第7章数字带通传输系统

1、1第第7 7章章 数字带通传输系统数字带通传输系统2本章主要内容本章主要内容： p引言引言p二进制数字调制原理二进制数字调制原理p二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能p二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较p多进制数字调制原理多进制数字调制原理p多进制数字调制系统的抗噪声性能多进制数字调制系统的抗噪声性能37.17.1、引言、引言p数字调制目的与本质n载波：连续的正（余）弦信号载波：连续的正（余）弦信号n调制信号：数字基带信号调制信号：数字基带信号数字调制完成基带信号功率谱的搬移p 数字调制的过程p模拟调制的过程，载波参数模拟调制的过程，载波参数连续连

2、续变化变化p数字调制的过程，载波参数数字调制的过程，载波参数离散离散变化变化调制，modulation键控，shift keying4p 调制在通信系统中的作用调制在通信系统中的作用提高无线通信时的天线辐射效率。提高无线通信时的天线辐射效率。实现频率分配。实现频率分配。把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。实现信道的多路复用，提高信道利用率。扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力。扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力。实现传输带宽与信噪比之间的互换。实现传输带宽与信噪比之间的互换。57.27.2、二进制数字调制

3、原理、二进制数字调制原理61 1、 二进制幅度键控二进制幅度键控（ASK：amplitude shift keying ）（1 1） 2ASK信号时域表达式信号时域表达式p2ASK信号，其幅度按调制信号取0或1有两种取值，最简单的形式为通断键控通断键控（OOK）。pOOK信号的表达式为： 调制信号 为：tAatsncOOKcos)(na1,0,1nPaP出现概率为出现概率为7 调制信号具有一定波形，可表示为： 所以，2ASK信号为： 可见，2ASK为双边带调幅信号。)()(snTtgatBnntnTtgatsnncsASKcos)()(8 2ASK信号的调制方法tnTtgatsnncsASKc

4、os)()(tccos)(ts)(2teASK开关电路模拟调制法（相乘器法）模拟调制法（相乘器法）键控法键控法9 2ASK信号解调方法 n非相干解调非相干解调(包络检波法包络检波法) (a)原理框图；原理框图；(b)各点波形图各点波形图 10n相干解调相干解调(同步检测法同步检测法) ：稳定，有利于位定时的提取。：稳定，有利于位定时的提取。(a)原理框图原理框图 (b)各点波形图各点波形图 11（2） 功率谱密度(a)(b)乘法器cos( )ctcos( )ct2( )ASKet2( )ASKet( )s t( )s t二进制不归零信号单极性随机矩单极性随机矩形脉冲序列形脉冲序列 22( )(

5、1)( )(1) ()()sbbbbmP ff PP G ffP G mffmf2()( ) 4 1/2bbT SafTfP设21( )()()4ASKscscPfP ffP ff222211()() (0) ()()1616sccsccfG ffG fffGffff12222sin()sin()( )16()()bcbcbASKcbcbTff Tff TPfff Tff T1()()16ccffff2( )ASKPfcffcbffcbffcfcbffcbff0连续谱：由基带信号波形连续谱：由基带信号波形g(t)确定确定 离散谱：由载波离散谱：由载波分量确定分量确定 第一旁瓣峰值比第一旁瓣峰值

6、比主峰衰减主峰衰减14dB B2ASK是基带信号是基带信号波形带宽的两倍波形带宽的两倍 B2ASK 第一谱零点带宽第一谱零点带宽13结论：结论：p功率谱是基带信号功率谱的线性搬移n频带宽度是基带信号的两倍频带宽度是基带信号的两倍p基带信号为矩形波n基带信号的理论带宽无限宽基带信号的理论带宽无限宽nOOK信号的理论带宽无限宽信号的理论带宽无限宽nOOK信号的近似带宽：信号的近似带宽： 功率谱的 第一对过零点带宽，谱零点带宽；主瓣带宽 BS=2fs=2Rs14 2 2、 二进制移频键控二进制移频键控（2FSK：frequency shift keying）p移频键控是数字信号改变载波的频率。p载波

