二进制移相键控.doc

摘 要 摘摘 要要 数字通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式 要在 两地间传输信息必须有传输信道 根据传输媒体的不同 有线数字通信与无线数 据通信之分 但它们都是通过传输信道将数据终端与计算机联结起来 而使不同 地点的数字终端实现软 硬件和信息资源的共享 随着通信技术日新月异的发展 尤其是数字通信的快速发展 越来越普及 研究人员对其相关技术投入了极大的兴趣 为使数字信号能在带通信道中传输 必须用数字信号对载波进行调制 其调制方式与模拟信号调制相类似 根据数字 信号控制波的参量不同也分为调幅 调频和调相三种方式 因数字信号对载波参 数的调制通常采用数字信号的离散值对载波进行键控 故这三种数字调制方式被 称为幅移键控 ASK 频移键控 FSK 和相移键控 PSK 关键字 数字通信技术关键字 数字通信技术 调制调制 解调解调 ABSTRACT ABSTRACT The numerical correspondence is a kind of new correspondence method which corresponds by letter technique and calculator technique to combine together but produces Want between the two sides to deliver an information have to have already delivered a letter way according to the cent delivered the dissimilarity wired numerical correspondence and wireless data of medium and correspond by letter But all of them are to pass to deliver a letter way to get up data terminal and calculator coupling but make the numerical terminal of different location carry out soft the share of hardware and information resources Because the correspondence technique changes with each passing day of development is the fast development of particularly numerical correspondence making widely available more and more researcher as to it s the related technique threw in tremendous interest In order to make the numerical signal be able to deliver in take the correspondence way have to use numerical signal to carry on making towards carrying wave it makes a way and imitates signal to make look alike Also is divided into a rate frequency modulation and adjust mutually three kinds of method according to numerical signal control s three quantity dissimilarities of the wave The factor word signal carries on key to control towards carrying wave to the long lost value which carries a parameter to make to usually adopt numerical signal past these are three kinds of numeral make a way is called to move key to control ASK the move key to control FSK and move key