通信原理课件

1、通信原理课件通信原理课件第六章第六章 数字信号的载波传输数字信号的载波传输6.1 6.1 引言引言6.2 6.2 二进制数字调制原理二进制数字调制原理6.3 6.3 二进制数字调制系统的抗噪二进制数字调制系统的抗噪 声性能声性能 6.4 6.4 多进制数字调制系统多进制数字调制系统通信原理课件通信原理课件6.1 6.1 引言引言 上一章讨论了数字信号的基带传输，上一章讨论了数字信号的基带传输，而实际传输系统大多数都采用载波传输。而实际传输系统大多数都采用载波传输。主要原因是：一方面，我们知道，为了主要原因是：一方面，我们知道，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要使数字基带信号能够在信道中传输

2、，要求信道具有低通形式的传输特性。然而，求信道具有低通形式的传输特性。然而，实际通信中大多数信道都具有带通传输实际通信中大多数信道都具有带通传输特性，不能直接传送基带信号，必须借特性，不能直接传送基带信号，必须借助载波调制进行频率搬移，将数字基带助载波调制进行频率搬移，将数字基带信号变成适于信道传输的信号变成适于信道传输的通信原理课件通信原理课件数字频带信号；另一方面，由于通信系数字频带信号；另一方面，由于通信系统可传输的信息容量与载波工作频率范统可传输的信息容量与载波工作频率范围相关，因此，提高载波频率在理论上围相关，因此，提高载波频率在理论上就可以增加传输带宽，通常也就可以提就可以增加传输

3、带宽，通常也就可以提供大的信息传输容量。因此，数字通信供大的信息传输容量。因此，数字通信系统总是倾向于采用高频载波传输。系统总是倾向于采用高频载波传输。通信原理课件通信原理课件 一般地，受调制载波的波形（信号表一般地，受调制载波的波形（信号表示式）可以是任意的，只要已调信号适示式）可以是任意的，只要已调信号适合于信道传输就可以了。但是实际上，合于信道传输就可以了。但是实际上，在大多数数字通信系统中，都选择正弦在大多数数字通信系统中，都选择正弦信号作为载波。这主要是因为正弦信号信号作为载波。这主要是因为正弦信号形式简单，便于产生及接收。形式简单，便于产生及接收。通信原理课件通信原理课件数字信号的

4、载波传输从原理上讲，与数字信号的载波传输从原理上讲，与模拟调制几乎没有区别。但是模拟调制模拟调制几乎没有区别。但是模拟调制是对载波信号的参量进行连续调制，在是对载波信号的参量进行连续调制，在接收端对载波信号的调制参量连续地进接收端对载波信号的调制参量连续地进行估值；而数字信号的载波传输是用载行估值；而数字信号的载波传输是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在接收端也只是对载波信号的离信息，在接收端也只是对载波信号的离散调制参量进行检测。数字信号的载波散调制参量进行检测。数字信号的载波传输信号也称为键控信号。传输信号也称为键控信号。通信原理课件通信原理课

5、件 根据已调信号参数改变类型的不同，根据已调信号参数改变类型的不同，数字调制可以分为幅移键控（数字调制可以分为幅移键控（ASKASK）、）、频移键控（频移键控（FSKFSK）和相移键控（）和相移键控（PSKPSK）。）。其中幅移键控属于线性调制，而频移键其中幅移键控属于线性调制，而频移键控属于非线性调制。控属于非线性调制。 本章重点讨论二进制数字调制系统的本章重点讨论二进制数字调制系统的原理及其抗噪声性能。另外，我们也将原理及其抗噪声性能。另外，我们也将简单介绍多进制数字调制系统基本原理简单介绍多进制数字调制系统基本原理及相关知识。及相关知识。通信原理课件通信原理课件 6.2 6.2二进制数字

6、调制原理二进制数字调制原理调制信号为二进制数字信号时的调制调制信号为二进制数字信号时的调制方式统称为二进制数字调制。在这类调方式统称为二进制数字调制。在这类调制中，载波的某个参数（例如幅度、频制中，载波的某个参数（例如幅度、频率或相位）只有两种变化状态。二进制率或相位）只有两种变化状态。二进制调制常分为幅移键控（调制常分为幅移键控（2ASK2ASK）、频移键）、频移键控（控（2FSK2FSK）和相移键控（）和相移键控（2PSK2PSK和和2DPSK2DPSK）三种。下面我们分别介绍这三种数字调三种。下面我们分别介绍这三种数字调制方式的基本原理。制方式的基本原理。通信原理课件通信原理课件6.2.

7、16.2.1二进制幅移键控（二进制幅移键控（2ASK2ASK）1 1、2ASK2ASK信号的时域表达信号的时域表达二进制幅移键控（二进制幅移键控（2ASK2ASK）是指高频载）是指高频载波的幅度受调制信号的控制，而频率和波的幅度受调制信号的控制，而频率和相位保持不变。也就是说，用二进制数相位保持不变。也就是说，用二进制数字信号的字信号的“1”1”和和“0”0”控制载波的通和控制载波的通和断，所以又称通断，所以又称通断键控断键控OOKOOK（OnOff OnOff KeyingKeying）。）。通信原理课件通信原理课件假定载波信号假定载波信号 ，设发送的二，设发送的二进制符号序列由进制符号序列

