《通信原理》6基本的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)

1、基本的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)基本的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)二進(jìn)制振幅鍵控二進(jìn)制振幅鍵控2ASK二進(jìn)制頻移鍵控二進(jìn)制頻移鍵控2FSK二進(jìn)制相移鍵控二進(jìn)制相移鍵控2PSK二進(jìn)制差分相移鍵控二進(jìn)制差分相移鍵控2DPSK2022-6-272研究對(duì)象：研究對(duì)象： 數(shù)字信號(hào)的頻帶調(diào)制數(shù)字信號(hào)的頻帶調(diào)制即把數(shù)字基即把數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制到正弦載波的某個(gè)參數(shù)上，這帶信號(hào)調(diào)制到正弦載波的某個(gè)參數(shù)上，這是一個(gè)頻譜搬移的過(guò)程。是一個(gè)頻譜搬移的過(guò)程。本章要點(diǎn)：本章要點(diǎn)：2022-6-273研究目的：研究目的： 掌握二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)的時(shí)域和頻域特性掌握二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)的時(shí)域和頻域特性 掌握各種數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)掌握各種數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)(2ASK、2F

2、SK、 2PSK及及2DPSK)的調(diào)制與解調(diào)的原理的調(diào)制與解調(diào)的原理 抗噪聲性能抗噪聲性能本章要點(diǎn)：本章要點(diǎn)：2022-6-274本章研究的問(wèn)題：本章研究的問(wèn)題：正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)2022-6-275本章研究的問(wèn)題：本章研究的問(wèn)題： 實(shí)際信道中，大多數(shù)具有帶通傳輸特性，實(shí)際信道中，大多數(shù)具有帶通傳輸特性，必必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生各種已，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號(hào)?？梢杂脭?shù)字基帶信號(hào)改變正弦型載調(diào)數(shù)字信號(hào)?？梢杂脭?shù)字基帶信號(hào)改變正弦型載波的幅度、頻率或相位中的某個(gè)參數(shù)，產(chǎn)生相應(yīng)波的幅度、頻率或相位中的某個(gè)參數(shù)，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)

3、字振幅調(diào)制、數(shù)字頻率調(diào)制和數(shù)字相位調(diào)制。的數(shù)字振幅調(diào)制、數(shù)字頻率調(diào)制和數(shù)字相位調(diào)制。也可以用數(shù)字基帶信號(hào)同時(shí)改變正弦型載波幅度、也可以用數(shù)字基帶信號(hào)同時(shí)改變正弦型載波幅度、頻率或相位中的某幾個(gè)參數(shù)，產(chǎn)生新型的數(shù)字調(diào)頻率或相位中的某幾個(gè)參數(shù)，產(chǎn)生新型的數(shù)字調(diào)制。制。2022-6-276本章研究的問(wèn)題：本章研究的問(wèn)題： 數(shù)字調(diào)制被稱(chēng)為數(shù)字調(diào)制被稱(chēng)為“鍵控鍵控”，是指調(diào)制過(guò)程可，是指調(diào)制過(guò)程可用數(shù)字信號(hào)脈沖對(duì)載波的參數(shù)進(jìn)行控制從而達(dá)到用數(shù)字信號(hào)脈沖對(duì)載波的參數(shù)進(jìn)行控制從而達(dá)到調(diào)制的目的。調(diào)制的目的。v調(diào)制分為調(diào)制分為線(xiàn)性調(diào)制和非線(xiàn)性調(diào)制線(xiàn)性調(diào)制和非線(xiàn)性調(diào)制v解調(diào)分為解調(diào)分為相干解調(diào)與非相干解調(diào)相干解

4、調(diào)與非相干解調(diào)2022-6-277本章研究的問(wèn)題：本章研究的問(wèn)題： 2ASK ( Amplitude shift-keying) 2FSK(Frequency shift-keying) 2PSK(Phase shift-keying)1 0 0 1( )s t2FSKt2PSKt2ASKt2022-6-278二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1 1 1100 0ttt載波信號(hào)2ASK信號(hào)bT( )s t振幅鍵控振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號(hào)而變化的數(shù)字調(diào)制基帶信號(hào)而變化的數(shù)字調(diào)制 2022-6-279二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）二進(jìn)制振幅鍵

