第6章-數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)

1、第第6-6-1 1頁頁1通通 信信 原原 理理第第6-6-2 2頁頁2第第6 6章章 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)6.1 二進(jìn)制振幅鍵控二進(jìn)制振幅鍵控16.2 二進(jìn)制頻移鍵控二進(jìn)制頻移鍵控26.3 二進(jìn)制相移鍵控二進(jìn)制相移鍵控36.4 二進(jìn)制差分相移鍵控二進(jìn)制差分相移鍵控46.5 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較56.6 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理66.7 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能76.8 小結(jié)小結(jié)8第第6-6-3 3頁頁3數(shù)字信號的傳輸方式分為基帶傳輸和頻帶傳輸。數(shù)字信號的傳輸方式分為基帶傳輸和頻帶傳輸。數(shù)字調(diào)制：數(shù)字調(diào)制：把數(shù)字

2、基帶信號變換為數(shù)字帶通信號（已調(diào)信號）的過程。把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信號（已調(diào)信號）的過程。數(shù)字解調(diào)：數(shù)字解調(diào)：在接收端通過解調(diào)器把帶通信號還原成數(shù)字基帶信號的過程。在接收端通過解調(diào)器把帶通信號還原成數(shù)字基帶信號的過程。數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)：數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)：通常包括調(diào)制和解調(diào)過程的數(shù)字傳輸系統(tǒng)。通常包括調(diào)制和解調(diào)過程的數(shù)字傳輸系統(tǒng)。6.1 二進(jìn)制振幅鍵控二進(jìn)制振幅鍵控第第6-6-4 4頁頁4基本原理：基本原理： 振幅鍵控是利用正弦載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息，振幅鍵控是利用正弦載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息，載波的頻率和初始相位始終保持不變。載波的頻率和初始相位始終保持不變。 載波的幅度只有

3、兩種變化狀態(tài)，分別對應(yīng)于二進(jìn)制載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，分別對應(yīng)于二進(jìn)制數(shù)字信息數(shù)字信息“0”0”和和“1”1”。 “通通- -斷鍵控?cái)噫I控(OOK)”(OOK)”信號表達(dá)式信號表達(dá)式 ”時(shí)時(shí)發(fā)發(fā)送送“以以概概率率，”時(shí)時(shí)發(fā)發(fā)送送“以以概概率率0P101Pt),Acos()(cOOK te6.1.1 2ASK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生第第6-6-5 5頁頁5 2ASK 2ASK信號的一般表達(dá)式信號的一般表達(dá)式 其中其中 T Ts s 碼元持續(xù)時(shí)間；碼元持續(xù)時(shí)間； g g( (t t) ) 持續(xù)時(shí)間為持續(xù)時(shí)間為T Ts s的基帶脈沖波形，通常假設(shè)的基帶脈沖波形，通常假設(shè) 是高度為是高度為1 1，寬度

4、等于，寬度等于T Ts s 的矩形脈沖；的矩形脈沖； a an n 第第n n 個(gè)符號的電平取值，若取個(gè)符號的電平取值，若取 則相應(yīng)的則相應(yīng)的2ASK2ASK信號就是信號就是OOKOOK信號。信號。ttstec cos)()(2ASK nsnnTtgats)()( PPan1, 0, 1概率為概率為概率為概率為6.1.1 2ASK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生第第6-6-6 6頁頁62ASK2ASK信號產(chǎn)生方法信號產(chǎn)生方法 模擬調(diào)制法模擬調(diào)制法 （相乘器法）（相乘器法）6.1.1 2ASK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生 鍵控法鍵控法第第6-6-7 7頁頁76.1.1 2ASK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生2ASK/OOK2

5、ASK/OOK信號的典型波形：信號的典型波形：第第6-6-8 8頁頁82ASK2ASK信號可以表示成：信號可以表示成： 式中式中s s( (t t ) ) 二進(jìn)制單極性隨機(jī)矩形脈沖序列。二進(jìn)制單極性隨機(jī)矩形脈沖序列。 設(shè)設(shè)P Ps s( (f f ) ) s s( (t t ) )的功率譜密度。的功率譜密度。 P P2ASK2ASK( (f f ) 2ASK) 2ASK信號的功率譜密度。信號的功率譜密度。則由上式可得則由上式可得由上式可見，由上式可見，2ASK2ASK信號的功率譜是基帶信號功率譜信號的功率譜是基帶信號功率譜P Ps s( (f f) )的線性搬移（屬線性調(diào)制）。的線性搬移（屬線

6、性調(diào)制）。知道了知道了P Ps s( (f f ) )即可確定即可確定P P2ASK2ASK( (f f ) ) 。ttstec cos)()(2ASK )()(41)(2ASKcscsffPffPfP 6.1.2 2ASK信號的功率譜密度信號的功率譜密度第第6-6-9 9頁頁9已知單極性的隨機(jī)脈沖序列功率譜的一般表達(dá)式為：已知單極性的隨機(jī)脈沖序列功率譜的一般表達(dá)式為： f fs s = 1/ = 1/T Ts sG G( (f f) ) 單個(gè)基帶信號碼元單個(gè)基帶信號碼元 g g( (t t) )的頻譜函數(shù)。的頻譜函數(shù)。 對于全占空矩形脈沖序列，根據(jù)矩形波形對于全占空矩形脈沖序列，根據(jù)矩形波形

