通信原理韩庆文第五章调制与解调(1)

1、CCEE第五章第五章 数字调制与解调数字调制与解调数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理主要内容主要内容5.1 引引 言言 5.2 移幅键控移幅键控5.3 移相键控移相键控5.5 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5.6 键控信号的复包络法键控信号的复包络法5.7 宽带通信中的调制技术宽带通信中的调制技术5.4 移频键控移频键控重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理5.1 5.1 引引 言言数字传输的两种方式：基带传输和频带传输数字传输的两种方式：基带传输和频带传输数字基带传输数字基带传输：直接传

2、输数字基带信号：直接传输数字基带信号 数字基带信号数字基带信号：来自数据终端的原始数据信号，包含：来自数据终端的原始数据信号，包含丰富的低频分量，甚至直流分量丰富的低频分量，甚至直流分量数字频带传输数字频带传输：实际信道具有：实际信道具有带通传输带通传输特性。具特性。具有丰富低频成分的数字基带信号不能通过带通信有丰富低频成分的数字基带信号不能通过带通信道直接传输，道直接传输，必须用数字基带信号对载波进行调必须用数字基带信号对载波进行调制制，把数字基带信号的频谱搬移到高频处才能在，把数字基带信号的频谱搬移到高频处才能在信道中传输，这种传输称为数字频带（调制或载信道中传输，这种传输称为数字频带（调

3、制或载波）传输波）传输 完成数字频带传输的两个关键过程：调制与解调完成数字频带传输的两个关键过程：调制与解调重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理数字调制系统的结构数字调制系统的结构信道信道调制器调制器噪声源噪声源基带信号基带信号输入输入解调器解调器基带信号基带信号输出输出重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理5.1 5.1 引引 言言调制与解调调制与解调调制：将基带信号频谱搬移至适合信道频谱进行调制：将基带信号频谱搬移至适合信道频谱进行传输的过程传输的过程解调：调制的逆过程解调：调制的逆过程调制与解调过程中的信号调制与解调过程中的信号调制信

4、号：被搬移频谱的基带信号调制信号：被搬移频谱的基带信号已调信号：搬移频谱后得到的信号已调信号：搬移频谱后得到的信号载波信号：完成搬移频谱的工具。从原理上说，载波信号：完成搬移频谱的工具。从原理上说，载波信号的波形可以是任意的，但实际数字通信载波信号的波形可以是任意的，但实际数字通信系统，都选择正弦信号作为载波系统，都选择正弦信号作为载波正弦载波调正弦载波调制制重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理5.1 5.1 引引 言言正弦载波调制正弦载波调制用数字基带信号改变正弦型载波的幅度、频率用数字基带信号改变正弦型载波的幅度、频率或相位中的某个参数，产生相应的或相位中的某个

5、参数，产生相应的数字振幅调制、数字振幅调制、数字频率调制和数字相位调制数字频率调制和数字相位调制数字基带信号为二进制时，相应的三种数字调数字基带信号为二进制时，相应的三种数字调制信号：振幅键控（制信号：振幅键控（ASKASK）、移频键控（）、移频键控（FSKFSK）和）和移相键控（移相键控（PSKPSK）重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理主要内容主要内容5.1 引引 言言 5.2 移幅键控移幅键控5.3 移相键控移相键控5.5 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5.6 键控信号的复包络法键控信号的复包络法5.7 宽带通信中的调制技术宽带通信中

6、的调制技术5.4 移频键控移频键控重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理5.2 5.2 移幅键控移幅键控123重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理5.2.1 5.2.1 二进制移幅键控二进制移幅键控移幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信移幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制移幅键控。二进制时，则为二进制移幅键控。二进制移幅键控（二进制移幅键控（2ASK2ASK）调制）调制二进制移幅键控（二进制移幅键控（2ASK2ASK）解调）解调重庆大学通信工程学院重庆

7、大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移幅键控（二进制移幅键控（2ASK2ASK）调制）调制l二进制移幅键控（二进制移幅键控（2ASK2ASK）信号）信号l二进制移幅键控（二进制移幅键控（2ASK2ASK）信号的频谱）信号的频谱重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移幅键控（二进制移幅键控（2ASK2ASK）信号）信号011nPaP发送概率为发送概率为l2ASK2ASK信号的产生信号的产生)()(snnnTtgats10( )0tstTg t 其它2( )()cosASKnscneta g tnTt发送的二进制符号序列发送的二进制符号序列 其中其中 sT