5、控信號(hào)二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào))cos()(0tAatskASKPPak10011碼，出現(xiàn)概率為碼，出現(xiàn)概率為2022-6-2710二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）調(diào)制原理圖：調(diào)制原理圖：二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)調(diào)制器原理框圖二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)調(diào)制器原理框圖(a)(b)乘法器cos( )ctcos( )ct2( )ASKet2( )ASKet( )s t( )s t二進(jìn)制不歸零信號(hào)單極性的隨單極性的隨機(jī)脈沖序列機(jī)脈沖序列 相乘法開(kāi)關(guān)法基帶信號(hào)必須基帶信號(hào)必須是矩形脈沖是矩形脈沖2022-6-2711二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）解調(diào)原理圖：解調(diào)原理圖：非相干解調(diào)非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法

6、包絡(luò)檢波法) 相干解調(diào)相干解調(diào)(同步檢測(cè)法同步檢測(cè)法)帶通帶通濾波器濾波器 整流器整流器 低通低通濾波器濾波器 取樣取樣 判決器判決器(a)包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波定時(shí)脈沖定時(shí)脈沖abcd2022-6-2712二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）11100000101abcd2ASK信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形圖的時(shí)間波形圖2022-6-2713二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）帶通帶通濾波器濾波器 取樣取樣判決器判決器 低通低通濾波器濾波器 相乘器相乘器 (b)相干解調(diào)相干解調(diào)定時(shí)脈沖定時(shí)脈沖相干載波相干載波解調(diào)原理圖：解調(diào)原理圖：非相干解調(diào)非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法包絡(luò)

7、檢波法) 相干解調(diào)相干解調(diào)(同步檢測(cè)法同步檢測(cè)法)2022-6-2714二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）功率譜密度：功率譜密度：222sin()sin()( )16()()bcbcbASKcbcbTff Tff TPfff Tff T1()()16ccffff2( )ASKPfcffcbffcbffcfcbffcbff0 B2ASK2022-6-2715二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）連續(xù)譜：由基帶信連續(xù)譜：由基帶信號(hào)波形號(hào)波形g(t)確定確定 離散譜：由載波離散譜：由載波分量確定分量確定 第一旁瓣峰值第一旁瓣峰值比主峰衰減比主峰衰減14dB B2ASK是基帶信號(hào)波是基帶信

8、號(hào)波形帶寬的兩倍形帶寬的兩倍 2022-6-2716二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）誤碼率：誤碼率：相干解調(diào)法：相干解調(diào)法： 當(dāng)符號(hào)的發(fā)送概率當(dāng)符號(hào)的發(fā)送概率P(1)、 P(0)及概率及概率密度函數(shù)密度函數(shù)f1(x)、f0(x)一定時(shí)，系統(tǒng)總的一定時(shí)，系統(tǒng)總的誤碼率誤碼率Pe將與判決門(mén)限將與判決門(mén)限b有關(guān)有關(guān)xabb*Of (x)P (1) f1(x)P (0) f0(x)2022-6-2717二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK） 誤碼率誤碼率Pe等于圖中陰影的面積。改變判決門(mén)限等于圖中陰影的面積。改變判決門(mén)限b，陰影的面積將隨之改變，也即誤碼率，陰影的面積將隨之改變，也即誤碼

9、率Pe的大小的大小將隨判決門(mén)限將隨判決門(mén)限b而變化。而變化。 當(dāng)判決門(mén)限當(dāng)判決門(mén)限b取取P(1)f1(x)與與P(0)f0(x)兩條曲線(xiàn)相兩條曲線(xiàn)相交點(diǎn)交點(diǎn)b*時(shí)，陰影的面積最小。即判決門(mén)限取為時(shí)，陰影的面積最小。即判決門(mén)限取為b*時(shí)，時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)的誤碼率此時(shí)系統(tǒng)的誤碼率Pe最小。這個(gè)門(mén)限就稱(chēng)為最小。這個(gè)門(mén)限就稱(chēng)為最佳判最佳判決門(mén)限決門(mén)限。xabb*Of (x)P (1) f1(x)P (0) f0(x)2022-6-2718二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）誤碼率：誤碼率：相干解調(diào)法：相干解調(diào)法： 當(dāng)發(fā)送的二進(jìn)制符號(hào)當(dāng)發(fā)送的二進(jìn)制符號(hào)“1”和和“0”等概，等概， 且判決且判決門(mén)限取門(mén)

