第6章-数字频带传输系统

1、第第6-6-1 1页页1通通 信信 原原 理理第第6-6-2 2页页2第第6 6章章 数字频带传输系统数字频带传输系统6.1 二进制振幅键控二进制振幅键控16.2 二进制频移键控二进制频移键控26.3 二进制相移键控二进制相移键控36.4 二进制差分相移键控二进制差分相移键控46.5 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56.6 多进制数字调制原理多进制数字调制原理66.7 多进制数字调制系统的性能多进制数字调制系统的性能76.8 小结小结8第第6-6-3 3页页3数字信号的传输方式分为基带传输和频带传输。数字信号的传输方式分为基带传输和频带传输。数字调制：数字调制：把数字

2、基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程。把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程。数字解调：数字解调：在接收端通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程。在接收端通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程。数字频带传输系统：数字频带传输系统：通常包括调制和解调过程的数字传输系统。通常包括调制和解调过程的数字传输系统。6.1 二进制振幅键控二进制振幅键控第第6-6-4 4页页4基本原理：基本原理： 振幅键控是利用正弦载波的幅度变化来传递数字信息，振幅键控是利用正弦载波的幅度变化来传递数字信息，载波的频率和初始相位始终保持不变。载波的频率和初始相位始终保持不变。 载波的幅度只有

3、两种变化状态，分别对应于二进制载波的幅度只有两种变化状态，分别对应于二进制数字信息数字信息“0”0”和和“1”1”。 “通通- -断键控断键控(OOK)”(OOK)”信号表达式信号表达式 ”时时发发送送“以以概概率率，”时时发发送送“以以概概率率0P101Pt),Acos()(cOOK te6.1.1 2ASK信号的产生信号的产生第第6-6-5 5页页5 2ASK 2ASK信号的一般表达式信号的一般表达式 其中其中 T Ts s 码元持续时间；码元持续时间； g g( (t t) ) 持续时间为持续时间为T Ts s的基带脉冲波形，通常假设的基带脉冲波形，通常假设 是高度为是高度为1 1，宽度

4、等于，宽度等于T Ts s 的矩形脉冲；的矩形脉冲； a an n 第第n n 个符号的电平取值，若取个符号的电平取值，若取 则相应的则相应的2ASK2ASK信号就是信号就是OOKOOK信号。信号。ttstec cos)()(2ASK nsnnTtgats)()( PPan1, 0, 1概率为概率为概率为概率为6.1.1 2ASK信号的产生信号的产生第第6-6-6 6页页62ASK2ASK信号产生方法信号产生方法 模拟调制法模拟调制法 （相乘器法）（相乘器法）6.1.1 2ASK信号的产生信号的产生 键控法键控法第第6-6-7 7页页76.1.1 2ASK信号的产生信号的产生2ASK/OOK2

5、ASK/OOK信号的典型波形：信号的典型波形：第第6-6-8 8页页82ASK2ASK信号可以表示成：信号可以表示成： 式中式中s s( (t t ) ) 二进制单极性随机矩形脉冲序列。二进制单极性随机矩形脉冲序列。 设设P Ps s( (f f ) ) s s( (t t ) )的功率谱密度。的功率谱密度。 P P2ASK2ASK( (f f ) 2ASK) 2ASK信号的功率谱密度。信号的功率谱密度。则由上式可得则由上式可得由上式可见，由上式可见，2ASK2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱信号的功率谱是基带信号功率谱P Ps s( (f f) )的线性搬移（属线性调制）。的线性搬移（属线

6、性调制）。知道了知道了P Ps s( (f f ) )即可确定即可确定P P2ASK2ASK( (f f ) ) 。ttstec cos)()(2ASK )()(41)(2ASKcscsffPffPfP 6.1.2 2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度第第6-6-9 9页页9已知单极性的随机脉冲序列功率谱的一般表达式为：已知单极性的随机脉冲序列功率谱的一般表达式为： f fs s = 1/ = 1/T Ts sG G( (f f) ) 单个基带信号码元单个基带信号码元 g g( (t t) )的频谱函数。的频谱函数。 对于全占空矩形脉冲序列，根据矩形波形对于全占空矩形脉冲序列，根据矩形波形

