数字带通传输系统.pptx

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1、第第第第7 7章章章章 数字带通传输系统数字带通传输系统数字带通传输系统数字带通传输系统 7.17.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 7.27.2 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 7.37.3 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 7.47.4 多进制数字调制原理（了解）多进制数字调制原理（了解）7.57.5 多多进制数字调制系统的抗噪声性能（进制数字调制系统的抗噪声性能（）第1页/共100页n 大多数大多数信道具有信道具有带通传输特性带通传输特性带通传输特性带通传输特性，而数字基带信号往往具有，而数字基带信号往往具有丰富的低频分量，不

2、适合直接在带通信道中进行传输，而必须丰富的低频分量，不适合直接在带通信道中进行传输，而必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号已调数字信号已调数字信号已调数字信号。n 通常把包括调制和解调过程的数字传输系统称为通常把包括调制和解调过程的数字传输系统称为数字带通数字带通数字带通数字带通传输系统传输系统传输系统传输系统 或或 数字频带传输系统数字频带传输系统数字频带传输系统数字频带传输系统n 可以用数字基带信号改变可以用数字基带信号改变 正弦型载波正弦型载波正弦型载波正弦型载波 的的 幅度、频率幅度、频率 或或 相相位中的某个参数，产生相应的位中

3、的某个参数，产生相应的 数字振幅调制、数字频率调制数字振幅调制、数字频率调制数字振幅调制、数字频率调制数字振幅调制、数字频率调制 和和 数字相位调制数字相位调制数字相位调制数字相位调制。n 也可用数字基带信号同时改变载波幅度、频率或相位中的也可用数字基带信号同时改变载波幅度、频率或相位中的 某几个参数，产生某几个参数，产生 新型的数字调制新型的数字调制新型的数字调制新型的数字调制。第第第第7 7章章章章 数字带通传输系统数字带通传输系统数字带通传输系统数字带通传输系统 第2页/共100页第第第第7 7章章章章 数字带通传输系统数字带通传输系统数字带通传输系统数字带通传输系统n 一般来说，数字调

4、制与模拟调制的一般来说，数字调制与模拟调制的 基本原理相同，但是数基本原理相同，但是数字信号有离散取值的特点。因此数字调制技术有两种方法：字信号有离散取值的特点。因此数字调制技术有两种方法：利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理。情况处理。利用数字信号离散取值的特点利用数字信号离散取值的特点通过开关键控载波通过开关键控载波，从而实现，从而实现数字调制。这种方法通常称为数字调制。这种方法通常称为键控方法键控方法，比如

5、对载波的振幅、，比如对载波的振幅、频率和相位进行键控，便可获得频率和相位进行键控，便可获得振幅键控、频移键控振幅键控、频移键控和和相移键相移键控控三种基本的数字调制方式。三种基本的数字调制方式。第3页/共100页第第第第7 7章章章章 数字带通传输系统数字带通传输系统数字带通传输系统数字带通传输系统(a)振幅键控振幅键控(b)频移键控频移键控(c)相移键控相移键控图图7-1 7-1 正弦载波的三种键控波形正弦载波的三种键控波形 数字信息有二进制和多进制之分，因此数字调制可以分为数字信息有二进制和多进制之分，因此数字调制可以分为 二进制调制二进制调制和和多进制调制多进制调制。在二进制调制中，信号

6、参量只有两。在二进制调制中，信号参量只有两种可能的取值；而在多进制调制中，信号参量可能有种可能的取值；而在多进制调制中，信号参量可能有M(M2)种取值。种取值。本章主要讨论本章主要讨论二进制数字调制系统的原理和抗噪声性能二进制数字调制系统的原理和抗噪声性能。第4页/共100页7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理二进制数字调制原理二进制数字调制原理7.1.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）在在 2ASK 中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应 二进制信息二进制信息 “0 0”和和“1 1”。最为常用的是一种称为。最为常用的是一

7、种称为 通通通通-断键控断键控断键控断键控(OOK)(OOK)的方式，其表达式为的方式，其表达式为:以概率以概率以概率以概率 1 1P P 发送发送发送发送“0”0”时时时时以概率以概率以概率以概率 P P 发送发送发送发送“1”1”时时时时n 在在OOK中用电压的有和无来表示二进制符号。中用电压的有和无来表示二进制符号。1.2ASK1.2ASK基本原理基本原理基本原理基本原理 振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。和初始相位保持不变。第5页/共100页2ASK信号的一般表达式可以写为信号的一般表达式可以写为