10、限取b*= 時(shí)，誤碼率時(shí)，誤碼率Pe為：為： 為信噪比。為信噪比。 當(dāng)大信噪比時(shí)，誤碼率為：當(dāng)大信噪比時(shí)，誤碼率為： )4(21rerfcPe222nar41reerP2/r2022-6-2719二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）誤碼率：誤碼率：包絡(luò)檢波法：包絡(luò)檢波法： 發(fā)送發(fā)送“1”符號(hào)時(shí)的抽樣值是廣義瑞利型符號(hào)時(shí)的抽樣值是廣義瑞利型隨機(jī)變量；發(fā)送隨機(jī)變量；發(fā)送“0”符號(hào)時(shí)的抽樣值是瑞利符號(hào)時(shí)的抽樣值是瑞利型隨機(jī)變量。型隨機(jī)變量。 在系統(tǒng)輸入信噪比一定的情況下，系統(tǒng)誤在系統(tǒng)輸入信噪比一定的情況下，系統(tǒng)誤碼率將與歸一化門(mén)限值碼率將與歸一化門(mén)限值b0有關(guān)。誤碼率的幾何有關(guān)。誤碼率的幾何表

11、示如圖所示：表示如圖所示：2022-6-2720二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK） 當(dāng)判決門(mén)限當(dāng)判決門(mén)限b取取兩條曲線(xiàn)相交點(diǎn)兩條曲線(xiàn)相交點(diǎn)即判決門(mén)限取為即判決門(mén)限取為b*時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)的誤碼率的誤碼率Pe最小。最小。誤碼率：誤碼率：包絡(luò)檢波法：包絡(luò)檢波法：2022-6-2721二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）4/21441reererfcP 在實(shí)際工作中，系統(tǒng)總是工作在大信噪比的情況下，在實(shí)際工作中，系統(tǒng)總是工作在大信噪比的情況下， 因此最佳歸一化判決門(mén)限應(yīng)取因此最佳歸一化判決門(mén)限應(yīng)取b*0= 。此時(shí)系統(tǒng)的總。此時(shí)系統(tǒng)的總誤碼率誤碼率Pe為為2/r4/21reeP當(dāng)

12、當(dāng)r式，式， 包絡(luò)檢波誤碼率為：包絡(luò)檢波誤碼率為：誤碼率：誤碼率：包絡(luò)檢波法：包絡(luò)檢波法：2022-6-2722二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）誤碼率：誤碼率：v在相同的信噪比條件下，相干解調(diào)法的誤碼在相同的信噪比條件下，相干解調(diào)法的誤碼性能優(yōu)于包絡(luò)檢波法的性能；性能優(yōu)于包絡(luò)檢波法的性能；v在大信噪比條件下，包絡(luò)檢波法的誤碼性能在大信噪比條件下，包絡(luò)檢波法的誤碼性能將接近相干解調(diào)法的性能。將接近相干解調(diào)法的性能。v另外，包絡(luò)檢波法存在門(mén)限效應(yīng)，另外，包絡(luò)檢波法存在門(mén)限效應(yīng)， 相干解調(diào)相干解調(diào)法無(wú)門(mén)限效應(yīng)。法無(wú)門(mén)限效應(yīng)。2022-6-2723例題：例題：設(shè)某設(shè)某2ASK信號(hào)的碼元速率信