8、由0 0、1 1序列组成，发送序列组成，发送0 0符符号的概率为号的概率为P P，发送，发送1 1符号的概率为符号的概率为1-P1-P，且相互独立。该二进制基带符号序列且相互独立。该二进制基带符号序列: : 其中，其中， 是二进制基带信号序列（码元是二进制基带信号序列（码元）的时间间隔，）的时间间隔， 是调制信号的脉冲表是调制信号的脉冲表达式，为方便讨论，这里设其是宽度达式，为方便讨论，这里设其是宽度 为的单极性脉冲波形且幅度为为的单极性脉冲波形且幅度为1.1.即：即：( )coscC ttsT( )g tsT(6.1)(6.1)( )nsns ta g tnT通信原理课件通信原理课件1,00

9、,( )t Tsg t 其他a an n是二进制数字信号，其取值服从下述是二进制数字信号，其取值服从下述关系：关系：(6.2)(6.2)(6.3)(6.3)0,pn1,a概率为概率为1-p通信原理课件通信原理课件由由2ASK2ASK的定义可得其表达式为的定义可得其表达式为 可见，可见，2ASK2ASK信号可以表示为一个单极信号可以表示为一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦型载波相乘性矩形脉冲序列与一个正弦型载波相乘。一个典型的。一个典型的2ASK2ASK信号时间波形如图信号时间波形如图6-16-1所示（图中载波频率在数值上是码元速所示（图中载波频率在数值上是码元速率的率的3 3倍）。倍）。2()(

10、)coscosASKcnscnStsttag t nTt(6.4)(6.4)通信原理课件通信原理课件图图6-1 2ASK6-1 2ASK信号时间波形信号时间波形通信原理课件通信原理课件2 2、2ASK2ASK信号的产生信号的产生 2ASK2ASK信号的产生方法有两种，如图信号的产生方法有两种，如图6-6-2 2所示。图（所示。图（a a）是通过二进制基带信）是通过二进制基带信号序列与载波直接相乘而产生号序列与载波直接相乘而产生2ASK2ASK信信号的模拟调制法；图（号的模拟调制法；图（b b）是一种键控）是一种键控法，这里的电子开关受调制信号的控法，这里的电子开关受调制信号的控制。制。通信原理

11、课件通信原理课件图图6-2 2ASK6-2 2ASK信号的产生信号的产生（a a）模拟调制法）模拟调制法 （b b）键控法）键控法通信原理课件通信原理课件3 3、2ASK2ASK信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽下面我们来分析下面我们来分析2ASK2ASK信号的频谱特性信号的频谱特性。为便于表示，假定调制信号。为便于表示，假定调制信号 是一个是一个平稳随机序列信号，由于一个平稳随机平稳随机序列信号，由于一个平稳随机过程通过乘法器后，其输出过程的功率过程通过乘法器后，其输出过程的功率谱已经在谱已经在2.72.7中给出，由式（中给出，由式（2.1292.129）可）可得得2ASK2ASK信号的功

12、率谱为：信号的功率谱为：2()()( )4scscASKP ffP ffPf( )s t(6.5)(6.5)通信原理课件通信原理课件上式中上式中Ps(f)Ps(f)是调制信号是调制信号S(t)S(t)的功率谱。的功率谱。当当S(t)S(t)为为0 0、1 1等概率出现的单极性矩形等概率出现的单极性矩形随机脉冲序列（码元间隔为随机脉冲序列（码元间隔为T Ts s）时，由）时，由式（式（5.105.10）知其功率谱密度为：）知其功率谱密度为：222sin11( )( )4411()( )44sssssssfTP ff TffTT SafTf(6.6)(6.6)通信原理课件通信原理课件将上式代入式（

13、将上式代入式（6.56.5），得：），得：2ASK2ASK信号的功率谱如图信号的功率谱如图6-36-3所示，图所示，图6-36-3（a a）是调制信号的功率谱，图）是调制信号的功率谱，图6-36-3（b b）是已调信号的功率谱。是已调信号的功率谱。22( )()()2161()()16sfffASKssccffccTffSaSaPTTff(6.7)(6.7)通信原理课件通信原理课件图图6-3 2ASK6-3 2ASK信号的功率谱信号的功率谱通信原理课件通信原理课件由图由图6-36-3可以看出，第一：可以看出，第一：2ASK2ASK信号的信号的功率谱包含连续谱和离散谱。其中连续功率谱包含连续谱和

14、离散谱。其中连续谱是数字基带信号谱是数字基带信号S(t)S(t)经线性调制后的经线性调制后的双边带谱，而离散谱为载波分量。第二：双边带谱，而离散谱为载波分量。第二： 2ASK2ASK信号的频带宽度信号的频带宽度B2ASKB2ASK为基带调制为基带调制信号带宽信号带宽fsfs的两倍：的两倍：上式中，上式中， 为码元传输速率。为码元传输速率。222ASKsBBfR1/BsRT(6.8)(6.8)通信原理课件通信原理课件4 4、2ASK2ASK信号的解调信号的解调2ASK2ASK信号的解调可以采用非相干解调信号的解调可以采用非相干解调（包络检波）和相干解调两种方式来实现。（包络检波）和相干解调两种方

15、式来实现。如图如图6-46-4和图和图6-56-5所示。所示。通信原理课件通信原理课件图图6-4 6-4 （a a）原理框图）原理框图通信原理课件通信原理课件图图6-4 6-4 （b b）各点波形图）各点波形图 通信原理课件通信原理课件6-56-5（a a）原理框图）原理框图通信原理课件通信原理课件图图6-5 6-5 （b b）各点波形图）各点波形图通信原理课件通信原理课件6.2.2 6.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）1 1、2FSK2FSK信号的时域表达信号的时域表达二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）是指载波的频）是指载波的频率受调制信号的控制，而