8、是二进制基带信号时间间隔2ASK2ASK信号信号 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移幅键控（二进制移幅键控（2ASK2ASK）信号）信号l2ASK2ASK信号的时域波形信号的时域波形2ASK2ASK信号的时间波形随二进制基带信号通断变化，信号的时间波形随二进制基带信号通断变化，所以又称为所以又称为通断键控信号（通断键控信号（OOKOOK信号）信号）单极性矩形单极性矩形脉冲序列脉冲序列t t1 11 11 11 10 00 00 0s(t)s(t)t tt t载波信号载波信号2ASK2ASK信号信号重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信

9、原理二进制移幅键控（二进制移幅键控（2ASK2ASK）信号）信号l2ASK2ASK信号产生的两种调制方法：信号产生的两种调制方法：模拟相乘模拟相乘与数字键控与数字键控乘法器乘法器二进制不归二进制不归零信号零信号( )s t2( )ASKetcosctcoscosc ct t开关电路开关电路数字键控数字键控 ( )s t 2ASKet模拟相乘模拟相乘 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移幅键控（二进制移幅键控（2ASK2ASK）调制）调制l二进制移幅键控（二进制移幅键控（2ASK2ASK）信号）信号l二进制移幅键控（二进制移幅键控（2ASK2ASK）信号的频谱

10、）信号的频谱重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制二进制移幅移幅键控（键控（2ASK2ASK）信号的频谱信号的频谱2( )() cos( ) cosASKnsccneta g tnTts tt e e2ASK2ASK(t)(t)的功率谱密度为的功率谱密度为P P2ASK2ASK(f)(f) s(t) s(t)的功率谱密度为的功率谱密度为P Ps s(f)(f)21( )()()4ASKscscPfPffP ff推导推导P Ps s(f)(f)2ASK2ASK调制信号调制信号 21( ) ()()2ASKccESS频谱频谱 功率谱密度功率谱密度 重庆大学通信工程学

11、院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制基带信号二进制基带信号s(t)s(t)是单极性随机矩形脉冲，其功率谱密度是单极性随机矩形脉冲，其功率谱密度P Ps(f)为为式中式中msssssmffmfGPffGPPffP)()(1)()1 (22）（( )G fg t（）矩形波频谱：对于所有的矩形波频谱：对于所有的m0m0的整数，有的整数，有G(mfG(mfs s)=0)=0 fGPffGPPffPsss2222011因此因此2222221( )(1)()() 41(1)(0) ()()4ASKsccsccPff PPG ffG fffPGffff重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院

12、数字通信原理数字通信原理假设假设P P1/21/2，则，则 222221161(0)16ASKsccsccPffG ffG fffGffffg(t)g(t)的频谱的频谱 sinsjfTsssfTG fTefT因此因此222sin()sin()( )16()()1()()16scscsASKcscsccTff Tff TPfff Tff Tffff 连续谱连续谱 离散谱离散谱重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制二进制移幅移幅键控（键控（2ASK2ASK）信号的频谱信号的频谱l 二进制移幅键控（二进制移幅键控（2ASK2ASK）信号的频谱）信号的频谱22ASKBB

13、 传输传输2ASK2ASK信号所需频带信号所需频带0 0 f fs s2f2fs s-f-fs s-2f-2fs sP Ps s(f)(f)f fs s-f-f0 00 0f fc cf fc cf fs sP PE E(f)(f)f fc c重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理5.2.1 5.2.1 二进制移幅键控（二进制移幅键控（2ASK2ASK）二进制移幅键控（二进制移幅键控（2ASK2ASK）调制）调制二进制移幅键控（二进制移幅键控（2ASK2ASK）解调）解调重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移幅键控（二进制移幅键控（2

14、ASK2ASK）解调）解调l非相干解调非相干解调( (包络检波法包络检波法) )l相干解调相干解调( (同步检测法同步检测法) )重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理非相干解调非相干解调l非相干解调非相干解调( (包络检波法包络检波法) )方式的接收系统框图方式的接收系统框图l半波或全波整流器：包络检波器半波或全波整流器：包络检波器l低通滤波器：输出信号是恢复后的基带信号低通滤波器：输出信号是恢复后的基带信号l抽样判决器：通过积分，抽样和判决，再生抽样判决器：通过积分，抽样和判决，再生成基带信号，去掉传输中叠加的干扰和噪声成基带信号，去掉传输中叠加的干扰和噪声包络检