to control PSK mutually This text mainly designs numeral correspondence to take 2 DPSK electric circuit and get a design behind of electric circuit and exportation result Keyword 2PSK 2DPSK Modulation and Demodulation 摘 要 目录i 目录目录 第一章 绪 论 1 1 1 数字通信的发展 1 1 2 调制技术的简单介绍 2 第二章 二进制移相键控的调制与解调 5 2 1 二进制移相键控 2PSK 的调制原理 5 2 2 二进制移相键控的解调 6 第三章 二进制差分移相键控的调制与解调 11 3 1 二进制差分移相键控的调制原理 11 3 2 二进制差分相位键控的解调 13 第四章 用硬件实现 2PSK 2DPSK 的调制与解调 15 4 1 实验的设计与方案 15 4 1 1 2PSK 及 2DPSK 信号调制的实现 15 4 1 2 2PSK 2DPSK 相干解调的实现 16 4 2 实验结果和数据分析 19 第五章 2PSK 及 2DPSK 系统的性能比较 29 5 1 2PSK 相干解调法的误码率 29 5 2 2DPSK 非相干解调法的误码率 31 5 3 2DPSK 相干解调法的误码率 34 5 4 二进制数字调制系统的性能比较 35 第六章 结束语 39 致 谢 41 参考文献 43 第一章 绪论1 第一章 绪 论 1 1 数字通信的发展 当今科学技术尤其是信息技术的迅猛发展正引领世界进入信息社会 伴随世 界范围内的信息科技革命 通信技术以前所未有的速度在发展更新 特别是通信 技术与计算机技术的相互融合 使通信技术得到了日新月异的发展 二十世纪是通信技术发展的新纪元 它首先是从模拟通信开始的 所谓模拟通 信是指在信道中所传递的信息是模拟量 相应的参数模型是模拟波形 最初是以 电子管作为主要的电子器件 用来发送和接收传输信号 到四十年代末期晶体管 的出现 给通信技术带来了生机 为通信设备的小型化和提高通信设备的可靠性 起到了关键性的作用 但当时所采用的电子管或晶体管主要是实现有源模拟电路 的功能 因此它们可以说是模拟通信时代的标志 1934 年美国学者李佛西 Reeves 提出脉冲编码调制 简称 PCM 的概念 标志 通信数字化的时代已经开始了 自 1844 年 5 月 24 日莫尔斯在华盛顿和巴尔的摩 之间成功发送世界上第一份电报以来 电报通讯已经经历了 150 多年 但是长期 以来 由于电报通讯不如电话通讯方便 作为数字通信主要方式的电报却比 1876 年贝尔发明的以模拟通信为主要方式电话发展缓慢 直到 20 世纪 60 年代以后 数字通信才日益兴旺起来 甚至目前出现了数字信号替代模拟信号的某种趋势 数字通信的崛起说明了通信技术的重大革新和通信业务的飞速发展 随着时代的发 展 通信用户不再满足于听清声音 而且还要看得见图像 通信终端不再是单一的 电话机 而且要接传真机 计算机等一类数据终端 通信领域也不再是市内或国内 而且更多的是国际和全球通信 通信业务也不再是简单的报话业务 而且更多的是 数据业务 甚至包括集声音 图像和数据为一体的综合通信业务 因此 与模拟通 信相比 数字通信更能适应现代社会对通信技术越来越高的要求 其特点是 1 抗干扰能力强 以二进制为例 信号的取值只有两个 这样接收端只 需判别两种状态 信号在传输过程中受到噪声的干扰 必然会发生波形畸变 接 收端对其进行抽样判决 以辨别是两个状态中的哪一个 只要噪声的大小不足以 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究2 影响判决的正确 就能正确接收 二模拟系统中传输的是连续变化的模拟信号 它要求接收机能够高度保真地重现信号波形 如果模拟信号叠加上噪声后 即使 噪声很小 也很难消除它 此外 在远距离传输 如果微波中继通信时 各中继 站可利用数字通信特有的判决再生接收方式 对数字信号波形进行整形再生而消 除噪声 2 差错可控 可以采用信道编码技术使误码率降低 提高传输的可靠性 3 易于与各种数字终端接口 用现代计算技术对信号进行处理 加工 变换 存储 从而形成智能网 4 易于集成化 从而使通信设备微型化 5 易于加密处理 且保密强度高 这些优点说明它在与模拟通信的竞争中具有绝对优势 它代表了通信技术的发 展方向 1 2 调制技术的简单介绍 调制技术就是把基带信号变换成传输信号的技术 基带信号是原始的电信号 一般是指基本的信号波形 