第6章-物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)(曾憲武)LXX2014.7

1、第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)1 1第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)6.1調(diào)制與數(shù)字基帶信號的調(diào)制原理調(diào)制與數(shù)字基帶信號的調(diào)制原理6.2數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制6.3數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制6.4數(shù)字相位調(diào)制數(shù)字相位調(diào)制本章小結(jié)本章小結(jié)第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)2 26.1 調(diào)制與數(shù)字基帶信號的調(diào)制原理調(diào)制與數(shù)字基帶信號的調(diào)制原理6.1.1 調(diào)制解調(diào)的基本原理調(diào)制解調(diào)的基本原理最簡單的調(diào)制方法是相乘法， 其基本原理如圖6.1.1所示。 基帶信號也叫做調(diào)制信號， 用s(t)表示， 假設(shè)s(t)為最簡單的正弦連續(xù)信號， 即s(t)=A cos0t, 0為調(diào)制信號的角頻率； 高頻載波信號是用來承載基帶信號信息的， 用c(t)=cos

2、ct, c為高頻載波信號的角頻率， 一般有c0的關(guān)系； 經(jīng)過調(diào)制的高頻信號稱為已調(diào)信號或頻帶信號， 用sm(t)表示， 即第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)3 3從圖6.1.1(b)中可以看出， 調(diào)制后， 基帶信號的頻譜分別搬移到了c的兩邊，分布在c的上邊和下邊。 如果基帶信號是一個帶限信號， 則在c的兩邊分別形成了上邊帶信號和下邊帶信號。 (6.1.1)第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)4 4圖6.1.1 乘法調(diào)制與調(diào)制后的頻譜第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)5 5已調(diào)信號經(jīng)信道傳輸后到達(dá)接收端， 接收端須對已調(diào)信號進(jìn)行解調(diào)， 即通過變換還原出原始的基帶信號。 對于上述已調(diào)信號， 最簡單的解調(diào)器依然是一個乘法器和一個低通濾波器（或帶通濾

3、波器）組成的解調(diào)器。 其基本原理如圖6.1.2所示。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)6 6圖6.1.2 調(diào)制與解調(diào)原理圖第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)7 7解調(diào)時(shí)， 已調(diào)信號sm(t)與高頻信號c(t)相乘， 得到(6.1.2)通過低通濾波器， 濾掉高頻成分cos(2c+0)t和cos(2c0)t, 便得到原始的基帶信號 。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)8 86.1.2 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本原理數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本原理由于數(shù)字基帶信號是離散的， 即數(shù)字基帶信號的每個碼元僅表示一個狀態(tài)， 因此， 數(shù)字基帶信號就像一個開關(guān)的“鍵”一樣， 尤其二進(jìn)制數(shù)字基帶信號， 它僅有“1”和“0”兩個狀態(tài)， 可表示“開”、 “關(guān)”， 所以數(shù)字調(diào)制采

4、用的方法是“鍵控”的調(diào)制方法。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)9 9與連續(xù)的模擬信號的調(diào)制方法相同， 數(shù)字基帶調(diào)制也分為幅度、 頻率和相位三種， 稱為幅度鍵控、 頻移鍵控和相移鍵控三種調(diào)制方法。 若用連續(xù)正弦信號作為高頻載波信號、 二進(jìn)制脈沖序列作為數(shù)字基帶信號， 其幅度鍵控(Amplitude Shift Keying， ASK)、 頻移鍵控(Frequency Shift Keying， FSK)和相移鍵控(Phase Shift Keying， PSK)三種調(diào)制方法所形成的波形如圖6.1.3所示。第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)10 10圖6.1.3 幅度鍵控、 頻移鍵控和相移鍵控調(diào)制第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)11 11