7、频率随0和1有两种取值，分别为f1和f2。 15（1）2FSK时域表达式212( )() cos()() cos()FSKnbnnbnnneta g tnTta g tnTt0, 1, 1-nPaP发送概率为发送概率为0, 1-1 nPaP发送概率为，发送概率为 n和和 n不携带信息，不携带信息，通常可令通常可令 n和和 n为零为零 212( )() cos() cosFSKnbnbnneta g tnTta g tnTt16数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图 在某一个码元在某一个码元Tb期期间只输出间只输出f1或或f2两个两个载波中的一个载波中的

8、一个 17ttttttt2FSK信号ka1111000( )s t( )s tabcdefg18 l 2FSK解调方法(a)非相干解调非相干解调(b)相干解调相干解调n原理：将原理：将2FSK信号分解成两路信号分解成两路2ASK信号分别信号分别进行解调。进行解调。19 (a) (a) 非相干解调非相干解调 (b) (b) 相干解调相干解调20 (c)(c)过零解调过零解调p 原理：载频不同，过零点数不同，检测过零点原理：载频不同，过零点数不同，检测过零点数，即可进一步得到原始的调制信号。数，即可进一步得到原始的调制信号。低频分量的低频分量的幅度与载波幅度与载波频率有关频率有关21(2)(2)2

9、FSK2FSK功率谱分析功率谱分析212( )() cos() cosFSKnbnbnneta g tnTta g tnTtl相位不连续的2FSK信号，可以看成由两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加，其中一个频率为f1，另一个频率为f2。 1122( )cos( )coss tts tt2211222112211( )()()()()44FSKssssPfPffPffPffPff2211211sin()sin()( )16()()bbbFSKbbTff Tff TPfff Tff TP=1/2 222222sin ()sin ()16()()bbbbbTff Tff Tff Tff T112

10、21 ()()()()16ffffffff232bfcffcbff2cbffcbff2cbff122cfff1bbfT02212FSKbBfff连续谱连续谱离散谱离散谱若载频之差大于若载频之差大于fb，则连，则连续谱将出现双峰续谱将出现双峰 若两个载波频差较小，若两个载波频差较小，比如小于比如小于fb，则连续谱，则连续谱在在fc处出现单峰处出现单峰0.8bffb = 1/Tb为基带信号的带宽为基带信号的带宽243 3、二进制相位键控（、二进制相位键控（2PSK2PSK）1 0 0 10 1 1 02PSKt2( )() cosPSKnscneta g tnTt1, 1 1-nPaP发送概率为发

11、送概率为，若若g(t)是脉宽为是脉宽为Tb，高度为，高度为1的矩形脉冲的矩形脉冲 2cos, ( )cos, 1-CPSKCtPettP发送概率为发送概率为100 180 n发送 符号发送 符号，这种以载波的不同相位直这种以载波的不同相位直接去表示相应数字信息的接去表示相应数字信息的相位键控，通常被称为相位键控，通常被称为绝绝对移相方式对移相方式 25码型变换乘法器(a)(b)( )s tcosct2( )PSKetcosct移相双极性不归零0S2( )PSKet( )s tl在2PSK信号的解调系统中，同步载波恢复会有180的相位模糊问题，对2PSK系统误码性能影响很大，所以2PSK方式在实

12、际中很少采用。u解决方法解决方法：二进制差分相位键控二进制差分相位键控（2DPSK） D:differential26p2PSK 相干解调原理框图及各点波形图27222sin()sin()( )16()()bcbcbPSKcbcbTff Tff TPfff Tff T条件：条件：1、0等概等概222sin()sin()( )16()()bcbcbASKcbcbTff Tff TPfff Tff T1()()16ccffffl 2PSK2PSK功率谱功率谱28l 2PSK功率谱2( )PSKPfcffcbffcbffcfcbffcbff0B2ASK2PSK2BBB29l2DPSK2DPSK定义定