15、波器包络检波器抽样抽样判决器判决器全波全波整流器整流器低通低通滤波器滤波器2( )ASKet带通带通滤波器滤波器定时定时脉冲脉冲输出输出重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理2ASK2ASK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单极性矩形单极性矩形脉冲序列脉冲序列调制信号调制信号整流信号整流信号低通滤波器低通滤波器输出信号输出信号抽样判决器抽样判决器输出信号输出信号1 11 10 01 10 00 00 01 10 00 01 1重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二、二进制移幅键控（二、二进制移幅键控（2ASK2ASK）

16、解调）解调l非相干解调非相干解调( (包络检波法包络检波法) )l相干解调相干解调( (同步检测法同步检测法) )重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理相干解调相干解调l相干解调相干解调( (同步检测法同步检测法) )方式的接收系统框图方式的接收系统框图l解调原理解调原理：将已调信号：将已调信号e(t)e(t)与相干载波与相干载波c(t)c(t)在相在相乘器中相乘，然后由低通滤波器输出所需的基带乘器中相乘，然后由低通滤波器输出所需的基带波形。波形。 抽样抽样判决器判决器相乘器相乘器低通低通滤波器滤波器2( )ASKet带通带通滤波器滤波器定时定时脉冲脉冲输出输出c(t

17、)c(t)重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理假设假设2ASK( )( )cos(),ccets tt输入信号：c t cosLtL相乘器输出相乘器输出2( )( )( )cos() cos()11( )cos()()( )cos()()22ASKccLLcLcLcLcLetc ts ttts tts tt 低通滤波器滤除低通滤波器滤除低通滤波器输出低通滤波器输出)()cos()(21)(0LcLccttskts K KC C为低通滤波器的电压传输系数为低通滤波器的电压传输系数相干条件相干条件cLcL及 满足相干条件下，相干检测器的输出为满足相干条件下，相干检测器的

18、输出为)(21)(0tsktsc相干载波： 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理相干解调相干解调抽样抽样判决器判决器相乘器相乘器低通低通滤波器滤波器2( )ASKet带通带通滤波器滤波器定时定时脉冲脉冲输出输出e(t)e(t)相干解调条件：相干解调条件：接收端必须提供一个与接收端必须提供一个与2ASK2ASK信号信号的载波保持的载波保持同频同相的相干载波同频同相的相干载波，否则将会造成，否则将会造成解调后的波形失真。解调后的波形失真。相干载波一般可通过窄带滤波或锁相环路来提取。相干载波一般可通过窄带滤波或锁相环路来提取。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通

19、信原理数字通信原理5.2 5.2 二进制数字调制与解调原理二进制数字调制与解调原理213重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK2ASK）系统的抗噪声性能）系统的抗噪声性能相干检测法的系统性能相干检测法的系统性能包络检波法的系统性能包络检波法的系统性能重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理相干检测法的系统性能相干检测法的系统性能l2ASK2ASK信号相干检测法的系统性能分析模型信号相干检测法的系统性能分析模型l分析其抗噪声性能分析其抗噪声性能( )Ts t发送端发送端带通带通滤波器滤波器( )y t信道信

20、道( )in t( )iy t低通低通滤波器滤波器( )x t相乘器相乘器2cos()ct抽样抽样判决器判决器定时定时脉冲脉冲输出输出eP重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理性能分析性能分析码元时间间隔码元时间间隔T Ts s内，发送端输出的内，发送端输出的2ASK2ASK信号信号其中其中cos,( )0,tcTAtuts0tT其它l c c为载波角频率为载波角频率l Ts s 为码元时间间隔为码元时间间隔在在(0,T(0,Ts s) )时间间隔，接收端带通滤波器输入合成波形时间间隔，接收端带通滤波器输入合成波形y yi i(t)(t)为为式中式中cos,cos,(

21、 )0,t0,tcciAKtatu tss0tT0t1）条件下）条件下重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK2ASK）系统的抗噪声性能）系统的抗噪声性能相干检测法的系统性能相干检测法的系统性能包络检波法的系统性能包络检波法的系统性能重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二、包络检测法的系统性能二、包络检测法的系统性能l2ASK2ASK信号包络检测法的系统性能分析模型信号包络检测法的系统性能分析模型l分析其抗噪声性能分析其抗噪声性能( )Ts t发送端发送端带通带通滤波器滤波器( )y t信道信道( )i

22、n t( )iy t包络包络检波器检波器( )V t2cos()ct抽样抽样判决器判决器定时定时脉冲脉冲输出输出eP重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理221221( )( )( )( )( ) cos( )sin1( )cos( )sin0( )( ) cos( )1( )( ) cos( )0iiiccscccsccsccscu tn ty tn tan ttn ttn ttn ttan tntttntnttt发送“”符号发送“ ”符号发送“”符号发送“ ”符号带通滤波器输出信号带通滤波器输出信号重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理2