16、幅度和相位保率受调制信号的控制，而幅度和相位保持不变。设二进制数字信号的持不变。设二进制数字信号的“1”1”对应对应载波频率载波频率f f1 1，“0” 0” 对应载波频率对应载波频率f f2 2，而，而且且f f1 1和和f f2 2之间的改变是瞬间完成的。因此之间的改变是瞬间完成的。因此，二进制频移键控信号可以看成是两个，二进制频移键控信号可以看成是两个不同载波的二进制幅移键控信号的叠加不同载波的二进制幅移键控信号的叠加。根据以上分析，得出。根据以上分析，得出2FSK2FSK信号的时域信号的时域表达式为：表达式为： 通信原理课件通信原理课件这里，这里， 和和 分别表示第分别表示第n n个信

17、号码个信号码元的初始相位，元的初始相位， 是是 的反码，有：的反码，有： 212()cos()()cos()nFSKnsnnsnnSta g tnTta g tnTtnana(6.9)(6.9)nn通信原理课件通信原理课件0,pn1,a概率为概率为1-p0,1-pn1,a概率为概率为p一般地，将一般地，将g(t)g(t)看作式宽度为看作式宽度为T Ts s的单极的单极性脉冲波形。设：性脉冲波形。设：(6.10)(6.10)12( )()( )()snnsnntg t nSaTtg t nSaT通信原理课件通信原理课件 2FSK 2FSK信号表示为：信号表示为： 2FSK2FSK信号的典型时间波

18、形如下图所示信号的典型时间波形如下图所示. . 21122()cos()()cos()FSKnnSts tts tt (6.11)(6.11)通信原理课件通信原理课件图图6 66 2FSK6 2FSK信号时间波形信号时间波形通信原理课件通信原理课件2 2、2FSK2FSK信号的产生信号的产生通常通常2FSK2FSK信号可以由两种电路实现。信号可以由两种电路实现。 图图6-7 2FSK6-7 2FSK信号的产生信号的产生（a a）模拟调频法）模拟调频法 （b b）键控法）键控法 通信原理课件通信原理课件3 3、2FSK2FSK信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽由式（由式（6.9）可知，一个）可

19、知，一个2FSK信号信号可看作两个不同频率可看作两个不同频率2ASK信号的合成。信号的合成。在二进制移频键控信号中，在二进制移频键控信号中， 和和 不携带信息，通常可令不携带信息，通常可令 和和 为零。为零。因此，式（因此，式（6. 11）二进制移频键控信号）二进制移频键控信号的时域表达式可简化为：的时域表达式可简化为：式中，式中，nnnn 21122( ) os( )cosFSKSts t cts tt1( )()nsns ta g tnT2( )()nsns ta g tnT(6.12)(6.12)通信原理课件通信原理课件由式（由式（6. 56. 5）2ASK2ASK信号功率谱密度的表信号

20、功率谱密度的表达式，可以得到达式，可以得到2FSK2FSK信号功率谱密度的信号功率谱密度的表达式为表达式为: :上式中上式中,P,Ps1s1(f)(f)和和P Ps2s2(f)(f)分别是基带信号分别是基带信号S S1 1(t)(t)和和S S2 2(t)(t)的功率谱。的功率谱。 2111122221( )()()()()4F SKssssPfP f fP f fP f fP f f (6.13)(6.13)通信原理课件通信原理课件22( )()()2111622()()22161112216sfFSKsssssTffffSaSaPTTTffffSaSaTTffffffff（）（）（）（）当

21、概率当概率p1/2时，可以得时，可以得2FSK信号功率信号功率谱的表达式为：谱的表达式为：(6.14)(6.14)通信原理课件通信原理课件图图6-8 2FSK6-8 2FSK信号的功率谱信号的功率谱 2FSK 2FSK信号的功率谱如图信号的功率谱如图6-86-8所示。图中所示。图中 012/ 2fff通信原理课件通信原理课件由图由图6 68 8可见，第一，可见，第一，2FSK2FSK信号的功信号的功率谱与率谱与2ASK2ASK信号功率谱相似，同样包含信号功率谱相似，同样包含连续谱喝离散谱。其中，连续谱由两个连续谱喝离散谱。其中，连续谱由两个双边谱叠加而成，而离散谱出现在两个双边谱叠加而成，而离

22、散谱出现在两个载频位置上。第二，连续谱的形状随着载频位置上。第二，连续谱的形状随着 的大小而异。当的大小而异。当 出现出现双峰，双峰， 出现单峰，只有出现单峰，只有 时双峰完全分离。通信中，常见的是时双峰完全分离。通信中，常见的是 的情况的情况 。 21ff21sfff21sfff212sfff212sfff通信原理课件通信原理课件同样，由同样，由6 68 8可以定义可以定义2FSK2FSK的频谱的频谱宽度为：宽度为：2212FSKsfffB(6.15)(6.15)通信原理课件通信原理课件4 4、2FSK2FSK信号的解调信号的解调2FSK2FSK的解调也可以分为非相干（包的解调也可以分为非相

