第三章通信概论调制与解调-概论(重庆科创职业学院)

1、第三章：调制和解调第三章：调制和解调3.1 3.1 调制的概念调制的概念3.2 3.2 幅度调制幅度调制3.3 3.3 角度调制角度调制3.4 3.4 二进制数字调制二进制数字调制3.5 3.5 多进制数字调制多进制数字调制3.6 3.6 新型数字调制新型数字调制 3.1 调制的概念调制的概念 1、调制的含义、调制的含义2 2、调制的作用（领会）、调制的作用（领会）调制在通信系统中具有十分重要的作用。调制在通信系统中具有十分重要的作用。第一，通过调制，把基带信号的频谱搬至较高的频率上，第一，通过调制，把基带信号的频谱搬至较高的频率上，就可以就可以以较短的天线获得较高的发射效率以较短的天线获得较

2、高的发射效率。第二，通过调制，可以把多个基带信号搬移到不同的载第二，通过调制，可以把多个基带信号搬移到不同的载频处，以频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率实现信道的多路复用，提高信道利用率。第三，扩展信号带宽，第三，扩展信号带宽，提高系统抗干扰和抗衰落能力提高系统抗干扰和抗衰落能力。因此，调制对通信系统的有效性和可靠性有着很大的影因此，调制对通信系统的有效性和可靠性有着很大的影响和作用。响和作用。3.调制的分类调制的分类调制的类型根据调制信号的形式可分为模拟调制和数调制的类型根据调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制；根据载波的不同可分为以正弦波作为载波的连续字调制；根据载波的不同可分为

3、以正弦波作为载波的连续载波调制和以脉冲串作为载波的脉冲调制；根据调制器的载波调制和以脉冲串作为载波的脉冲调制；根据调制器的功能（与载波的被调参数有关），相应把调制分为调幅、功能（与载波的被调参数有关），相应把调制分为调幅、调频和调相。调频和调相。 图图3-1 AM信号的数学模型信号的数学模型 基本原理（领会）基本原理（领会）图图3-2 调幅过程的波形及频谱调幅过程的波形及频谱 2、特点与应用（识记）、特点与应用（识记）1）由时间波形可以看出，当满足条件：）由时间波形可以看出，当满足条件： |m（t）|maxA0时，时，AM波的包络与基带信号波的包络与基带信号m(t)的形状的形状完全一样，故可采

4、用简单的包络检波进行完全一样，故可采用简单的包络检波进行解调。解调。2）AM的频谱由载频分量和上、下对称的频谱由载频分量和上、下对称的两个边带组成，因此，的两个边带组成，因此，AM信号是含有载信号是含有载波的双边带信号，它的带宽是基带信号带波的双边带信号，它的带宽是基带信号带宽的两倍。宽的两倍。3）AM的优点在于解调器简单，至今仍的优点在于解调器简单，至今仍应用于中短波调幅广播。应用于中短波调幅广播。4）AM的缺点是调制效率低（即功率利的缺点是调制效率低（即功率利用率很低），因为它所含的载波分量并不用率很低），因为它所含的载波分量并不携带信息，却要占用一半以上的信号功率。携带信息，却要占用一半

5、以上的信号功率。 3.2.2 双边带调制（双边带调制（DSB） 1 1、基本原理（领会）、基本原理（领会）在在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果将载波抑制，只需在图带传送。如果将载波抑制，只需在图3-1 中将直流中将直流A0去掉，去掉，即 可 输 出 抑 制 载 波 双 边 带 信 号 ， 简 称 双 边 带 信 号即 可 输 出 抑 制 载 波 双 边 带 信 号 ， 简 称 双 边 带 信 号（DSB）。）。 DSB调制器模型如图调制器模型如图3-3所示。所示。图图3-3 DSB调制器模型调制器模型 图图3-4 DSB调制过

6、程的波形及频谱调制过程的波形及频谱2、特点与应用（识记）、特点与应用（识记）1 1）DSBDSB信号的包络不与信号的包络不与m(tm(t) )成正比，故不能采用简单成正比，故不能采用简单的包络检波，的包络检波， 而需采用相干解调而需采用相干解调( (同步检波同步检波) )。2 2）DSBDSB信号的带宽与信号的带宽与AMAM信号的带宽相同，也为基带信号的带宽相同，也为基带信号带宽的两倍，信号带宽的两倍， 即即HAMDSBfBB2 3) 3)调制效率高（调制效率高（100%100%）。因为）。因为DSBDSB信号中不存在载波信号中不存在载波分量，全部功率都用于信息传输。分量，全部功率都用于信息传