8、其中其中为分析方便，通常假设为分析方便，通常假设g(t)是高度为是高度为1、宽度等于、宽度等于Ts的矩形脉冲；的矩形脉冲；an是第是第n个符号的电平取值。个符号的电平取值。概率为概率为概率为概率为 1 1P P概率概率概率概率 为为为为P P则则2ASK信号就是信号就是OOK信号。信号。Ts 为码元持续时间；g(t)为持续时间为Ts 的基带脉冲波形。图图7-2 2ASK/OOK 7-2 2ASK/OOK 信号时间波形信号时间波形若第6页/共100页n 2ASK/OOK 2ASK/OOK信号的产生方法信号的产生方法信号的产生方法信号的产生方法乘法器乘法器s(t)二进制二进制不归零信号不归零信号e

9、2ASK(t)(a)模拟相乘法模拟相乘法e2ASK(t)开关电路开关电路s(t)(b)数字键控法数字键控法 图图7-3 2ASK/OOK7-3 2ASK/OOK信号调制器原理框图信号调制器原理框图模拟调制法（相乘器法）键控法第7页/共100页 2ASK信号与信号与模拟调制模拟调制中的中的 AM 信号类似。所以，信号类似。所以，2ASK2ASK信信号号能够采用能够采用非相干解调非相干解调非相干解调非相干解调 (包络检波法包络检波法包络检波法包络检波法 )和和 相干解调相干解调相干解调相干解调 (同步检测同步检测同步检测同步检测法法法法 )。n 2ASK/OOK 2ASK/OOK信号的解调方法信号

10、的解调方法信号的解调方法信号的解调方法a.相干解调相干解调同步解调同步解调图图7-4 2ASK/OOK7-4 2ASK/OOK信号解调器原理框图信号解调器原理框图带通带通滤波器滤波器乘法器乘法器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器输入输入输出输出定时脉冲定时脉冲Cos wcte2ASK(t)b.非相干解调非相干解调包络检波包络检波带通带通滤波器滤波器半波或全半波或全波整流器波整流器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器输入输入输出输出定时脉冲定时脉冲e2ASK(t)第8页/共100页 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0图图 7-5 7-5 2A

11、SK 2ASK 信号信号 非相干解调非相干解调过程的过程的时间波形时间波形时间波形时间波形abcd数字基带信号带通带通滤波器滤波器半波或全半波或全波整流器波整流器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器输入输入输出输出定时脉冲定时脉冲e2ASK(t)第9页/共100页2.2ASK2.2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度信号的功率谱密度信号的功率谱密度 2ASK 信号的时域表达式为：时域表达式为：若s(t)是单极性不归零矩形脉冲序列，且单极性不归零矩形脉冲序列，且“0 0”、“1”1”等概出现，等概出现，则其则其功率谱密度Ps(f)为：（见6.1.2节）设s(t)的功率谱密度为Ps(f)则2

12、ASK的功率谱密度为：第10页/共100页单极性NRZNRZ序列的功率谱密度这时Bs=1/=fs单极性单极性NRZNRZ序列的序列的离散谱只有直流离散谱只有直流分量，其带宽取分量，其带宽取决于连续谱，第决于连续谱，第一个零点在一个零点在 f =fs。第11页/共100页u 2ASK信号的功率谱密度是基带信号功率谱密度 Ps(f)的线性搬移线性搬移。u 2ASK信号的功率谱由连续谱连续谱和离散谱离散谱两部分组成；连续谱取决于g(t)经线性调制后的双边谱，而离散谱由载波分量确定。u 2ASK信号的带宽B2ASK是基带信号带宽的2 2倍，若只计算谱的主瓣，则有B2ASK=2fs=2/Ts，Ts 是基

13、带信号码元周期。图图7-6 7-6 2ASK2ASK信号的功率谱密度示信号的功率谱密度示意图意图第12页/共100页7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理二进制数字调制原理二进制数字调制原理7.1.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK）1.2FSK1.2FSK基本原理基本原理基本原理基本原理 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。在在 2FSK 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。其表达式为两个频率点间变化。其表达式为发送发送“0”时时发送发