23、干（包络检波）和相干解调，分别如图络检波）和相干解调，分别如图6-96-9和和图图6-106-10所示，其原理和所示，其原理和2ASK2ASK解调时相解调时相同，只是这里使用两套电路。同，只是这里使用两套电路。通信原理课件通信原理课件图图6-9 2FSK6-9 2FSK包络检波方框图包络检波方框图通信原理课件通信原理课件图图6-10 2FSK6-10 2FSK相干解调方框图相干解调方框图通信原理课件通信原理课件2FSK2FSK另外一种常用而简便的解调方另外一种常用而简便的解调方法是过零检波解调法，其解调原理框法是过零检波解调法，其解调原理框图及各点时间波形如图图及各点时间波形如图6-116-1

24、1（a a）和）和（b b）所示。其基本原理是：二进制移）所示。其基本原理是：二进制移频键控信号的过零点数随载波频率不频键控信号的过零点数随载波频率不同而异，通过检测过零点数从而得到同而异，通过检测过零点数从而得到频率的变化。频率的变化。通信原理课件通信原理课件在图在图6-116-11中，输入信号经过限幅后中，输入信号经过限幅后产生矩形波，经微分、整流、脉冲波产生矩形波，经微分、整流、脉冲波形成形后得到与频率变化相关的矩形形成形后得到与频率变化相关的矩形脉冲波，再经低通滤波器滤除高次谐脉冲波，再经低通滤波器滤除高次谐波，便恢复出与原数字信号对应的数波，便恢复出与原数字信号对应的数字基带信号。字

25、基带信号。通信原理课件通信原理课件图图6-11 2FSK6-11 2FSK信号的过零检测法信号的过零检测法通信原理课件通信原理课件.3二进制相移键控（二进制相移键控（2PSK2PSK）和二）和二进制差分移相键控（进制差分移相键控（2DPSK2DPSK）相移键控是利用载波相位的变化来传相移键控是利用载波相位的变化来传递数字信息，通常可以分为绝对相移键递数字信息，通常可以分为绝对相移键控（控（2PSK2PSK）和相对相移键控（）和相对相移键控（2DPSK2DPSK）两种方式，下面分别讨论。两种方式，下面分别讨论。通信原理课件通信原理课件1 1、二进制绝对相移键控（、二进制绝对相移键

26、控（2PSK2PSK） 一般地如果二进制序列的数字信号一般地如果二进制序列的数字信号“1”1”和和“0”0”，分别用载波的相位，分别用载波的相位 和和0 0这两个离散值来表示，而其幅度和这两个离散值来表示，而其幅度和频率保持不变，这种调制方式就称为二频率保持不变，这种调制方式就称为二进制绝对相移键控。也就是说，绝对相进制绝对相移键控。也就是说，绝对相移键控是指已调信号的相位直接由数字移键控是指已调信号的相位直接由数字基带信号控制。设二进制符号及其基带基带信号控制。设二进制符号及其基带信号波形与前面假设一样，则信号波形与前面假设一样，则2PSK2PSK信号信号的一般表达式为的一般表达式为: :通

27、信原理课件通信原理课件 2()cosPSKnscnSta g tnTt1,1,nPaP出现概率为出现概率为1- 值得注意的是，虽然式（值得注意的是，虽然式（6.236.23）与）与2ASK2ASK的表示形式一样，但这里的的表示形式一样，但这里的a an n有着有着不同的含义，即：不同的含义，即：(6.24)(6.24)(6.23)(6.23)通信原理课件通信原理课件不失一般性，仍然假定不失一般性，仍然假定g(t)g(t)是一个宽度是一个宽度为为T Ts s的单极性脉冲波形且幅度为的单极性脉冲波形且幅度为1 1，则二，则二进制绝对相移键控信号在一个码元周期进制绝对相移键控信号在一个码元周期TsT

28、s内可以表示为：内可以表示为： 2cos0cos1cPSKctPSttP概率为概率为(6.25)(6.25)即发送二进制符号即发送二进制符号“0”0”时（时（a an n取取1 1）S S2PSK2PSK(t)(t)取取0 0相位；发送二进制符号相位；发送二进制符号“1”1”时时（a an n取取1 1）S S2PSK 2PSK (t)(t)取取 相位。相位。通信原理课件通信原理课件 2PSK 2PSK信号的典型时间波形如图信号的典型时间波形如图6-126-12所示，图中所有数字信号所示，图中所有数字信号“1”1”码对应码对应载波信号的相位，而载波信号的相位，而“0”0”码对应载波码对应载波信

29、号的信号的0 0相位（也可以反之）。相位（也可以反之）。通信原理课件通信原理课件图图6-12 2PSK6-12 2PSK波形波形通信原理课件通信原理课件 2PSK 2PSK信号可以采用两种方法实现。一信号可以采用两种方法实现。一种是如图种是如图6-136-13（a a）所示的模拟调制）所示的模拟调制法，二进制数字序列经码型变换，由单法，二进制数字序列经码型变换，由单极性码形成幅度为的双极性不归零码，极性码形成幅度为的双极性不归零码，与载波相乘而产生与载波相乘而产生2PSK2PSK信号。另一种是信号。另一种是如图如图6-13(b)6-13(b)所示的键控法。所示的键控法。通信原理课件通信原理课件