7、输。4 4）应用场合较小。目前主要用于调频立体声广播中的差）应用场合较小。目前主要用于调频立体声广播中的差信号调制，彩色电视系统中的色差信号调制。信号调制，彩色电视系统中的色差信号调制。3.2.3 单边带调制（单边带调制（SSB） DSBDSB信号虽然节省了载波功率，调制效率提高了，但信号虽然节省了载波功率，调制效率提高了，但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍，与它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍，与AMAM信号带宽信号带宽相同。由于相同。由于DSBDSB信号的上、下两个边带是完全对称的，信号的上、下两个边带是完全对称的，它们都携带了调制信号的全部信息，因此仅传输其中一个它们都携带了调制信号的

8、全部信息，因此仅传输其中一个边带即可，这是单边带调制能解决的问题。边带即可，这是单边带调制能解决的问题。产生产生SSBSSB信号的方法有很多，其中最基本的方法有滤信号的方法有很多，其中最基本的方法有滤波法和相移法。波法和相移法。1 1、基本原理（领会）、基本原理（领会）1 1）、用滤波法形成单边带信号、用滤波法形成单边带信号由于单边带调制只传送双边带调制信号的一个边带。因由于单边带调制只传送双边带调制信号的一个边带。因此产生单边带信号的最直观的方法是让双边带信号通过一此产生单边带信号的最直观的方法是让双边带信号通过一个单边带滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边带信号。个单边带滤波器，滤除不要的

9、边带，即可得到单边带信号。我们把这种方法称为滤波法，它是最简单的也是最常用的我们把这种方法称为滤波法，它是最简单的也是最常用的方法。滤波法产生方法。滤波法产生SSB信号的数学模型如图信号的数学模型如图3-6所示。所示。 图图3.4 SSB滤波法调制器滤波法调制器 图图3.5 形成形成SSB信号的滤波特性信号的滤波特性 图图3.6 单边带信号的频谱单边带信号的频谱 用滤波法形成用滤波法形成SSB信号的技术难点是：信号的技术难点是：由于一般调制信号都具有丰富的低频成分，经调制后得由于一般调制信号都具有丰富的低频成分，经调制后得到的到的DSB信号的上、下边带之间的间隔很窄，这就要求单信号的上、下边带

10、之间的间隔很窄，这就要求单边带滤波器在边带滤波器在fc附近具有陡峭的截止特性，才能有效地抑附近具有陡峭的截止特性，才能有效地抑制无用的一个边带。这就使滤波器的设计和制作很困难，制无用的一个边带。这就使滤波器的设计和制作很困难，有时甚至有时甚至难以实现。为此，在工程中往往采用多级调制滤难以实现。为此，在工程中往往采用多级调制滤波的方法，即在低载频上形成单边带信号，然后通过变频波的方法，即在低载频上形成单边带信号，然后通过变频将频谱搬移到更高的载频。实际上，频谱搬移可以连续分将频谱搬移到更高的载频。实际上，频谱搬移可以连续分几步进行，直至达到所需的载频为止几步进行，直至达到所需的载频为止，如图所示

11、。，如图所示。 图图 滤波法产生滤波法产生SSB的多级频率搬移过程的多级频率搬移过程 图图3.7 相移法形成相移法形成SSB信号信号 2、特点与应用（识记）、特点与应用（识记）1、SSB最突出的优点是对频谱资源的有最突出的优点是对频谱资源的有效利用。它所需的传输带宽仅为效利用。它所需的传输带宽仅为DSB的一的一半，即半，即 BSSB=1/2BDSB=fH因此，因此，SSB方式尤其适合已经拥挤不堪方式尤其适合已经拥挤不堪的高频区。目前，的高频区。目前，SSB是短波通信中一种是短波通信中一种重要的调制方式，也是频分复用系统中常重要的调制方式，也是频分复用系统中常采用的调制方式。采用的调制方式。2)