13、义0 0 1，表示数字信息“ ”，表示数字信息“”相对移相：以前后相邻码相对移相：以前后相邻码元的载波相位的相对变化元的载波相位的相对变化来表示数字信息来表示数字信息 数字信息数字信息11010011102DPSK相位相位 0 00 0 00或或 0 000 0 数字信息与之间的关系也可以定义为0 1 0，表示数字信息“”，表示数字信息“ ”302DPSK波形1 0 0 12PSKt0 1 1 01 1 1 0 0 1 0 02DPSKt绝对码相对码单纯从波形上看，单纯从波形上看，2DPSK与与2PSK是无是无法分辨的法分辨的 解调解调2DPSK信号时并信号时并不依赖于某一固定的不依赖于某一固

14、定的载波相位参考值，只载波相位参考值，只要前后码元的相对相要前后码元的相对相位关系不破坏，则鉴位关系不破坏，则鉴别这个相位关系就可别这个相位关系就可正确恢复数字信息，正确恢复数字信息，这就避免了这就避免了2PSK方方式中的倒式中的倒 现象发生现象发生 31n2DPSK实现cosct移相0S2( )DPSKet( )s t码变换开关2PSK相干解调码变换2( )DPSKet绝对码相对码( )s t(a)(b)32 n 2DPSK解调器p相干解调相干解调p延迟解调延迟解调 33 相相干干解解调调原原理理及及各各点点波波形形34 延延迟迟解解调调原原理理及及各各点点波波形形35 2PSK和2DPSK

15、对比分析：1. 相位与信息代码的关系p2PSKn前后码元相异时，前后码元相异时，2PSK信号相位变化信号相位变化180 ，相同时，相同时2PSK信号相位不变，可简称为信号相位不变，可简称为“异变同不变异变同不变”。p2DPSKn码元为码元为“1”时，时，2DPSK信号的相位变化信号的相位变化180 。码元为。码元为“0”时，时，2DPSK信号的相位不变，可简称为信号的相位不变，可简称为“1变变0不不变变”。举例：假设码元宽度等于载波周期的1.5倍362. 功率谱密度 u2DPSK可以与2PSK具有相同形式的表达式u不同的是不同的是2PSK中的基带信号对应中的基带信号对应绝对码绝对码序列；序列；

16、2DPSK中的基带信号对应中的基带信号对应相对码相对码序列。序列。u2DPSK信号和2PSK信号的功率谱密度是完全一样的。3. 信号带宽：u与与2ASK的相同，也是码元速率的两倍。的相同，也是码元速率的两倍。4. 抗噪声性能：u2DPSK系统是一种实用的数字调相系统，但其系统是一种实用的数字调相系统，但其抗加性白噪声性能比抗加性白噪声性能比2PSK的要差。的要差。sfB2B2PSKDPSK2373、二进制数字调制系统的抗噪声性能、二进制数字调制系统的抗噪声性能381 0 0 1( )s t2FSKt2PSKt2ASKtl无论是哪一种调制，在某一个码元间隔内，实际只有一种确定的波形输出 在某一个

17、码元时间内，要么在某一个码元时间内，要么输出载波，要么输出输出载波，要么输出0 输出频率为输出频率为f1的载波，或者的载波，或者输出输出f2的载波的载波 输出输出0相载波，相载波，或输出或输出 相载相载波波 3910( )1( )0,( )0bs te ttTs t发送符号“”时发送符号“ ”时0011: ( )( )( )0: ( )( )( )bHr ts tn ttTHr ts tn t 接收波形接收波形发送波形发送波形接收机：你发的接收机：你发的到底是到底是0还是还是1？ ( )s t( )n t( )r t接收机接收机均值为均值为0，双边，双边功率谱密度为功率谱密度为n0/2的的 A