13、號(hào)的碼元速率 波特波特, ,接收端輸入信號(hào)的幅度接收端輸入信號(hào)的幅度a=1mV,信道中信道中加性噪聲的單邊功率譜密度加性噪聲的單邊功率譜密度Hzwn/102506108.4BR求：求：1.包絡(luò)檢波器解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率包絡(luò)檢波器解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率 2.同步檢測(cè)法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率同步檢測(cè)法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率2022-6-2724例題：例題：解：BsRf HzRfBBs6106 . 922wBnn8021092. 11262/22nar44/105.721reep44/1067.11reerp包絡(luò)檢波時(shí)的誤碼率：包絡(luò)檢波時(shí)的誤碼率：相干解調(diào)時(shí)的誤碼率：相干解調(diào)時(shí)的誤碼率：2022-6-2725二進(jìn)

14、制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，若正弦載波的頻率在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，若正弦載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1和和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化，兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化，則產(chǎn)生二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)（則產(chǎn)生二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)（2FSK信號(hào)）。信號(hào)）。二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載波二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的疊加。的二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的疊加。2022-6-2726二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK） 二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的產(chǎn)生，可以采用二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的產(chǎn)生，可以采用模擬模擬調(diào)頻電路調(diào)頻電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以采用來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以采用

15、數(shù)字鍵控?cái)?shù)字鍵控的方法來(lái)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)。 下圖是下圖是數(shù)字鍵控法數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制頻移鍵控信實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的原理圖號(hào)的原理圖, 圖中兩個(gè)振蕩器的輸出載波受輸入圖中兩個(gè)振蕩器的輸出載波受輸入的二進(jìn)制基帶信號(hào)控制，在一個(gè)碼元的二進(jìn)制基帶信號(hào)控制，在一個(gè)碼元Ts期間輸出期間輸出f1或或f2兩個(gè)載波之一。兩個(gè)載波之一。信號(hào)的調(diào)制：信號(hào)的調(diào)制：2022-6-2727二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）振 蕩 器 1f1選 通 開(kāi) 關(guān)反 相 器基 帶 信號(hào)選 通 開(kāi) 關(guān)振 蕩 器 2f2相 加 器e2FSK(t)信號(hào)的調(diào)制：信號(hào)的調(diào)制：2022-6-2728二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵

16、控（2FSK）aak1011001ts(t)ts(t)bttcdettfgt2FSK信號(hào)二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的時(shí)間波形二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的時(shí)間波形圖中波形圖中波形g可可分解為波形分解為波形e和波形和波形f。2022-6-2729二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK） 2FSK信號(hào)的常用解調(diào)方法是信號(hào)的常用解調(diào)方法是非相干解調(diào)非相干解調(diào)和和相干解調(diào)法相干解調(diào)法。其解調(diào)原理是將二進(jìn)制頻移鍵控。其解調(diào)原理是將二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)分解為上下兩路二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)，分信號(hào)分解為上下兩路二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)，分別進(jìn)行解調(diào)，通過(guò)對(duì)上下兩路的抽樣值進(jìn)行比別進(jìn)行解調(diào)，通過(guò)對(duì)上下兩路的抽樣值進(jìn)行比較最終判決出輸出信

17、號(hào)，此時(shí)可以不專(zhuān)門(mén)設(shè)置較最終判決出輸出信號(hào)，此時(shí)可以不專(zhuān)門(mén)設(shè)置門(mén)限電平。門(mén)限電平。信號(hào)的解調(diào)：信號(hào)的解調(diào)：2022-6-2730二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）信號(hào)的解調(diào)：信號(hào)的解調(diào)： 相干解調(diào)原理圖：相干解調(diào)原理圖：2022-6-2731二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）信號(hào)的解調(diào)：信號(hào)的解調(diào)： 非相干解調(diào)非相干解調(diào)包絡(luò)檢波法原理圖：包絡(luò)檢波法原理圖：2022-6-2732二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）信號(hào)的解調(diào)：信號(hào)的解調(diào)： 非相干解調(diào)非相干解調(diào)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法原理圖：過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法原理圖：2022-6-2733二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）2022-6

18、-2734二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）功率譜密度：功率譜密度：2211211sin()sin()( )16()()bbbFSKbbTff Tff TPfff Tff T11221 ()()()()16ffffffff222222sin()sin()1 6()()bbbbbTffTffTffTffT2022-6-2735二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）功率譜密度： 相位不連續(xù)的二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的功率譜由離散譜和連續(xù)譜所組成。其中， 離散譜位于兩個(gè)載頻f1和f2處；連續(xù)譜由兩個(gè)中心位于f1和f2處的雙邊譜疊加形成；若兩個(gè)載波頻差小于fs，則連續(xù)譜在fc處出現(xiàn)單峰；若載頻差