14、送“1”时时 其中，其中，和和 分别是第分别是第n个码元个码元(1或或0)的初始相位。的初始相位。在频移键控中，在频移键控中，和和 不携带信息，通常假设不携带信息，通常假设 和和 为零。为零。第13页/共100页图图7-7 2FSK7-7 2FSK信号的时间波形信号的时间波形(a)2FSK信号信号(b)(c)u 2FSK信号的波信号的波形可以看成是两个形可以看成是两个不同载频的不同载频的2ASK信信号的叠加。号的叠加。其中其中 是是 的反码，的反码，若若 ，；，；故 2FSK信号的时域表达式又可以写成：第14页/共100页n 2FSK 2FSK信号的产生方法信号的产生方法信号的产生方法信号的产

15、生方法振荡器振荡器振荡器振荡器 1 1f f 1 1选通开关选通开关选通开关选通开关1 1相加器相加器相加器相加器基带信号基带信号 振荡器振荡器振荡器振荡器 2 2f f 2 2选通开关选通开关选通开关选通开关2 2反相器反相器图图 7-8 7-8 键控法键控法键控法键控法产生产生2FSK2FSK信号的原理图信号的原理图基带信号基带信号模拟模拟模拟模拟调频器调频器调频器调频器2FSK信号信号模拟调频法模拟调频法产生2FSK信号的原理图 模拟调频电路：信号在相邻码元之间的相位是连续变化的。键控法：相邻码元之间的相位不一定连续。即输出波形在开关转换时刻是不连续的，称为相位不连续2FSK。第15页/

16、共100页n 2FSK 2FSK信号的解调方法信号的解调方法信号的解调方法信号的解调方法非相干解调法非相干解调法非相干解调法非相干解调法带通滤波器带通滤波器带通滤波器带通滤波器 1抽样抽样判决器判决器定时脉冲定时脉冲输出输出输出输出带通滤波器带通滤波器带通滤波器带通滤波器 2包络包络包络包络检波器检波器检波器检波器包络包络包络包络检波器检波器检波器检波器 解调原理解调原理解调原理解调原理：将：将2FSK信号分解为上下两路信号分解为上下两路2ASK信号分别进信号分别进行解调，然后进行判决。行解调，然后进行判决。判决规则：判决规则：判决规则：判决规则：调制时，若规定调制时，若规定“1 1”符号对应

17、载波频率符号对应载波频率 f f1 1，则接收时上支路的样值较大，则判为则接收时上支路的样值较大，则判为“1 1”；反之则判为；反之则判为“0 0”。非相干解调非相干解调 、相干解调、过零检测法、鉴频法、差分检测法等、相干解调、过零检测法、鉴频法、差分检测法等第16页/共100页n 2FSK 2FSK信号的解调方法信号的解调方法信号的解调方法信号的解调方法非相干解调法非相干解调法非相干解调法非相干解调法带通滤波器带通滤波器带通滤波器带通滤波器 1抽样抽样判决器判决器定时脉冲定时脉冲输出输出输出输出带通滤波器带通滤波器带通滤波器带通滤波器 2包络包络包络包络检波器检波器检波器检波器包络包络包络包

18、络检波器检波器检波器检波器第17页/共100页n 2FSK 2FSK信号的解调方法信号的解调方法信号的解调方法信号的解调方法相干解调法相干解调法相干解调法相干解调法带通带通带通带通滤波器滤波器滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器定时脉冲定时脉冲输出输出输出输出低通低通低通低通滤波器滤波器滤波器滤波器低通低通低通低通滤波器滤波器滤波器滤波器 1 2带通带通带通带通滤波器滤波器滤波器滤波器相乘器相乘器相乘器相乘器相乘器相乘器相乘器相乘器 解调原理：解调原理：是将是将是将是将 2FSK 2FSK 信号信号信号信号分解分解为上下两路为上下两路为上下两路为上下两路 2ASK 信号信号信号信号 ；分别进行相干

19、解调分别进行相干解调分别进行相干解调分别进行相干解调 ；通过对上下两路的抽样值进行比较最终判；通过对上下两路的抽样值进行比较最终判；通过对上下两路的抽样值进行比较最终判；通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号决出输出信号决出输出信号决出输出信号 。判决准则与非相干解调时一致。判决准则与非相干解调时一致。判决准则与非相干解调时一致。判决准则与非相干解调时一致。第18页/共100页n 2FSK 2FSK信号的解调方法信号的解调方法信号的解调方法信号的解调方法过零检测法过零检测法过零检测法过零检测法n 解调原理解调原理：2FSK信号的过零点数随不同频率而异，通过检测过零点数目的多少，信号的