18、WGN40 （1） ASK系统的抗噪声性能（a a）相干接收时）相干接收时ASKASK系统的误比特率系统的误比特率l相干相干ASK抗噪声性能的分析模型抗噪声性能的分析模型41 l误码率分析误码率分析 设2ASK信号如下式，并设信号传输无损耗。 信道噪声经BPF后输出为窄带高斯噪声，表达式为： n当发送信号不为当发送信号不为0 0时，时，BPFBPF输出为：输出为： 001cosc2ASKnnaatAts,)(ttnttntnQIccisincos)()()()()(tntAtxiccosttnttnAQIccsincos )()(42 经与相干载波相乘，再经低通，解调器输出为： nI(t)是均

19、值为0，方差为 的高斯噪声。 所以y(t)是均值为A的高斯随机过程，其一维概率密度函数为 n同理可得当发送同理可得当发送0时时y(t)幅度的一维概率密度函数为幅度的一维概率密度函数为 )()(tnAtyI22/211( )e2yAp y22/201( )e2ypy22)(tnI43分析p如何恢复数字信息？n设设VT为判决门限值为判决门限值ny(t)的样值为的样值为 yn判决规则：判决规则： p什么情况会发生误码 ？ p几何意义n概率密度曲线下的阴影面积概率密度曲线下的阴影面积p平均误码率1,0,TT判为判为VyVy1,00,1TT判为发信号判为发信号VyVyb11b00bPPPPP44 p当发

20、送0和1等概时，解调错判的概率（即误码率）为：p最佳判决门限应选在两条曲线的交点 则有： 令 ，则有：p解调器输入的峰值信噪比为 则相干相干ASKASK的误比特率的误比特率为yypyypPVVd 21d 2110bTT)()(2T/AV 22T/ 2b1ed2yVPy/,/yzyzdd 2de2122b2AQzPzA/222/Ar b1()224rrPQe rfc45 （b） 非相干ASK的误比特率lASK非相干解调抗噪声性能分析模型46 p当发送信号不为0时，包络检波器输入信号为： 包络R的概率密度符合莱斯分布，即： p当发送信号为0时，包络R符合瑞利分布，即：)()()()(ttRttnt

21、tntAtxQIcccccossincoscos 0 2exp2022221RARIARRRp,)(0 2exp2220RRRRp,)(47 输入信号包络概率分布如下图所示 当0和1等概发送时，平均误比特率为： 当判决门限为两条线的交点时，有：RRpRRpPVVd 21d 21100bTT)()(2122T812/AAV48 当信噪比很高时，有 此时，由于有 所以，有下式成立： 在信噪比很高的条件下，即接收信噪比为 很高 则可进一步近似为： n结论：在大信噪比和最佳判决门限条件下，结论：在大信噪比和最佳判决门限条件下，ASK的的包络检波误比特率随信噪比增加按指数规律下降。包络检波误比特率随信噪

22、比增加按指数规律下降。2T/AV 1 2e0RRRIR,)(24b21111exp()2822442rAArPQerfce222/Ar 4be21/rP49 例例7-17-1 对2ASK信号分别进行非相干接收和相干接收。数字信号的码元速率 baud，接收端输入信号幅度A=1 mV，信道噪声的单边功率谱密度为 。 求：(1) 非相干接收时的误比特率； (2) 相干接收时的误比特率。 解：(1) 由码元速率可求出接收端BPF近似带宽为： 因此，可得带通滤波器输出噪声的平均功率为：6s1084 .R1502 10W/Hzn(Hz) 106926s.RB(W) 10921802.Bn50 解调器输入峰

23、值信噪比为： 由 可得非相干接收时的误比特率为： (2) 同理，由 可得相干接收时的误比特率为：0426109212101282322.)(Ar4be21/rP4564b1057e21e21./rp2brQP4b1061603204262.).(/./QQrQP51（2 2） FSKFSK的抗噪声性能的抗噪声性能（a） 相干FSK的误比特率l相干FSK抗噪声性能的分析模型52 l 误码率分析 2FSK信号可表示为： 当发送1时，BPF1的输出为： 所以，LPF1的输出为： 其概率密度函数为：0 cos1 cos212FSKnnatAatAts,)(ttnttntAtntAtxQI11111i1