19、大于fs，則連續(xù)譜出現(xiàn)雙峰。若以二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)功率譜第一個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間隔計(jì)算二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的帶寬，則該二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的帶寬B2FSK為 B2FSK=|f2-f1|+2fs=|f2-f1|+2RB2022-6-2736二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）誤碼率：誤碼率： 相干解調(diào)法的誤碼率：相干解調(diào)法的誤碼率： 在大信噪比條件下，誤碼率為：在大信噪比條件下，誤碼率為： )2(21rerfcPe221reerP2022-6-2737二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）誤碼率：誤碼率： 包絡(luò)檢波法的誤碼率：包絡(luò)檢波法的誤碼率： 221reeP 在大信噪比條件下，在大信噪比

20、條件下，2FSK信號(hào)采用包絡(luò)檢波法解調(diào)信號(hào)采用包絡(luò)檢波法解調(diào)性能與相干解調(diào)法解調(diào)性能接近。但相干解調(diào)法需要產(chǎn)性能與相干解調(diào)法解調(diào)性能接近。但相干解調(diào)法需要產(chǎn)生同頻同相的本地載波，故比包絡(luò)檢波復(fù)雜。生同頻同相的本地載波，故比包絡(luò)檢波復(fù)雜。 在信道性能不穩(wěn)定的情況下，很難實(shí)現(xiàn)相干接收，在信道性能不穩(wěn)定的情況下，很難實(shí)現(xiàn)相干接收，故多用包絡(luò)檢波法。故多用包絡(luò)檢波法。2022-6-2738二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（2PSK） 在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制相移鍵控制相移

21、鍵控(2PSK)信號(hào)。信號(hào)。1 0 0 10 1 1 02PSKt2PSK信號(hào)的典型波形信號(hào)的典型波形2022-6-2739二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）2( )() cosPSKnscneta g tnTt若若g(t)是脈寬為是脈寬為T(mén)s，高度為，高度為1的矩形脈沖的矩形脈沖 這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)數(shù)字信息這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)數(shù)字信息的相位鍵控，通常被稱(chēng)為的相位鍵控，通常被稱(chēng)為絕對(duì)移相方式絕對(duì)移相方式 。2022-6-2740二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）信號(hào)的產(chǎn)生信號(hào)的產(chǎn)生相乘法相乘法相乘法相乘法2022-6-2741二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制

22、相移鍵控（2PSK）信號(hào)的產(chǎn)生信號(hào)的產(chǎn)生選擇法選擇法選擇法選擇法2022-6-2742二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào)相干接收法相干接收法帶 通濾 波 器e2PSK(t)a相 乘 器c低 通濾 波 器dbe抽 樣判 決 器輸 出cosct定 時(shí) 脈 沖2022-6-27432022-6-2744二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180倒相時(shí)，解調(diào)出的倒相時(shí)，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò)。相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò)

23、。 由于在由于在2PSK信號(hào)的載波恢復(fù)過(guò)程中存在著信號(hào)的載波恢復(fù)過(guò)程中存在著180的相位模糊，所以的相位模糊，所以2PSK信號(hào)的相干解調(diào)信號(hào)的相干解調(diào)存在隨機(jī)的存在隨機(jī)的“倒倒”現(xiàn)象，從而使得現(xiàn)象，從而使得2PSK方式方式在實(shí)際中很少采用。在實(shí)際中很少采用。 2022-6-2745二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）功率譜密度：功率譜密度：)()(sin)()sin(4)(2002002TffTffTffTffTfPPSK2PSK信號(hào)的功率譜密度信號(hào)的功率譜密度條件：條件：1、0等概等概沒(méi)有離散頻率分量沒(méi)有離散頻率分量2022-6-2746二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）2PS