7、g g( (t t) )的頻譜的頻譜 特點(diǎn)，對于所有的特點(diǎn)，對于所有的m m 0 0的整數(shù)，有的整數(shù)，有則有則有將其代入將其代入 msssssmffmfPGffGPPffP)()()()1()(22 ()()0SSG mfT Sa m )()0()()1(2222fGPffGPPffPsss )()(41)(2ASKcscsffPffPfP 6.1.2 2ASK信號的功率譜密度信號的功率譜密度第第6-6-1010頁頁10當(dāng)概率當(dāng)概率P P =1/2=1/2時(shí)，并考慮到時(shí)，并考慮到則則2ASK2ASK信號的功率譜密度為：信號的功率譜密度為：222ASK2221(1)()()41(0)()()4s

8、ccsccPf PPG ffG fff P Gffff)()(SSTfSaTfG STG )0( 222)()(sin)()(sin16)(scscscscsASKTffTffTffTffTfP )()(161ccffff 6.1.2 2ASK信號的功率譜密度信號的功率譜密度第第6-6-1111頁頁116.1.2 2ASK信號的功率譜密度信號的功率譜密度第第6-6-1212頁頁12 從以上分析及上圖可以看出：從以上分析及上圖可以看出： （1 1）2ASK2ASK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組 成；連續(xù)譜取決于成；連續(xù)譜取決于s s( (t t) )經(jīng)線

9、性調(diào)制后的雙邊帶譜，經(jīng)線性調(diào)制后的雙邊帶譜， 而離散譜由載波分量確定。而離散譜由載波分量確定。（2 2）2ASK2ASK信號的帶寬是基帶信號帶寬的兩倍，若只計(jì)信號的帶寬是基帶信號帶寬的兩倍，若只計(jì) 譜的主瓣（第一個(gè)譜零點(diǎn)位置），則有譜的主瓣（第一個(gè)譜零點(diǎn)位置），則有 f fs s = 1/ = 1/T Ts s即，即，2ASK2ASK信號的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍。信號的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍。 sASKfB22 6.1.2 2ASK信號的功率譜密度信號的功率譜密度第第6-6-1313頁頁136.1.2 2ASK信號的功率譜密度信號的功率譜密度（3 3）2ASK2ASK系統(tǒng)的頻帶利用率為系統(tǒng)

10、的頻帶利用率為 sBB2ASKs11(Baud/Hz)22TRBT B2R的數(shù)字信號時(shí)，要求該系統(tǒng)的帶寬至少為的數(shù)字信號時(shí)，要求該系統(tǒng)的帶寬至少為HzHz。BR 這意味著利用這意味著利用2ASK2ASK方式傳送碼元速率方式傳送碼元速率為為波特波特 第第6-6-1414頁頁14u 相干解調(diào)相干解調(diào)( (同步檢測法同步檢測法) ) 6.1.3 2ASK信號的解調(diào)信號的解調(diào)cc11( )( )cos( )( )cos222z ty tts ts tt c( )( )cosy ts tt 第第6-6-1515頁頁156.1.3 2ASK信號的解調(diào)信號的解調(diào)2ASK/OOK2ASK/OOK信號相干解調(diào)過

11、程的時(shí)間波形：信號相干解調(diào)過程的時(shí)間波形： 第第6-6-1616頁頁16u 非相干解調(diào)非相干解調(diào)( (包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法) ) 6.1.3 2ASK信號的解調(diào)信號的解調(diào)第第6-6-1717頁頁176.1.3 2ASK信號的解調(diào)信號的解調(diào)2ASK/OOK2ASK/OOK信號非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形：信號非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形： 第第6-6-1818頁頁186.2 二進(jìn)制頻移鍵控二進(jìn)制頻移鍵控 二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK2FSK）是利用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號）是利用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號控制載波的頻率進(jìn)行頻譜變換的過程?？刂戚d波的頻率進(jìn)行頻譜變換的過程。FSKFSK有相位連續(xù)的有相位連續(xù)

12、的FSKFSK及相位不連續(xù)的及相位不連續(xù)的FSKFSK之分。之分。 所謂相位連續(xù)是指在一個(gè)所謂相位連續(xù)是指在一個(gè)碼元周期內(nèi)碼元周期內(nèi)相位不產(chǎn)生突變，相位不產(chǎn)生突變，隨時(shí)間平滑地變化，并且隨時(shí)間平滑地變化，并且相鄰碼元之間相鄰碼元之間的相位是連續(xù)變化的。的相位是連續(xù)變化的。 本節(jié)我們主要針對相位不連續(xù)的本節(jié)我們主要針對相位不連續(xù)的2FSK2FSK信號進(jìn)行分析。信號進(jìn)行分析。 在發(fā)送端，利用不同頻率的載波來傳輸數(shù)字信息在發(fā)送端，利用不同頻率的載波來傳輸數(shù)字信息“1”1”和和“0”0”，在接收端，把不同頻率的載波還原成相應(yīng)的數(shù)，在接收端，把不同頻率的載波還原成相應(yīng)的數(shù)字基帶信號。字基帶信號。 第第6

13、-6-1919頁頁19 在在2FSK2FSK中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號在中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號在f f1 1和和f f2 2 兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。故其表達(dá)式為兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。故其表達(dá)式為 ”時(shí)時(shí)發(fā)發(fā)送送“”時(shí)時(shí)發(fā)發(fā)送送“0),cos(A1),cos(A)(212FSKnnttte 6.2.1 2FSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。 第第6-6-2020頁頁202FSK2FSK信號的典型波形：信號的典型波形： 6.2.1 2FSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生由圖可見，由圖可見，一個(gè)一個(gè)2FSK2FSK信號可以看成是