5、圖6.1.3從左到右分別表示了幅移鍵控, 也稱通斷鍵控(On Off Keying， OOK)； 頻移鍵控； 相移鍵控。 這三種基本調(diào)制方式都使用數(shù)字基帶信號的“1”和“0”控制電路開關(guān)的通斷。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)12 12圖6.1.3所示的三種基本數(shù)字基帶信號調(diào)制， 也分別稱為2ASK、 2FSK和2PSK。 2ASK的調(diào)制是通過高頻載波信號輸出的有、 無來表示數(shù)字基帶信號“0”和“1”的； 2FSK的調(diào)制是通過輸出兩個不同頻率的載波信號來表示數(shù)字基帶信號“0”和“1”的； 2PSK是通過輸出不同相位的載波來表示數(shù)字基帶信號“0”和“1”的。 相移鍵控還有一種叫做相對相移鍵控或差分相移鍵控，

6、 簡稱DPSK(Differential Phase Shift Keying)。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)13 13（1） 便于無線通信。 在無線通信中， 信號須經(jīng)過天線的輻射和接收才能完成無線通信。 一般數(shù)字基帶信號的速率較低， 無法匹配天線的尺寸， 因此要發(fā)射無線信號， 須將數(shù)字基帶信號進(jìn)行變換， 使其適合天線的需要。 一般來說， 天線的尺寸是以發(fā)射信號波長的一半為基本尺寸的， 如果發(fā)射信號的頻率較低， 則需一個較大尺寸的天線， 而通過調(diào)制可以提供發(fā)射信號的頻率， 從而減小天線尺寸。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)14 14（2） 合理安排頻率資源。 以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。 對無線通信來說， 無線頻率的資源是由

7、主管單位分配的， 如果信號的發(fā)射頻率相互重疊， 則會形成干擾， 使無線通信無法進(jìn)行， 因此需合理安排信號的發(fā)射頻率，使各信號的無線頻譜不重疊。 另外在進(jìn)行多路復(fù)用的通信中， 也須將信號調(diào)制到不同的頻段上， 這樣才能實(shí)現(xiàn)頻分多路復(fù)用。 （3） 減少噪聲和干擾。 通過不同的調(diào)制方式可以抑制噪聲和干擾。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)15 156.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制6.2.1 2ASK二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控的基本原理是使用代表二進(jìn)制的數(shù)字基帶序列信號來控制連續(xù)的高頻載波信號。 由于二進(jìn)制數(shù)字序列只有“1”和“0”兩種狀態(tài)， 所對應(yīng)的連續(xù)載波也只有兩種狀態(tài)， 即有載波輸出及無載波輸出。 有載波輸出時(shí)表示發(fā)送

8、“1”， 無載波輸出時(shí)表示發(fā)送“0”。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)16 162ASK信號可以采用兩種方法產(chǎn)生， 一種是直接相乘法， 另一種是幅移鍵控法。 如果用sn表示待發(fā)數(shù)字序列， s(t)表示基地調(diào)制信號， cosct表示高頻載波， 則2ASK的時(shí)域表達(dá)式為sASK（t）=s（t） cosct （6.2.1） 相乘法實(shí)現(xiàn)2ASK的原理可用圖6.2.1來表示。第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)17 17圖6.2.1 相乘法實(shí)現(xiàn)2ASK的原理圖第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)18 18sn是數(shù)字序列， 它通過脈沖形成器后變?yōu)榛鶐盘杝(t)， s(t)是單極性矩形脈沖序列； s(t)與cosct相乘， 然后通過帶通濾波器就得到了已

9、調(diào)信號sASK(t)。 帶通濾波器僅允許帶內(nèi)信號通過， 它可以抑制帶外噪聲。 2ASK的波形如圖6.2.2所示。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)19 19圖6.2.2 2ASK的各點(diǎn)波形第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)20202ASK信號的解調(diào)方法有包絡(luò)解調(diào)法和相干解調(diào)法兩種。 包絡(luò)解調(diào)法也稱為非相干解調(diào)法， 其原理圖及各點(diǎn)的波形如圖6.2.3所示。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)21 21圖6.2.3 包絡(luò)解調(diào)及各點(diǎn)波形第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)2222sASK(t)進(jìn)入整流器后， 經(jīng)半波或全波整流變?yōu)檎龢O性信號， 包絡(luò)檢波器檢出sASK(t)信號的包絡(luò)， 然后經(jīng)過低通濾波器進(jìn)行平滑后輸入到抽樣判決器判決， 最后輸出二進(jìn)制脈沖序列sn。