24、K信號(hào)和信號(hào)和2ASK信號(hào)的功率譜密度的關(guān)系：信號(hào)的功率譜密度的關(guān)系：v聯(lián)系：聯(lián)系：2PSK信號(hào)的功率譜密度和信號(hào)的功率譜密度和2ASK信號(hào)功率信號(hào)功率譜密度中的連續(xù)譜部分形狀相同，因此這兩種信譜密度中的連續(xù)譜部分形狀相同，因此這兩種信號(hào)的帶寬相同，均為號(hào)的帶寬相同，均為基帶信號(hào)帶寬的兩倍。基帶信號(hào)帶寬的兩倍。v區(qū)別：區(qū)別：2PSK信號(hào)的功率譜密度中沒(méi)有離散分量，信號(hào)的功率譜密度中沒(méi)有離散分量，此分量為此分量為2ASK信號(hào)的載波分量。信號(hào)的載波分量。v轉(zhuǎn)化：轉(zhuǎn)化：2ASK信號(hào)可以看成是信號(hào)可以看成是2PSK信號(hào)與載波的信號(hào)與載波的疊加，而疊加，而2PSK信號(hào)可以看成是抑制載波后的信號(hào)可以看成是

25、抑制載波后的2ASK信號(hào)。信號(hào)。2022-6-2747二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）誤碼率：誤碼率：2PSK信號(hào)采用信號(hào)采用同步檢測(cè)法同步檢測(cè)法時(shí)的系統(tǒng)誤碼率為：時(shí)的系統(tǒng)誤碼率為：rcPeerf21在在大大信噪比下，信噪比下，rerP-e212022-6-2748二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK） 2PSK信號(hào)解調(diào)時(shí)，信號(hào)解調(diào)時(shí)， 由于相干載波恢復(fù)中載由于相干載波恢復(fù)中載波相位的波相位的180相位模糊，導(dǎo)致解調(diào)出的二進(jìn)制相位模糊，導(dǎo)致解調(diào)出的二進(jìn)制基帶信號(hào)出現(xiàn)反相現(xiàn)象，從而難以實(shí)際應(yīng)用?；鶐盘?hào)出現(xiàn)反相現(xiàn)象，從而難以實(shí)際應(yīng)用。 為了解決為了解決2PSK信號(hào)解調(diào)過(guò)程

26、的反相工作問(wèn)題，信號(hào)解調(diào)過(guò)程的反相工作問(wèn)題， 提出了提出了二進(jìn)制差分相移鍵控二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)。2022-6-2749二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）0 0 1，表示數(shù)字信息“ ”，表示數(shù)字信息“”相對(duì)移相：以前后相鄰碼元的載波相相對(duì)移相：以前后相鄰碼元的載波相位的相對(duì)變化來(lái)表示數(shù)字信息的位的相對(duì)變化來(lái)表示數(shù)字信息的 2DPSK方式是用前后方式是用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相鄰碼元的載波相對(duì)相位變化相位變化來(lái)表示數(shù)字信息。假設(shè)前后相鄰碼元來(lái)表示數(shù)字信息。假設(shè)前后相鄰碼元的載波相位差為的載波相位差為，可定義一種數(shù)字信息與，可定義一種數(shù)字信息與之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為

27、2022-6-2750二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）數(shù)字信息11010011102DPSK相位 0 00000或 00000 碼元的相位不直接代表基帶信號(hào)，相鄰碼元碼元的相位不直接代表基帶信號(hào)，相鄰碼元的的相位差相位差才代表基帶信號(hào)。才代表基帶信號(hào)。 一組二進(jìn)制數(shù)字信息與其對(duì)應(yīng)的一組二進(jìn)制數(shù)字信息與其對(duì)應(yīng)的2DPSK信信號(hào)的載波相位關(guān)系如下所示：號(hào)的載波相位關(guān)系如下所示： 2022-6-2751二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）信號(hào)的調(diào)制：信號(hào)的調(diào)制： 將基帶信號(hào)序列（絕對(duì)碼）進(jìn)行變換，變成相將基帶信號(hào)序列（絕對(duì)碼）進(jìn)行變換，變成相對(duì)碼，然后再對(duì)載波進(jìn)行