23、2( )( )( )csV tan tnt发送发送“1”符号时符号时22( )( )( )csV tntnt发送发送“0”符号时符号时在在kTs时刻包络检波器时刻包络检波器输出波形的抽样值输出波形的抽样值2222( )( )1( )( )( )0cscsan tntV tntnt发送“”符号发送“ ”符号发送发送“1”符号时的抽样值是广义瑞利型随机变量；发送符号时的抽样值是广义瑞利型随机变量；发送“0”符号符号时的抽样值是瑞利型随机变量，它们的一维概率密度函数分别时的抽样值是瑞利型随机变量，它们的一维概率密度函数分别为为 2222221022202nnaVnnVnVaVfVIeVfVe（）n

24、n2 2为窄带高斯噪声为窄带高斯噪声n n(t)(t)的方差的方差重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理抽样判决器对抽样值作出判决，若抽样值大于判决门限，即抽样判决器对抽样值作出判决，若抽样值大于判决门限，即VbVb时判为时判为“1”1”符号输出；若抽样值小于等于判决门限，即符号输出；若抽样值小于等于判决门限，即V1)条件下，上式近似为条件下，上式近似为2222nnaaVr r的取值分大信噪比和小的取值分大信噪比和小信噪比两种情况考虑信噪比两种情况考虑重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理最佳判决门限最佳判决门限22nb最佳归一化判决门限最佳

25、归一化判决门限小信噪比小信噪比(r1)条件下，上式近似为条件下，上式近似为2222124nnaab02nbb结论：对于任意的结论：对于任意的r r值，值，b b0 0* *的取值介于的取值介于 和和 之间之间22r02rb实际工作中，系统总是工作在大信噪比的实际工作中，系统总是工作在大信噪比的情况下，此时最佳归一化判决门限情况下，此时最佳归一化判决门限系统总误码率系统总误码率411442rerPerfce当当r时，上式的下界为时，上式的下界为412rePe重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理包络检测法的系统性能包络检测法的系统性能l包络检测法与相干检测法系统性能比较

26、包络检测法与相干检测法系统性能比较l在相同的信噪比条件下，相干检测法的误码性能在相同的信噪比条件下，相干检测法的误码性能优于包络检波法的性能；优于包络检波法的性能；l在大信噪比条件下，包络检波法的误码性能将接在大信噪比条件下，包络检波法的误码性能将接近相干检测法的性能近相干检测法的性能。l包络检波法不需要稳定的本地相干载波信号，故包络检波法不需要稳定的本地相干载波信号，故在电路上要比相干检测时简单。在电路上要比相干检测时简单。4()1rePer相干4()12rePe包络重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理5.2 5.2 二进制数字调制与解调原理二进制数字调制与解调原

27、理312重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理多进制数字振幅调制系统多进制数字振幅调制系统M M进制数字振幅调制信号的载波幅度有进制数字振幅调制信号的载波幅度有M M种种取值，在每个符号时间间隔取值，在每个符号时间间隔T Ts s内发送内发送M M个幅个幅度中的一种幅度的载波信号。度中的一种幅度的载波信号。( )()cosMASKnscneta g tnTtl g(t)g(t)为基带信号波形为基带信号波形l T Ts s为符号时间间隔为符号时间间隔l a an n为幅度值为幅度值重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理时间波形图时间波形图A A

28、2A2A3A3A2 23 30 01 10 0s(t)s(t)T TB B重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理多进制数字振幅调制系统多进制数字振幅调制系统采用相干解调法的多进制振幅键控系统误码率：采用相干解调法的多进制振幅键控系统误码率：l 为得到相同的误码率，为得到相同的误码率，有效的信噪比需用有效的信噪比需用3/(M3/(M2 2-1)-1)加以修正加以修正l M=2M=2绝对移相调制绝对移相调制信号信号 1/221311ePerfcrMMM M进制数字振幅调制系统进制数字振幅调制系统的误码率的误码率P Pe e性能曲线性能曲线重庆大学通信工程学院重庆大学通信工

29、程学院数字通信原理数字通信原理M M进制数字振幅调制信号性能进制数字振幅调制信号性能功率谱：与功率谱：与2ASK2ASK信号具有相似的形式信号具有相似的形式带宽：在带宽：在信息传输速率相同信息传输速率相同时，码元传输速时，码元传输速率降低为率降低为2ASK2ASK信号的信号的1/log1/log2 2M M倍，因此倍，因此M M进制进制数字振幅调制信号的带宽是数字振幅调制信号的带宽是2ASK2ASK信号的信号的1/log1/log2 2M M倍。倍。误码率误码率: :为了得到相同的误码率，所需的信为了得到相同的误码率，所需的信噪比随噪比随M M增加而增大增加而增大四电平系统需要比二电平系统增加