14、兩個(gè)不同載頻的信號可以看成是兩個(gè)不同載頻的2ASK2ASK信號的疊加。信號的疊加。第第6-6-2121頁頁21 g g( (t t) ) 單個(gè)矩形脈沖，單個(gè)矩形脈沖， T Ts s 脈沖持續(xù)時(shí)間；脈沖持續(xù)時(shí)間； n n和和 n n分別是第分別是第n n個(gè)信號碼元（個(gè)信號碼元（1 1或或0 0）的初始相位，）的初始相位，通?？闪钇錇榱?。因此，通?？闪钇錇榱?。因此，2FSK2FSK信號的表達(dá)式可簡化為：信號的表達(dá)式可簡化為： )cos()()cos()()(212FSKnnsnnnsntnTtgatnTtgate PPan1, 0, 1概率為概率為概率為概率為 PPan概概率率為為概概率率為為,

15、01, 1ttsttste22112FSKcos)(cos)()( 因此，因此，2FSK2FSK信號的時(shí)域表達(dá)式又可寫成：信號的時(shí)域表達(dá)式又可寫成： )()(1snnnTtgats )()(2snnnTtgats 6.2.1 2FSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生第第6-6-2222頁頁22 2FSK 2FSK信號的產(chǎn)生方法信號的產(chǎn)生方法 u 采用采用模擬調(diào)頻電路模擬調(diào)頻電路來實(shí)現(xiàn)：信號在相鄰碼元之間的來實(shí)現(xiàn)：信號在相鄰碼元之間的 相位是連續(xù)變化的。相位是連續(xù)變化的。( (頻率穩(wěn)定度不高，頻率不能轉(zhuǎn)換過快。頻率穩(wěn)定度不高，頻率不能轉(zhuǎn)換過快。) )u 采用采用鍵控法鍵控法來實(shí)現(xiàn)：相鄰碼元之間的相位不一定連

16、續(xù)。來實(shí)現(xiàn)：相鄰碼元之間的相位不一定連續(xù)。振蕩器1f1反相器振蕩器2f2選通開關(guān)選通開關(guān)相加器基帶信號)(2teFSK6.2.1 2FSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生第第6-6-2323頁頁23 功率譜密度功率譜密度 對相位不連續(xù)的對相位不連續(xù)的2FSK2FSK信號，可以看成由兩個(gè)不同載頻的信號，可以看成由兩個(gè)不同載頻的2ASK2ASK信號的疊加，它可以表示為信號的疊加，它可以表示為 其中，其中，s s1 1( (t t) )和和s s2 2( (t t) )為兩路二進(jìn)制基帶信號。為兩路二進(jìn)制基帶信號。 據(jù)據(jù)2ASK2ASK信號功率譜密度的表示式，不難寫出這種信號功率譜密度的表示式，不難寫出這種2FS

17、K2FSK信號的功率譜密度的表示式：信號的功率譜密度的表示式： 令概率令概率P = P = ，只需將，只需將2ASK2ASK信號頻譜中的信號頻譜中的f fc c分別替換為分別替換為 f f1 1和和f f2 2，然后代入上式，即可得到下式：，然后代入上式，即可得到下式： ttsttsteFSK22112cos)(cos)()( )()(41)()(41)(221122211ffPffPffPffPfPssssFSK 6.2.2 2FSK信號的功率譜密度信號的功率譜密度第第6-6-2424頁頁24 其曲線如下：其曲線如下： 2112112FSK)()(sin)()(sin16)(sssssTff

18、TffTffTffTfP 222222)()(sin)()(sin16sssssTffTffTffTffT )()()()(1612211ffffffff 6.2.2 2FSK信號的功率譜密度信號的功率譜密度第第6-6-2525頁頁25由上圖可以看出：由上圖可以看出：u 相位不連續(xù)相位不連續(xù)2FSK2FSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜組成。信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜組成。 其中，連續(xù)譜由兩個(gè)中心位于其中，連續(xù)譜由兩個(gè)中心位于f f1 1和和f f2 2處的雙邊譜疊加而處的雙邊譜疊加而 成，離散譜是位于載頻成，離散譜是位于載頻f f1 1和和f f2 2處的兩對沖激，這表明處的兩對沖激，這表明

19、 2FSK2FSK信號中含有載頻信號中含有載頻f f1 1和和f f2 2的分量，相干解調(diào)時(shí)可以用的分量，相干解調(diào)時(shí)可以用 濾波法從已調(diào)信號中直接提取本地載波。濾波法從已調(diào)信號中直接提取本地載波。u 連續(xù)譜的形狀隨著兩個(gè)載頻之差的大小而變化，連續(xù)譜的形狀隨著兩個(gè)載頻之差的大小而變化， 若若| | f f1 1 f f2 2 | | | f fs s ，則出現(xiàn)雙峰；，則出現(xiàn)雙峰；6.2.2 2FSK信號的功率譜密度信號的功率譜密度第第6-6-2626頁頁266.2.2 2FSK信號的功率譜密度信號的功率譜密度u 若以功率譜第一個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間隔計(jì)算若以功率譜第一個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間隔計(jì)算2FSK

20、2FSK信號信號 的帶寬，則其帶寬近似為：的帶寬，則其帶寬近似為：sfffB2122FSK 其中，其中，fsfs = 1/ = 1/TsTs為基帶信號的帶寬。為基帶信號的帶寬。u 2FSK 2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率為：系統(tǒng)的頻帶利用率為： sBB2FSK12s(B/Hz)2fRBfff 可見，可見，2FSK2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率低于系統(tǒng)的頻帶利用率低于2ASK2ASK系統(tǒng)的頻帶利用率。系統(tǒng)的頻帶利用率。第第6-6-2727頁頁276.2.3 2FSK信號的解調(diào)信號的解調(diào) 數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)方法很多，可以分為線性鑒頻法和數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)方法很多，可以分為線性鑒頻法和 分離濾波法兩大類。分離濾