30、图图6-13 2PSK6-13 2PSK的实现方式的实现方式通信原理课件通信原理课件 下面我们来分析下面我们来分析2PSK2PSK信号的频谱特性。信号的频谱特性。由式（由式（6.236.23）可以看出，）可以看出，2PSK2PSK信号实质上信号实质上可以被看成是一个特殊的可以被看成是一个特殊的2ASK2ASK信号，即当信号，即当数字信号为数字信号为“0”0”时的取值时的取值anan为为1 1，当数字，当数字信号为信号为“1”1”时时anan的取值为的取值为1 1。也就是说，。也就是说，在在2ASK2ASK中是中是g(t)g(t)单极性信号，而在单极性信号，而在2PSK2PSK中中则可以看作是一

31、个双极性信号。则求则可以看作是一个双极性信号。则求2PSK2PSK信号的功率谱，也可以采用与求信号的功率谱，也可以采用与求2ASK2ASK信号信号功率谱相同的方法。所以，功率谱相同的方法。所以，2PSK2PSK信号的功信号的功率谱也可以写成式（率谱也可以写成式（6.56.5）的形式，即）的形式，即: :通信原理课件通信原理课件2()()( )4scscPSKP ffP ffPf式中，式中，Ps(f)是调制信号是调制信号S(t)的功率谱密度。的功率谱密度。S(t)的功率谱密度为：的功率谱密度为：(6.26)(6.26)2()()sssPfT SafT (6.27)(6.27)通信原理课件通信原理

32、课件将上式代入式（将上式代入式（6.266.26），得），得222( )()()4SPSKcscsTPfSaff TSaff T (6.28)(6.28)通信原理课件通信原理课件 式（式（6.286.28）与）与2ASK2ASK信号的功率谱表达信号的功率谱表达式（式（6.76.7）相比较可见，）相比较可见，2PSK2PSK信号的功率信号的功率谱与谱与2ASK2ASK信号功率谱中的连续谱部分的信号功率谱中的连续谱部分的形状相同。因此这两种信号的带宽相同。形状相同。因此这两种信号的带宽相同。另一方面，当双极性基带信号以相等的另一方面，当双极性基带信号以相等的概率出现时，概率出现时，2PSK2PSK

33、信号的功率谱中无离信号的功率谱中无离散谱分量，而此离散分量就是散谱分量，而此离散分量就是2ASK2ASK信号信号的载波分量。所以，的载波分量。所以，2PSK2PSK信号可以看成信号可以看成是抑制载波的双边带幅移键控信号。是抑制载波的双边带幅移键控信号。通信原理课件通信原理课件6-146-14（a a）原理框图）原理框图 2PSK 2PSK信号的解调一般采用相干解调。信号的解调一般采用相干解调。2PSK2PSK相干解调原理框图和各点波形分别相干解调原理框图和各点波形分别如图如图6-146-14（a a）和（）和（b b）所示。）所示。通信原理课件通信原理课件图图6-14 6-14 （b b）各点

34、波形）各点波形 通信原理课件通信原理课件 在绝对调相方式中，发送端是以未调在绝对调相方式中，发送端是以未调载波相位作基准，然后用已调载波相位载波相位作基准，然后用已调载波相位相对于基准相位的绝对值（相对于基准相位的绝对值（0 0或或 ）来表）来表示数字信号，因而在接收端也必须有这示数字信号，因而在接收端也必须有这样一个固定的基准相位作参考。如果这样一个固定的基准相位作参考。如果这个参考相位发生变化个参考相位发生变化( ( 或或 ) )2 2、二进制相对移相键控（、二进制相对移相键控（2DPSK2DPSK）00通信原理课件通信原理课件则恢复的数字信号也就会发生错误则恢复的数字信号也就会发生错误（

35、“1”1”到到“0”0”或或 “ “0”0”到到“1”1”）。这）。这种现象通常称为种现象通常称为2PSK2PSK方式的方式的“倒倒 现象现象”或或“反向工作现象反向工作现象”。为了克服这种现。为了克服这种现象，实际中一般不采用象，实际中一般不采用2PSK2PSK方式，而采方式，而采用相对移相键控（用相对移相键控（2DPSK2DPSK）方式。）方式。通信原理课件通信原理课件100数字信息“数字信息”“”相对移相键控（相对移相键控（2DPSK2DPSK）是利用前后相邻）是利用前后相邻码元载波相位的相对变化来表示数字信码元载波相位的相对变化来表示数字信号。相对调相值号。相对调相值 是指本码元的初相

36、与是指本码元的初相与前一码元的初相之差前一码元的初相之差. .并设：并设：2DPSK2DPSK的典型时间波形如图的典型时间波形如图6-156-15所示。所示。(6.29)(6.29)通信原理课件通信原理课件图图6-15 2DPSK6-15 2DPSK的波形的波形通信原理课件通信原理课件2DPSK2DPSK的产生基本类似于的产生基本类似于2PSK2PSK，只是，只是调制信号需要经过码型变换，将绝对调制信号需要经过码型变换，将绝对码变为相对码。码变为相对码。2DPSK2DPSK产生的原理框产生的原理框图如图图如图6-166-16所示，图（所示，图（a a）为模拟调）为模拟调制法，图（制法，图（b