7、g g( (t t) )的频谱的频谱 特点，对于所有的特点，对于所有的m m 0 0的整数，有的整数，有则有则有将其代入将其代入 msssssmffmfPGffGPPffP)()()()1()(22 ()()0SSG mfT Sa m )()0()()1(2222fGPffGPPffPsss )()(41)(2ASKcscsffPffPfP 6.1.2 2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度第第6-6-1010页页10当概率当概率P P =1/2=1/2时，并考虑到时，并考虑到则则2ASK2ASK信号的功率谱密度为：信号的功率谱密度为：222ASK2221(1)()()41(0)()()4s

8、ccsccPf PPG ffG fff P Gffff)()(SSTfSaTfG STG )0( 222)()(sin)()(sin16)(scscscscsASKTffTffTffTffTfP )()(161ccffff 6.1.2 2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度第第6-6-1111页页116.1.2 2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度第第6-6-1212页页12 从以上分析及上图可以看出：从以上分析及上图可以看出： （1 1）2ASK2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组 成；连续谱取决于成；连续谱取决于s s( (t t) )经线

9、性调制后的双边带谱，经线性调制后的双边带谱， 而离散谱由载波分量确定。而离散谱由载波分量确定。（2 2）2ASK2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍，若只计信号的带宽是基带信号带宽的两倍，若只计 谱的主瓣（第一个谱零点位置），则有谱的主瓣（第一个谱零点位置），则有 f fs s = 1/ = 1/T Ts s即，即，2ASK2ASK信号的传输带宽是码元速率的两倍。信号的传输带宽是码元速率的两倍。 sASKfB22 6.1.2 2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度第第6-6-1313页页136.1.2 2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度（3 3）2ASK2ASK系统的频带利用率为系统

10、的频带利用率为 sBB2ASKs11(Baud/Hz)22TRBT B2R的数字信号时，要求该系统的带宽至少为的数字信号时，要求该系统的带宽至少为HzHz。BR 这意味着利用这意味着利用2ASK2ASK方式传送码元速率方式传送码元速率为为波特波特 第第6-6-1414页页14u 相干解调相干解调( (同步检测法同步检测法) ) 6.1.3 2ASK信号的解调信号的解调cc11( )( )cos( )( )cos222z ty tts ts tt c( )( )cosy ts tt 第第6-6-1515页页156.1.3 2ASK信号的解调信号的解调2ASK/OOK2ASK/OOK信号相干解调过

11、程的时间波形：信号相干解调过程的时间波形： 第第6-6-1616页页16u 非相干解调非相干解调( (包络检波法包络检波法) ) 6.1.3 2ASK信号的解调信号的解调第第6-6-1717页页176.1.3 2ASK信号的解调信号的解调2ASK/OOK2ASK/OOK信号非相干解调过程的时间波形：信号非相干解调过程的时间波形： 第第6-6-1818页页186.2 二进制频移键控二进制频移键控 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）是利用二进制数字基带信号）是利用二进制数字基带信号控制载波的频率进行频谱变换的过程。控制载波的频率进行频谱变换的过程。FSKFSK有相位连续的有相位连续

12、的FSKFSK及相位不连续的及相位不连续的FSKFSK之分。之分。 所谓相位连续是指在一个所谓相位连续是指在一个码元周期内码元周期内相位不产生突变，相位不产生突变，随时间平滑地变化，并且随时间平滑地变化，并且相邻码元之间相邻码元之间的相位是连续变化的。的相位是连续变化的。 本节我们主要针对相位不连续的本节我们主要针对相位不连续的2FSK2FSK信号进行分析。信号进行分析。 在发送端，利用不同频率的载波来传输数字信息在发送端，利用不同频率的载波来传输数字信息“1”1”和和“0”0”，在接收端，把不同频率的载波还原成相应的数，在接收端，把不同频率的载波还原成相应的数字基带信号。字基带信号。 第第6

13、-6-1919页页19 在在2FSK2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在中，载波的频率随二进制基带信号在f f1 1和和f f2 2 两个频率点间变化。故其表达式为两个频率点间变化。故其表达式为 ”时时发发送送“”时时发发送送“0),cos(A1),cos(A)(212FSKnnttte 6.2.1 2FSK信号的产生信号的产生频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。 第第6-6-2020页页202FSK2FSK信号的典型波形：信号的典型波形： 6.2.1 2FSK信号的产生信号的产生由图可见，由图可见，一个一个2FSK2FSK信号可以看成是

