的前一碼元相位，或者說，這里的變化是以已調(diào)信號的前一

49、碼元相位作碼元相位，或者說，這里的變化是以已調(diào)信號的前一碼元相位作為參考相位的。即為參考相位的。即參考相位參考相位不是固定的，而是相對的不是固定的，而是相對的( (動態(tài)變化動態(tài)變化的的) )。圖3-43 PSK信號波形(b)t0(a)tS(t)0101100101t(c)e(t)000000t(d)e(t)00000 在上圖中，未調(diào)載波是在上圖中，未調(diào)載波是0 0相位，在圖相位，在圖(c)(c)和和(d)(d)的相位都是相對的相位都是相對未調(diào)載波信號的相位。未調(diào)載波信號的相位。 2、二相調(diào)相信號的產(chǎn)生和解調(diào)、二相調(diào)相信號的產(chǎn)生和解調(diào)2PSK2PSK信號的產(chǎn)生和解調(diào)信號的產(chǎn)生和解調(diào) 由前面的圖可

50、以看出，由前面的圖可以看出，2PSK2PSK信號與抑制載波的信號與抑制載波的2ASK2ASK信號等效信號等效，因此，可以利用雙極性基帶信號通過乘法器與載波信號相乘得到因此，可以利用雙極性基帶信號通過乘法器與載波信號相乘得到2PSK2PSK信號，這是產(chǎn)生信號，這是產(chǎn)生2PSK2PSK信號的信號的一種方法一種方法。 圖圖3-44(a)3-44(a)給出的是一種用給出的是一種用相位選擇法相位選擇法產(chǎn)生產(chǎn)生2PSK2PSK信號的原理框圖。信號的原理框圖。 可以證明可以證明2PSK(2PSK(包括包括2DPSK)2DPSK)的功率譜與的功率譜與抑制載波的抑制載波的 2ASK2ASK的功率的功率譜相同，也

51、是雙邊的連續(xù)譜，無離散譜，譜相同，也是雙邊的連續(xù)譜，無離散譜，帶寬是基帶數(shù)據(jù)信號的帶寬是基帶數(shù)據(jù)信號的2 2倍。倍。 2PSK2PSK信號的信號的解調(diào)與解調(diào)與QAMQAM方式一樣方式一樣，需要用，需要用相干解調(diào)相干解調(diào)的方式，即的方式，即需要恢復(fù)相干載波以用于與接收的已調(diào)信號相乘。需要恢復(fù)相干載波以用于與接收的已調(diào)信號相乘。 但是由于但是由于2PSK2PSK信號中無載波頻率分量，所以信號中無載波頻率分量，所以無法從接收的已無法從接收的已調(diào)信號中直接提取相干載波。調(diào)信號中直接提取相干載波。門1倒相輸入基帶信號輸入基帶信號門2振蕩器0o+(a)2PSK產(chǎn)生原理框圖信信道道 左圖中，振蕩器產(chǎn)生左圖中

52、，振蕩器產(chǎn)生0 0o o,兩兩種不同相位的載波分別送入兩種不同相位的載波分別送入兩個門電路，如輸入基帶信號為個門電路，如輸入基帶信號為單極性脈沖，當(dāng)輸入高電位單極性脈沖，當(dāng)輸入高電位“1”1”碼時，門電路碼時，門電路1 1開通，輸開通，輸出出0 0o o相位載波相位載波 ；當(dāng)輸入低電；當(dāng)輸入低電位位“0”0”碼時，經(jīng)倒相電路可碼時，經(jīng)倒相電路可使門電路使門電路2 2開通，輸出開通，輸出180180o o()()相位載波。經(jīng)合成電路輸出即相位載波。經(jīng)合成電路輸出即為為2PSK信號。 左圖載波提取電路采用了左圖載波提取電路采用了倍倍頻頻/分頻法分頻法，先將，先將 2PSK 信號作信號作全波整流，使

53、整流后的信號中全波整流，使整流后的信號中含有含有2fC頻率的周期波。頻率的周期波。載波提取電路鑒相器信道222fC濾波(b)2PSK解調(diào)電路原理框圖0te(t)t0整流后的信號 由上圖可看出不論調(diào)制信號如何，由上圖可看出不論調(diào)制信號如何， 2PSK 2PSK 經(jīng)整流后都是圖中經(jīng)整流后都是圖中的周期性信號，它以原正弦信號的正半周為基本信號、原周期的周期性信號，它以原正弦信號的正半周為基本信號、原周期的一半為新周期。的一半為新周期。 按信號理論，其必含有按信號理論，其必含有 2 2f fC C 頻率分量頻率分量， 經(jīng)過經(jīng)過窄帶濾波器提取窄帶濾波器提取，再經(jīng)過再經(jīng)過2 2分頻電路就能得到相干載波分頻

54、電路就能得到相干載波f fC C。 最后經(jīng)過相乘電路進行相干解調(diào)即可得輸出基帶信號。最后經(jīng)過相乘電路進行相干解調(diào)即可得輸出基帶信號。 這種這種2PSK2PSK信號的解調(diào)存在一個問題，即信號的解調(diào)存在一個問題，即2 2分頻器電路輸出存在分頻器電路輸出存在相位不定性或相位模糊問題相位不定性或相位模糊問題，如圖，如圖3-453-45所示。所示。fC(0o)fC(180o)2fC 假定計數(shù)器起始輸假定計數(shù)器起始輸出電位為低電位。出電位為低電位。 假定計數(shù)器起始輸假定計數(shù)器起始輸出電位為高電位出電位為高電位。 由上圖可見，恢復(fù)的載波有兩種相位，可能是由上圖可見，恢復(fù)的載波有兩種相位，可能是0 0相位，也