37、b）为键控法。）为键控法。通信原理课件通信原理课件图图6-16 2DPSK6-16 2DPSK的实现方式的实现方式通信原理课件通信原理课件从上面分析可见，无论接收信号是从上面分析可见，无论接收信号是2DPSK2DPSK还是还是2PSK2PSK信号，单从接收端看是区信号，单从接收端看是区分不开的。因此，分不开的。因此，2DPSK2DPSK信号的功率谱密信号的功率谱密度和度和2PSK2PSK信号的功率谱密度是完全一样信号的功率谱密度是完全一样的。的。通信原理课件通信原理课件下面讨论下面讨论2DPSK2DPSK信号的解调。信号的解调。2DPSK2DPSK信信号可以采用相干解调法号可以采用相干解调法(

38、 (极性比较法极性比较法) )和和差分相干解调法差分相干解调法( (相位比较法相位比较法) )。图。图6-176-17为相干解调法，解调器原理图和解调过为相干解调法，解调器原理图和解调过程各点时间波形如图程各点时间波形如图6-176-17（a a）和（）和（b b）所示。其解调原理是：先对所示。其解调原理是：先对2DPSK2DPSK信号信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过进行相干解调，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。在解调过程中，发送的二进制数字信息。在解调过程中，若相干载波产生若相干载波产生180180相位模糊，

39、相位模糊，通信原理课件通信原理课件解调出的相对码将产生倒置现象，但解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊的问题。相位模糊的问题。通信原理课件通信原理课件图图6-17 2DPSK6-17 2DPSK的相干解调的相干解调通信原理课件通信原理课件图图6-186-18所示是所示是2DPSK2DPSK信号的差分相干信号的差分相干解调解调 ( (相位比较相位比较) )法，解调器原理图和法，解调器原理图和解调过程各点时间波形如图解调过程各点时间波形如图6-186-18（a

40、 a）和（和（b b）所示。其解调原理是：直接比）所示。其解调原理是：直接比较前后码元的相位差，从而恢复发送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，故解调器中不完成了码反变换作用，故解调器中不需要码反变换器。同时差分相干解调需要码反变换器。同时差分相干解调方式不需要专门的相干载波，因此是方式不需要专门的相干载波，因此是一种非相干解调方法。一种非相干解调方法。通信原理课件通信原理课件图图6-18 2DPSK6-18 2DPSK的差分相干解调的差分相干解调通信原理课件通信原理课件下面分析图下面分析图6 61818（a a）

41、所示）所示2DPSK2DPSK信号信号采用差分相干解调的原理。采用差分相干解调的原理。设输入已调信号为设输入已调信号为:(a:(a点点) )1( )cos()cnttyw(6.30)(6.30)设输入已调信号经过延时器的输出为设输入已调信号经过延时器的输出为（b点）：点）：11( )cos()ScnttywT(6.31)(6.31)通信原理课件通信原理课件式中式中 分别为本码元载波的初分别为本码元载波的初相和前一码元载波的初相。相和前一码元载波的初相。令令 ，相乘器输出为：，相乘器输出为：（C点）点）n1n1nnn11( ) cos()cos ()11cos()cos(2)22cncsnnc

42、scc snnz ttt TTtT (6.32)(6.32)通信原理课件通信原理课件1( )cos()21111cos()cos()sin() sin()2222nc snc snc sx tTTT低通滤波器输出为：（低通滤波器输出为：（d点）点）(6.33)(6.33)通信原理课件通信原理课件1/201( )cos1/22nnnx t 通常认为数字信号传输速率（通常认为数字信号传输速率（ ）与载波频率有整数）与载波频率有整数k k倍关系。取倍关系。取f fc c=kf=kfs s则则则式（则式（6.2-336.2-33）可简化为：）可简化为： 2csTk1 /sT(6.34)(6.34)通信

43、原理课件通信原理课件0001xx判为判为可见，当码元宽度是载波周期的整数倍可见，当码元宽度是载波周期的整数倍时，相位比较法对本码元的初相与前一码时，相位比较法对本码元的初相与前一码元的初相进行了比较。元的初相进行了比较。抽样判决器的判决准则为：抽样判决器的判决准则为：其中，其中，x为抽样时刻的值（抽样值）。为抽样时刻的值（抽样值）。从而完成正确解调。从而完成正确解调。通信原理课件通信原理课件6.3 6.3 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通信系统的抗噪声性能是指系统克服加通信系统的抗噪声性能是指系统克服加性噪声影响的能力。在数字通信中，信道性噪声影响的能力。在数字通

44、信中，信道的加性噪声能使传输码元产生错误，错误的加性噪声能使传输码元产生错误，错误程度通常用误码率来衡量。与数字基带系程度通常用误码率来衡量。与数字基带系统一样，分析二进制数字调制系统的抗噪统一样，分析二进制数字调制系统的抗噪声性能，也就是要计算系统由加性噪声产声性能，也就是要计算系统由加性噪声产生的总误码率。生的总误码率。通信原理课件通信原理课件.12ASK2ASK的抗噪声性能的抗噪声性能 2ASK 2ASK有两种解调方式：相干解调和非有两种解调方式：相干解调和非相干解调。为便于分析，我们这里首先相干解调。为便于分析，我们这里首先给出给出2ASK2ASK相干解调（同步解调）和

45、非相相干解调（同步解调）和非相干解调（包络检波）的基本分析模型如干解调（包络检波）的基本分析模型如图图6-196-19所示。图中所示。图中u ui i(t)(t)表示在一个观察表示在一个观察周期周期T Ts s内发射端发出的已调信号波形，内发射端发出的已调信号波形，n(t)n(t)表示高斯白噪声信号。当表示高斯白噪声信号。当y yi i(t)(t)经过经过带通滤波器后，我们可认为带通滤波器后，我们可认为U Ui i(t)(t)不变，不变，而而n(t)n(t)则变成窄带的高斯噪声则变成窄带的高斯噪声n n i i(t)(t)。通信原理课件通信原理课件图图6-19 2ASK6-19 2ASK相干解