在数字通信中则指相应的电脉冲 在无线遥测遥控系 统和无线电技术中调制就是用基带信号控制高频载波的参数 振幅 频率和相位 使这些参数随基带信号变化 用来控制高频载波参数的基带信号称为调制信号 未调制的高频电振荡称为载波 可以是正弦波 也可以是非正弦波 如方波 脉 冲序列等 被调制信号调制过的高频电振荡称为已调波或已调信号 已调信号 通过信道传送到接收端 在接收端经解调后恢复成原始基带信号 解调是调制的 反变换 是从已调波中提取调制信号的过程 调制方式按照调制信号的性质分为模拟调制和数字调制两类 模拟调制有调 幅 AM 调频 FM 和调相 PM 数字调制有振幅键控 ASK 移频键控 FSK 移相键控 PSK 和差分移相键控 DPSK 等 模拟调制一般指调制信号和载波都是连续波的调制方式 它有调幅 调频和 调相三种基本形式 调幅 AM 用调制信号控制载波的振幅 使载波的振幅随 着调制信号变化 已调波称为调幅波 调幅波的频率仍是载波频率 调幅波包络 的形状反映调制信号的波形 调幅系统实现简单 但抗干扰性差 传输时信号容易 第一章 绪论3 失真 调频 FM 用调制信号控制载波的振荡频率 使载波的频率随着调制信 号变化 已调波称为调频波 调频波的振幅保持不变 调频波的瞬时频率偏离载 波频率的量与调制信号的瞬时值成比例 调频系统实现稍复杂 占用的频带远较 调幅波为宽 因此必须工作在超短波波段 但抗干扰性能好 传输时信号失真小 设备利用率也较高 调相 PM 用调制信号控制载波的相位 使载波的相位随 着调制信号变化 已调波称为调相波 调相波的振幅保持不变 调相波的瞬时相 角偏离载波相角的量与调制信号的瞬时值成比例 在调频时相角也有相应的变化 但这种相角变化并不与调制信号成比例 在调相时频率也有相应的变化 但这种 频率变化并不与调制信号成比例 数字调制一般指调制信号是离散的 而载波是连续波的调制方式 它有四种 基本形式 振幅键控 移频键控 移相键控和差分移相键控 振幅键控 ASK 用数字调制信号控制载波的通断 如在二进制中 发 0 时不发送载波 发 1 时发送 载波 有时也把代表多个符号的多电平振幅调制称为振幅键控 振幅键控实现简 单 但抗干扰能力差 移频键控 FSK 用数字调制信号的正负控制载波的频 率 当数字信号的振幅为正时载波频率为 f1 当数字信号的振幅为负时载波频率 为 f2 有时也把代表两个以上符号的多进制频率调制称为移频键控 移频键控能 区分通路 但抗干扰能力不如移相键控和差分移相键控 移相键控 PSK 用 数字调制信号的正负控制载波的相位 当数字信号的振幅为正时 载波起始相位 取 0 当数字信号的振幅为负时 载波起始相位取 180 有时也把代表两个以上符 号的多相制相位调制称为移相键控 移相键控抗干扰能力强 但在解调时需要有 一个正确的参考相位 即需要相干解调 差分移相键控 DPSK 利用调制信号 前后码元之间载波相对相位的变化来传递信息 在二进制中通常规定 传送 1 时 后一码元相对于前一码元的载波相位变化 180 而传送 0 时前后码元之间的载波 相位不发生变化 因此 解调时只看载波相位的相对变化 而不看它的绝对相位 只要相位发生 180 跃变 就表示传输 1 若相位无变化 则传输的是 0 差分移 相键控抗干扰能力强 且不要求传送参考相位 因此实现较简单 鉴于这些原因 现在数字信号调制应用越来越广泛 国内外各种各样的数字 调制解调设备已经相继出炉 尤其以相对移相方式的调制解调器应用面更为广阔 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究4 第二章 二进制移相键控的调制与解调5 第二章 二进制移相键控的调制与解调 2 1 二进制移相键控 2PSK 的调制原理 二进制移相键控中 当正弦随二进制数字基带信号离散变化时 则产生二进 制移相键控 2PSK 信号 通常用已调信号载波 0o和 180o分别表示二进制数字基 带信号的 1 和 0 二进制移相键控信号的时域表达式为 2 1 2 cos PSKnc S Sta g tnTt 在 2PSK 调制中 an应选择双极性 即 2 2 1 1 n a 发送概率为 发送概率为 P 1 P 若 g t 是脉宽为 TS 高度为 1 的矩形脉冲是 则有 2 3 2 cos cos c c PSK t t St 发送概率为P 发送概率为P 1 当发送二进制符号 1 时 已调信号 S2PSK t 取相位 当发送二进制符号0 0 时 已调信号 S2PSK t 取相位 若用 n表示第 n 个符号的绝对相位 则180 有 2 4 0 0 010 18 00 000 n 发送符号 发送符号 