30、四电平系统需要比二电平系统增加5 5倍的功率倍的功率重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理主要内容主要内容5.1 引引 言言 5.2 移幅键控移幅键控5.3 移相键控移相键控5.5 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5.6 键控信号的复包络法键控信号的复包络法5.7 宽带通信中的调制技术宽带通信中的调制技术5.4 移频键控移频键控重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理5.3 5.3 移相键控移相键控123重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK2PSK）二进

31、制移相键控（二进制移相键控（2PSK2PSK）二进制差分移相键控（二进制差分移相键控（2DPSK2DPSK）2PSK2PSK与与2DPSK2DPSK信号的频谱信号的频谱 正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化，则产生二进制移相键控变化，则产生二进制移相键控(2PSK)(2PSK)信号信号重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK2PSK）l二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK2PSK）调制）调制l二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK2PSK）解调）解调重庆大学通信工程学院重庆大学通信

32、工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK2PSK）调制）调制l2PSK2PSK信号的产生信号的产生l正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化，正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化，则产生二进制移相键控则产生二进制移相键控(2PSK)(2PSK)信号信号。通常用已调。通常用已调信号载波的信号载波的0 00 0和和1 180800 0分别表示分别表示1 1和和0 0。2( )() cospSKnscneta g tnTt式中：式中：111nnPaaP发送概率为应选择双极性，即发送概率为 a an n为双极性为双极性l若若g g(t)(t)是脉宽为是脉宽为T

33、Ts,s,高度为高度为1 1的矩形脉冲的矩形脉冲, ,则有则有2cos( )cos1cPSKctPettP发送概率为发送概率为重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK2PSK）调制）调制l若用若用?( (n)n)表示第表示第n n个符号的绝对相位，则有个符号的绝对相位，则有 l二进制移相键控信号的时间波形二进制移相键控信号的时间波形000180n 发送1符号 发送0符号1 10 00 01 1t tA A-A-AT TS S重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK2P

34、SK）调制）调制l2PSK2PSK信号的两种产生方法（调制方式）：信号的两种产生方法（调制方式）：l模拟调制模拟调制l数字键控数字键控模拟调制模拟调制数字键控数字键控coscosc ct t开关电路开关电路( )s t 2PSKet180180移相移相0 0乘法器乘法器双极性双极性不归零不归零( )s t2( )PSKetcosct码型变换码型变换重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK2PSK）l二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK2PSK）调制）调制l二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK2PSK）解调）解调重庆大学通信

35、工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK2PSK）解调）解调l二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK2PSK）解调：）解调：相干解调相干解调l考虑到相干解调在这里实际上起鉴相作用，考虑到相干解调在这里实际上起鉴相作用，故相干解调中的故相干解调中的“相乘相乘低通低通”又可用各种又可用各种鉴相器替代鉴相器替代带通滤波器带通滤波器输入输入低通滤波器低通滤波器数据输出数据输出抽样抽样判决器判决器本地载波本地载波带通滤波器带通滤波器鉴相器鉴相器输入输入数据输出数据输出抽样抽样判决器判决器本地载波本地载波重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信

36、原理数字通信原理一、二进制移相键控（一、二进制移相键控（2PSK2PSK）解调）解调各时间点波形各时间点波形1 10 0 0 01 11 11 1 0 0 0 0a ab bc cd de e带通滤波器带通滤波器输入输入低通滤波器低通滤波器数据输出数据输出抽样抽样判决器判决器本地载波本地载波a ab bc cd de e重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK2PSK）解调）解调l2PSK2PSK相干解调存在的问题相干解调存在的问题“倒倒”现象现象l当恢复的相干载波产生当恢复的相干载波产生180180o o倒相时，解调出的数字倒相

37、时，解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反，解基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反，解调器输出数字基带信号全部出错。这种现象通常称调器输出数字基带信号全部出错。这种现象通常称为为“倒倒”现象现象。l由于在由于在2PSK2PSK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180180o o的相的相位模糊，而且这种模糊不易被发现。所以位模糊，而且这种模糊不易被发现。所以2PSK2PSK信号信号的相干解调存在随机的的相干解调存在随机的“倒倒”现象现象l2PSK2PSK方式在实际中很少采用。方式在实际中很少采用。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理