12、SSB的另一个优点是由于不传送载波的另一个优点是由于不传送载波和另一个边带所节省的功率。这一结果带和另一个边带所节省的功率。这一结果带来的低功耗特性和设备重量的减轻对于移来的低功耗特性和设备重量的减轻对于移动通信系统尤为重要。动通信系统尤为重要。3）SSB带宽的节省是以复杂度的增加为带宽的节省是以复杂度的增加为代价的。滤波法的技术难点是陡峭的边带代价的。滤波法的技术难点是陡峭的边带滤波特性难以实现。相移法的技术难点在滤波特性难以实现。相移法的技术难点在于带宽相移网络的制作。于带宽相移网络的制作。4）SSB信号的解调也不能采用简单的包信号的解调也不能采用简单的包络检波，仍需采用相干解调。络检波，

13、仍需采用相干解调。3.2.4 残留边带调制（残留边带调制（VSB） 1、基本原理（领会）、基本原理（领会）单边带传输信号具有节约一半频谱和节省功率的优点。单边带传输信号具有节约一半频谱和节省功率的优点。但是付出的代价是设备制作非常困难，如用滤波法则边带但是付出的代价是设备制作非常困难，如用滤波法则边带滤波器不容易得到陡峭的频率特性，如用相移法则基带信滤波器不容易得到陡峭的频率特性，如用相移法则基带信号各频率成分不可能都做到号各频率成分不可能都做到-的移相等。如果传输电视信的移相等。如果传输电视信号、传真信号和高速数据信号的话，由于它们的频谱范围号、传真信号和高速数据信号的话，由于它们的频谱范围

14、较宽，而且极低频分量的幅度也比较大，这样边带滤波器较宽，而且极低频分量的幅度也比较大，这样边带滤波器和宽带相移网络的制作都更为困难，为了解决这个问题，和宽带相移网络的制作都更为困难，为了解决这个问题，可以采用残留边带调制（可以采用残留边带调制（VSB）。）。VSB是介于是介于SSB和和DSB之间的一个折中方案。在这种调制中，一个边带绝大部分之间的一个折中方案。在这种调制中，一个边带绝大部分顺利通过，而另一个边带残留一小部分，如图所示。顺利通过，而另一个边带残留一小部分，如图所示。图图3.8 DSB、SSB和和VSB信号的频谱信号的频谱 (a)上边带残留的下边带滤波器特性上边带残留的下边带滤波器

15、特性 （b）下边带残留的上边带滤波器）下边带残留的上边带滤波器特性特性 图图3.9 3.9 残留边带滤波器特性残留边带滤波器特性2、特点与应用（识记）、特点与应用（识记）1）VSB方式既克服了方式既克服了DSB信号占用频带信号占用频带宽的缺点，又解决了宽的缺点，又解决了SSB信号实现上的难信号实现上的难题。题。2）VSB信号的带宽介于信号的带宽介于SSB和和DSB之间；之间；调制效率为调制效率为100%。3）VSB比比SSB所需求的带宽仅又很小的所需求的带宽仅又很小的增加，却换来了电路实现的简化。增加，却换来了电路实现的简化。4）VSB在商业电视广播中的电视信号传在商业电视广播中的电视信号传输

16、中得到了广泛的应用。输中得到了广泛的应用。3.2.5 相干解调与包络检波（领会其原理）相干解调与包络检波（领会其原理） 调制过程是一个频谱搬移的过程，它是调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。而解将低频信号的频谱搬移到载频位置。而解调是将位于载频的信号频谱再搬回来，并调是将位于载频的信号频谱再搬回来，并且不失真地恢复出原始基带信号。且不失真地恢复出原始基带信号。解调的方式有两种：相干解调与非相干解调的方式有两种：相干解调与非相干解调（如包络检波）。相干解调适用于各解调（如包络检波）。相干解调适用于各种幅度调制信号（种幅度调制信号（AM，DSB,SSB,VSB)的的解

17、调，非相干解调一般只适用幅度调制解调，非相干解调一般只适用幅度调制（AM）信号。）信号。1 、相干解调相干解调 所谓相干解调是为了从接收的已调信号中，不失真地所谓相干解调是为了从接收的已调信号中，不失真地恢复原调制信号，要求本地载波和接收信号的载波保证同恢复原调制信号，要求本地载波和接收信号的载波保证同频同相。相干解调的一般数学模型如图频同相。相干解调的一般数学模型如图3.10所示。所示。 图图3.10 相干解调器的数学模型相干解调器的数学模型 注意注意:相干解调的关键是接收端必须提供一个相干解调的关键是接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）与接收的已调载波严格同步（同频同相）