当数字基带信号与载波频率间有确定的倍数关系时 典型的波形如图 2 1 所 示 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究6 t t 0 1 0 1 0 1 0 1 数数字字信信息息 BPSK 图 2 1 2PSK 信号的典型波形 二进制移相键控信号的产生方法主要有两种 如图 2 2 所示 第一种方法是 相乘法 只要数字基带信号为双极性码 并不含直流分量 即能用该方法来产生 第二种方法是开关选通法 这种方法是产生一个载波的二重相位 对多相的移相 键控应是单一载波的多重相位 以基带信号所代表的数值去选择这些相位 当 然 也可以是利用被控制的延迟提供所需的载波相移量 然后由基带信号通过开 关阵列来控制相移量的大小 180 移移相相 0 180 K cost 2PSK st s t 相相乘乘器器 码码型型变变换换 cost 2PSK st s t a 相乘法产生 2PSK 信号 b 相位选择法产生 2PSK 信号 图 2 2 2PSK 信号的调制原理图 2 2 二进制移相键控的解调 2PSK 信号的解调通常都是采用相干解调 解调器原理框图如图 2 3 a 所示 在相干解调过程中需要用到与发端载波信号同频同相的相干载波 因而如何获得 同频 同相的载波信号是一个关键性的问题 由于 2PSK 信号是抑制载频的双边 第二章 二进制移相键控的调制与解调7 带信号 在已调信号进行非线性变换后才能恢复出载频 常用的恢复载频的方法 有两种 一种是倍频 分频法 也称平方环法 即将接收信号平方后得到两倍 载频的频谱分量 用锁相环 PLL 提取这一分量 然后再由二分频得到载频 另一种是科斯塔斯 Costas 环 也称同相正交法 它也利用锁相环 但是不需 要预先对信号进行平方处理 并且直接得到解调信号 两种方法的原理方框图如 图 2 4 所示 比较以上两个环路可知 平方环只能恢复出载频 基带信号的解调 还必须把 2PSK 信号与载频相乘才能完成 而 Costas 环的输出已直接恢复了基带 信号 若能保证两路低通滤波器的性能完全一致 则可获得最佳性能 无论是平方环还是 Costas 环 恢复出来的载频都存在相位模糊的问题 在平 方环中 因为二分频器的初始状态时随机的 使分频输出的参考载频初始相位模 糊 在 Costas 环和平方环中都有鉴相器 鉴相特性在相位差值接近等于 0 的稳定 平衡点有两个 即 0 或 致使锁相环可能锁定在任何一个稳定点上 这就意 味着恢复出来的载波可能与未调制载波同相 也可能反相 以至于解调后的信码 出现 0 1 倒置 即发送 1 码 被错解为 0 发送 0 码 被错解调 为 1 这对于数据传输来说当然是不允许的 克服相位模糊对于相干解调影 响的有效办法是 对调制器输入的数字基带信号进行差分编码 相对移相键控 2DPSK 图 2 3 a 2PSK 信号的解调原理框图 带带通通 滤滤波波器器 e2PSK t a 相相乘乘器器 c 低低通通 滤滤波波器器 d b e 抽抽样样判判决决 解解调调输输 出出 位位同同步步脉脉冲冲 cos ct 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究8 2 3 b 2PSK 信号解调各点时间波形 a 平方环法 第二章 二进制移相键控的调制与解调9 b Costas 环法 图 2 4 提取载频的两种常用电路的方框图 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究10 第三章 二进制差分移相键控的调制与解调11 第三章 二进制差分移相键控的调制与解调 3 1 二进制差分移相键控的调制原理 在 2PSK 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 波相位的绝对数值表示数字信息的 所以称为绝对移相 由图 2 3 b 所示 2PSK 信号的解调波形可以看出 由于相干载波恢复中载波相位的 180 相位模糊 导 致解调出的二进制基带信号出现反向现象 从而难以实际应用 为了解决 2PSK 信号解调过程的反向工作问题 提出了二进制差分相位键控 2DPSK 2DPSK 方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息 假设前 后相邻码元的载波相位差为 可定义一种数字信息与 之间的关系为 3 1 则一组二进制数字信息与其对应的 2DPSK 信号的载波相位关系如下所示 二进制数字信息 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 