38、二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK2PSK）二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK2PSK）二进制差分移相键控（二进制差分移相键控（2DPSK2DPSK）2PSK2PSK与与2DPSK2DPSK信号的频谱信号的频谱重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制二进制差分移相键控差分移相键控（2DPSK2DPSK）l二进制差分移相键控（二进制差分移相键控（2DPSK2DPSK）调制）调制l二进制差分移相键控（二进制差分移相键控（2DPSK2DPSK）解调）解调重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制二进制差分移相键控差分移相键控（2D

39、PSK2DPSK）调制调制l二进制差分相位键控二进制差分相位键控(2DPSK)(2DPSK)方式的提出方式的提出l在在2PSK2PSK信号中，信号相位的变化是以未调正弦信号中，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，所以称为绝对移相表示数字信息，所以称为绝对移相。l为了解决为了解决2PSK2PSK信号解调过程的反向工作问题，信号解调过程的反向工作问题，提出了提出了二进制差分相位键控二进制差分相位键控(2DPSK)(2DPSK)方式方式l2DPSK2DPSK方式中，用前后相邻码元的载波相对相位方式中，用前后相邻码元的

40、载波相对相位变化来表示数字信息变化来表示数字信息相对移相相对移相重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制二进制差分移相键控差分移相键控（2DPSK2DPSK）调制调制l2DPSK2DPSK方式是用前后相邻码元的载波相对相位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变化来表示数字信息。假设前后相邻码元的载波相位差为载波相位差为?0表示数字信息“0”表示数字信息“1”l数字信息与数字信息与?之间的关系也可以定义为之间的关系也可以定义为0表示数字信息“1”表示数字信息“0”重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进

41、制二进制差分移相键控差分移相键控（2DPSK2DPSK）调制调制l2DPSK2DPSK信号的实现方法信号的实现方法l首先对二进制数字基带信号进行差分编码，将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信绝对码表示二进制信息变换为用相对码表示信息，然后再进行绝对调相息，然后再进行绝对调相，从而产生二进制差，从而产生二进制差分相位键控信号。分相位键控信号。l2DPSK2DPSK信号的两种调制方法信号的两种调制方法l模拟调制模拟调制l数字键控数字键控重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制二进制差分移相键控差分移相键控（2DPSK2DP

42、SK）调制调制模拟调制模拟调制数字键控数字键控乘法器乘法器双极性双极性不归零不归零( )s t2( )DPSKetcosct码型变换码型变换coscosc ct t开关电路开关电路( )s t 2DPSKet180180移相移相0 0码变换码变换绝对码转换绝对码转换为到相对码为到相对码重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制二进制差分移相键控差分移相键控（2DPSK2DPSK）调制调制各时间点波形各时间点波形DPSKDPSK信号信号载波载波绝对码绝对码1 11 10 00 00 01 11 10 01 10 00 01 11 11 10 00 0相对码相对码重庆大

43、学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制二进制差分移相键控差分移相键控（2DPSK2DPSK）l二进制差分移相键控（二进制差分移相键控（2DPSK2DPSK）调制）调制l二进制差分移相键控（二进制差分移相键控（2DPSK2DPSK）解调）解调重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制二进制差分移相键控差分移相键控（2DPSK2DPSK）解调解调l2DPSK2DPSK信号解调的两种方式信号解调的两种方式l相干解调相干解调( (极性比较法极性比较法) )l差分相干解调方式差分相干解调方式( (相位比较法相位比较法) )重庆大学通信工程学院重庆大学

44、通信工程学院数字通信原理数字通信原理2DPSK2DPSK解调解调相干解调相干解调l对对2DPSK2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，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。出发送的二进制数字信息。l在解调过程中，若相干载波产生相位模糊，在解调过程中，若相干载波产生相位模糊，使得解调出的相对码产生倒置现象。但是经使得解调出的相对码产生倒置现象。但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了何倒置现象，从而解决了载波相位模糊度载波相位模糊度的的

45、问题。问题。带通滤波器带通滤波器2DPSK2DPSK低通滤波器低通滤波器数据输出数据输出抽样抽样判决器判决器本地载波本地载波码反码反变换器变换器重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理2DPSK2DPSK解调解调相干解调相干解调各时间点波形各时间点波形b ba ac cd de ef f0 00 00 01 11 11 1带通滤波器带通滤波器2DPSK2DPSK低通滤波器低通滤波器数据输出数据输出抽样抽样判决器判决器本地载波本地载波码反码反变换器变换器a ab bc cd de ef f重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制二进制差分移相