28、對(duì)碼，然后再對(duì)載波進(jìn)行2PSK調(diào)制。調(diào)制。差分編碼相乘器載波發(fā)生器二進(jìn)信息（絕對(duì)碼）（相對(duì)碼）DPSK信號(hào) 2DPSK調(diào)制器絕對(duì)碼中的碼元絕對(duì)碼中的碼元“1”使相對(duì)碼元改變；使相對(duì)碼元改變；絕對(duì)碼中的碼元絕對(duì)碼中的碼元“0”使相對(duì)碼元不變；使相對(duì)碼元不變；2022-6-2752二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）基帶序列111001101變換后序列01011101102PSK調(diào)制后相位00002022-6-2753二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）絕對(duì)碼相對(duì)碼載波DPSK信號(hào)101100102DPSK信號(hào)調(diào)制過(guò)程波形圖信號(hào)調(diào)制過(guò)程波形圖11110 000202

29、2-6-2754二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）1 0 0 12PSKt0 1 1 01 1 1 0 0 1 0 02DPSKt絕對(duì)碼相對(duì)碼單純從波形上單純從波形上看，看，2DPSK與與2PSK是無(wú)法分是無(wú)法分辨的辨的 解調(diào)解調(diào)2DPSK信號(hào)時(shí)信號(hào)時(shí)并不依賴(lài)于某一固并不依賴(lài)于某一固定的載波相位參考定的載波相位參考值，只要前后碼元值，只要前后碼元的相對(duì)相位關(guān)系不的相對(duì)相位關(guān)系不破壞，則鑒別這個(gè)破壞，則鑒別這個(gè)相位關(guān)系就可正確相位關(guān)系就可正確恢復(fù)數(shù)字信息，這恢復(fù)數(shù)字信息，這就避免了就避免了2PSK方式方式中的倒中的倒 現(xiàn)象發(fā)生現(xiàn)象發(fā)生 2022-6-2755二進(jìn)制差分相移鍵控（

30、二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào)相位比較法：相位比較法：帶 通濾 波 器a相 乘 器c低 通濾 波 器dbe抽 樣判 決 器定 時(shí) 脈 沖(a)延 遲TsabcdeDPSK信 號(hào)二 進(jìn) 制 信 息1000110 解調(diào)原理是直接比較前后碼元的相位差，解調(diào)原理是直接比較前后碼元的相位差，從而恢復(fù)發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。由于解調(diào)從而恢復(fù)發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。由于解調(diào)的同時(shí)完成了碼反變換作用，的同時(shí)完成了碼反變換作用， 故解調(diào)器中不故解調(diào)器中不需要碼反變換器。由于差分相干解調(diào)方式不需要碼反變換器。由于差分相干解調(diào)方式不需要專(zhuān)門(mén)的相干載波，因此是一種需要專(zhuān)門(mén)的相干載波，因此是一種非相干

31、解非相干解調(diào)調(diào)方法。方法。 2022-6-2756二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào)極性比較法：極性比較法： 對(duì)對(duì)2DPSK信號(hào)進(jìn)行信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)相干解調(diào)，恢復(fù)出相對(duì)，恢復(fù)出相對(duì)碼，再通過(guò)碼反變換器變換為絕對(duì)碼，從而恢碼，再通過(guò)碼反變換器變換為絕對(duì)碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。復(fù)出發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。 在解調(diào)過(guò)程中，在解調(diào)過(guò)程中，若相干載波產(chǎn)生若相干載波產(chǎn)生180相位模糊，相位模糊， 解調(diào)出的相解調(diào)出的相對(duì)碼將產(chǎn)生倒置現(xiàn)象，但是經(jīng)過(guò)碼反變換器后，對(duì)碼將產(chǎn)生倒置現(xiàn)象，但是經(jīng)過(guò)碼反變換器后，輸出的絕對(duì)碼不會(huì)發(fā)生任何倒置現(xiàn)象，從而解輸出的絕對(duì)碼不會(huì)發(fā)生