DPSK 信号相位 0 0 0 0 0 0 或 0 0 0 0 0 数字信息与 之间的关系也可以定义为 3 2 实现相对移相的最常用方法是 首先对数字基带信号进行差分编码 然后再 利用差分码对载波进行绝对调相 使已调载波相位满足相对移相的相位关系 对数字基带信号进行差分编码可以由一个模二和电路与一级移位寄存器来实 现 单从波形上看 2DPSK 与 2PSK 是无法分辩的 一方面 只有已知移相键控 方式是绝对的还是相对的 才能正确判定原信息 另一方面 相对移相信号可以 看作是把数字信息序列 绝对码 变换成相对码 然后再根据相对码进行绝对移 相而形成 绝对码和相对码是可以互相转换的 其转换关系为 1 0 0 表示数字信息 表示数字信息 0 1 0 表示数字信息 表示数字信息 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究12 1iii bab 3 3 2DPSK 信号调制波形如图 3 1 所示 图 3 1 2DPSK 信号调制过程波形图 可以看出 2DPSK 信号的实现方法可以采用 首先对二进制数字基带信号进 行差分编码 将绝对码表示二进制信息变换为用相对码表示二进制信息 然后再 进行绝对调相 从而产生二进制差分相位键控信号 2DPSK 信号调制器原理图如 图 3 2 所示 图 3 2 2DPSK 信号调制器原理图 DPSK 10110010 cos ct 0 e2DPSK t 180 s t 第三章 二进制差分移相键控的调制与解调13 3 2 二进制差分相位键控的解调 2DPSK 信号可以采用相干解调方式 极性比较法 对 2DPSK 信号进行相干 解调 恢复出相对码 再通过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 经过码反变换器后 输出的绝对码不会发生任何倒置现象 从而解 决了载波相位模糊度的问题 解调器原理图和解调过程各点时间波形如图 3 3 a b 所示 图 3 3 2DPSK 信号相干解调器原理图和解调各时间波形 2DPSK 信号也可以采用差分相干解调方式 相位比较法 其解调原理是直 接比较前后码元的相位差 从而恢复发送的二进制数字信息 由于解调的同时完 成了码反变换作用 故解调器种不需要码反变换器 由于差分相干解调方式不需 a a b c d e f b e2DPSK t a c d b e cos ct f 1011000 a a b c d e f b e2DPSK t a c d b e cos ct f 1011000 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究14 要专门的相干载波 因此是一种非相干解调方法 解调器原理图和解调过程各点 时间波形如图 3 4 所示 图 3 4 2DPSK 信号差分相干解调器原理图和解调过程各点时间波形 2DPSK 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 2PSK 要 差 a c d b e a Ts a b c d e DPSK 1000110 第四章 用软件实现 2PSK 2DPSKK 的调制与解调 15 第四章 用硬件实现 2PSK 2DPSK 的调制与解调 4 1 实验的设计与方案 4 1 1 2PSK 及 2DPSK 信号调制的实现 调制器由晶体振荡器 分频器 差分编码器和调相电路等组成 如图 4 1 所 示 在图 4 1 中 晶体振荡器产生 11 0592 MHz 方波信号 该信号经分频电路后 分别产生调制器和解调器所需的 19 2 MHz 载波信号和 1 2kHz 的位定时信号 显 然 本实验装置的码元速率是 1 2kb s 调制器可采用相位选择法 由图 4 2 所 示 对于 2PSK 信号的产生电路 数字基带信号不经差分编码 直接送到 74LS153 双四选一数字选择器 来实现对载波相位的选择 当 2 脚与 14 脚同时 为高电平时 7 脚输出与 3 脚输入的 0o载波同相 当 2 脚与 14 脚同时是低电平 时 7 脚输出与 6 脚输入的 180 载波同相 这样在 6 脚输出的便是 2PSK 信号 对于 2DPSK 信号的产生电路 将数字基带信号经差分编码后输出的数字序列送至 74LS153 这时 0o和 180 载波的选择由 74LS74 双 D 触发器 输出的相对码的 高电平或低电平来决定 74LS74 输出的信号为 2DPSK 图 4 1 原理方框图 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究16 