20、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。经经限幅限幅限幅限幅、微分微分微分微分、整流整流整流整流后形成尖脉冲序列，这些尖脉冲序列的密度程后形成尖脉冲序列，这些尖脉冲序列的密度程度反映了信号频率的高低，尖脉冲的个数就是过零点数。度反映了信号频率的高低，尖脉冲的个数就是过零点数。把这些尖脉冲变换成较宽的矩形脉冲，把这些尖脉冲变换成较宽的矩形脉冲，以增大其直流分量以增大其直流分量以增大其直流分量以增大其直流分量，该直流，该直流分量的大小和信号频率的高低成正比。分量的大小和信号频率的高低成正比。然后经低通滤波器取出此直流分量，这

21、样就完成了然后经低通滤波器取出此直流分量，这样就完成了频率频率频率频率幅度变换幅度变换幅度变换幅度变换，从而根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号从而根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号“1 1”和和“0 0”。输出输出a a b b cdef限幅限幅限幅限幅微分微分微分微分整流整流整流整流脉冲脉冲脉冲脉冲形成形成形成形成低通低通低通低通第19页/共100页过零检测法解调器的过零检测法解调器的 各点时间波形各点时间波形 如下图所示如下图所示 ：输出输出a a b b cdef限幅限幅限幅限幅微分微分微分微分整流整流整流整流脉冲脉冲脉冲脉冲形成形成形成形成低通低通低通低通第20页/共100页2

22、.2FSK2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度信号的功率谱密度信号的功率谱密度 对对相位不连续相位不连续相位不连续相位不连续的的 2FSK2FSK信号信号信号信号，可看成由，可看成由两个不同载频两个不同载频两个不同载频两个不同载频的的 2ASK信号的叠加信号的叠加。因此，。因此，2FSK信号功率谱密度可近似表示成信号功率谱密度可近似表示成 中心频率分别为中心频率分别为 f f1 1 和和 f f2 2 的两个的两个 2ASK信号信号 功率谱密度的组合功率谱密度的组合。相位不连续 的 2FSK信号 的 时域表达式时域表达式 为：其中其中 s1(t)和和 s2(t)为为 两路两路二进制数字基带

23、信号二进制数字基带信号二进制数字基带信号二进制数字基带信号 根据根据 2ASK 信号的功率谱密度式信号的功率谱密度式(7.1-9)，可得到可得到第21页/共100页令概令概率率 P=1/2，即，即 0 、1 等概，则有：等概，则有：第22页/共100页由于由于 s1(t)和和 s2(t)时域波形互补，所以其功率谱密度相同。如下时域波形互补，所以其功率谱密度相同。如下图所示：图所示：图中只画出了主瓣图中只画出了主瓣第23页/共100页那么那么2FSK信号的功率谱密度有以下几种情况：信号的功率谱密度有以下几种情况：（只画正半轴波形，负半轴波形与正半轴对称）（只画正半轴波形，负半轴波形与正半轴对称）

24、在f f1 1 和 f f2 2 处：存在离散谱 且连续谱出现双峰第24页/共100页 在f f1 1 和 f f2 2 处：存在离散谱 且连续谱出现双峰第25页/共100页 在f f1 1 和 f f2 2 处：存在离散谱在（f f1 1 +f f2 2）/2/2 处连续谱出现单峰第26页/共100页n相关总结相关总结：1.相位不连续相位不连续2FSK信号的功率谱由信号的功率谱由连续谱连续谱和和离散谱离散谱组组成。其中，连续谱由两个中心位于成。其中，连续谱由两个中心位于 f f1 1 和和 f f2 2 处的处的 双边双边谱叠加而成，离散谱位于两个载频谱叠加而成，离散谱位于两个载频 f f1

25、 1 和和 f f2 2 处；处；2.连续谱的形状随着两个载频之差绝对值连续谱的形状随着两个载频之差绝对值 的大的大小而变化，若小而变化，若 ，连续谱在，连续谱在 处处 出现单峰；若出现单峰；若 ，出现双峰；，出现双峰；3.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信信号的带宽，则其带宽近似为号的带宽，则其带宽近似为 第27页/共100页7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理二进制数字调制原理二进制数字调制原理7.1.3 7.1.3 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）1.2PSK1.2PSK

26、基本原理基本原理基本原理基本原理 相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。频率保持不变。在在 2PSK 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”。其时域表达式为。其时域表达式为其中，其中，表示第表示第n个符号的绝对相位（起始时刻的初始相位）个符号的绝对相位（起始时刻的初始相位）发送发送“1”时时发送发送“0”时时以概率以概率1P 发送发送1时时以概率以概率P 发送发送0时时第28页/共100页图图7-12 2PSK7-12 2PSK信号的时间波形信号的时