14、两个不同载频的信号可以看成是两个不同载频的2ASK2ASK信号的叠加。信号的叠加。第第6-6-2121页页21 g g( (t t) ) 单个矩形脉冲，单个矩形脉冲， T Ts s 脉冲持续时间；脉冲持续时间； n n和和 n n分别是第分别是第n n个信号码元（个信号码元（1 1或或0 0）的初始相位，）的初始相位，通常可令其为零。因此，通常可令其为零。因此，2FSK2FSK信号的表达式可简化为：信号的表达式可简化为： )cos()()cos()()(212FSKnnsnnnsntnTtgatnTtgate PPan1, 0, 1概率为概率为概率为概率为 PPan概概率率为为概概率率为为,

15、01, 1ttsttste22112FSKcos)(cos)()( 因此，因此，2FSK2FSK信号的时域表达式又可写成：信号的时域表达式又可写成： )()(1snnnTtgats )()(2snnnTtgats 6.2.1 2FSK信号的产生信号的产生第第6-6-2222页页22 2FSK 2FSK信号的产生方法信号的产生方法 u 采用采用模拟调频电路模拟调频电路来实现：信号在相邻码元之间的来实现：信号在相邻码元之间的 相位是连续变化的。相位是连续变化的。( (频率稳定度不高，频率不能转换过快。频率稳定度不高，频率不能转换过快。) )u 采用采用键控法键控法来实现：相邻码元之间的相位不一定连

16、续。来实现：相邻码元之间的相位不一定连续。振荡器1f1反相器振荡器2f2选通开关选通开关相加器基带信号)(2teFSK6.2.1 2FSK信号的产生信号的产生第第6-6-2323页页23 功率谱密度功率谱密度 对相位不连续的对相位不连续的2FSK2FSK信号，可以看成由两个不同载频的信号，可以看成由两个不同载频的2ASK2ASK信号的叠加，它可以表示为信号的叠加，它可以表示为 其中，其中，s s1 1( (t t) )和和s s2 2( (t t) )为两路二进制基带信号。为两路二进制基带信号。 据据2ASK2ASK信号功率谱密度的表示式，不难写出这种信号功率谱密度的表示式，不难写出这种2FS

17、K2FSK信号的功率谱密度的表示式：信号的功率谱密度的表示式： 令概率令概率P = P = ，只需将，只需将2ASK2ASK信号频谱中的信号频谱中的f fc c分别替换为分别替换为 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信号的功率谱密度信号的功率谱密度第第6-6-2424页页24 其曲线如下：其曲线如下： 2112112FSK)()(sin)()(sin16)(sssssTff

18、TffTffTffTfP 222222)()(sin)()(sin16sssssTffTffTffTffT )()()()(1612211ffffffff 6.2.2 2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度第第6-6-2525页页25由上图可以看出：由上图可以看出：u 相位不连续相位不连续2FSK2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。 其中，连续谱由两个中心位于其中，连续谱由两个中心位于f f1 1和和f f2 2处的双边谱叠加而处的双边谱叠加而 成，离散谱是位于载频成，离散谱是位于载频f f1 1和和f f2 2处的两对冲激，这表明处的两对冲激，这表明

19、 2FSK2FSK信号中含有载频信号中含有载频f f1 1和和f f2 2的分量，相干解调时可以用的分量，相干解调时可以用 滤波法从已调信号中直接提取本地载波。滤波法从已调信号中直接提取本地载波。u 连续谱的形状随着两个载频之差的大小而变化，连续谱的形状随着两个载频之差的大小而变化， 若若| | f f1 1 f f2 2 | | | f fs s ，则出现双峰；，则出现双峰；6.2.2 2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度第第6-6-2626页页266.2.2 2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度u 若以功率谱第一个零点之间的频率间隔计算若以功率谱第一个零点之间的频率间隔计算2FSK

20、2FSK信号信号 的带宽，则其带宽近似为：的带宽，则其带宽近似为：sfffB2122FSK 其中，其中，fsfs = 1/ = 1/TsTs为基带信号的带宽。为基带信号的带宽。u 2FSK 2FSK系统的频带利用率为：系统的频带利用率为： sBB2FSK12s(B/Hz)2fRBfff 可见，可见，2FSK2FSK系统的频带利用率低于系统的频带利用率低于2ASK2ASK系统的频带利用率。系统的频带利用率。第第6-6-2727页页276.2.3 2FSK信号的解调信号的解调 数字调频信号的解调方法很多，可以分为线性鉴频法和数字调频信号的解调方法很多，可以分为线性鉴频法和 分离滤波法两大类。分离滤