18、的本地载波（称为相干载波）。否则，解的本地载波（称为相干载波）。否则，解调后将会使原始基带信号衰减，甚至会带调后将会使原始基带信号衰减，甚至会带来严重失真。来严重失真。2 、包络检波、包络检波 所谓非相干解调就是在接收端解调信号时不需要本地所谓非相干解调就是在接收端解调信号时不需要本地载波，而是利用已调信号中的包络信息来恢复原基带信号。载波，而是利用已调信号中的包络信息来恢复原基带信号。因此，非相干解调一般只适用幅度调制（因此，非相干解调一般只适用幅度调制（AM）系统。由）系统。由于包络解调器电路简单，效率高，所以几乎所有的幅度调于包络解调器电路简单，效率高，所以几乎所有的幅度调制（制（AM）

19、接收机都采用这种电路。图）接收机都采用这种电路。图3.11为串联型包络为串联型包络检波器的具体电路。检波器的具体电路。 图图3.11 包络检波器包络检波器图图3-17 00( )( )sin|LPFf tf tt10200( )cos( )sinsin|LPFf ttf ttt21020111( )( )sin2( )cos2|222LPFf tf ttf tt21( )2f t综上所述，可以确定综上所述，可以确定 ，10( )cosc tt20( )sinc tt3.3 角度调制角度调制 正弦载波有正弦载波有3个参量：幅度、频率和相位。人个参量：幅度、频率和相位。人们不仅可以把基带信号的信息

20、携带在载波的幅度们不仅可以把基带信号的信息携带在载波的幅度变化中，还可以携带在载波的频率和相位变化中。变化中，还可以携带在载波的频率和相位变化中。若使载波的频率随基带信号的规律变化，称为频若使载波的频率随基带信号的规律变化，称为频率调制或调频（率调制或调频（FM）；若使载波的相位随基带信）；若使载波的相位随基带信号而变化，称为相位调制或调相（号而变化，称为相位调制或调相（PM）。在这）。在这两种调制过程中，载波的幅度都保持恒定不变。两种调制过程中，载波的幅度都保持恒定不变。由于频率和相位的变化都表现为载波角度的变化，由于频率和相位的变化都表现为载波角度的变化，故把调频和调相统称为角度调制。故把

21、调频和调相统称为角度调制。3.3.1 角角调制的基本概念调制的基本概念前面所说的线性调制是通过调制信号改变载波的幅度前面所说的线性调制是通过调制信号改变载波的幅度来实现的，而非线性调制是通过调制信号改变载波的角度来实现的，而非线性调制是通过调制信号改变载波的角度来实现的。来实现的。任一未调制的正弦载波可表示为任一未调制的正弦载波可表示为)cos()(0tAtCc（3.5-1） 式中，式中，A为载波的振幅，为载波的振幅， 称为载波信号的瞬时相称为载波信号的瞬时相位；位； 称为载波信号的角频率；称为载波信号的角频率； 为初相。为初相。 0()ctc0 调制后正弦载波可表示为调制后正弦载波可表示为

22、( )cos( )cos ( )cC tAttAt（3.5-2） 调频和调相的概念（领会）调频和调相的概念（领会）1、相位调制（、相位调制（PM）瞬时的相位偏移随调制信号瞬时的相位偏移随调制信号m(t)作线性变化，即作线性变化，即（t）=Kp m（t）3.3.2 调频信号的频谱与带宽调频信号的频谱与带宽近似认为调频信号具有有限的带宽近似认为调频信号具有有限的带宽,其计其计算公式为算公式为卡森公式卡森公式(识记识记):BFM=2(mf+1)fm=2(f+fm)式中式中, fm是基带信号的调制频率是基带信号的调制频率, f是最大频是最大频偏偏, mf是调频指数是调频指数.当基带信号不是单音当基带信

23、号不是单音(单一频率单一频率),而是多音或任而是多音或任意限带信号时意限带信号时,FM信号的带宽仍可用卡森公式来信号的带宽仍可用卡森公式来估算估算.这时这时,卡森公式中的卡森公式中的fm是调制信号的最高是调制信号的最高频率频率, mf是最大频偏是最大频偏f与与 fm的比值的比值.3.3.3 3.3.3 调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调一、调频信号的产生一、调频信号的产生产生调频波的方法通常有两种：直接调频法和间接调产生调频波的方法通常有两种：直接调频法和间接调频法。频法。1、直接法。直接法就是用调制信号直接控制振荡器的、直接法。直接法就是用调制信号直接控制振荡器的电抗元件参数，使输出信