46、调和非相干解调模型相干解调和非相干解调模型通信原理课件通信原理课件( )( )( )0iisy tu tn ttT cos,1( )0,0ciatu t发送发送“”时”时“设发送端的载波为设发送端的载波为AcoswAcoswc ct t，在一个码元，在一个码元持续时间内，收端信号持续时间内，收端信号y yi i(t)(t)经过带通滤经过带通滤波器后已调信号加窄带噪声的合成波形为波器后已调信号加窄带噪声的合成波形为: : 其中 式中，是考虑由于信道影响而带来幅式中，是考虑由于信道影响而带来幅度衰减后的值。度衰减后的值。(6.35)(6.35)(6.36)(6.36)通信原理课件通信原理课件( )

47、( )cos( )siniccscn tn ttn tt()cos()sin1()()cos()sin0ccscccsca n tt n ttytn tt n tt发 送 “发 送时“” 时由于由于n ni i(t)(t)是一个窄带高斯过程，设其均是一个窄带高斯过程，设其均值为值为0 0、方差为、方差为 。由式（。由式（2.1312.131）可得）可得: : 将将(6.36)(6.36)和式和式(6.37)(6.37)代入式代入式(6.35)(6.35)得到得到带通滤波器的输出波形带通滤波器的输出波形: : 2n(6.37)(6.37)(6.38)(6.38)通信原理课件通信原理课件1 1、相

48、干解调性能分析、相干解调性能分析22() cos()sincos()() cos()cos()sincosccscccccscca n tt n tttztyttn tt n ttt ,( )1( )( )0,ccan tx tn t“”送“发时”时发送由图由图6-196-19（a a）所示，）所示，u ui i(t)(t)和和n ni i(t)(t)信号信号经过相乘器与本地载波经过相乘器与本地载波coswcoswc ct t相乘后，有相乘后，有 经过低通滤波器后，在抽样判决器输入经过低通滤波器后，在抽样判决器输入端得到的波形端得到的波形x(t)x(t)可以表示为可以表示为: :(6.39)(

49、6.39)(6.40)(6.40)通信原理课件通信原理课件式中未计入系数式中未计入系数1/2 1/2 ，这是因为该系数，这是因为该系数可以由电路中的增益来加以补偿。可以由电路中的增益来加以补偿。 2211exp22nnfxxa 2201exp22nnfxx由于由于n nc c(t)(t)是高斯过程，因此当发送是高斯过程，因此当发送“1”1”时，过程时，过程a+na+nc c(t)(t)的一维概率密度为的一维概率密度为: :而当发送而当发送“0”0”时，时， n nc c(t)(t)的一维概率密的一维概率密度为：度为： (6.41)(6.41)(6.42)(6.42)通信原理课件通信原理课件 1

50、1211122benb aPP x bf x dxerf 设抽样判决器的判决门限为设抽样判决器的判决门限为b b，我们规，我们规定判决准则如下定判决准则如下:x(t):x(t)的抽样值的抽样值xbxb，则，则判为判为“1”“1”码码, ,若若xbxb，则判为，则判为“0”“0”码。码。显然，此时产生误码只有两种情形：（显然，此时产生误码只有两种情形：（1 1）发发“1”“1”错判为错判为“0”“0”码；（码；（2 2）发）发“0”“0”错判为错判为“1”“1”码。假定出现这两种情形的码。假定出现这两种情形的条件概率分别为条件概率分别为P Pe1e1和和P Pe0e0，则有：，则有：(6.43)

51、(6.43)通信原理课件通信原理课件 0021()122ebnbPP x bf xdxerf 202xuerf xedu其中其中10(1)(0)eeePPPPP系统总误码率系统总误码率Pe为：为：(6.44)(6.44)(6.45)(6.45)(6.46)(6.46)通信原理课件通信原理课件 这里，这里，P(1)P(0)P(1)P(0)分别表示发分别表示发“1”1”码码和发和发“0”0”码的概率。如果码的概率。如果P(1)=P(0) P(1)=P(0) ，上式可以进一步表示为上式可以进一步表示为: :10111111224422eeennb abPPPerferf(6.47)(6.47)通信原

52、理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件 由图由图6-206-20可以看出，式（可以看出，式（6.476.47）表示）表示的系统总误码率等于图中画有斜线区域的系统总误码率等于图中画有斜线区域总面积的一半。显然，为了取得最小误总面积的一半。显然，为了取得最小误码率，判决门限值应位于图中码率，判决门限值应位于图中f f1 1(x)(x)与与f f0 0(x)(x)曲线的交点，即曲线的交点，即 ( (最佳门限最佳门限) )点，点，此时有此时有: : *10f bfbb(6.48)(6.48)通信原理课件通信原理课件*2ab122ePerfcr222nar将式（将式（6.416.41）及式（）及式（