21、波法两大类。 线性鉴频法线性鉴频法有模拟鉴频法、过零检测法、差分检测法等，有模拟鉴频法、过零检测法、差分检测法等，主要用于主要用于2FSK2FSK信号的载频差信号的载频差12ff 较小的情况下。较小的情况下。 分离滤波法分离滤波法又包括相干检测法（同步检测法）、非相干又包括相干检测法（同步检测法）、非相干检测法（包络检波法）等，主要用于检测法（包络检波法）等，主要用于2FSK2FSK信号的两个频率信号的两个频率1f2f和和之间有足够的间隔，可以利用带通滤波器来分路滤波之间有足够的间隔，可以利用带通滤波器来分路滤波的情况下。的情况下。 第第6-6-2828页页28非相干解调法非相干解调法6.2.

22、3 2FSK信号的解调信号的解调 第第6-6-2929页页296.2.3 2FSK信号的解调信号的解调 抽样判决抽样判决是是直接比较两直接比较两路信号抽样路信号抽样值的大小，值的大小，可以不专门可以不专门设置判决门设置判决门限。限。第第6-6-3030页页30相干解调（同步检测法）相干解调（同步检测法） 6.2.3 2FSK信号的解调信号的解调 其解调原理是利用两个带通滤波器将其解调原理是利用两个带通滤波器将2FSK2FSK信号分解为信号分解为上、下两路上、下两路2ASK2ASK信号分别进行相干解调，然后进行判决，信号分别进行相干解调，然后进行判决，还原出基带数字信号。还原出基带数字信号。第第

23、6-6-3131页页316.2.3 2FSK信号的解调信号的解调 单位时间内信号经过零点次数的多少，可以用来衡量信单位时间内信号经过零点次数的多少，可以用来衡量信号频率的高低。号频率的高低。过零检测法的基本原理是基于过零检测法的基本原理是基于2FSK2FSK信号码元信号码元的过零点数随不同频率而异，通过检测过零点数目的多少，的过零点数随不同频率而异，通过检测过零点数目的多少，从而区分两个不同频率的信号码元。从而区分两个不同频率的信号码元。 过零检测法过零检测法 2FSK 2FSK信号经放大限幅、微分、整流后形成与频率变化信号经放大限幅、微分、整流后形成与频率变化相对应的尖脉冲序列，这些尖脉冲的

24、密集程度反映了信号相对应的尖脉冲序列，这些尖脉冲的密集程度反映了信号的频率高低，的频率高低，尖脉冲的个数就是信号过零点的数目尖脉冲的个数就是信号过零点的数目。 把这些尖脉冲变换成较宽的矩形脉冲，以增大其直流把这些尖脉冲变换成较宽的矩形脉冲，以增大其直流分量，该分量，该直流分量的大小和信号频率的高低成正比直流分量的大小和信号频率的高低成正比。然后。然后经低通滤波器取出此直流分量，这样就完成了经低通滤波器取出此直流分量，这样就完成了频率频率幅度幅度变换，根据直流分量幅度的区别还原数字信号变换，根据直流分量幅度的区别还原数字信号“1”1”和和“0”0”。第第6-6-3232页页326.2.3 2FS

25、K信号的解调信号的解调 第第6-6-3333页页336.3 二进制相移键控二进制相移键控 二进制相移键控（二进制相移键控（2PSK2PSK）是利用二进制数字基带信号是利用二进制数字基带信号控制连续载波的相位，进行频谱变换的过程。在发送端，控制连续载波的相位，进行频谱变换的过程。在发送端，利用不同相位的载波来传输数字信息利用不同相位的载波来传输数字信息“1”1”和和“0”0”，在接收端，在接收端，把不同相位的载波还原成相应的数字基带信号。把不同相位的载波还原成相应的数字基带信号。 根据载波相位表示数字信息方式的不同，数字调相分为根据载波相位表示数字信息方式的不同，数字调相分为绝对相移（绝对相移（