46、键控差分移相键控（2DPSK2DPSK）解调解调l相干解调相干解调( (极性比较法极性比较法) )l差分相干解调方式差分相干解调方式( (相位比较法相位比较法) )重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理2DPSK2DPSK解调解调差分差分相干解调相干解调l直接比较前后码元的相位差，从而恢复发送的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。二进制数字信息。l特点特点: :l无需专门的相干载波无需专门的相干载波是一种实用的方法是一种实用的方法l需要一精确延迟电路需要一精确延迟电路设备代价设备代价带通滤波器带通滤波器2DPSK2DPSK低通滤波器低通滤波器数据输

47、出数据输出抽样抽样判决器判决器延迟延迟T TS Sa ab bc cd de e定时脉冲定时脉冲重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理2DPSK2DPSK解调解调差分差分相干解调相干解调各时间点波形各时间点波形a ae e0 00 00 01 11 11 1b bc cd d重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK2PSK）二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK2PSK）二进制差分移相键控（二进制差分移相键控（2DPSK2DPSK）2PSK2PSK与与2DPSK2DPSK信号的频谱信号的频谱重庆大学通信

48、工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理2PSK2PSK与与2DPSK2DPSK信号的频谱信号的频谱l2PSK2PSK与与2DPSK2DPSK信号有相同的功率谱信号有相同的功率谱l2PSK2PSK信号及信号及2DSPK2DSPK信导的表达式可统一表示为信导的表达式可统一表示为tAtsteccos)()(ls(t)s(t)是二进制双极性非归零矩形脉冲序列，是二进制双极性非归零矩形脉冲序列，与基带信号为双极性非归零矩形脉冲时的与基带信号为双极性非归零矩形脉冲时的2ASK2ASK信号的表达式完全相同信号的表达式完全相同。l求求2PSK2PSK与与2DPSK2DPSK信号的功率谱密度信号的

49、功率谱密度的方法与求的方法与求2ASK2ASK信号功率谱密度方法相同信号功率谱密度方法相同。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理222221( )(1) 2 ()2 () 41(12 )(0) ()()4EsccsccPff PPG ffG fffPGffff1( )()()4EscscPfP ffP ff功率谱密度功率谱密度tAtsteccos)()(调制信号调制信号代入基带信号功率谱密度代入基带信号功率谱密度s(t)s(t)是二进制双极性非归零矩形脉冲序列是二进制双极性非归零矩形脉冲序列若概率若概率P P1/21/2221( )()() 4EsccPffG ff

50、G ffg(t)g(t)的频谱的频谱sin( )sssfTG fTfT因此因此22sin()sin()( )4()()scscsEcscsTff Tff TPfff Tff T 连续谱连续谱 离散谱离散谱 连续谱连续谱重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理2PSK2PSK与与2DPSK2DPSK信号的频谱信号的频谱l2PSK2PSK与与2DPSK2DPSK信号的频谱信号的频谱22ASKBB 传输传输2PSK(2DPSK)2PSK(2DPSK)信号所需频带信号所需频带T Ts s/4/40 0P PE E(f)(f)f fs s-f-fs s2f2fb b重庆大学通信工

51、程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理5.3 5.3 移相键控移相键控213重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理2PSK2PSK及及2DPSK2DPSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能2PSK2PSK相干解调系统性能相干解调系统性能2DPSK2DPSK信号相干解调系统性能信号相干解调系统性能2DPSK2DPSK信号差分相干解调系统性能信号差分相干解调系统性能重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理2PSK2PSK相干解调系统性能相干解调系统性能l2 2PSKPSK信号相干解调系统性能分析模型信号相干解调系统性能分析模型l分析其抗噪

52、声性能分析其抗噪声性能( )Ts t发送端发送端带通带通滤波器滤波器( )y t信道信道( )in t( )iy t低通低通滤波器滤波器( )x t2cos()ct抽样抽样判决器判决器定时定时脉冲脉冲输出输出eP相乘器相乘器重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理码元时间间隔码元时间间隔T Ts s内，发送端输出的内，发送端输出的2PSK2PSK信号信号其中其中cos,( )0,tcTAtuts0t1）条件下）条件下1r 信噪比12rePer重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理2PSK2PSK及及2DPSK2DPSK系统的抗噪声性能系统的抗噪

53、声性能2PSK2PSK相干解调系统性能相干解调系统性能2DPSK2DPSK信号相干解调系统性能信号相干解调系统性能2DPSK2DPSK信号差分相干解调系统性能信号差分相干解调系统性能重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理2DPSK2DPSK信号相干解调系统性能信号相干解调系统性能l2 2PSKPSK信号相干解调系统性能分析模型信号相干解调系统性能分析模型l2DPSK2DPSK信号采用信号采用相干解调加码反变换器相干解调加码反变换器方式解调方式解调时，时，码反变换器输入端的误码率既是码反变换器输入端的误码率既是2PSK2PSK信号采信号采用相干解调时的误码率用相干解调时