27、间波形 故2PSK2PSK信号一般可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘。g g(t t)是脉宽为是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，而的单个矩形脉冲，而a an n的统计特性为：的统计特性为：以概率以概率1P发送发送“1”时时以概率以概率P 发送发送“0”时时 这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信息的调这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信息的调制方式，称为制方式，称为 二进制绝对相移方式二进制绝对相移方式。n 表示信号的两种码元：波形相同，极性相反。第29页/共100页2ASK信号的一般表达式可以写为信号的一般表达式可以写为其中其中为分析方便，通常假设为分析方

28、便，通常假设g(t)是高度为是高度为1、宽度等于、宽度等于Ts的矩形脉冲；的矩形脉冲；an是第是第n个符号的电平取值。个符号的电平取值。概率为概率为概率为概率为 1 1P P概率概率概率概率 为为为为P P则则2ASK信号就是信号就是OOK信号。信号。Ts 为码元持续时间；g(t)为持续时间为Ts 的基带脉冲波形。图图7-2 2ASK/OOK 7-2 2ASK/OOK 信号时间波形信号时间波形若第30页/共100页n 2PSK 2PSK信号的产生信号的产生信号的产生信号的产生 2PSK信号与信号与 2ASK信号的产生方法相比较，只是对信号的产生方法相比较，只是对s(t)的要的要求不同，在求不同

29、，在 2ASK 中中 s(t)是是单极性单极性单极性单极性的，而在的，而在 2PSK中，中，s(t)则是则是双极性双极性双极性双极性的基带信号。的基带信号。码型码型码型码型变换变换变换变换双极性双极性双极性双极性不归零不归零不归零不归零乘法器乘法器乘法器乘法器(a)模拟调制法模拟调制法开关电路开关电路开关电路开关电路(b)键控法键控法图图7-13 2PSK7-13 2PSK信号的调制原理框图信号的调制原理框图第31页/共100页n 2PSK 2PSK信号的解调信号的解调信号的解调信号的解调通常都是采用相干解调通常都是采用相干解调图图 7-147-142PSK2PSK信号的解调原理图信号的解调原

30、理图u 在在2PSK 信号的载波恢复过程中，存在着信号的载波恢复过程中，存在着180的的相位模糊相位模糊相位模糊相位模糊。u 当当恢恢复复的的相相干干载载波波产产生生180倒倒相相时时，解解调调出出的的数数字字基基带带信信号号将将与与发发送送的的数数字字基基带带信信号号正正好好相相反反，解解调调器器输输出出的的数数字字基基带带信信号号全全部部出出错错。这种现象通常称为。这种现象通常称为“倒倒倒倒”现象现象现象现象 或或 反向工作反向工作反向工作反向工作。u 有有可可能能出出现现长长时时间间连连续续的的正正弦弦波波形形，致致使使在在接接收收端端无无法法辨辨认认信信号号码元的起止时刻。码元的起止时

31、刻。u 因因此此2PSK方方式式在在实实际际中中很很少少采采用用。可可采采用用差差分分相相移移键键控控（DPSK）第32页/共100页 图图 7-157-152PSK2PSK信号相干解调时各点时间波形信号相干解调时各点时间波形抽样脉冲抽样脉冲图图 7-147-142PSK2PSK信号的解调原理图信号的解调原理图第33页/共100页2.2PSK2.2PSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度信号的功率谱密度信号的功率谱密度u 2PSK信信号号的的功功率率谱谱特特性性与与2ASK的的十十分分相相似似，带带带带宽宽宽宽也也也也是是是是基基基基带带带带信号带宽的信号带宽的信号带宽的信号带宽的2 2倍倍倍倍

32、。u 区区别别仅仅在在于于当当P=1/2时时，2PSK谱谱中中无无离离散散谱谱（即即载载波波分分量量），此此时时2PSK信信号号实实际际上上相相相相当当当当于于于于抑抑抑抑制制制制载载载载波波波波的的的的双双双双边边边边带带带带信信信信号号号号。因因此此，它它可看作是双极性基带信号作用下调幅信号。可看作是双极性基带信号作用下调幅信号。2ASK和2PSK信号表达式形式完全一样，形式完全一样，2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱密度 Ps(f)的线性搬移，所以线性搬移，所以2PSK信号的功率谱也是其双极性基带信号功率谱的线性搬移线性搬移。第34页/共100页7.1 7.1 二进制数字调制原理二进制