21、波法兩大類。 線性鑒頻法線性鑒頻法有模擬鑒頻法、過零檢測法、差分檢測法等，有模擬鑒頻法、過零檢測法、差分檢測法等，主要用于主要用于2FSK2FSK信號的載頻差信號的載頻差12ff 較小的情況下。較小的情況下。 分離濾波法分離濾波法又包括相干檢測法（同步檢測法）、非相干又包括相干檢測法（同步檢測法）、非相干檢測法（包絡(luò)檢波法）等，主要用于檢測法（包絡(luò)檢波法）等，主要用于2FSK2FSK信號的兩個(gè)頻率信號的兩個(gè)頻率1f2f和和之間有足夠的間隔，可以利用帶通濾波器來分路濾波之間有足夠的間隔，可以利用帶通濾波器來分路濾波的情況下。的情況下。 第第6-6-2828頁頁28非相干解調(diào)法非相干解調(diào)法6.2.

22、3 2FSK信號的解調(diào)信號的解調(diào) 第第6-6-2929頁頁296.2.3 2FSK信號的解調(diào)信號的解調(diào) 抽樣判決抽樣判決是是直接比較兩直接比較兩路信號抽樣路信號抽樣值的大小，值的大小，可以不專門可以不專門設(shè)置判決門設(shè)置判決門限。限。第第6-6-3030頁頁30相干解調(diào)（同步檢測法）相干解調(diào)（同步檢測法） 6.2.3 2FSK信號的解調(diào)信號的解調(diào) 其解調(diào)原理是利用兩個(gè)帶通濾波器將其解調(diào)原理是利用兩個(gè)帶通濾波器將2FSK2FSK信號分解為信號分解為上、下兩路上、下兩路2ASK2ASK信號分別進(jìn)行相干解調(diào)，然后進(jìn)行判決，信號分別進(jìn)行相干解調(diào)，然后進(jìn)行判決，還原出基帶數(shù)字信號。還原出基帶數(shù)字信號。第第

23、6-6-3131頁頁316.2.3 2FSK信號的解調(diào)信號的解調(diào) 單位時(shí)間內(nèi)信號經(jīng)過零點(diǎn)次數(shù)的多少，可以用來衡量信單位時(shí)間內(nèi)信號經(jīng)過零點(diǎn)次數(shù)的多少，可以用來衡量信號頻率的高低。號頻率的高低。過零檢測法的基本原理是基于過零檢測法的基本原理是基于2FSK2FSK信號碼元信號碼元的過零點(diǎn)數(shù)隨不同頻率而異，通過檢測過零點(diǎn)數(shù)目的多少，的過零點(diǎn)數(shù)隨不同頻率而異，通過檢測過零點(diǎn)數(shù)目的多少，從而區(qū)分兩個(gè)不同頻率的信號碼元。從而區(qū)分兩個(gè)不同頻率的信號碼元。 過零檢測法過零檢測法 2FSK 2FSK信號經(jīng)放大限幅、微分、整流后形成與頻率變化信號經(jīng)放大限幅、微分、整流后形成與頻率變化相對應(yīng)的尖脈沖序列，這些尖脈沖的

24、密集程度反映了信號相對應(yīng)的尖脈沖序列，這些尖脈沖的密集程度反映了信號的頻率高低，的頻率高低，尖脈沖的個(gè)數(shù)就是信號過零點(diǎn)的數(shù)目尖脈沖的個(gè)數(shù)就是信號過零點(diǎn)的數(shù)目。 把這些尖脈沖變換成較寬的矩形脈沖，以增大其直流把這些尖脈沖變換成較寬的矩形脈沖，以增大其直流分量，該分量，該直流分量的大小和信號頻率的高低成正比直流分量的大小和信號頻率的高低成正比。然后。然后經(jīng)低通濾波器取出此直流分量，這樣就完成了經(jīng)低通濾波器取出此直流分量，這樣就完成了頻率頻率幅度幅度變換，根據(jù)直流分量幅度的區(qū)別還原數(shù)字信號變換，根據(jù)直流分量幅度的區(qū)別還原數(shù)字信號“1”1”和和“0”0”。第第6-6-3232頁頁326.2.3 2FS

25、K信號的解調(diào)信號的解調(diào) 第第6-6-3333頁頁336.3 二進(jìn)制相移鍵控二進(jìn)制相移鍵控 二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（2PSK2PSK）是利用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號是利用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號控制連續(xù)載波的相位，進(jìn)行頻譜變換的過程。在發(fā)送端，控制連續(xù)載波的相位，進(jìn)行頻譜變換的過程。在發(fā)送端，利用不同相位的載波來傳輸數(shù)字信息利用不同相位的載波來傳輸數(shù)字信息“1”1”和和“0”0”，在接收端，在接收端，把不同相位的載波還原成相應(yīng)的數(shù)字基帶信號。把不同相位的載波還原成相應(yīng)的數(shù)字基帶信號。 根據(jù)載波相位表示數(shù)字信息方式的不同，數(shù)字調(diào)相分為根據(jù)載波相位表示數(shù)字信息方式的不同，數(shù)字調(diào)相分為絕對相移（絕對相移（