24、11sincoscoscos)()()()()()(tnAtyI1121121()exp22yAp y53 而此时的BPF2的输出只有窄带噪声 经低通LPF2后，输出为： 它的概率密度函数为n当当y1(t)的抽样值的抽样值y1小于小于y2(t)的抽样值的抽样值y2时，判决器输出时，判决器输出“0”符号，造成将符号，造成将“1”判为判为“0”的错误的错误,n设设两个低通输出信号的差为两个低通输出信号的差为 显然，差值小于零时就会造成误判。ttnttntntxQI2222i22sincos)()()()()()(tntyI2222221()exp22yp y)()()()()(tntnAtytyt

25、yII212154 设变量 ，则v是均值为A，方差为 的高斯随机变量，概率密度函数为： p同理，当发送数字0时，也可以导出类似的结论。 此时的输出为： 显然，这时若输出大于零会造成误判。 而此时v的概率密度函数为： 很明显，最佳判决门限为0，所以误比特率为：12IIAnnv)()()(222122exp221Apvv)()()(tnAtntyII21)()()(222022exp221Apvvvvvvd21d210010b)()(ppP22v255 或者写成： 设 ，则有： 这里 ，为接收信噪比。p结论：在相同误比特率情况下，相干接收FSK信号要比接收ASK信号要求峰值信噪比低3dB。vvd

26、22exp2212220b)()(AP22Azv22222b22d2exp212AQAQzzPA/1()22rQrerfc222/Ar 56（b）非相干FSK的误比特率l 分析模型57 参照2ASK非相干解调分析方法。当收到 信号时，包络检波器1的输入的包络密度函数为： 而此时包络检波器2的输入为： 当收到传号时，只有在 才会误判，所以，非相干解调FSK的误码率为：10 , 2exp)(12102221211RARIARRRp0 2exp2222222RRRRp,)(21RR 58 令 ，则有： 这里 为接收信噪比。12bRRPP122110dd12RRRpRpRR12212102221210

27、d2exp2expRRARIARR212Rx xAxAxxIAPd221exp24exp212222220022b2exp214exp2122brAP222/Ar 59l 结论分析在大信噪比条件下，在大信噪比条件下，2FSK2FSK信号包络检波系统性信号包络检波系统性能与同步检测时的性能相差不大；能与同步检测时的性能相差不大；同步检测法的设备复杂；同步检测法的设备复杂；在满足信噪比要求的场合，多采用包络检波法。在满足信噪比要求的场合，多采用包络检波法。 试求：（1）2FSK信号的第一零点带宽；（2）采用包络检测法解调时系统的误码率；（3）相干解调时系统的误码率；例例7-27-2 采用2FSK在

28、信道上传送二进制数字信息。已知2FSK信号的两个频率为f1=980Hz，f2=1580Hz，码元速率RB=300B，接收机带通滤波器输出端的信噪比为12dB2121221200sBffffffRHz 解：（1）2FSK信号的第一零点带宽（2）采用包络检测法解调时系统的误码率0284111.68 1022bEnePee（3）采用相干检测法解调时系统的误码率501183.17 10222beEperfcerfcnr12dB12/101016r 61（3） 2PSK和和2DPSK的抗噪声性能的抗噪声性能 （a） 2PSK的抗噪声性能l 2PSK的抗噪声分析模型62 l误码率计算p由于PSK是DSB信