10、 相干解調(diào)法是利用乘法器來實(shí)現(xiàn)的， 其原理圖如圖6.2.4所示。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)2323圖6.2.4 相干解調(diào)原理圖第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)2424在圖6.2.4中， 已調(diào)信號sASK(t)=s(t) cosct, 與乘法器的cosct相乘， 得到(6.2.2)在式(6.2.2)中， 等式右端含有一高頻成分(1/2)s(t) cos2ct及基帶信號成分(1/2)s(t)， 通過低通濾波器濾掉高頻成分(1/2)s(t) cos2ct, 保留基帶信號成分(1/2)s(t), 再經(jīng)過抽樣判決后恢復(fù)原始的基帶信號s(t)。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)2525ASK是一種線性調(diào)制， 其信號帶寬是二進(jìn)制基帶調(diào)制信號

11、的帶寬的兩倍。 對于二進(jìn)制基帶信號而言， 若脈沖周期為Ts， 則其頻率為fs=1/Ts, 一個脈沖表示一個二進(jìn)制碼元， 相應(yīng)的碼元速率為RB=fs， 信息速率為Rb=RB=fs。 由于受到fs的限制， 2ASK信號的信息傳輸速率不可能很高， 在需要較高信息傳輸速率的情況下， 可以采用多進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控(MASK)來實(shí)現(xiàn)。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)26266.2.2 多進(jìn)制振幅調(diào)制多進(jìn)制振幅調(diào)制MASK中， 載波的幅度有M種取值。 以4ASK為例， 若s(t)為四進(jìn)制基帶信號3120， 基帶信號的碼元周期為Ts， 高頻載波信號為cosct， s4ASK(t)為已調(diào)信號， 則4ASK信號的波形如圖6.2

12、.5所示。第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)2727圖6.2.5 4ASK信號波形第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)2828從圖6.2.5可以看出， 已調(diào)信號s4ASK(t)可以看成是由3個振幅不同、 頻率相同、 持續(xù)時(shí)間相連的三個正弦波的和。 對多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制來說， 基帶信號的脈沖幅度取值為M個， 脈沖周期與M無關(guān)， 因此MASK信號的帶寬BMASK仍然是基帶信號帶寬的2倍， 即(6.2.3)第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)2929MASK的調(diào)制方法與2ASK的調(diào)制方法相同， 不同之處是要將數(shù)字基帶信號由二進(jìn)制變?yōu)镸進(jìn)制。 具體做法是將按N(M2N)位二進(jìn)制的碼組對二進(jìn)制序列進(jìn)行N位劃分， 將所劃分的N位二進(jìn)制碼組轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的M進(jìn)制

13、數(shù)， 這樣就得到了M進(jìn)制的數(shù)字基帶信號， 然后就可用高頻載波以乘積的方式對M進(jìn)制的數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)3030MASK信號的解調(diào)方法與2ASK的方法相同， 可用非相干的包絡(luò)檢波法和相干解調(diào)法來解調(diào)。 由于MASK信號的每個碼元所包含的信息量比二進(jìn)制的2ASK信號要多， 因此在相同的碼元速率下， MASK信號有著更高的信息傳輸速率， MASK信號的信息傳輸速率與碼元傳輸速率有如下的關(guān)系：Rb=RB lbM (6.2.4)式（6.2.4)說明， 在相同信息傳輸速率下， MASK信號所要求的帶寬僅為2ASK的1/lbM。第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)31 316.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)