26、PSKPSK）和和相对相移（相对相移（DPSKDPSK）两类。由于相移键控两类。由于相移键控信号在抗噪声性能上优于信号在抗噪声性能上优于ASKASK和和FSKFSK，而且信道频带利用率，而且信道频带利用率较高，因此数字调相方式在数字通信中，特别是在中、高速较高，因此数字调相方式在数字通信中，特别是在中、高速数传机上得到广泛应用。数传机上得到广泛应用。第第6-6-3434页页34 在在2PSK2PSK中，通常用初始相位中，通常用初始相位0 0和和 分别表示二进制分别表示二进制 “0”0”和和“1”1”。因此，。因此，2PSK2PSK信号的时域表达式为：信号的时域表达式为： n n表示第表示第n

27、n个符号个符号的绝对相位：的绝对相位：)cos(A)(2PSKnctte ”时时发发送送“”时时发发送送“，1,00 n ”时时发发“概概率率为为”时时发发“概概率率为为1,1,cosA0,cosA)(2PSKPtPttecc 6.3.1 2PSK信号的产生信号的产生第第6-6-3535页页35由于两种码元的波形相同，极性相反，故由于两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK2PSK信号可以表信号可以表述为一个述为一个双极性全占空矩形脉冲序列双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波的相与一个正弦载波的相乘：乘： 式中式中这里，这里，g g( (t t) )是脉宽为是脉宽为T Ts s的单个矩形脉冲

28、，而的单个矩形脉冲，而a an n的统计特性为的统计特性为 即发送二进制符号即发送二进制符号“0 0”时（时（a an n取取+1+1），），e e2PSK2PSK( (t t) )取取0 0相位相位； 发送二进制符号发送二进制符号“1 1”时（时（ a an n取取 -1-1），）， e e2PSK2PSK( (t t) )取取 相位相位。 这种以载波的这种以载波的不同相位不同相位直接去直接去表示表示相应相应二进制数字信号二进制数字信号的的调制方式，称为二进制调制方式，称为二进制绝对相移绝对相移方式。方式。 ttstec cos)(2PSK nsnnTtgats)()( PPan1, 1,

29、1概率为概率为概率为概率为6.3.1 2PSK信号的产生信号的产生第第6-6-3636页页36 2PSK2PSK信号的调制器原理方框图信号的调制器原理方框图模拟调制的方法模拟调制的方法 键控法键控法 tccos) (t s) (2tePSK开关电路移相018006.3.1 2PSK信号的产生信号的产生第第6-6-3737页页37比较比较2ASK2ASK信号的表达式和信号的表达式和2PSK2PSK信号的表达式：信号的表达式：2ASK2ASK：2PSK2PSK： 可知，两者的表示形式完全一样，区别仅在于基带信可知，两者的表示形式完全一样，区别仅在于基带信号号s s( (t t) )不同（不同（a

30、an n不同），前者为单极性，后者为双极性。不同），前者为单极性，后者为双极性。 因此，我们可以直接引用因此，我们可以直接引用2ASK2ASK信号功率谱密度的公信号功率谱密度的公式来表述式来表述2PSK2PSK信号的功率谱，即信号的功率谱，即应当注意，这里的应当注意，这里的P Ps s( (f f) )是双极性矩形脉冲序列的功率谱是双极性矩形脉冲序列的功率谱。 ttstec cos)(2ASK PtPttecc1,cosA,cosA)(2PSK概概率率为为概概率率为为 )()(41)(2cscsPSKffPffPfP 6.3.2 2PSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度第第6-6-3838页页

31、38已知双极性的全占空矩形随机脉冲序列的功率谱密度为已知双极性的全占空矩形随机脉冲序列的功率谱密度为将其代入上式，得将其代入上式，得若若P P =1/2=1/2，并考虑到矩形脉冲的频谱：，并考虑到矩形脉冲的频谱：则则2PSK2PSK信号的功率谱密度为：信号的功率谱密度为： )()0()21()()1(42222fGPffGPPffPsss )()()0()21(41)()()1(222222PSKccsccsffffGPfffGffGPPfP )()(SSTfSaTfG STG ) 0( 222)()(sin)()(sin4)(scscscscsPSKTffTffTffTffTfP 6.3.2