32、任何倒置現(xiàn)象，從而解決了載波相位模糊度的問(wèn)題。決了載波相位模糊度的問(wèn)題。 2022-6-27572DPSK信號(hào)相干解調(diào)器原理圖和解調(diào)過(guò)程各點(diǎn)時(shí)間波形信號(hào)相干解調(diào)器原理圖和解調(diào)過(guò)程各點(diǎn)時(shí)間波形 (a)abcdef(b)帶通濾波器e2DPSK(t)a相乘器c低通濾波器dbe抽樣判決器輸出cosct定時(shí)脈沖碼反變換器f10110002022-6-2758二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）功率譜密度：功率譜密度： 2DPSK2DPSK信號(hào)的功率譜密度及信號(hào)帶寬與信號(hào)的功率譜密度及信號(hào)帶寬與2PSK2PSK信號(hào)是完全一樣的。信號(hào)是完全一樣的。誤碼率誤碼率相位比較法：相位比較法：誤碼率誤

33、碼率極性比較法：極性比較法：reP-e21PSKeDPSKePP2222022-6-2759二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較頻帶寬度 若傳輸?shù)拇a元時(shí)間寬度為若傳輸?shù)拇a元時(shí)間寬度為T(mén)，則，則2ASK系統(tǒng)和系統(tǒng)和 2PSK (2DPSK)系統(tǒng)的頻帶寬度近似為系統(tǒng)的頻帶寬度近似為2/T，即，即 B2ASK=B2PSK=2/T 2ASK系統(tǒng)和系統(tǒng)和2PSK(2DPSK)系統(tǒng)具有相同的頻帶寬度。系統(tǒng)具有相同的頻帶寬度。 2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度近似為系統(tǒng)的頻帶寬度近似為 B2FSK=|f2-f1|+ 2/T 大于大于2ASK系統(tǒng)或系統(tǒng)或2PSK系統(tǒng)的頻帶寬度。系統(tǒng)的頻帶寬度。

34、因此，從頻帶利用率上看，因此，從頻帶利用率上看，2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率最系統(tǒng)的頻帶利用率最低。低。2022-6-2760二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較誤碼率誤碼率 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率公式一覽表二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率公式一覽表2022-6-2761二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較誤碼率誤碼率從橫向來(lái)比較，對(duì)同一種數(shù)字調(diào)制信號(hào)，采用從橫向來(lái)比較，對(duì)同一種數(shù)字調(diào)制信號(hào)，采用相干解調(diào)方式的誤碼率低于采用非相干解調(diào)方相干解調(diào)方式的誤碼率低于采用非相干解調(diào)方式的誤碼率。從縱向來(lái)比較，式的誤碼率。從縱向來(lái)比較， 在誤碼率在誤碼率Pe一定

35、一定的情況下，的情況下，2PSK、2FSK、2ASK系統(tǒng)所需要的系統(tǒng)所需要的信噪比關(guān)系為信噪比關(guān)系為 r2ASK=2r2FSK=4r2PSK 2022-6-2762二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較 r2ASK=2r2FSK=4r2PSK 上式表明，若都采用上式表明，若都采用相干解調(diào)相干解調(diào)方式，在誤碼率方式，在誤碼率Pe相同的情況下，所需要的信噪比相同的情況下，所需要的信噪比2ASK是是2FSK的的2倍，倍，2FSK是是2PSK的的2倍，倍，2ASK是是2PSK的的4倍。若都采用倍。若都采用非相干解調(diào)非相干解調(diào)方式，在誤方式，在誤碼率碼率Pe相同的情況下，所需要的信

36、噪比相同的情況下，所需要的信噪比2ASK是是2FSK的的2倍，倍，2FSK是是2DPSK的的2倍，倍，2ASK是是2DPSK的的4倍。倍。 2022-6-2763二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較誤碼率誤碼率 將上式轉(zhuǎn)換為分貝表示式為將上式轉(zhuǎn)換為分貝表示式為 (r2ASK)dB=3dB+(r2FSK) dB =6dB+(r2PSK)dB 上式表明，若都采用上式表明，若都采用相干解調(diào)相干解調(diào)方式，在誤碼率方式，在誤碼率Pe相相同的情況下，所需要的信噪比同的情況下，所需要的信噪比2ASK比比2FSK高高3dB，2FSK比比2PSK高高3dB，2ASK比比2PSK高高6dB。若