14、制6.3.1 2FSK移頻鍵控的基本原理移頻鍵控的基本原理發(fā)送端的數(shù)字基帶信號為二進(jìn)制的移頻鍵控系統(tǒng)稱為2FSK。 由于二進(jìn)制基帶信號只有“1”和“0”兩種狀態(tài)， 故可以采用兩個不同頻率的高頻載波信號來分別表示基帶信號的“1”和“0”。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)3232假設(shè)分別用頻率為f1和f2的兩個高頻載波來表示“1”和“0”， 所形成的2FSK信號的波形如圖6.3.1所示。 圖中，c1(t)和c2(t)分別表示頻率為f1和f2的兩個高頻載波信號， s(t)表示數(shù)字基帶信號， s2FSK(t)表示2FSK已調(diào)信號。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)3333圖6.3.1 2FSK各點(diǎn)信號波形第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)34

15、34定義兩個載波頻率的差f、 兩個載波的中心頻率fc、 調(diào)制指數(shù)（也稱為頻移指數(shù)）K，有 (6.3.1)(6.3.2)(6.3.3)式中， fs=1/Ts等于數(shù)字基帶信號的碼元速率RB, 若數(shù)字基帶信號的帶寬為B， 則相位不連續(xù)的2FSK信號的帶寬可以近似地為 B2FSK2B+|f2f1| (6.3.4)第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)3535 例如， 某理想低通基帶數(shù)字信號的碼元速率為800 Baud， 采用2FSK調(diào)制方式傳輸， 載波頻率為f1=2400 Hz， f2=2000 Hz， 則頻差為f=|f2f1|=|24002000|=400 (Hz) 中心頻率為第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)3636調(diào)制指數(shù)為由于理

16、想低通信號的頻帶利用率為B=2(b/s)/Hz， 因此有于是第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)37376.3.2 2FSK調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方法調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方法1. 直接法直接調(diào)頻法的實(shí)現(xiàn)電路原理如圖6.3.2所示。圖中， 二極管VD1和VD2是控制電容C1是否接入LC震蕩電路， 當(dāng)s(t)為高電平(“1”)時(shí)， VD1和VD2截止， C1被斷開，此時(shí)， 振蕩器的頻率由L、 C2決定， 輸出信號的頻率為第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)3838圖6.3.2 2FSK直接法電路原理圖第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)39392. 頻移鍵控法頻移鍵控法又稱為頻率轉(zhuǎn)換法， 該方法使用數(shù)字基帶信號控制電子開關(guān)在兩個載波信號發(fā)生器間的轉(zhuǎn)換， 從而輸出不同頻率的

17、載波信號， 其原理圖如圖6.3.3所示。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)4040圖6.3.3 2FSK頻移鍵控法原理圖第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)41 41在圖6.3.3中， 數(shù)字基帶信號s(t)分別控制兩個電子開關(guān)1和2， 兩個載波發(fā)生器1和2分別產(chǎn)生頻率為f1和f2的兩個高頻載波信號。 當(dāng)s(t)為“1”時(shí)， 控制電子開關(guān)1接通、 電子開關(guān)2斷開， 此時(shí)輸出的s2FSK(t)信號為頻率f1的高頻信號； 當(dāng)s(t)為“0”時(shí)， 控制電子開關(guān)2接通、 電子開關(guān)1斷開， 此時(shí)輸出的s2FSK(t)信號為頻率f2的高頻信號。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)42426.3.3 2FSK的解調(diào)的解調(diào)1. 鑒頻法一個載波頻率隨調(diào)制信號變

18、化而變化的調(diào)頻信號可表示為如下的數(shù)學(xué)公式:(6.3.5)式中， c為載波頻率， f(t)為調(diào)制信號， K為調(diào)頻指數(shù)，第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)4343中包含了調(diào)制信號f(t)， 即載波信號的角頻率(t)隨調(diào)制信號f(t)的變化而變化。 對式(6.3.5)求微分， 有（6.3.6）從式(6.3.6)可以看出， 對調(diào)頻信號求微分后， 得到的仍然是一正弦信號sin(t)， 但其振幅從原來A變成了Ac+Kf(t)， 振幅中包含了調(diào)制信號f(t)的成分。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)44442. 包絡(luò)檢測法2FSK信號可以看成由兩個載波頻率不同的2ASK信號疊加而成， 所以2FSK信號的解調(diào)可以采用兩個不同的2ASK包絡(luò)