29、号，所以必须用相干解调方法。 设2PSK信号为： 参照ASK信号解调分析方法，当收到传号时，低通输出为 其概率密度满足高斯分布，即：0 cos1 coscc2PSKnnatAatAts,)()()(tnAtyI2121()( )exp22yAp y63 类似地，收到空号时低通输出为 此时的概率密度函数为： 所以等概发送时的误比特率为： 令 ，并设接收信噪比 则有： n 2DPSK系统差分相干的误码率为系统差分相干的误码率为 其中，接收信噪比 )()(tnAtyI2021()( )exp22yApyyypyypPd21d210010b)()( yypd00/,/yzyzdd 222/Ar 222

30、bd2exp21AQAQzzPA/rQ2rPe21b222/Ar 64p2DPSK相干解调系统的抗噪声性能：2PSK相干解调码反变换器epep( )iy t输出当已知当已知2PSK相干解调误码率相干解调误码率Pe时，时，Pe与与Pe之之间的关系如何？间的关系如何？0 0 1 0 1 1 0 1 1 10 0 0 1 1 0 1 1 0 1 00 0 1 1 0 1 1 0 1 00 1 0 1 1 0 1 1 10 0 1 0X 0 1 1 0 1 00 1 1X 0X 1 0 1 1 10 0 1 0X 1X 1 1 0 1 00 1 1X 1 0X 0 1 1 10 0 1 0X 1X 0

31、X 0X 1X 1 00 1 1X 1 1 0 1 0X 1发送绝对码发送相对码无错：接收相对码绝对码错1：接收相对码绝对码绝对码错2：接收相对码错5：接收相对码绝对码(a)(b)(c)(d)若码反变换器输入相对码信号序列中出现连续若码反变换器输入相对码信号序列中出现连续n个错码，则个错码，则输出绝对码信号序列中也只有两个错码输出绝对码信号序列中也只有两个错码 66nePPPP222212PSK相干解调码反变换器epep( )iy t输出Pn为码反变换器输入端相为码反变换器输入端相对码序列连续出现对码序列连续出现n个错个错码的概率码的概率 Pn 是是n个码元同时出错而与在个码元同时出错而与在该

32、一串错码两端都有一码元不错，该一串错码两端都有一码元不错， Pe 是相对码的误码率是相对码的误码率neeeneenPPPPPP2)1 ()1 ()1 (222(1) ()neeeeePPPPP222(1)(1)neeeeePPPPP2111eeePPPeeePPP)1 (22121rerfPePe MnM2= =76（）多进制数字振幅调制系统p多进制数字振幅调制又称多电平调制多电平调制，它是二进制数字振幅键控方式的推广。p在最近几年它成了十分引人注目的一种高效率的传输方式。所谓高效率指它在单位频带内有高的信息传输速率。p对于二进制系统，其最高的信道频带利用率为2bit/s/Hz。显然，对于多电

33、平系统而言，其最高的信道频带利用率将超过2bit/s/Hz。 77MASK信号可表示为： 其中， 为基带波形， 为幅度，有M种取值。tnTtgatsnncsMASKcos)()()(tgna78举例基带信号是多进制单极性不归零脉冲 (b) MASK信号信号(a) 基带多电平单极性不归零信号基带多电平单极性不归零信号0010110101011110000t0t010110101011110079基带信号是多进制双极性不归零脉冲 二进制抑制载波双边带信号就是2PSK信号。 0101101010111100000t(c) 基带多电平双极性不归零信号基带多电平双极性不归零信号00000t0101101

34、0101111(d) 抑制载波抑制载波MASK信号信号80 MASK与2ASK相比p当码元速率相同时：n信息速率信息速率n频带利用率频带利用率BBBB2MASK2ASKMRR2sblog= =BRbb= =81（2）多进制频移键控多进制频移键控 多进制数字频率调制(MFSK)简称多频调制多频调制，它是2FSK方式的推广。MFSK信号可表示为式中式中: si(t)= A, 当在时间间隔当在时间间隔0tTs发送符号为发送符号为i时时0, 当在时间间隔当在时间间隔0tTs发送符号不为发送符号不为i时时 i为载波角频率，共有为载波角频率，共有M种取值。通常可选载波频种取值。通常可选载波频率率 ，n为正