32、 2PSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度第第6-6-3939页页39功率谱密度曲线功率谱密度曲线6.3.2 2PSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度从以上分析及曲线可以看出：从以上分析及曲线可以看出：（1 1）2PSK2PSK信号的功率谱密度与信号的功率谱密度与2ASK2ASK的十分相似，区别仅在于当的十分相似，区别仅在于当 1 2P 时，时，2PSK2PSK信号的功率谱中只有连续谱，没有离散谱成分，信号的功率谱中只有连续谱，没有离散谱成分， 即不存在离散的载频分量，此时即不存在离散的载频分量，此时2PSK2PSK信号实际上相当于抑制信号实际上相当于抑制 载波的双边带信号载波的双边带信号。在

33、。在2PSK2PSK相干解调的载波恢复时，不能像相干解调的载波恢复时，不能像 2ASK2ASK那样直接提取本地载波，它需要将那样直接提取本地载波，它需要将2PSK2PSK信号经信号经非线性变换非线性变换 后产生离散载频分量，才能利用后产生离散载频分量，才能利用窄带滤波器窄带滤波器将载频分量滤出来。将载频分量滤出来。第第6-6-4040页页406.3.2 2PSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度（2 2）2PSK2PSK信号的带宽是基带信号带宽的信号的带宽是基带信号带宽的2 2倍，若只考虑基带倍，若只考虑基带 脉冲频谱的主瓣（第一个谱零点位置），则脉冲频谱的主瓣（第一个谱零点位置），则2PSK2

34、PSK信号的带宽为：信号的带宽为： 2PSKs2(Hz)Bf 可见，可见，2PSK2PSK信号的带宽是码元速率的信号的带宽是码元速率的2 2倍。倍。 （3 3）2PSK2PSK系统的频带利用率为系统的频带利用率为sBB2PSKs11(Baud/Hz)22TRBT 2PSK2PSK系统的频带利用率与系统的频带利用率与2ASK2ASK系统的相同。系统的相同。 第第6-6-4141页页416.3.3 2PSK信号的解调信号的解调 2PSK 2PSK信号的解调通常采用信号的解调通常采用相干解调法相干解调法，又称为，又称为极性比较法极性比较法，其原理方框图如下图所示。其原理方框图如下图所示。不考虑噪声时

35、，带通滤波器的输出可以表示为：不考虑噪声时，带通滤波器的输出可以表示为： cn( )cosy tt n0时，代表数字信息时，代表数字信息“0”0”； n时，代表数字信息时，代表数字信息“1”1”。 第第6-6-4242页页426.3.3 2PSK信号的解调信号的解调( )y t与同步载波相乘后，输出为：与同步载波相乘后，输出为： cncncn11( )coscoscoscos 222z tttt 低通滤波器输出为：低通滤波器输出为： nnn1012( )cos212x t 时时时时0001xx 判判为为“ ”判判为为“ ”根据发送端产生根据发送端产生2PSK2PSK信号时信号时 n（0 0或或

36、 ）代表数字信息）代表数字信息 （0 0或或1 1） 的规定，以及接收端的规定，以及接收端 ( )x t与与 n关系的特性，确定关系的特性，确定判决准则判决准则为为: : 第第6-6-4343页页436.3.3 2PSK信号的解调信号的解调2PSK2PSK信号解调的各点时间波形如下图所示。信号解调的各点时间波形如下图所示。 第第6-6-4444页页446.3.3 2PSK信号的解调信号的解调 在上图在上图 (a)(a)正常工作波形图中，经正常工作波形图中，经载波提取电路载波提取电路提取的提取的相干载波的基准相位与相干载波的基准相位与2PSK2PSK信号的调制载波的基准相位信号的调制载波的基准相

37、位一致一致（通常默认为（通常默认为0 0相位），解调器输出端能够正确还原出发送的相位），解调器输出端能够正确还原出发送的数字基带信号。但是，由于在数字基带信号。但是，由于在2PSK2PSK信号的信号的载波恢复过程中存载波恢复过程中存在着在着 的相位模糊现象，的相位模糊现象，如上图（如上图（b b）反向工作波形图中所）反向工作波形图中所 180示，恢复的本地载波示，恢复的本地载波与所需的相干载波反相，解调出的数字与所需的相干载波反相，解调出的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反，即基带信号与发送的数字基带信号正好相反，即“1”1”变为变为“0”0”，“0”0”变为变为“1”1”，判决器输出数