19、解調(diào)器來解調(diào)。 其原理框圖如圖6.3.4所示。 圖6.3.4中， 兩個帶通濾波器分別濾出頻率為f1和f2的高頻載波信號c1(t)和c2(t)， 并經(jīng)包絡(luò)檢波器后輸出v1(t)和v2(t)， 將其送入抽樣判決器。 在判決過程中， 如果v1(t)v2(t)， 則判決輸出“1”，否則， 判決輸出“0”。第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)45453. 相干解調(diào)法2FSK信號可以看成由兩個載波頻率不同的2ASK信號疊加而成， 所以2FSK信號的解調(diào)可以采用兩個不同的2ASK相干解調(diào)器來解調(diào)。 其原理框圖如圖6.3.5所示。 兩個帶通濾波器分別濾出頻率為f1和f2的高頻載波信號c1(t)和c2(t)， 并經(jīng)相干解調(diào)器后輸

20、出v1(t)和v2(t)， 將其送入抽樣判決器。 在判決過程中， 如果v1(t)v2(t)， 則判決輸出“1”， 否則， 判決輸出“0”。 該方法由于需要采用2個本地的解調(diào)載波信號， 所以實(shí)現(xiàn)起來較復(fù)雜。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)4646圖6.3.5 2FSK相干解調(diào)原理圖第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)47474. 過零檢測法過零檢測法是通過計(jì)算2FSK信號經(jīng)過零點(diǎn)的數(shù)目來解調(diào)出基帶數(shù)字信號的。 2FSK信號是由兩種不同的載波信號組成的， 在基帶信號的一個周期內(nèi)， 兩種載波由于頻率不同， 其過零點(diǎn)的次數(shù)也不同。 其原理如圖6.3.6所示。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)4848圖6.3.6 2FSK過零點(diǎn)檢測解調(diào)框圖及各點(diǎn)

21、波形圖第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)4949a點(diǎn)為一個2FSK相位連續(xù)信號， 經(jīng)過放大限幅后成為一個如b點(diǎn)所示的雙極性脈沖信號， 該信號通過微分電路后得到如c點(diǎn)所示的雙極性微分尖脈沖信號， 又經(jīng)過整流電路成為如d點(diǎn)所示的單極性微分尖脈沖信號， 然后再通過寬脈沖發(fā)生器形成如e點(diǎn)所示的矩形歸零脈沖。矩形脈沖的密度越大， 所對應(yīng)的頻率就越高， 所含的直流成分也就越大， 否則頻率越低、 直流成分越小， 最后信號經(jīng)過低通濾波器后所輸出的信號就是基帶數(shù)字信號。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)50505. 差分檢測法2FSK信號的差分檢測法原理如圖6.3.7所示。 輸入的2FSK信號經(jīng)過帶通濾波器后分為兩路， 一路直接到達(dá)乘法器，

22、 另一路經(jīng)一時(shí)延后到達(dá)乘法器， 兩路信號相乘后輸出， 再經(jīng)過一個低通濾波器， 最后由抽樣判決器判決后即可恢復(fù)出二進(jìn)制數(shù)字基帶信號。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)51 51圖6.3.7 2FSK信號差分檢測原理圖第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)52526.3.4 2FSK的特點(diǎn)的特點(diǎn)2FSK的特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)， 適用于數(shù)字電路， 但所產(chǎn)生的2FSK信號的相位是不連續(xù)的， 且占用的帶寬較寬。 相位不連續(xù)的2FSK可以看成是由兩個2ASK疊加而成的。 在頻域上， 2FSK調(diào)制就是將基帶信號的頻譜搬移到了兩個載波頻點(diǎn)的位置， 并對稱于fc。 若設(shè)h為調(diào)頻指數(shù)， 即h=ffs=fTs, 則2FSK所占的帶寬為B=|f2f1|