53、6.426.42）代入上述方）代入上述方程，即得程，即得: :将式（将式（6.496.49）代入式（）代入式（6.476.47），最后得），最后得到到其中，其中， 称为解调器的输入信噪比称为解调器的输入信噪比(6.50)(6.50)(6.49)(6.49)通信原理课件通信原理课件1r 41rePer 当当 时，式（时，式（6.506.50）可以近似表）可以近似表示为：示为：(6.51)(6.51)通信原理课件通信原理课件2 2、非相干解调（包络检波）性能分析、非相干解调（包络检波）性能分析22( )( )( )csV ta n tn t22( )( )( )csV tn tn t当采用包络解调

54、时，解调模型如图当采用包络解调时，解调模型如图6-196-19（b b）所示。当发送）所示。当发送“1”1”码时，则在码时，则在(0,Ts)(0,Ts)内，带通滤波器输出的包络为内，带通滤波器输出的包络为: :而发送而发送“0”0”码时，带通滤波器输出的包络码时，带通滤波器输出的包络(6.52)(6.52)(6.53)(6.53)通信原理课件通信原理课件222() 21022( )nVannVaVf VIe22202( )nVnVf Ve 根据第二章的讨论可知，由式（根据第二章的讨论可知，由式（6.526.52）给出的包络函数，其一维概率密度函数服给出的包络函数，其一维概率密度函数服从广义瑞利

55、分布；而由式（从广义瑞利分布；而由式（6.536.53）给出的）给出的包络函数，其一维概率密度函数服从瑞利包络函数，其一维概率密度函数服从瑞利分布。它们的概率密度函数可分别表示为分布。它们的概率密度函数可分别表示为(6.54)(6.54)(6.55)(6.55)通信原理课件通信原理课件 显然，显然，V(t)V(t)信号经过抽样后按照规定信号经过抽样后按照规定的判决门限进行判决，从而确定接收码的判决门限进行判决，从而确定接收码元是元是“1”1”码还是码还是“0”0”码。仍设判决门码。仍设判决门限为限为b b，并规定，并规定V(t)V(t)的抽样值的抽样值VbVb时，判时，判为为“1”1”码；码；

56、V Vb b时，判为时，判为“0”0”码。同理，码。同理，我们可以分别得到发我们可以分别得到发“1”1”错判为错判为“0”0”码的条件概率码的条件概率P Pe1e1和发和发“0”0”错判为错判为“1”1”码的条件概率码的条件概率P Pe0e0分别为分别为: :通信原理课件通信原理课件222202022( )nneVbbnbPP VbVf V dVedVe(6.57)(6.57)1110( )1( )1,bebnnPP Vbf V dVf V dVabQ (6.56)(6.56)通信原理课件通信原理课件22() 20( , )( )tQtIt edt ,nnnabVt10(1)(0)eeePPP

57、PP式式(6.56)(6.56)中中QQ 函数定义为函数定义为: :经分析可得系统总误码率经分析可得系统总误码率P Pe e为：为：(6.60)(6.60)(6.58)(6.58)(6.59)(6.59)通信原理课件通信原理课件22211(,)2nbennabPQe*2bVa如果如果P(1)=P(0) P(1)=P(0) ，则有，则有在大信噪比条件下（在实际应用中，采在大信噪比条件下（在实际应用中，采用包络检波器的接收系统都设计成工作用包络检波器的接收系统都设计成工作于大信噪比的情况），按照前面的分析于大信噪比的情况），按照前面的分析方法，同样可以求得该系统的最佳门限方法，同样可以求得该系统的

58、最佳门限值为值为: :(6.61)(6.61)(6.62)(6.62)通信原理课件通信原理课件412rePe22/2nra从而，从而，P(1)=P(0)P(1)=P(0)在条件下，可以求得在条件下，可以求得2ASK2ASK非相干解调时误码率为：非相干解调时误码率为： 式中，式中，(6.62)(6.62)通信原理课件通信原理课件通信原理课件通信原理课件比较式（比较式（6.516.51）和式（）和式（6.636.63）可以）可以看出，在相同的大信噪比下，看出，在相同的大信噪比下，2ASK2ASK信信号相干解调的误码率低于非相干解调号相干解调的误码率低于非相干解调的误码率，但两者的误码性能相差并的误

59、码率，但两者的误码性能相差并不大。然而，由于非相干解调时不需不大。然而，由于非相干解调时不需要稳定的本地载波信号，故在电路上要稳定的本地载波信号，故在电路上要比相干解调时简单。要比相干解调时简单。通信原理课件通信原理课件 例例6.16.1若采用若采用2ASK2ASK方式传送方式传送“1”1”和和“0”0”等概率的二进制数字信息，已知等概率的二进制数字信息，已知码元宽度为码元宽度为T Ts s100us100us，信道输出端高斯，信道输出端高斯白噪声的单边功率谱密度为白噪声的单边功率谱密度为n n0 0= = 。（1 1）若利用相干方式解调，限定误码）若利用相干方式解调，限定误码率为率为P Pe

60、 e= = ，求所需，求所需2ASK2ASK接收信号接收信号的幅度的幅度a a？（2 2）若保证误码率）若保证误码率P Pe e不变，改用非相干不变，改用非相干解调方式，求所需解调方式，求所需2ASK2ASK接收信号的幅度接收信号的幅度a a？51.338 1052.055 10通信原理课件通信原理课件100sTs422/2 10 ()ASKsBTHz 512.055 1022erPerfc2.92r33.64r 2220233.6422nASKaarnB4.24aV解解：（1 1）相干接收时，系统误码率）相干接收时，系统误码率查阅附录四中的查阅附录四中的“误差函数表误差函数表”，可得，可得，