38、字信号全部出错。，判决器输出数字信号全部出错。上述这种现象称为上述这种现象称为2PSK2PSK方式的方式的“倒倒 ”现象或现象或“反向工作反向工作” ” 现象，这也是现象，这也是2PSK2PSK方式在实际中很少采用的主要原因。方式在实际中很少采用的主要原因。第第6-6-4545页页45 2DPSK2DPSK是利用前后相邻码元的载波是利用前后相邻码元的载波相对相位变化相对相位变化传递传递数字信息，所以又称数字信息，所以又称相对相移键控相对相移键控。 假设假设为当前码元与前一码元的载波相位差，为当前码元与前一码元的载波相位差，定义数字信息与定义数字信息与 之间的关系为之间的关系为导致解调过程出现导

39、致解调过程出现“反向工作反向工作”现象，恢复出的数字信号现象，恢复出的数字信号 ”表示数字信息“表示数字信息“，”表示数字信息“表示数字信息“10, 0 6.4 二进制差分相移键控二进制差分相移键控2PSK2PSK相干解调时，由于载波恢复中相位有相干解调时，由于载波恢复中相位有0、 模糊性，模糊性， “1”“1”和和“0”0”倒置，从而使倒置，从而使2PSK2PSK很少在实际中应用。为了克服很少在实际中应用。为了克服此缺点，提出了二进制差分相移键控（此缺点，提出了二进制差分相移键控（2DPSK2DPSK）方式。）方式。第第6-6-4646页页46 由此例可知，对于相同的基带信号，由于由此例可知

40、，对于相同的基带信号，由于初始相位初始相位不同，不同，2DPSK2DPSK信号的相位可以不同。即信号的相位可以不同。即2DPSK2DPSK信号的相位并不直接信号的相位并不直接 代表基带信号，而代表基带信号，而前后码元的相对相位才决定信息符号前后码元的相对相位才决定信息符号。6.4.1 2DPSK信号的产生信号的产生第第6-6-4747页页47 数字信息与数字信息与之间的关系也可定义为之间的关系也可定义为 2DPSK2DPSK信号的矢量图信号的矢量图 在在B B方式中，当前码元的相位相对于前一码元的相位方式中，当前码元的相位相对于前一码元的相位改变改变/2/2。因此，在相邻码元之间必定有相位突跳

41、。在接。因此，在相邻码元之间必定有相位突跳。在接收端检测此相位突跳就能确定每个码元的起止时刻。收端检测此相位突跳就能确定每个码元的起止时刻。 ”表表示示数数字字信信息息“，”表表示示数数字字信信息息“01, 0 参 考 相 位参 考 相 位/2/2(a) A方式 参 考 相 位参 考 相 位/2/2(b) B方式 6.4.1 2DPSK信号的产生信号的产生第第6-6-4848页页482DPSK2DPSK信号的产生方法如下：信号的产生方法如下： 先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把表示数字信先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把表示数字信息序列的绝对码变换成息序列的绝对码变换成相对码（差分

42、码），相对码（差分码），然后再然后再根据相根据相对码进行绝对调相对码进行绝对调相，从而产生二进制差分相移键控信号。，从而产生二进制差分相移键控信号。6.4.1 2DPSK信号的产生信号的产生 2DPSK 2DPSK信号调制器原理框图信号调制器原理框图第第6-6-4949页页496.4.1 2DPSK信号的产生信号的产生绝对码和相对码是可以互相转换的。实现的方法就是使用绝对码和相对码是可以互相转换的。实现的方法就是使用 模二加法器和延迟器（延迟一个码元宽度模二加法器和延迟器（延迟一个码元宽度 sT），如下图所示。），如下图所示。 图（图（a a）是把绝对码变换成相对码的方法，）是把绝对码变换成相

43、对码的方法， 称其为称其为差分编码器差分编码器， 完成的功能是完成的功能是 nnn-1bab。图（。图（b b）是把相对码变换成绝对）是把相对码变换成绝对 码的方法，称其为码的方法，称其为差分译码器差分译码器，完成的功能是，完成的功能是 nnn-1abb第第6-6-5050页页50 从前面讨论的从前面讨论的2DPSK2DPSK信号的调制过程及其波形可以知信号的调制过程及其波形可以知 道，道，2DPSK2DPSK可以与可以与2PSK2PSK具有相同形式的表达式。所不同的是具有相同形式的表达式。所不同的是 2PSK2PSK中的基带信号中的基带信号s s( (t t) )对应的是对应的是绝对码序列绝