55、可能是相位，也可能是180180度相位，度相位，到底是哪個相位無法確定，是隨機的。到底是哪個相位無法確定，是隨機的。 所以所以2PSK2PSK相干解調(diào)的輸出基帶信號相干解調(diào)的輸出基帶信號存在倒相現(xiàn)象存在倒相現(xiàn)象，見下面推導(dǎo)：，見下面推導(dǎo)： 所以實際中沒有使用所以實際中沒有使用 2PSK2PSK，而是采用相對調(diào)相，即，而是采用相對調(diào)相，即 2DPSK2DPSK方式，方式，它可以解決相位模糊問題。它可以解決相位模糊問題。 2DPSK2DPSK信號的產(chǎn)生和解調(diào)信號的產(chǎn)生和解調(diào) 只要將只要將輸入輸入的基帶數(shù)據(jù)信號序列變換成的基帶數(shù)據(jù)信號序列變換成相對序列相對序列，即差分碼，即差分碼序列，序列，然后對相

56、對序列然后對相對序列進行絕對調(diào)相，就可得到進行絕對調(diào)相，就可得到2DPSK2DPSK信號信號，如圖，如圖3-463-46所示。所示。 tcostStec假定當(dāng)恢復(fù)的載波為當(dāng)恢復(fù)的載波為0 0相位時，相位時， tcostStStcostcostSccc22121 tS21當(dāng)恢復(fù)的載波相位為當(dāng)恢復(fù)的載波相位為180180度時度時， tcostStStcostcostSccc22121 tS21碼變換2PSK調(diào)制Dnan2DPSK信號輸出圖圖3-46 2DPSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生 左圖中，左圖中， an和和Dn分別表示絕分別表示絕對碼序列和差分碼序列，它們對碼序列和差分碼序列，它們之間的關(guān)系為：之

57、間的關(guān)系為： Dn=an Dn1(a)t絕對碼01011001010(b)相對碼t10010001100000t(c)02DPSK信號 由上圖我們通過對數(shù)據(jù)信號序列的差分碼進行絕對調(diào)相實現(xiàn)了由上圖我們通過對數(shù)據(jù)信號序列的差分碼進行絕對調(diào)相實現(xiàn)了2DPSK2DPSK。 在上圖中，我們假定碼變換電路的初始輸出值為在上圖中，我們假定碼變換電路的初始輸出值為高電平高電平“1 1”，但是，它同樣可能是但是，它同樣可能是低電平低電平“0 0”，因此，碼變換的結(jié)果還可能出，因此，碼變換的結(jié)果還可能出現(xiàn)另一種情況，可以證明即是現(xiàn)另一種情況，可以證明即是前一種碼序列的反碼序列前一種碼序列的反碼序列。見下圖：。見

58、下圖：例如： an： 1 0 1 1 0 0 1 0 1Dn： 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0或 Dn： 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1按反變換公式：按反變換公式： an = Dn Dn1an101100101 由上圖可見，盡管有兩種差分碼（它們互為反碼），但是它們由上圖可見，盡管有兩種差分碼（它們互為反碼），但是它們含有的絕對碼信息是一樣的，所以經(jīng)過含有的絕對碼信息是一樣的，所以經(jīng)過反變換可恢復(fù)原絕對碼序反變換可恢復(fù)原絕對碼序列。列。按變換公式按變換公式： Dn=anDn1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 由此我們能說明為什么由此我們能

59、說明為什么2DPSK2DPSK能解決相干解調(diào)時出現(xiàn)的相位模能解決相干解調(diào)時出現(xiàn)的相位模糊問題。糊問題。 前面的討論中我們提到由于提取的載波相位不確定，相干解前面的討論中我們提到由于提取的載波相位不確定，相干解調(diào)的輸出基帶信號就會存在調(diào)的輸出基帶信號就會存在0 0或或1 1倒相現(xiàn)象。倒相現(xiàn)象。其實就是可能出現(xiàn)原其實就是可能出現(xiàn)原碼的反碼。碼的反碼。 所以，盡管恢復(fù)的相干載波的相位有兩種，所以，盡管恢復(fù)的相干載波的相位有兩種， 2DPSK2DPSK經(jīng)過經(jīng)過 2PSK2PSK相干解調(diào)出的基帶數(shù)據(jù)信號序列是就是上頁中兩種差分碼序相干解調(diào)出的基帶數(shù)據(jù)信號序列是就是上頁中兩種差分碼序列中的一種，則按上頁中

60、討論的結(jié)果，列中的一種，則按上頁中討論的結(jié)果，經(jīng)過碼型反變換，都能恢經(jīng)過碼型反變換，都能恢復(fù)原始的基帶絕對碼數(shù)據(jù)信號序列。即復(fù)原始的基帶絕對碼數(shù)據(jù)信號序列。即2DPSK2DPSK能解決相位模糊問能解決相位模糊問題題。 2DPSK2DPSK的解調(diào)的解調(diào) 2DPSK2DPSK的解調(diào)有兩種方法：的解調(diào)有兩種方法：極性比較法極性比較法和和相位比較法相位比較法 圖圖3-483-48所示是所示是極性比較法極性比較法是極性比較法的實現(xiàn)原理框圖是極性比較法的實現(xiàn)原理框圖2DPSK輸入2PSK解調(diào)Dn碼變換an 輸出 an = Dn Dn1 極性比較法極性比較法是對是對 2DPSK2DPSK信號先進行信號先進行