33、数字调制原理二进制数字调制原理二进制数字调制原理7.1.4 7.1.4 二进制差分相移键控（二进制差分相移键控（二进制差分相移键控（二进制差分相移键控（2DPSK2DPSK）在在 2PSK 信号中，信号相位的变化是以未调正弦载波的相信号中，信号相位的变化是以未调正弦载波的相位作为参考，用载波相位的位作为参考，用载波相位的绝对数值绝对数值绝对数值绝对数值表示数字信息，所以称为表示数字信息，所以称为 绝对移相绝对移相绝对移相绝对移相。为了解决为了解决2PSK信号解调过程的反向工作问题，提出信号解调过程的反向工作问题，提出了了 二进制差分相位键控二进制差分相位键控二进制差分相位键控二进制差分相位键控

34、 (2DPSK)(2DPSK)方式方式方式方式。2DPSK2DPSK方式是用前后相邻码元的载波方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化相对相位变化来表示来表示 数字信息数字信息。假设假设前后相邻码元的前后相邻码元的载波相位差载波相位差载波相位差载波相位差为为 ，则可以定义一种则可以定义一种数字信息与数字信息与 之间的关系为。之间的关系为。1.2DPSK1.2DPSK的基本原理的基本原理的基本原理的基本原理第35页/共100页表示数字信息表示数字信息“0”表示数字信息表示数字信息“1”则则一一组组二二进进制制数数字字信信息息与与其其对对应应的的2DPSK信信号号的的载载载载波波波波相相相相位位位位

35、关关系系如下：如下：表示数字信息表示数字信息“1”表示数字信息表示数字信息“0”或二进制数字信息二进制数字信息：1 11 1 0 0 1 1 0 00 0 1 11 1 1 1 0 02DPSK信号相位信号相位：(0 0)0 00 0 0 0 0 00 0或或 ()0 0 0 0 00 0 0 0 0 n 对于相同的基带数字信息序列，由于初始相位不同，2DPSK信号的相位可以不同。也就是说2DPSK2DPSK信号的相位并不直接代信号的相位并不直接代表基带信号表基带信号，而前后码元相对相位的差才唯一决定信息符号前后码元相对相位的差才唯一决定信息符号。第36页/共100页n 2DPSK 2DPSK

36、信号的矢量图信号的矢量图信号的矢量图信号的矢量图n A方式：方式：当前码元的相位相对于前一码元的相位改变当前码元的相位相对于前一码元的相位改变 ，它解决了它解决了2PSK中载波相位的不确定性问题，但是码元的定时问中载波相位的不确定性问题，但是码元的定时问题没有解决，在某个长的码元序列中，信号的波形的相位可能题没有解决，在某个长的码元序列中，信号的波形的相位可能仍然没有仍然没有突跳点突跳点。0参考相位参考相位A方式方式1 10 00 01 1参考相位参考相位B方式方式0 0 1 11 1 0 0n B方式：方式：当前码元的相位相对于前一码元的相位改变当前码元的相位相对于前一码元的相位改变 /2/

37、2 。故在相邻码元之间。故在相邻码元之间必定有相位突跳必定有相位突跳必定有相位突跳必定有相位突跳。在接收端检测此相位突。在接收端检测此相位突跳就能确定每跳就能确定每码元的起止时刻，即可提供码元定时信息。码元的起止时刻，即可提供码元定时信息。这是这是这是这是目前被广泛采用的方式。目前被广泛采用的方式。目前被广泛采用的方式。目前被广泛采用的方式。第37页/共100页00111001A方式方式B方式方式001101表示数字信息表示数字信息“0”表示数字信息表示数字信息“1”-/2/2表示数字信息表示数字信息“0”表示数字信息表示数字信息“1”第38页/共100页 为产生为产生2DPSK 信号，可以先

38、对二进制数字基带信号进行差信号，可以先对二进制数字基带信号进行差分编码，将绝对码用相对码表示；然后，再进行绝对调相，从分编码，将绝对码用相对码表示；然后，再进行绝对调相，从而产生而产生 2DPSK信号信号。n 2DPSK 2DPSK信号的产生信号的产生信号的产生信号的产生开关电路开关电路开关电路开关电路 图图 7-16 2DPSK7-16 2DPSK信号调制器原理图信号调制器原理图码变换码变换码变换码变换绝对码绝对码绝对码绝对码相对码相对码相对码相对码初始的bn-1可以任意设定第39页/共100页 为产生为产生2DPSK 信号，可以先对二进制数字基带信号进行差信号，可以先对二进制数字基带信号进