35、整数，此时为正整数，此时M种发送信号相互正交。种发送信号相互正交。 2infT( )( )cosMFSKiiets ttw=82多进制数字频率调制信号的带宽近似为12MSBffT=-+MFSK信号具有较宽的频带，因而它的信信号具有较宽的频带，因而它的信道频带利用率不高。道频带利用率不高。多进制数字频率调制一般在调制速率不高多进制数字频率调制一般在调制速率不高的场合应用。的场合应用。83 MFSK调调制原理图制原理图MFSK解解调原理图调原理图84 （3）多进制相移键控）多进制相移键控 l多进制数字相位调制又称多相调制多相调制，它是利用载波的多种不同相位来表征数字信息的调制方式。有绝对相位调制绝

36、对相位调制和差分相位调制差分相位调制两种。 85( )()cos()MPSKscnnetg tnTtwf=-+( )()coscos()sinsinMPSKncncnnetg tnTstg tnTstfwfw=-邋()cos()sinncncnna g tnTstb g tnTstww=-邋( ) cos( )sinccI ttQ ttww=-( )()nsnI ta g tnT( )()nsnQ tb g tnTMPSK以载波相位的以载波相位的M种不同取值分别表示数字信息种不同取值分别表示数字信息 信号包络波形，信号包络波形，通常为矩形波，通常为矩形波，幅度为幅度为1 码元码元间隔间隔第第n

37、个码元对个码元对应的相位，共应的相位，共有有M种取值种取值 86参考相位10参考相位10二进制数字相位调制信号矢量图二进制数字相位调制信号矢量图以以0载波相载波相位作为参考位作为参考相位相位 载波相位只载波相位只有有0和和 两种两种取值取值 载波相位只载波相位只有有 /2两两种取值种取值 参考相位0011参考相位00100110011145载波相位载波相位四种取值四种取值 四进制数字相位调制信号矢量图四进制数字相位调制信号矢量图 874PSK常称为正交相移键控正交相移键控(QPSK)格雷(Gray)码 4PSK信号每个码元含有2 比特的信息，现用ab代表这两个比特。 两个比特有4种组合，即00

38、、01、10和11。它们和相位k之间的关系通常都按格雷码的规律安排，如下表所示。 QPSK信号的编码 ab k0090 010 11270 10180 （a）四相绝对移相键控4PSK(QPSK)88QPSK信号矢量图01001011参考相位QPSK信号的矢量图信号的矢量图89码元相位关系k称为初始相位，常简称为相位，而把(0t + k)称为信号的瞬时相位。当码元中包含整数个载波周期时，初始相位相同的相邻码元的波形和瞬时相位才是连续的，如下图：(a) 波形和相位连续波形和相位连续TT90 若每个码元中的载波周期数不是整数，则即使初始相位相同，波形和瞬时相位也可能不连续，如下图 或者波形连续而相位

39、不连续，如下图 (b) 波形和相位不连续波形和相位不连续TT(c) 波形连续相位不连续波形连续相位不连续TT91在码元边界，当相位不连续时，信号的频谱将展宽，在码元边界，当相位不连续时，信号的频谱将展宽，包络也将出现起伏包络也将出现起伏。 在后面讨论各种调制体制时，还将遇到这个问题。并且有时将码元中包含整数个载波周期的假设隐含不提，认为PSK信号的初始相位相同，则码元边界的瞬时相位一定连续。 924PSK(QPSK)调制原理框图串并变换电平产生电平产生载波发生器移相90二进制信息( )I t( )Q tcos 2cAf tsin 2cAf tQPSK信号aba(1)a(0)b(0)b(1)(1