26、PSKPSK）和和相對相移（相對相移（DPSKDPSK）兩類。由于相移鍵控兩類。由于相移鍵控信號在抗噪聲性能上優(yōu)于信號在抗噪聲性能上優(yōu)于ASKASK和和FSKFSK，而且信道頻帶利用率，而且信道頻帶利用率較高，因此數(shù)字調(diào)相方式在數(shù)字通信中，特別是在中、高速較高，因此數(shù)字調(diào)相方式在數(shù)字通信中，特別是在中、高速數(shù)傳機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。數(shù)傳機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。第第6-6-3434頁頁34 在在2PSK2PSK中，通常用初始相位中，通常用初始相位0 0和和 分別表示二進(jìn)制分別表示二進(jìn)制 “0”0”和和“1”1”。因此，。因此，2PSK2PSK信號的時(shí)域表達(dá)式為：信號的時(shí)域表達(dá)式為： n n表示第表示第n

27、n個(gè)符號個(gè)符號的絕對相位：的絕對相位：)cos(A)(2PSKnctte ”時(shí)時(shí)發(fā)發(fā)送送“”時(shí)時(shí)發(fā)發(fā)送送“，1,00 n ”時(shí)時(shí)發(fā)發(fā)“概概率率為為”時(shí)時(shí)發(fā)發(fā)“概概率率為為1,1,cosA0,cosA)(2PSKPtPttecc 6.3.1 2PSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生第第6-6-3535頁頁35由于兩種碼元的波形相同，極性相反，故由于兩種碼元的波形相同，極性相反，故2PSK2PSK信號可以表信號可以表述為一個(gè)述為一個(gè)雙極性全占空矩形脈沖序列雙極性全占空矩形脈沖序列與一個(gè)正弦載波的相與一個(gè)正弦載波的相乘：乘： 式中式中這里，這里，g g( (t t) )是脈寬為是脈寬為T Ts s的單個(gè)矩形脈沖

28、，而的單個(gè)矩形脈沖，而a an n的統(tǒng)計(jì)特性為的統(tǒng)計(jì)特性為 即發(fā)送二進(jìn)制符號即發(fā)送二進(jìn)制符號“0 0”時(shí)（時(shí)（a an n取取+1+1），），e e2PSK2PSK( (t t) )取取0 0相位相位； 發(fā)送二進(jìn)制符號發(fā)送二進(jìn)制符號“1 1”時(shí)（時(shí)（ a an n取取 -1-1），）， e e2PSK2PSK( (t t) )取取 相位相位。 這種以載波的這種以載波的不同相位不同相位直接去直接去表示表示相應(yīng)相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號二進(jìn)制數(shù)字信號的的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制絕對相移絕對相移方式。方式。 ttstec cos)(2PSK nsnnTtgats)()( PPan1, 1,

29、1概率為概率為概率為概率為6.3.1 2PSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生第第6-6-3636頁頁36 2PSK2PSK信號的調(diào)制器原理方框圖信號的調(diào)制器原理方框圖模擬調(diào)制的方法模擬調(diào)制的方法 鍵控法鍵控法 tccos) (t s) (2tePSK開關(guān)電路移相018006.3.1 2PSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生第第6-6-3737頁頁37比較比較2ASK2ASK信號的表達(dá)式和信號的表達(dá)式和2PSK2PSK信號的表達(dá)式：信號的表達(dá)式：2ASK2ASK：2PSK2PSK： 可知，兩者的表示形式完全一樣，區(qū)別僅在于基帶信可知，兩者的表示形式完全一樣，區(qū)別僅在于基帶信號號s s( (t t) )不同（不同（a

30、an n不同），前者為單極性，后者為雙極性。不同），前者為單極性，后者為雙極性。 因此，我們可以直接引用因此，我們可以直接引用2ASK2ASK信號功率譜密度的公信號功率譜密度的公式來表述式來表述2PSK2PSK信號的功率譜，即信號的功率譜，即應(yīng)當(dāng)注意，這里的應(yīng)當(dāng)注意，這里的P Ps s( (f f) )是雙極性矩形脈沖序列的功率譜是雙極性矩形脈沖序列的功率譜。 ttstec cos)(2ASK PtPttecc1,cosA,cosA)(2PSK概概率率為為概概率率為為 )()(41)(2cscsPSKffPffPfP 6.3.2 2PSK信號的功率譜密度信號的功率譜密度第第6-6-3838頁頁

31、38已知雙極性的全占空矩形隨機(jī)脈沖序列的功率譜密度為已知雙極性的全占空矩形隨機(jī)脈沖序列的功率譜密度為將其代入上式，得將其代入上式，得若若P P =1/2=1/2，并考慮到矩形脈沖的頻譜：，并考慮到矩形脈沖的頻譜：則則2PSK2PSK信號的功率譜密度為：信號的功率譜密度為： )()0()21()()1(42222fGPffGPPffPsss )()()0()21(41)()()1(222222PSKccsccsffffGPfffGffGPPfP )()(SSTfSaTfG STG ) 0( 222)()(sin)()(sin4)(scscscscsPSKTffTffTffTffTfP 6.3.2