23、+2fs。第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)53536.4 數(shù)字相位調(diào)制數(shù)字相位調(diào)制數(shù)字相位調(diào)制也稱為數(shù)字相位鍵控(PSK)調(diào)制， 它通過二進(jìn)制數(shù)字基帶信號來控制高頻載波的相位變化， 使其能與二進(jìn)制數(shù)字基帶信號形成一一對應(yīng)的關(guān)系， 從而攜帶二進(jìn)制數(shù)字基帶信號的信息。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)5454PSK系統(tǒng)的發(fā)送端僅需一單頻載波信號， 對該載波信號進(jìn)行移相， 使載波信號相位的離散取值與數(shù)字基帶信號的離散狀態(tài)取值相對應(yīng)， 如在2PSK中， 相位0和與二進(jìn)制數(shù)的“0”和“1”相對應(yīng)； 在4PSK中， 相位0、 /2、 、 3/2與四進(jìn)制數(shù)“0”、 “1”、 “2”、 “3”相對應(yīng)。 也就說， 在數(shù)字基帶信號的每個碼元

24、周期內(nèi)， PSK系統(tǒng)通過發(fā)送相位不同的載波信號來表示數(shù)字基帶信號的狀態(tài)， 同時(shí)在接收端， 通過解調(diào)器將載波信號的不同相位所表示的基帶信號的信息還原為所發(fā)送的數(shù)字基帶信號。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)5555如果利用載波信號的絕對相位直接表示數(shù)字基帶信號的離散狀態(tài)， 則相位與數(shù)字基帶信號的離散狀態(tài)是一一對應(yīng)的。 如果利用載波信號的相對相位來表示數(shù)字基帶信號的離散狀態(tài)， 則相位的變化值與基帶信號的離散狀態(tài)一一對應(yīng)。 這兩種不同的相位調(diào)制方法所產(chǎn)生的波形，如圖6.4.1所示。第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)5656圖6.4.1 絕對相位與相對相位調(diào)制波形第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)5757圖6.4.1中， sn為數(shù)字序列， s(t

25、)為基帶信號， c(t)為正弦載波信號。 2PSK為絕對移相調(diào)制， 2DPSK1及2DPSK2分別為兩種不同的相對移相調(diào)制。 在2PSK中， 用0相位表示一個碼元寬度內(nèi)數(shù)字基帶信號為“0”的狀態(tài)， 相位表示“1”的狀態(tài)； 在2DPSK1中， 用相對相位0表示“0”， 用相對相位表示“1”； 在2DPSK2中， 用相對相位表示“0”，用相對相位0表示“1”。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)58586.4.1 二進(jìn)制絕對移相調(diào)制二進(jìn)制絕對移相調(diào)制(2PSK)1. 2PSK的調(diào)制直接調(diào)相法是用雙極性數(shù)字基帶信號s(t)與載波信號直接相乘來實(shí)現(xiàn)的， 該方法也稱為模擬調(diào)制。 對于一個正弦信號cosct, 有cos(

26、ct+)=cosct的性質(zhì)， 也就是說， 當(dāng)用“1”（正電平信號）與載波信號相乘時(shí)， 載波信號的相位不變；當(dāng)用“0”（負(fù)電平信號）與載波信號相乘時(shí)， 載波信號發(fā)生了相位的相移， 這就相當(dāng)于用0相位來表示“1”， 相位表示“0”。 直接調(diào)相法的原理如圖6.4.2所示。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)5959圖6.4.2 2PSK直接調(diào)相原理圖第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)6060圖6.4.2中， s(t)為輸入的單極性信號， 經(jīng)極性轉(zhuǎn)換器后變?yōu)殡p極性信號s(t)， 它與高頻載波信號cosct相乘后輸出的信號s2PSK(t)， 就是調(diào)制后的2PSK信號。 相移鍵控法也稱為相位選擇法， 該方法與移頻鍵控的方法相似， 均采用