图 4 2 2DPSK 调制器 图 4 3 信码发生器 4 1 2 2PSK 2DPSK 相干解调的实现 2DPSK相干解调器的原理方框图如图 4 4 所示 图 4 4 2DPSK 相干解调器原理方框图 第四章 用软件实现 2PSK 2DPSKK 的调制与解调 17 图 4 4 中 带通滤波器和低通滤波器是选用 MAX275 实现的 MAX275 是专 门用来实现带通滤波器和低通滤波器的集成电路 在其内部设有两节滤波电路 当用来实现低通滤波器时 用 LPO 脚作为输出 当用来实现带通滤波器时 用 BPO 脚作为输出 它的引脚分布及外围电路如图 4 5 所示 滤波器的中心频率 f0 Q 值及放大倍数由外接电阻 R1A R2A R3A R4A R1B R2B R3B R4B 决定 当中心频率 f0 Q 值及增益确定后 R1A R2rA R3A R4A 可 由下式得到 所得电阻值单位均为欧 R2 2 109 f0 R4 R2 5K R3 2 109Q RX RY f0 R1 2 109Q RX RY f0 HOLP 对于低通滤波器 或 R1 R3 HOBP 对于带通滤波器 式中 RX RY因子中 RX和 RY是滤波器内部的电阻 这个因子的值由引脚 FC 的接法决定 其取值为 RX RY 4 FC 连接至 V RX RY 1 5 FC 接地 RX RY 1 25 FC 连接至 V 图 4 5 a MAX 275 引脚 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究18 图 4 5 b 外围电路 将带通滤波器的输出送至相干解调电路 如图 4 6 所示 相干解调电路的波 形如图 4 7 所示 图 4 6 相干解调电路 图 4 6 中有模拟乘法器 MC1496 组成的相乘电路 抽样判决器由比较电压器 LM 393 及双 D 触发器 74LS74 组成 差分解码电路所用元器件和调制器所用原 第四章 用软件实现 2PSK 2DPSKK 的调制与解调 19 器件相同 四异或门 74LS86 和双 D 触发器 74LS74 图中的噪声源电路如 4 7 所示 将噪声和 2PSK 2PDSK 信号经相加电路相加 后送至 MC1496 的 1 脚 噪声源的机理是 根据齐纳二极管处在工作特性的拐 点附近时 能产生相当大的噪声 电位器 W2可改变噪声输出的强弱 相加电路 由 UA741 和阻容元件组成 众所周知 在数字通信系统中 数据信号经过非理 想的传输系统必然要产生畸变 也会引入噪声和干扰 这些都将导致系统的传输 质量变差 图 4 7 噪生源电路 4 2 实验结果和数据分析 如下图 4 8 为 2DPSK 调制解调的系统框图 下面我们根据实验记录对其进行 性能分析 图 4 8 2DPSK 调制解调的系统框图 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究20 根据实验测试结果 用示波器观察依次得信码产生器 载波 调相器 差分 译码器输出波形 波形图及如下 第四章 用软件实现 2PSK 2DPSKK 的调制与解调 21 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究22 第四章 用软件实现 2PSK 2DPSKK 的调制与解调 23 用示波器观测信号的频谱图如下 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究24 第四章 用软件实现 2PSK 2DPSKK 的调制与解调 25 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究26 下面通过观察眼图来对系统的抗燥性能进行分析 在实际中由于滤波器部件 调试不理想或信道特性的变化因素 都可能使系统性能恶化 而计算这些因素引 起的误码率非常困难 尤其在码间串扰和噪声同时存在的情况下 系统性能定量 分析更是难以进行 因此在实际应用中需要用最简单的实验方法来定性测量系统 的性能 其中最有效的实验方法是观察接受信号的眼图 通过观察眼图 我们能更直观的评断系统性能的优劣程度 如图 分别为噪 声为 0V 5V 峰峰值 7V 峰峰值 时所观测的眼图 从图中我们可以看出 在 无噪声情况下 眼睛 张开度大 眼图端正 线迹清晰 当存在噪声时 眼图 的线迹变成了比较模糊地带状的线 噪声越大 线条越宽 越模糊 眼睛 张 开得越小 第四章 用软件实现 2PSK 2DPSKK 的调制与解调 27 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究28 