24、号的瞬时频率随调制信号呈线性电抗元件参数，使输出信号的瞬时频率随调制信号呈线性变化。目前人们多采用压控振荡器（变化。目前人们多采用压控振荡器（VCO）作为产生调）作为产生调频信号的调制器。振荡频率由外部电压控制的振荡器叫做频信号的调制器。振荡频率由外部电压控制的振荡器叫做压控振荡器（压控振荡器（VCO），它产生的输出频率正比于所加的），它产生的输出频率正比于所加的控制电压。控制电压。直接法的主要优点是在实现线性调频的要求下，可以直接法的主要优点是在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏。缺点是频率稳定度不高，往往需要附加获得较大的频偏。缺点是频率稳定度不高，往往需要附加稳频电路来稳定中心频率

25、。稳频电路来稳定中心频率。2、间接法、间接法间接法又称倍频法，它是由窄带调频通过倍频产生宽带间接法又称倍频法，它是由窄带调频通过倍频产生宽带调频信号的方法。调频信号的方法。其原理框图如图其原理框图如图3-26所示。所示。图图3-26 间接产生间接产生WBFM的框图的框图 3.3.4 频率调制的特点与应用频率调制的特点与应用(识记识记)1、与幅度调制相比、与幅度调制相比,频率调制最突出的频率调制最突出的优势是具有较高的抗噪声性能优势是具有较高的抗噪声性能,但代价是占但代价是占用比幅度调制信号更宽的带宽用比幅度调制信号更宽的带宽.FM方式广泛用于要求高质量或信道噪声方式广泛用于要求高质量或信道噪声

26、大的场合大的场合,如调频广播如调频广播,电视伴音电视伴音,卫星通信卫星通信,移动通信移动通信,微波通信和蜂窝电话系统中微波通信和蜂窝电话系统中.2、各种模拟调制方式性能比较、各种模拟调制方式性能比较1)抗噪声性能抗噪声性能:FM最好，最好，DSB、SSB、VSB次之，次之，AM最差。最差。2)频谱利用率频谱利用率:SSB最好，最好，VSB较高，较高，DSB、AM次之，次之，M最最差。差。3)功率利用率功率利用率: FM最好，最好，DSB、SSB、VSB次之，次之，AM最差最差4)设备复杂度设备复杂度:AM最简，最简，DSB、FM次之，次之，VSB较复杂，较复杂，SSB最复杂。最复杂。3.4 二

27、进制数字调制二进制数字调制 数字调制：把数字基带信号变换为数字带通信号（已调数字调制：把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程。信号）的过程。 数字带通传输系统：通常把包括调制和解调过程的数字数字带通传输系统：通常把包括调制和解调过程的数字传输系统。传输系统。 数字调制技术有两种方法：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；利用模拟调制的方法去实现数字式调制； 通过开关键控载波，通常称为通过开关键控载波，通常称为键控法。 基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控 数字调制可分为二进制调制和多进制调制。数字调制可分为二进

28、制调制和多进制调制。 振幅键控 频移键控 相移键控3.4 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 3.4.1 二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK）基本原理基本原理(领会领会)：“通通-断键控断键控(OOK)”信号表达式信号表达式 波形波形”时发送“以概率，”时发送“以概率0P101Pt,Acos)(cOOKte2ASK/OOK信号波形信号波形(应用应用)会画会画2ASK信号调制器原理框图信号调制器原理框图(应用应用)会画会画 模拟调制法（相乘器法）模拟调制法（相乘器法） 键控法键控法乘法器)(2teASK二进制不归零信号tccos)(tstccos)(ts)(2teASK开关电路2ASK信号

29、解调方法信号解调方法 非相干解调非相干解调(包络检波法包络检波法) 相干解调相干解调(同步检测法同步检测法) 带通滤波器全波整流器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2teASKabcd带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2teASKtccos从以上分析及上图可以看出：从以上分析及上图可以看出： 2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成；连续谱取决于部分组成；连续谱取决于g(t)经线性调制经线性调制后的双边带谱，而离散谱由载波分量确定。后的双边带谱，而离散谱由载波分量确定。 2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍，信号的带宽是基带信号带宽的两

30、倍，若只计谱的主瓣（第一个谱零点位置），若只计谱的主瓣（第一个谱零点位置），则有则有 式中式中 fs = 1/Ts即，即，2ASK信号的传输带宽是码元速率的信号的传输带宽是码元速率的两倍。两倍。 (识记识记)sASKfB22 3.4.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK）基本原理基本原理 (领会领会)表达式：在表达式：在2FSK中，载波的频率随二进中，载波的频率随二进制基带信号在制基带信号在f1和和f2两个频率点间变化。两个频率点间变化。故其表达式为故其表达式为 ”时发送“”时发送“0),cos(A1),cos(A)(212FSKnnttte 典型波形典型波形(会画会画)(应用应用)：