27、數(shù)字基帶信號控制電子開關(guān)的通斷， 以輸出不同相位的載波信號， 原理如圖6.4.3所示。第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)61 61圖6.4.3 2PSK相移鍵控法原理圖第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)6262在圖6.4.3中， 載波信號發(fā)生器產(chǎn)生高頻載波信號cosct， 載波信號一分為二， 一部分進(jìn)入電子開關(guān)1； 另一部分， 經(jīng)倒相器的倒相， 變?yōu)閏os(ct+)后進(jìn)入電子開關(guān)2。 基帶信號s(t)也分為兩部分， 一部分直接用來控制電子開關(guān)1的導(dǎo)通產(chǎn)生0相位載波信號； 另一部分經(jīng)倒相器后控制電子開關(guān)2， 使其產(chǎn)生相位載波信號。 加法器是用來合成0相位與相位載波信號的， 合成后的信號就是2PSK信號。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)63

28、632. 2PSK的解調(diào)由于2PSK信號是一單頻信號， 其解調(diào)方法只能用相干解調(diào)方法來解調(diào)， 該方法也稱為極性比較法， 其原理如圖6.4.4所示。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)6464圖6.4.4 2PSK相干解調(diào)原理圖第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)6565圖6.4.4中， 帶通濾波器是用來抑制帶外噪聲的， 乘法器和低通濾波器構(gòu)成了相干解調(diào)器。 若通過帶通后的信號為2PSK信號， 可表示為s2PSK(t)=cos(ct+n)， 其中， c為載波信號的頻率， n為載波信號的相位， 當(dāng)n=0時(shí)則表示二進(jìn)制基帶信號的“0”， n=時(shí)則表示“1”。 圖中的y(t)為(6.4.1)第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)6666信號y(t)通過低

29、通濾波器后其輸出為x=cosn/2， 由于n的取值只能為0或， 即x也只能為1或1。 依據(jù)抽樣判決規(guī)則， 當(dāng)x0時(shí)， 輸出“0”； 當(dāng)x0時(shí)， 輸出“1”， 于是便解調(diào)出了二進(jìn)制基帶信號s(t)。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)67676.4.2 二相相對移相調(diào)制二相相對移相調(diào)制(2DPSK)1. 2DPSK調(diào)制原理二相相對調(diào)制(2DPSK)是利用相對相位來表示數(shù)字基帶信號的狀態(tài)的， 相對相位是指前后相鄰碼元載波相位的相對變化。 相對相位的值， 一般是指本碼元的初始相位與前一碼元的初始相位的相位差。 對于2DPSK信號， 相對相位的值， 一般取0和， 即前后碼元對應(yīng)的載波相位或者同向或者反相。 第6章數(shù)字

30、調(diào)制系統(tǒng)68682DPSK信號的產(chǎn)生與2PSK信號的產(chǎn)生非常相似。 2PSK是對基帶數(shù)字信號的碼元序列直接調(diào)制， 而2DPSK是將基帶數(shù)字信號的碼元序列進(jìn)行變換， 變換為相對碼元序列進(jìn)行直接調(diào)制的。 前者可簡稱為絕對碼， 后者簡稱為相對碼。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)6969絕對碼是以數(shù)字基帶信號的電平的高低來表示二進(jìn)制數(shù)字序列的， 而相對碼（也稱為差分碼）是根據(jù)前后碼元對應(yīng)的電平是否發(fā)生變化來表示二進(jìn)制序列的， 例如可規(guī)定， 后一碼元的電平相對于前一碼元的電平有跳變， 表示二進(jìn)制數(shù)“1”， 后一碼元的電平相對于前一碼元的電平?jīng)]有跳變， 表示二進(jìn)制“0”， 當(dāng)然這個規(guī)定也可相反。 對于相對碼， 初始電