32、 2PSK信號的功率譜密度信號的功率譜密度第第6-6-3939頁頁39功率譜密度曲線功率譜密度曲線6.3.2 2PSK信號的功率譜密度信號的功率譜密度從以上分析及曲線可以看出：從以上分析及曲線可以看出：（1 1）2PSK2PSK信號的功率譜密度與信號的功率譜密度與2ASK2ASK的十分相似，區(qū)別僅在于當(dāng)?shù)氖窒嗨?，區(qū)別僅在于當(dāng) 1 2P 時(shí)，時(shí)，2PSK2PSK信號的功率譜中只有連續(xù)譜，沒有離散譜成分，信號的功率譜中只有連續(xù)譜，沒有離散譜成分， 即不存在離散的載頻分量，此時(shí)即不存在離散的載頻分量，此時(shí)2PSK2PSK信號實(shí)際上相當(dāng)于抑制信號實(shí)際上相當(dāng)于抑制 載波的雙邊帶信號載波的雙邊帶信號。在

33、。在2PSK2PSK相干解調(diào)的載波恢復(fù)時(shí)，不能像相干解調(diào)的載波恢復(fù)時(shí)，不能像 2ASK2ASK那樣直接提取本地載波，它需要將那樣直接提取本地載波，它需要將2PSK2PSK信號經(jīng)信號經(jīng)非線性變換非線性變換 后產(chǎn)生離散載頻分量，才能利用后產(chǎn)生離散載頻分量，才能利用窄帶濾波器窄帶濾波器將載頻分量濾出來。將載頻分量濾出來。第第6-6-4040頁頁406.3.2 2PSK信號的功率譜密度信號的功率譜密度（2 2）2PSK2PSK信號的帶寬是基帶信號帶寬的信號的帶寬是基帶信號帶寬的2 2倍，若只考慮基帶倍，若只考慮基帶 脈沖頻譜的主瓣（第一個(gè)譜零點(diǎn)位置），則脈沖頻譜的主瓣（第一個(gè)譜零點(diǎn)位置），則2PSK2

34、PSK信號的帶寬為：信號的帶寬為： 2PSKs2(Hz)Bf 可見，可見，2PSK2PSK信號的帶寬是碼元速率的信號的帶寬是碼元速率的2 2倍。倍。 （3 3）2PSK2PSK系統(tǒng)的頻帶利用率為系統(tǒng)的頻帶利用率為sBB2PSKs11(Baud/Hz)22TRBT 2PSK2PSK系統(tǒng)的頻帶利用率與系統(tǒng)的頻帶利用率與2ASK2ASK系統(tǒng)的相同。系統(tǒng)的相同。 第第6-6-4141頁頁416.3.3 2PSK信號的解調(diào)信號的解調(diào) 2PSK 2PSK信號的解調(diào)通常采用信號的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法相干解調(diào)法，又稱為，又稱為極性比較法極性比較法，其原理方框圖如下圖所示。其原理方框圖如下圖所示。不考慮噪聲時(shí)

35、，帶通濾波器的輸出可以表示為：不考慮噪聲時(shí)，帶通濾波器的輸出可以表示為： cn( )cosy tt n0時(shí)，代表數(shù)字信息時(shí)，代表數(shù)字信息“0”0”； n時(shí)，代表數(shù)字信息時(shí)，代表數(shù)字信息“1”1”。 第第6-6-4242頁頁426.3.3 2PSK信號的解調(diào)信號的解調(diào)( )y t與同步載波相乘后，輸出為：與同步載波相乘后，輸出為： cncncn11( )coscoscoscos 222z tttt 低通濾波器輸出為：低通濾波器輸出為： nnn1012( )cos212x t 時(shí)時(shí)時(shí)時(shí)0001xx 判判為為“ ”判判為為“ ”根據(jù)發(fā)送端產(chǎn)生根據(jù)發(fā)送端產(chǎn)生2PSK2PSK信號時(shí)信號時(shí) n（0 0或或

36、 ）代表數(shù)字信息）代表數(shù)字信息 （0 0或或1 1） 的規(guī)定，以及接收端的規(guī)定，以及接收端 ( )x t與與 n關(guān)系的特性，確定關(guān)系的特性，確定判決準(zhǔn)則判決準(zhǔn)則為為: : 第第6-6-4343頁頁436.3.3 2PSK信號的解調(diào)信號的解調(diào)2PSK2PSK信號解調(diào)的各點(diǎn)時(shí)間波形如下圖所示。信號解調(diào)的各點(diǎn)時(shí)間波形如下圖所示。 第第6-6-4444頁頁446.3.3 2PSK信號的解調(diào)信號的解調(diào) 在上圖在上圖 (a)(a)正常工作波形圖中，經(jīng)正常工作波形圖中，經(jīng)載波提取電路載波提取電路提取的提取的相干載波的基準(zhǔn)相位與相干載波的基準(zhǔn)相位與2PSK2PSK信號的調(diào)制載波的基準(zhǔn)相位信號的調(diào)制載波的基準(zhǔn)相

37、位一致一致（通常默認(rèn)為（通常默認(rèn)為0 0相位），解調(diào)器輸出端能夠正確還原出發(fā)送的相位），解調(diào)器輸出端能夠正確還原出發(fā)送的數(shù)字基帶信號。但是，由于在數(shù)字基帶信號。但是，由于在2PSK2PSK信號的信號的載波恢復(fù)過程中存載波恢復(fù)過程中存在著在著 的相位模糊現(xiàn)象，的相位模糊現(xiàn)象，如上圖（如上圖（b b）反向工作波形圖中所）反向工作波形圖中所 180示，恢復(fù)的本地載波示，恢復(fù)的本地載波與所需的相干載波反相，解調(diào)出的數(shù)字與所需的相干載波反相，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好相反，即基帶信號與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好相反，即“1”1”變?yōu)樽優(yōu)椤?”0”，“0”0”變?yōu)樽優(yōu)椤?”1”，判決器輸出數(shù)