54、的误码率l只需要再分析码反变换器对误码率的影响即可。只需要再分析码反变换器对误码率的影响即可。eP码反码反变换器变换器带通带通滤波器滤波器( )y t( )iy t低通低通滤波器滤波器( )x t2cos()ct抽样抽样判决器判决器定时定时脉冲脉冲eP相乘器相乘器输出输出重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理2DPSK2DPSK系统有关端点上的信号关系系统有关端点上的信号关系码变换器输出的每一个码元是由输入的两个相邻码码变换器输出的每一个码元是由输入的两个相邻码元决定的元决定的规定：规定：若两相邻码元相同，输出若两相邻码元相同，输出“0 0”；不同，输出；不同，输出“

55、1 1”（即输出数字为相邻输入数字的模二和）（即输出数字为相邻输入数字的模二和）发送数字信息发送数字信息0 00 01 10 01 11 10 01 11 11 1发送信号相位发送信号相位0 00 0 0 0 0 0 0 0相干检测输出相干检测输出0 00 01 11 10 01 11 10 01 10 0码变换输出码变换输出0 01 10 01 11 10 01 11 11 1重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理码变换发生错码的情况码变换发生错码的情况0 00 00 01 11 11 1* *0 0* *0 0* *0 01 11 10 01 11 10 01 1

56、1 11 10 00 00 00 01 11 11 1* *0 0* *1 11 1* *0 0* *1 10 01 11 10 01 11 11 10 00 00 00 01 11 11 1* *0 0* *1 11 1* *1 10 0* *0 01 11 11 10 00 0* *0 0* *1 1* *相干检测输出相对码发生一个错码相干检测输出相对码发生一个错码 码变换器引起相码变换器引起相邻两个码元错误邻两个码元错误 相干检测输出相对码发生两个连续错码相干检测输出相对码发生两个连续错码 码变换器引起两码变换器引起两个码元错误个码元错误 相干检测输出相对码发生相干检测输出相对码发生N

57、N个连续错码个连续错码 码变换器引起两码变换器引起两个码元错误个码元错误 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理nePPPPP2222321码反变换器输入端相对码序列连续出现码反变换器输入端相对码序列连续出现n n个错码的概率个错码的概率 2122222111111111eeeeeeeeeennneeeeePP PPPPPP PPPPPP PPPP式中式中码变换器输入端相对码序列误码率码变换器输入端相对码序列误码率 eP每个码元出错概率相等，且统计独立每个码元出错概率相等，且统计独立 eP码反变换器输出端绝对码序列误码率码反变换器输出端绝对码序列误码率 重庆大学通信工

58、程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理P Pe e小于小于1 1eeePPP11122 1eeePP P12ePerfcr2112ePerfr当相对码的误码率当相对码的误码率P Pe e10 x0，则判决为，则判决为“1”1”符号符号-正确判决正确判决若若x0 x0，则判决为，则判决为“0”0”符号符号-错误判决错误判决12121( )2ccssxanantn n利用恒等式利用恒等式22221 21 2121212121()()4xxyyxxyyxxyy 错误概率错误概率12122222121212121(0/1)(0)( )02 (2)()0ccssccssccssPP xPan

59、antn nPannnnnnnn重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理22112122221212(2)()ccssccssRa nnnnRnnnn12(0/1)PP RRR R1 1为服从广义瑞利分布的随机变量为服从广义瑞利分布的随机变量n n1c1c、n n2c2c、n n1s1s、n n2s2s是相互独立的正态随机变量是相互独立的正态随机变量R R2 2为服从瑞利分布的随机变量为服从瑞利分布的随机变量222141110222naRnnRaRf RIe（4）2224222nRnRf Re21122102211101222024exp24RRnnnPfRfRdRdR

60、RaRRaIdR（0 1）重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理21122102211101222024exp24RRnnnPfRfRdRdRRaRRaIdR（0 1）12rPe（0 1）222nar式中为信噪比同理同理12rPe（1 0）系统总误码率系统总误码率12rePe重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理2DPSK2DPSK信号差分相干解调系统性能信号差分相干解调系统性能l差分相干方式与相干解调差分相干方式与相干解调码反变换方式性码反变换方式性能比较能比较l当系统误码率较小时，当系统误码率较小时，2DPSK2DPSK系统采用差分相干系