39、行差分编码，将绝对码用相对码表示；然后，再进行绝对调相，从分编码，将绝对码用相对码表示；然后，再进行绝对调相，从而产生而产生 2DPSK信号信号。n 2DPSK 2DPSK信号的产生信号的产生信号的产生信号的产生图图 7-177-172DPSK2DPSK信号调制过程波形图信号调制过程波形图绝对调相时，绝对调相时，0 0 和分别表示二进制相对码的“0 0”和“1 1”第40页/共100页相干解调原理：相干解调原理：对对2DPSK信信号号进进行行相相干干解解调调，恢恢复复出出相相对对码码，再再通通过过码码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二

40、进制数字信息。在在解解调调过过程程中中，若若相相干干载载波波产产生生相相位位模模糊糊，会会使使解解调调出出的的相对码相对码相对码相对码产生倒置现象产生倒置现象。但但经经过过码码码码反反反反变变变变换换换换器器器器后后，输输出出的的绝绝对对码码不不会会发发生生任任何何倒倒置置现现象，从而象，从而解决了解决了载波相位模糊载波相位模糊载波相位模糊载波相位模糊的问题的问题.n 2DPSK 2DPSK信号的解调信号的解调信号的解调信号的解调相干解调和差分相干解调相干解调和差分相干解调图图 7-20(a)2DPSK 7-20(a)2DPSK 信号相干解调器原理图信号相干解调器原理图带通带通滤波器滤波器相乘

41、器相乘器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器a ac cd de eb b定时定时定时定时脉冲脉冲脉冲脉冲f f码反码反变换器变换器输出输出输出输出第41页/共100页7.1 二进制数字调制原理带通带通滤波器滤波器相乘器相乘器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器a ac cd de eb b定时定时定时定时脉冲脉冲脉冲脉冲f f码反码反变换器变换器输出输出相对码相对码绝对码绝对码图 7-20(b)2DPSK 信号相干解调器各点波形01 0 0 1 1 绝对码相对码第42页/共100页 差分相干解调（相位比较法）原理：差分相干解调（相位比较法）原理：直直接接比比较较前前后后码码元元的的相

42、相位位差差，从从而而恢恢复复发发送送的的二二进进制制数数字字信信息息。图图 7-21(a)2DPSK 7-21(a)2DPSK 信号差分相干解调器原理图信号差分相干解调器原理图 n 2DPSK 2DPSK信号的解调信号的解调信号的解调信号的解调相干解调和差分相干解调相干解调和差分相干解调e输出输出 定时脉冲定时脉冲d低通低通滤波器滤波器cb a 带通带通滤波器滤波器相乘器相乘器抽样抽样判决器判决器延迟延迟 sTu 解调的同时完成了解调的同时完成了码反变换作用码反变换作用码反变换作用码反变换作用，解调器解调器中没有码反变换器。中没有码反变换器。u 不需要专门的不需要专门的相干载波相干载波，因此是

43、一种非相干解调方法，因此是一种非相干解调方法。u 2DPSK系统是一种系统是一种实用实用实用实用的数字调相系统，的数字调相系统，但其抗加性白噪声但其抗加性白噪声性能比性能比2PSK的要差的要差。第43页/共100页e输出输出 定时脉冲定时脉冲d低通低通滤波器滤波器cb a 带通带通滤波器滤波器相乘器相乘器抽样抽样判决器判决器延迟延迟 sT图图 7-21(b)2DPSK 7-21(b)2DPSK 信号差分相干解调各点时间波形信号差分相干解调各点时间波形 第44页/共100页2.2DPSK2.2DPSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度信号的功率谱密度信号的功率谱密度n 2DPSK可以与可以与2PS

44、K 具有相同的表达式，所不同的是具有相同的表达式，所不同的是2PSK中的基带信号中的基带信号s(t)对应的是对应的是绝对码序列绝对码序列绝对码序列绝对码序列；而；而2DPSK中的基带信号中的基带信号s(t)对应的是经码变换后的对应的是经码变换后的相对码序列相对码序列相对码序列相对码序列。n 因此，因此，2DPSK信号和信号和2PSK信号的功率谱密度是信号的功率谱密度是完全一样的完全一样的完全一样的完全一样的。所其带宽为所其带宽为：第45页/共100页 通通信信系系统统的的抗抗噪噪声声性性能能是是指指系系统统克克服服加加性性噪噪声声影影响响的的能能力力。在数字通信系统中，在数字通信系统中，衡量衡