44、对码序列；而；而2DPSK2DPSK中的中的 基带信号基带信号s s( (t t) )对应的是码变换后的对应的是码变换后的相对码序列相对码序列。因此，。因此， 2DPSK2DPSK信号和信号和2PSK2PSK信号的功率谱密度是完全一样的。信号的功率谱密度是完全一样的。sfB2B2PSKDPSK2 6.4.2 2DPSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度2DPSK2DPSK信号带宽为：信号带宽为： 2DPSK2DPSK系统频带利用率为：系统频带利用率为： sBB2DPSKs11(Baud/Hz)22TRBT 第第6-6-5151页页51 相干解调（极性比较）相干解调（极性比较）差分译码法差分译码法

45、 解调原理：先对解调原理：先对2DPSK2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对信号进行相干解调，恢复出相对码，再经差分译码器变换为绝对码，从而恢复出发送的码，再经差分译码器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，由于载波相位模糊性二进制数字信息。在解调过程中，由于载波相位模糊性的影响，使得解调出的相对码也可能是的影响，使得解调出的相对码也可能是“1”1”和和“0”0”倒倒置，但经置，但经差分译码（码反变换）差分译码（码反变换）得到的绝对码不会发生得到的绝对码不会发生任何倒置的现象，从而解决了载波相位模糊性带来的问任何倒置的现象，从而解决了载波相位模糊性带来的问题。题。 带

46、通滤 波 器相 乘 器低 通滤 波 器抽 样判 决 器定 时脉 冲输 出)(D PSK2tetccos码 反变 换 器abcdef6.4.3 2DPSK信号的解调信号的解调第第6-6-5252页页526.4.3 2DPSK信号的解调信号的解调第第6-6-5353页页53差分相干解调差分相干解调( (相位比较）法相位比较）法 6.4.3 2DPSK信号的解调信号的解调 用这种方法解调时用这种方法解调时不需要专门的相干载波不需要专门的相干载波，只需由收到的，只需由收到的2DPSK2DPSK信号延时一个码元间隔，然后与信号延时一个码元间隔，然后与2DPSK2DPSK信号本身相乘。信号本身相乘。相乘器

47、起着相位比较的作用相乘器起着相位比较的作用，相乘结果反映了前后码元的相，相乘结果反映了前后码元的相位差，经低通滤波后再抽样判决，位差，经低通滤波后再抽样判决， 即可直接恢复出原始数即可直接恢复出原始数字信息，故解调器中字信息，故解调器中不需要码反变换器不需要码反变换器。第第6-6-5454页页546.4.3 2DPSK信号的解调信号的解调第第6-6-5555页页551.1.误码率误码率2DPSK2PSK2FSK2ASK非相干解调相干解调421rerfc421re221rerfc221rererfc21rerfcre216.5 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第第6-6-

48、5656页页56误码率曲线误码率曲线6.5 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第第6-6-5757页页576.5 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由误码率公式及曲线可以看出：由误码率公式及曲线可以看出： （1 1）对于同一调制方式下不同解调方式而言，采用）对于同一调制方式下不同解调方式而言，采用相干解调相干解调 方式的误码率低于非相干解调方式的误码率。但是，随着方式的误码率低于非相干解调方式的误码率。但是，随着 信噪比信噪比 r的增大，相干解调与非相干解调误码性能的相对的增大，相干解调与非相干解调误码性能的相对 差别越不明显。差别越不明显。 （2 2）对于同一解调方式下不同调制方式而言，采用相干解调）对于同一解调方式下不同调制方式而言，采用相干解调 时，在相同误码率条件下，对于信噪比时，在相同误码率条件下，对于信噪比 r的要求是：的要求是：2PSK2PSK比比 2FSK2FSK小小3dB3dB，2FSK2FSK比比2ASK2ASK小小3dB3dB。采用非相干解调时，在相同。采用非相干解调时，在相同 误码率条件下，对于信噪比的要求是：误码率条件下，对于信噪比的要求是：2DPSK2DPSK比比2FSK2FSK小小3dB3dB，2FSK2FSK比比2ASK2ASK小小3