31、 由图可见，由图可见，2FSK 信号的波形信号的波形(a)可以分解为波形可以分解为波形(b)和波形和波形（c），也就是说，一个），也就是说，一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。因此，信号的叠加。因此，2FSK信号的时域表达式又可写成信号的时域表达式又可写成由上图可以看出：由上图可以看出： 相位不连续相位不连续2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。其中，连续谱由两个中心位于其中，连续谱由两个中心位于f1和和f2处的双边谱叠加处的双边谱叠加而成，离散谱位于两个载频而成，离散谱位于两个载频f1和和f2处；处；

32、连续谱的形状随着两个载频之差的大小而变化，若连续谱的形状随着两个载频之差的大小而变化，若| f1 f2 | fs ，则出现双峰；，则出现双峰； 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信号信号的带宽，则其的带宽，则其带宽带宽(识记识记)近似为近似为其中，其中，fs = 1/Ts为基带信号的带宽。图中的为基带信号的带宽。图中的fc为两个为两个载频的中心频率。载频的中心频率。sfffB2122FSK 3.4.3 二进制相移键控（二进制相移键控（2PSK） 2PSK的基本原理的基本原理(领会领会)：在在2PSK中，通常用初始相位中，通常用初始相位0和和 分

33、别表示二进分别表示二进制制“1”和和“0”。因此，。因此，2PSK信号的时域表达式信号的时域表达式为为 式中，式中， n表示第表示第n个符号的绝对相位：个符号的绝对相位：因此，上式可以改写为因此，上式可以改写为)cos(A)(2PSKnctte”时发送“”时发送“，1,00nPtPttecc1,cosA,cosA)(2PSK概率为概率为由于两种码元的波形相同，极性相反，故由于两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK信号可以表述为信号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：一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘：式中式中这里，这里，g(t)是脉宽为是脉宽为Ts的单个

34、矩形脉冲，而的单个矩形脉冲，而an的统计特性为的统计特性为即发送二进制符号即发送二进制符号“0”时（时（an取取+1），），e2PSK(t)取取0相位；发送二进制符号相位；发送二进制符号“1”时（时（ an取取 -1），）， e2PSK(t)取取 相位。这种以载波的不同相位直接去表示相应二进相位。这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制制数字信号的调制方式，称为二进制绝对相移方式。 ttsteccos)(2PSKnsnnTtgats)()(PPan1, 1, 1概率为概率为典型波形典型波形(会画会画)(应用应用)2PSK信号的调制器原理方框图信号的调制器原理方框图

35、(会画会画)(应用应用) 模拟调制的方法模拟调制的方法 键控法键控法 乘法器)(2tePSK双极性不归零tccos)(ts码型变换tccos)(ts)(2tePSK开关电路移相018002PSK信号的解调器原理方框图和波形图：信号的解调器原理方框图和波形图：带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2tePSKtccosabcde 波形图中，假设相干载波的基准相位与波形图中，假设相干载波的基准相位与2PSK信号的调制信号的调制载波的基准相位一致（通常默认为载波的基准相位一致（通常默认为0相位）。但是，由于在相位）。但是，由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着的相位模糊，即恢复的信号

36、的载波恢复过程中存在着的相位模糊，即恢复的本地载波与所需的相干载波可能同相，也可能反相，这种相本地载波与所需的相干载波可能同相，也可能反相，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反，即数字基带信号正好相反，即“1”变为变为“0”，“0”变为变为“1”，判决器输出数字信号全部出错。这种现象称为判决器输出数字信号全部出错。这种现象称为2PSK 方式的方式的“倒”现象或或“反相工作”。这也是。这也是2PSK方式在实际中很方式在实际中很少采用的主要原因。另外，在随机信号码元序列中，信号波少采用的主要原因。另外，在