38、字信號全部出錯。，判決器輸出數(shù)字信號全部出錯。上述這種現(xiàn)象稱為上述這種現(xiàn)象稱為2PSK2PSK方式的方式的“倒倒 ”現(xiàn)象或現(xiàn)象或“反向工作反向工作” ” 現(xiàn)象，這也是現(xiàn)象，這也是2PSK2PSK方式在實(shí)際中很少采用的主要原因。方式在實(shí)際中很少采用的主要原因。第第6-6-4545頁頁45 2DPSK2DPSK是利用前后相鄰碼元的載波是利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化相對相位變化傳遞傳遞數(shù)字信息，所以又稱數(shù)字信息，所以又稱相對相移鍵控相對相移鍵控。 假設(shè)假設(shè)為當(dāng)前碼元與前一碼元的載波相位差，為當(dāng)前碼元與前一碼元的載波相位差，定義數(shù)字信息與定義數(shù)字信息與 之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為導(dǎo)致解調(diào)過程出現(xiàn)導(dǎo)

39、致解調(diào)過程出現(xiàn)“反向工作反向工作”現(xiàn)象，恢復(fù)出的數(shù)字信號現(xiàn)象，恢復(fù)出的數(shù)字信號 ”表示數(shù)字信息“表示數(shù)字信息“，”表示數(shù)字信息“表示數(shù)字信息“10, 0 6.4 二進(jìn)制差分相移鍵控二進(jìn)制差分相移鍵控2PSK2PSK相干解調(diào)時(shí)，由于載波恢復(fù)中相位有相干解調(diào)時(shí)，由于載波恢復(fù)中相位有0、 模糊性，模糊性， “1”“1”和和“0”0”倒置，從而使倒置，從而使2PSK2PSK很少在實(shí)際中應(yīng)用。為了克服很少在實(shí)際中應(yīng)用。為了克服此缺點(diǎn)，提出了二進(jìn)制差分相移鍵控（此缺點(diǎn)，提出了二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK2DPSK）方式。）方式。第第6-6-4646頁頁46 由此例可知，對于相同的基帶信號，由于由此例可知

40、，對于相同的基帶信號，由于初始相位初始相位不同，不同，2DPSK2DPSK信號的相位可以不同。即信號的相位可以不同。即2DPSK2DPSK信號的相位并不直接信號的相位并不直接 代表基帶信號，而代表基帶信號，而前后碼元的相對相位才決定信息符號前后碼元的相對相位才決定信息符號。6.4.1 2DPSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生第第6-6-4747頁頁47 數(shù)字信息與數(shù)字信息與之間的關(guān)系也可定義為之間的關(guān)系也可定義為 2DPSK2DPSK信號的矢量圖信號的矢量圖 在在B B方式中，當(dāng)前碼元的相位相對于前一碼元的相位方式中，當(dāng)前碼元的相位相對于前一碼元的相位改變改變/2/2。因此，在相鄰碼元之間必定有相位突跳

41、。在接。因此，在相鄰碼元之間必定有相位突跳。在接收端檢測此相位突跳就能確定每個(gè)碼元的起止時(shí)刻。收端檢測此相位突跳就能確定每個(gè)碼元的起止時(shí)刻。 ”表表示示數(shù)數(shù)字字信信息息“，”表表示示數(shù)數(shù)字字信信息息“01, 0 參 考 相 位參 考 相 位/2/2(a) A方式 參 考 相 位參 考 相 位/2/2(b) B方式 6.4.1 2DPSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生第第6-6-4848頁頁482DPSK2DPSK信號的產(chǎn)生方法如下：信號的產(chǎn)生方法如下： 先對二進(jìn)制數(shù)字基帶信號進(jìn)行差分編碼，即把表示數(shù)字信先對二進(jìn)制數(shù)字基帶信號進(jìn)行差分編碼，即把表示數(shù)字信息序列的絕對碼變換成息序列的絕對碼變換成相對碼（差分

42、碼），相對碼（差分碼），然后再然后再根據(jù)相根據(jù)相對碼進(jìn)行絕對調(diào)相對碼進(jìn)行絕對調(diào)相，從而產(chǎn)生二進(jìn)制差分相移鍵控信號。，從而產(chǎn)生二進(jìn)制差分相移鍵控信號。6.4.1 2DPSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生 2DPSK 2DPSK信號調(diào)制器原理框圖信號調(diào)制器原理框圖第第6-6-4949頁頁496.4.1 2DPSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生絕對碼和相對碼是可以互相轉(zhuǎn)換的。實(shí)現(xiàn)的方法就是使用絕對碼和相對碼是可以互相轉(zhuǎn)換的。實(shí)現(xiàn)的方法就是使用 模二加法器和延遲器（延遲一個(gè)碼元寬度模二加法器和延遲器（延遲一個(gè)碼元寬度 sT），如下圖所示。），如下圖所示。 圖（圖（a a）是把絕對碼變換成相對碼的方法，）是把絕對碼變換成相

43、對碼的方法， 稱其為稱其為差分編碼器差分編碼器， 完成的功能是完成的功能是 nnn-1bab。圖（。圖（b b）是把相對碼變換成絕對）是把相對碼變換成絕對 碼的方法，稱其為碼的方法，稱其為差分譯碼器差分譯碼器，完成的功能是，完成的功能是 nnn-1abb第第6-6-5050頁頁50 從前面討論的從前面討論的2DPSK2DPSK信號的調(diào)制過程及其波形可以知信號的調(diào)制過程及其波形可以知 道，道，2DPSK2DPSK可以與可以與2PSK2PSK具有相同形式的表達(dá)式。所不同的是具有相同形式的表達(dá)式。所不同的是 2PSK2PSK中的基帶信號中的基帶信號s s( (t t) )對應(yīng)的是對應(yīng)的是絕對碼序列絕