31、平有兩種可能， 因而同一二進(jìn)制數(shù)字序列所變換的相對碼也有兩種， 絕對碼和相對碼的波形如圖6.4.5所示。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)7070圖6.4.5 絕對碼與相對碼波形第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)71 71相對碼與絕對碼之間可相互變換， 若用Jn表示絕對碼， Xn表示相對碼， 其之間的關(guān)系為 將絕對碼變換成相對碼的電路稱為差分編碼器， 將相對碼轉(zhuǎn)換為絕對碼的電路稱為差分譯碼器。 (6.4.2)第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)7272將絕對碼變換成相對碼的電路稱為差分編碼器， 將相對碼轉(zhuǎn)換為絕對碼的電路稱為差分譯碼器。 2DPSK信號對絕對碼來說是相對移相調(diào)制， 但對相對碼來說則是絕對移相調(diào)制。 因此， 在產(chǎn)生2DPSK信

32、號時(shí)， 僅需先將絕對碼變?yōu)橄鄬Υa， 然后進(jìn)行絕對移相調(diào)制即可， 其原理如圖6.4.6所示。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)7373圖6.4.6 2DPSK調(diào)制原理圖第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)74742. 2DPSK解調(diào)2DPSK解調(diào)有相干差分譯碼解調(diào)和相位比較差分檢測法兩種。 相干差分譯碼解調(diào)法的原理如圖6.4.7所示, 它主要由2PSK解調(diào)器和差分譯碼器組成。 2DPSK信號經(jīng)2PSK解調(diào)器后， 輸出的數(shù)字序列是一個相對碼， 它還需經(jīng)過差分譯碼還原成原始的絕對碼。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)7575圖6.4.7 相干差分譯碼解調(diào)原理圖第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)7676相位比較差分檢測法的原理如圖6.4.8所示。 圖中Jn為絕對

33、二進(jìn)制碼的數(shù)字基帶信號； a點(diǎn)波形為2DPSK已調(diào)信號s2DPSK(t)； b點(diǎn)為延遲TB后的信號s2DPSK(t-TB)； c點(diǎn)為乘法器輸出信號， 乘法器的作用是用來進(jìn)行相位比較的； d點(diǎn)為低通濾波器的輸出波形； e點(diǎn)為抽樣判決器輸出波形。 如果按照“1”對應(yīng)相位， “0”對應(yīng)相位0， 則在接收端， 判決器的判決規(guī)則為抽樣值大于零， 則判決輸出“0”； 若抽樣值小于零， 則判決輸出“1”。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)7777圖6.4.8 相位比較差分檢測法原理圖及各點(diǎn)波形第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)7878相位比較差分檢測法不需要產(chǎn)生本地載波、 差分譯碼器， 僅需要將2DPSK信號進(jìn)行一個延遲TB， 然后與2

34、DPSK信號相乘， 再通過低通濾波器和抽樣判決器， 就可以解調(diào)出發(fā)送端發(fā)送的2DPSK信號。 該方法實(shí)現(xiàn)簡單， 但需要延遲電路能產(chǎn)生一個精確的時(shí)延TB， 這對整個解調(diào)系統(tǒng)來說， 要求比較高。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)7979相對移相調(diào)制是以相位的相對變化為基準(zhǔn)的， 它不固定載波信號的相位， 碼元的相位取值要由前后兩個的相對變化而定， 因此在解調(diào)過程中， 只要前后碼元的相對相位關(guān)系不受到破壞， 就可通過這個相對關(guān)系來恢復(fù)出數(shù)字序列， 從而增加了判決的正確性。 第6章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)8080另外， 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制(MPSK)也稱為多相位調(diào)制， 它是二進(jìn)制相位調(diào)制(2PSK)的推廣。在多相位調(diào)制中， 使用多個不同相位的載波信號來表示多進(jìn)制數(shù)字基帶信號的各個離散狀態(tài)。 多相位調(diào)制可以分為絕對移相(MPSK)和相對移相(MDPSK)兩種。 與2PSK和2DPSK相似，MPSK和MDPSK信號可以看做是由M個振幅及頻率相同、 初始相位不同的2ASK組合而成的， 因此在數(shù)字基帶信號碼元速率一