37、随机信号码元序列中，信号波形有可能出现长时间连续的正弦波形，致使在接收端无法辨形有可能出现长时间连续的正弦波形，致使在接收端无法辨认信号码元的起止时刻。认信号码元的起止时刻。 为了解决上述问题，可以采用为了解决上述问题，可以采用3.4.4节中将要讨论的差节中将要讨论的差分相移键控（分相移键控（DPSK）体制。）体制。功率谱密度功率谱密度比较比较2ASK信号的表达式和信号的表达式和2PSK信号的表达式：信号的表达式：2ASK：2PSK：可知，两者的表示形式完全一样，区别仅在于基带信号可知，两者的表示形式完全一样，区别仅在于基带信号s(t)不不同（同（an不同），前者为单极性，后者为双极性。因此，

38、我们可不同），前者为单极性，后者为双极性。因此，我们可以直接引用以直接引用2ASK信号功率谱密度的公式来表述信号功率谱密度的公式来表述2PSK信号的信号的功率谱，即功率谱，即应当注意，这里的应当注意，这里的Ps(f)是双极性矩形脉冲序列的功率谱。是双极性矩形脉冲序列的功率谱。 ttsteccos)(2ASKPtPttecc1,cosA,cosA)(2PSK概率为概率为)()(41)(2cscsPSKffPffPfP 功率谱密度曲线功率谱密度曲线 从以上分析可见，二进制相移键控信号的频谱从以上分析可见，二进制相移键控信号的频谱特性与特性与2ASK的十分相似，的十分相似，带宽也是基带信号带宽带宽也

39、是基带信号带宽的两倍的两倍(识记识记)。区别仅在于当。区别仅在于当P=1/2时，其谱中无时，其谱中无离散谱（即载波分量），此时离散谱（即载波分量），此时2PSK信号实际上相信号实际上相当于抑制载波的双边带信号。因此，它可以看作是当于抑制载波的双边带信号。因此，它可以看作是双极性基带信号作用下的调幅信号。双极性基带信号作用下的调幅信号。 3.4.4 二进制差分相移键控（二进制差分相移键控（2DPSK）2DPSK原理原理(领会领会) 2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称信息，所以又称相对相移键控。 假设假设为当前码元与前一

40、码元的载波相位差，定义数字信为当前码元与前一码元的载波相位差，定义数字信息与息与 之间的关系为之间的关系为于是可以将一组二进制数字信息与其对应的于是可以将一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的信号的载波相位关系示例如下：载波相位关系示例如下： ”表示数字信息“，”表示数字信息“10, 0 0 0 0 00 0 0 0 0 02DPSK01 1 0 0 1 0 1 1或信号相位：二进制数字信息：相应的相应的2DPSK信号的波形信号的波形(会画会画)(应用应用)如下：如下：由此例可知，对于相同的基带信号，由于初始相位不同，由此例可知，对于相同的基带信号，由于初始相位不同，2DPSK信号的相位

41、可以不同。即信号的相位可以不同。即2DPSK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，而前后码元的相对相位才决定信息符号。表基带信号，而前后码元的相对相位才决定信息符号。 0 0 0 00 0 0 0 0 02DPSK01 1 0 0 1 0 1 1或信号相位：二进制数字信息： 数字信息与数字信息与之间的关系也可定义为之间的关系也可定义为 2DPSK信号的矢量图信号的矢量图在在B方式中，当前码元的相位相对于前一码元的相位改变方式中，当前码元的相位相对于前一码元的相位改变/2。因此，在相邻码元之间必定有相位突跳。在接收端检。因此，在相邻码元之间必定有相位突跳。在接收端检测此相位突跳就能

42、确定每个码元的起止时刻。测此相位突跳就能确定每个码元的起止时刻。”表示数字信息“，”表示数字信息“01, 0参考相位参考相位/2/2(a) A方式 参考相位参考相位/2/2(b) B方式 2DPSK信号的产生方法信号的产生方法由上图可见，先对二进制数字基带信号进行差分编码，由上图可见，先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把表示数字信息序列的绝对码变换成即把表示数字信息序列的绝对码变换成相对码（差分码），然后再根据相对码进行绝对调相，从而产生二然后再根据相对码进行绝对调相，从而产生二进制差分相移键控信号。进制差分相移键控信号。上图中使用的是传号差分码，即载波的相位遇到原数上图中使用的是传号差分

43、码，即载波的相位遇到原数字信息字信息“1”变化，遇到变化，遇到“0”则不变。则不变。 2DPSK信号调制器原理方框图信号调制器原理方框图(会画会画)(应用应用) 参见参见P104图图3.35差分码可取传号差分码或空号差分码。其中，传号差分码可取传号差分码或空号差分码。其中，传号差分码的编码规则为差分码的编码规则为式中，式中， 为模为模2加，加，bn-1为为bn的前一码元，最初的的前一码元，最初的bn-1可任意设定。可任意设定。 上式的逆过程称为差分译码（码反变换），即上式的逆过程称为差分译码（码反变换），即tccos)(ts)(2teDPSK开关电路移相01800码变换1nnnbab1nnnb