第五章 2PSK 2DPSKK 系统的性能比较29 第五章 2PSK 及 2DPSK 系统的性能比较 5 1 2PSK 相干解调法的误码率 图 5 1 2PSK 信号的相干解调方框图 2PSK 系统的相干解调法如图 5 1 所示 设抽样判决器的判决门限电平为 0 电 平 则在一个码元的持续时间内 低通滤波器的输出信号为 则 2PSK 系统总的误码率为 下面求 P 0 1 和 P 1 0 因为 P 0 1 和 P 1 0 相等 所以只需计算 P O P 1 因为是均值为 方差为 的正态随机变量 所以 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究30 式中 因为 P 0 1 和 P 1 0 相等 所以 2PSK 信号采用相干解调法时的系统误码率为 在大信噪比情况下 上式可近似表示为 第五章 2PSK 2DPSKK 系统的性能比较31 5 2 2DPSK 非相干解调法的误码率 图 5 2 2DPSK 信号的非相干解调方框图 2DPSK 信号的非相干解调法如图 5 2 所示 非相干解调与相干解调的主要区 别在于前者的参考信号不像后者具有固定的载频和相位 因此假定在一个码元间 隔内发送是 1 且令前一个码元也为 1 也可以令其为 0 则乘法器的输入信号 5 1 5 2 其中是无延迟支路的输入信号 是有延迟支路的输入信号 是无延迟支路的窄带高斯过程 是有延迟支路的窄带高斯过程 将 分别用其正交分量和同相分量表示 即 5 3 5 4 将式 5 3 5 4 代入式 5 1 式 5 2 得到 将式 5 3 5 4 代入式 5 1 式 5 2 得到 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究32 乘法器的输出信号为 上式中的信号通过低通滤波器后的输出为 上式中的信号送到抽样判决器 抽样判决规则为 我们用 P 0 表示发送信息码 0 的概率 用 P 1 表示发送信息码 1 的概率 用 P 1 0 表示发送信息码 0 而比较判决器的输出为 1 的概率 用 P 0 1 表示发送信息码 1 而比较判决器的输出为 0 的概率 则 2PSK 系统总的误 码率为 5 5 5 第五章 2PSK 2DPSKK 系统的性能比较33 上式中 用到关系式 设 则式 5 5 变成 因为 是相互独立的高斯随机变量 参见式 其中变量 服从广义瑞利分布 而变量服从瑞利分布 其概率密度分别为 将上式应用于式 5 5 则可得 求出上式的结果为 上式中 同理求出 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究34 则 2DPSK 非相干解调法的总误码率 5 3 2DPSK 相干解调法的误码率 图 5 3 2DPSK 信号的相干解调方框图 在 2DPSK 的相干解调法中 误码 事件为两个不相容事件 之 和 A 不难看出 所以 2DPSK 系统总的误码率为 第五章 2PSK 2DPSKK 系统的性能比较35 得到 2DPSK 采用相干解调法的总的误码率为 5 4 二进制数字调制系统的性能比较 本节主要从以下几个方面 讨论二进制数字调制系统的性能 已调信号的频带宽度 表 5 1 二进制数字调制系统已调信号的频带宽度比较表 名 称已调信号的频带宽度 2ASK 2FSK 2PSK 2DPSK 其中 为码元间隔 误码率 表 5 2 二进制数字调制系统误码率公式比较表 名 称 相干 2ASK 包络检波 2ASK 相干 2FSK 2psk 2dpsk 调制 解调器的研究36 包络检波 2FSK 相干 2PSK 相干 2DPSK 差分相干 2DPSK 从表 5 2 中可以看出 1 在每一对相干和非相干的调制系统中 相干方式略优于非相干方式 它们基本上是和之间的关系 而且随着 它们将趋于同一极限 值 2 三种相干 或非相干 方式之间 在相同误码率情况下 在信噪比要求上 2PSK 比 2FSK 小 3dB 2FSK 比 2ASK 小 3dB 3 在抗加性高斯白噪声方面 相干 2PSK 性能最好 2FSK 次之 2ASK 最差 图 5 4 是按照表 5 2 画出的误码率曲线 从图中可以看出 在相同信噪比 下 相干 2PSK 的误码率最低 第五章 2PSK 2DPSKK 系统的性能比较37 图 5 4 三种数字调制系统的 曲线 对信道特性变化的敏感性 1 2ASK 系统中 抽样判决器的最佳判决门限为 发 1 和发 0 的概率相等时 最佳判决门限与接收机输入信号的幅度有关 当信号特性发送 变化时 接收机输入信号的幅度将随着发生变化 同时也会引起