44、對碼序列；而；而2DPSK2DPSK中的中的 基帶信號基帶信號s s( (t t) )對應(yīng)的是碼變換后的對應(yīng)的是碼變換后的相對碼序列相對碼序列。因此，。因此， 2DPSK2DPSK信號和信號和2PSK2PSK信號的功率譜密度是完全一樣的。信號的功率譜密度是完全一樣的。sfB2B2PSKDPSK2 6.4.2 2DPSK信號的功率譜密度信號的功率譜密度2DPSK2DPSK信號帶寬為：信號帶寬為： 2DPSK2DPSK系統(tǒng)頻帶利用率為：系統(tǒng)頻帶利用率為： sBB2DPSKs11(Baud/Hz)22TRBT 第第6-6-5151頁頁51 相干解調(diào)（極性比較）相干解調(diào)（極性比較）差分譯碼法差分譯碼法

45、 解調(diào)原理：先對解調(diào)原理：先對2DPSK2DPSK信號進(jìn)行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對信號進(jìn)行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對碼，再經(jīng)差分譯碼器變換為絕對碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的碼，再經(jīng)差分譯碼器變換為絕對碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。在解調(diào)過程中，由于載波相位模糊性二進(jìn)制數(shù)字信息。在解調(diào)過程中，由于載波相位模糊性的影響，使得解調(diào)出的相對碼也可能是的影響，使得解調(diào)出的相對碼也可能是“1”1”和和“0”0”倒倒置，但經(jīng)置，但經(jīng)差分譯碼（碼反變換）差分譯碼（碼反變換）得到的絕對碼不會發(fā)生得到的絕對碼不會發(fā)生任何倒置的現(xiàn)象，從而解決了載波相位模糊性帶來的問任何倒置的現(xiàn)象，從而解決了載波相位模糊性帶來的問題。題。 帶

46、通濾 波 器相 乘 器低 通濾 波 器抽 樣判 決 器定 時(shí)脈 沖輸 出)(D PSK2tetccos碼 反變 換 器abcdef6.4.3 2DPSK信號的解調(diào)信號的解調(diào)第第6-6-5252頁頁526.4.3 2DPSK信號的解調(diào)信號的解調(diào)第第6-6-5353頁頁53差分相干解調(diào)差分相干解調(diào)( (相位比較）法相位比較）法 6.4.3 2DPSK信號的解調(diào)信號的解調(diào) 用這種方法解調(diào)時(shí)用這種方法解調(diào)時(shí)不需要專門的相干載波不需要專門的相干載波，只需由收到的，只需由收到的2DPSK2DPSK信號延時(shí)一個(gè)碼元間隔，然后與信號延時(shí)一個(gè)碼元間隔，然后與2DPSK2DPSK信號本身相乘。信號本身相乘。相乘器

47、起著相位比較的作用相乘器起著相位比較的作用，相乘結(jié)果反映了前后碼元的相，相乘結(jié)果反映了前后碼元的相位差，經(jīng)低通濾波后再抽樣判決，位差，經(jīng)低通濾波后再抽樣判決， 即可直接恢復(fù)出原始數(shù)即可直接恢復(fù)出原始數(shù)字信息，故解調(diào)器中字信息，故解調(diào)器中不需要碼反變換器不需要碼反變換器。第第6-6-5454頁頁546.4.3 2DPSK信號的解調(diào)信號的解調(diào)第第6-6-5555頁頁551.1.誤碼率誤碼率2DPSK2PSK2FSK2ASK非相干解調(diào)相干解調(diào)421rerfc421re221rerfc221rererfc21rerfcre216.5 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較第第6-6-

48、5656頁頁56誤碼率曲線誤碼率曲線6.5 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較第第6-6-5757頁頁576.5 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較由誤碼率公式及曲線可以看出：由誤碼率公式及曲線可以看出： （1 1）對于同一調(diào)制方式下不同解調(diào)方式而言，采用）對于同一調(diào)制方式下不同解調(diào)方式而言，采用相干解調(diào)相干解調(diào) 方式的誤碼率低于非相干解調(diào)方式的誤碼率。但是，隨著方式的誤碼率低于非相干解調(diào)方式的誤碼率。但是，隨著 信噪比信噪比 r的增大，相干解調(diào)與非相干解調(diào)誤碼性能的相對的增大，相干解調(diào)與非相干解調(diào)誤碼性能的相對 差別越不明顯。差別越不明顯。 （2 2）對于同一解調(diào)方式下不同調(diào)制方式而言，采用相干解調(diào)）對于同一解調(diào)方式下不同調(diào)制方式而言，采用相干解調(diào) 時(shí)，在相同誤碼率條件下，對于信噪比時(shí)，在相同誤碼率條件下，對于信噪比 r的要求是：的要求是：2PSK2PSK比比 2FSK2FSK小小3dB3dB，2FSK2FSK比比2ASK2ASK小小3dB3dB。采用非相干解調(diào)時(shí)，在相同。采用非相干解調(diào)時(shí)，在相同 誤碼率條件下，對于信噪比的要求是：誤碼率條件下，對于信噪比的要求是：2DPSK2DPSK比比2FSK2FSK小小3dB3dB，2FSK2FSK比比2ASK2ASK小小3