44、ba2DPSK信号的解调方法之一信号的解调方法之一 相干解调相干解调(极性比较法极性比较法)加码反变换法加码反变换法 原理：先对原理：先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再信号进行相干解调，恢复出相对码，再经码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数经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，由于载波相位模糊性的影响，使字信息。在解调过程中，由于载波相位模糊性的影响，使得解调出的相对码也可能是得解调出的相对码也可能是“1”和和“0”倒置，但经差分译倒置，但经差分译码（码反变换）得到的绝对码不会发生任何倒置的现象，码（码反变换）得到的绝对码不会发生任何

45、倒置的现象，从而解决了载波相位模糊性带来的问题。从而解决了载波相位模糊性带来的问题。 2DPSK的相干解调器原理图和各点波形的相干解调器原理图和各点波形 带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(DPSK2tetccos码反变换器abcdef2DPSK信号的解调方法之二：差分相干解调信号的解调方法之二：差分相干解调(相位比较）相位比较）法法 带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(DPSK2te延迟Tsabcde 用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需由收用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需由收到的到的2DPSK信号延时一个码元间隔，然后与信号延时一个码元间隔，

46、然后与2DPSK信号本身相乘。相乘器起着相位比较的作用，相乘结信号本身相乘。相乘器起着相位比较的作用，相乘结果反映了前后码元的相位差，经低通滤波后再抽样判果反映了前后码元的相位差，经低通滤波后再抽样判决，即可直接恢复出原始数字信息，故解调器中不需决，即可直接恢复出原始数字信息，故解调器中不需要码反变换器。要码反变换器。 2DPSK系统是一种实用的数字调相系统，但其抗加性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白噪声性能比2PSK的要差。的要差。功率谱密度功率谱密度 从前面讨论的从前面讨论的2DPSK信号的调制过程及其波形可以知信号的调制过程及其波形可以知道，道，2DPSK可以与可以

47、与2PSK具有相同形式的表达式。所具有相同形式的表达式。所不同的是不同的是2PSK中的基带信号中的基带信号s(t)对应的是绝对码序列；对应的是绝对码序列；而而2DPSK中的基带信号中的基带信号s(t)对应的是码变换后的相对对应的是码变换后的相对码序列。因此，码序列。因此，2DPSK信号和信号和2PSK信号的功率谱密信号的功率谱密度是完全一样的。度是完全一样的。信号带宽信号带宽(识记识记)为为与与2ASK的相同，的相同，也是码元速率的两倍也是码元速率的两倍。sfB2B2PSKDPSK23.4.5 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1.误码率误码率-抗噪性能（可靠性）抗噪性能

48、（可靠性）(应用应用)2DPSK2PSK2FSK2ASK非相干解调相干解调421rerfc421re221rerfc221rererfc21rerfcre21 误码率曲线误码率曲线结论结论:1)对于同一调制方式对于同一调制方式,Pe相干相干 Pe非相干，非相干，但随着但随着r的增大，两者性能相差不大。的增大，两者性能相差不大。2）对于相同的解调方式（如相干解调），）对于相同的解调方式（如相干解调），抗加性高斯白噪声性能从优到劣的排列顺序抗加性高斯白噪声性能从优到劣的排列顺序 为：为：2PSK，2DPSK，2FSK，2ASK3）在误码率）在误码率Pe相同条件下，对信噪比相同条件下，对信噪比r的要求：的要求：2ASK比比2FSK高高3dB，2FSK比比2PSK高高 3dB，2ASK比比2PSK高高6dB。2、带宽和频带利用率（有效性）（应用）、带宽和频带利用率（有效性）（应用）2ASK系统和系统和2PSK(2DPSK)系统的频带宽度系统的频带宽度 2FSK系统的频带宽度系统的频带宽度sDPSKPSKASKTBB22/22 sFSKTffB2122 结论：结论：2FSK系统的频带利用率最低，有效性最差。系统的频带利用率最低，有效性最差。 对信道特性变化的敏感性对信道特性变化的敏感性在在2FSK系统中，判决器是根据上下两个支路解调系统