45、量衡量衡量系统抗噪声性能的重要系统抗噪声性能的重要指标指标指标指标是是误码率误码率误码率误码率。因因此此，分分析析二二进进制制数数字字调调制制系系统统的的抗抗噪噪声声性性能能，也也就就是是分分析析在在信信道道等等等等效效效效加加加加性性性性高高高高斯斯斯斯白白白白噪噪噪噪声声声声的的干干扰扰下下系系统统的的误误码码性性能能，得得出出误码率误码率误码率误码率与与信噪比信噪比信噪比信噪比之间的之间的数学关系数学关系数学关系数学关系。在二进制数字调制系统抗噪声性能分析中，假设：在二进制数字调制系统抗噪声性能分析中，假设：信信道道特特性性是是恒恒参参信信道道，在在信信号号的的频频带带范范围围内内具具有

46、有理理理理想想想想矩矩矩矩形形形形的的传输特性传输特性传输特性传输特性 (可取传输系数为可取传输系数为 K )。噪声为等效加性高斯白噪声，其均值为零，方差为噪声为等效加性高斯白噪声，其均值为零，方差为2。7.2 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第46页/共100页7.2 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7.2.17.2.1 2ASK2ASK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能1.同步检测法的系统性能同步检测法的系统性能 在在一个码元一个码元一个码元一个码元的的时间间隔时间间隔时间间隔时间间隔T Ts s 内，发

47、送端输出的信号波形内，发送端输出的信号波形s sT T(t t)为：为：为 载波角频率载波角频率，Ts 为 码元时间间隔码元时间间隔 图7-22 2ASK信号同步检测法的系统性能分析模型z z(t t)第47页/共100页在在(0,Ts)时间间隔，接收端时间间隔，接收端带通滤波器带通滤波器输入合成波形输入合成波形输入合成波形输入合成波形 y yi i(t t)为为：ui(t)为发送信号为发送信号 uT(t)经信道传输后的输出经信道传输后的输出。ni(t)为为加性高斯加性高斯加性高斯加性高斯白噪声白噪声白噪声白噪声，其均值为零，其均值为零，方差为，方差为 ，K为为信道传输系数。信道传输系数。z

48、z(t t)第48页/共100页设接收端设接收端 带通滤波器带通滤波器带通滤波器带通滤波器具有具有理想矩形传输特性理想矩形传输特性理想矩形传输特性理想矩形传输特性，带通滤波器的，带通滤波器的输输输输出波形出波形出波形出波形 y y(t t)为：为：发送发送“1”字符字符发送发送“0”字符字符n(t)为 窄带高斯白噪声窄带高斯白噪声，其均值为零，方差为 ，可表示为：发送发送“1”字字符符发送发送“0”字字符符z z(t t)第49页/共100页输出波形 y y(t t)与相干载波 相乘后的波形相乘后的波形 z z(t t)为：为：z z(t t)通过理想低通滤波器的输出波形输出波形 x x(t

49、t)为：发送发送发送发送“1”1”字符字符字符字符发送发送发送发送 “0”0”字符字符字符字符第50页/共100页发送发送发送发送“1”1”字符字符字符字符发送发送发送发送 “0”0”字符字符字符字符a为信号成分，为信号成分，nc(t)为为 低通型高斯噪声低通型高斯噪声低通型高斯噪声低通型高斯噪声，其均值为零，方差为，其均值为零，方差为 。设设对对第第 k 个个符符号号的的抽抽样样时时刻刻为为 kTs，则则 x(t)在在kTs 时时刻刻的的抽抽抽抽样样样样值值值值 x x 为：为：发送发送“1”字符字符发送发送“0”字符字符nc 是均值为零，方差为是均值为零，方差为 的的高斯随机变量，高斯随机

50、变量，高斯随机变量，高斯随机变量，x x也是高斯随机变量也是高斯随机变量也是高斯随机变量也是高斯随机变量。z z(t t)第51页/共100页由随机信号分析可得由随机信号分析可得:发发发发送送送送 “1”1”时时时时的的抽抽抽抽样样样样值值值值 x x=a a+n nc c 的的一一一一维维维维概概概概率率率率密密密密度度度度函函函函数数数数 f f1 1(x x)为为：发发发发送送送送 “0”0”时时时时的的抽抽抽抽样样样样值值值值 x x=n nc c 的的一一一一维维维维概概概概率率率率密密密密度度度度函函函函数数数数 f f 0 0(x x)为为：z z(t t)0 0(x)第52页/