40、,0)(0,0)(0,1)(1,1)(b)调相法调相法93a1001b1100a路调制器输出路调制器输出b路调制器输出路调制器输出合成相位合成相位0 270 315 180 270 225 180 90 135 0 90 45 QPSK信号相位编码逻辑关系信号相位编码逻辑关系94相位选择法产生相位选择法产生4PSK信号原理图信号原理图输入串/并变换逻辑选相电路带通滤波器输出45 135 225 315四相载波产生器954PSK信号相干解调原理图信号相干解调原理图 输入载波恢复acosctsinct输出b带通滤波器低通滤波抽样判决低通滤波抽样判决位定时并/串变换96（b）偏置）偏置QPSK(OQ

41、PSK)QPSK体制的缺点：它的相邻码元最大相位差达到180， 这在频带受限的系统中会引起信号包络的很大起伏。偏置QPSK的改进：为了减小此相位突变，将两个正交分量的两个比特a和b在时间上错开半个码元，使之不可能同时改变。这样安排后相邻码元相位差的最大值仅为90（见下表），从而减小了信号振幅的起伏。OQPSK和QPSK的唯一区别在于：对于QPSK，上表中的两个比特a和b的持续时间原则上可以不同；而对于OQPSK，a和b的持续时间必须相同。ab k0090 010 11270 10180 97（c） /4相移相移QPSK 4相移QPSK信号是由两个相差4的QPSK星座图交替产生的，它也是一个4进

42、制信号：当前码元的相位相对于前一码元的相位改变45或135。例如，若连续输入“11 11 11 11”，则信号码元相位为“45 90 45 90 ” 优点：这种体制中相邻码元间总有相位改变、最大相移为135，比QPSK的最大相移小。 4 51110(a)星座图之一(b)星座图之二01001101001098在2PSK信号相干解调过程中会产生180相位模糊。 同样，对4PSK信号相干解调也会产生相位模糊问题，并且是0、90、180和270四个相位模糊。因此，在实际中更实用的是四相相对移相调制，即4DPSK方式。 4DPSK信号是利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信息。（d）差分相移键控）差

43、分相移键控QDPSK99n以前一双比特码元相位作为参考，k为当前双比特码元与前一双比特码元初相差 QDPSK信号载波相位编码逻辑关系信号载波相位编码逻辑关系abkA方式方式B方式方式0090 135 010 45 11270 315 10180 225 100QDPSK信号产生原理图信号产生原理图 移相4输入 串/并变换码变换载波振荡abc 移相4d输出码变换加码变换加调相法调相法101 QDPSK码变换关系码变换关系 输入输入ab和输出和输出cd间的间的16种可能关系种可能关系(A方式方式)：当前输入的一对码元及当前输入的一对码元及要求的相对相移要求的相对相移前一时刻经过码变换后的前一时刻经

44、过码变换后的一对码元及所产生的相位一对码元及所产生的相位当前时刻应当给出的当前时刻应当给出的变换后一对码元和相位变换后一对码元和相位ak bkkck-1 dk-1 k-1ck dk k0 0900 00 11 11 090 0 270 1801 00 00 11 1180 90 0 2700 10 0 00 11 11 090 0 270 180 0 00 11 11 090 0 270 180 1 1270 0 00 11 11 090 0 270 180 0 11 11 00 0 0 270 180 90 1 0180 0 00 11 11 090 0 270 180 1 11 00 00

45、 1270 180 90 0 102QDPSK信号相干解调加码反变换器解调原理图信号相干解调加码反变换器解调原理图 输入载波恢复cosctsinct输出带通滤波低通滤波抽样判决低通滤波抽样判决位定时码反变换并/串变换103QDPSK信号差分相干解调方式原理图信号差分相干解调方式原理图输入带通滤波输出低通滤波抽样判决低通滤波抽样判决位定时并/串变换移相延迟 Ts104 MPSK的星座图1055、多进制数字调制系统的抗噪声性能、多进制数字调制系统的抗噪声性能106l多进制数字振幅调制系统的抗噪声性能p多进制数字振幅调制信号的解调与2ASK信号解调相似，可以采用相干解调方式，也可以采用非相干解调方式。107假设发送端产生的多进制数字