通信原理樊昌信版第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)1

1、1第第 7 章章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng) 7.0 引言引言 7.2 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能 7.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理 7.3 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較 2 7.0 引言引言 在實(shí)際信道中，大多數(shù)信道具有在實(shí)際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳帶通傳輸特性輸特性，數(shù)字基帶信號(hào)不能直接在這種信道，數(shù)字基帶信號(hào)不能直接在這種信道中傳輸，因此，必須用數(shù)字基帶信號(hào)對載波中傳輸，因此，必須用數(shù)字基帶信號(hào)對載波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生已調(diào)數(shù)字信號(hào)，才能在無線進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生已調(diào)數(shù)字信號(hào)，才能在無線信道、光纖信道等媒質(zhì)中傳輸。信道、

2、光纖信道等媒質(zhì)中傳輸。3數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制：利用數(shù)字基帶信號(hào)改變載波參：利用數(shù)字基帶信號(hào)改變載波參數(shù)的過程，把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字帶通數(shù)的過程，把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字帶通信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）。信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）。數(shù)字鍵控：數(shù)字鍵控：利用數(shù)字脈沖信號(hào)對載波進(jìn)行利用數(shù)字脈沖信號(hào)對載波進(jìn)行開關(guān)形式的控制而實(shí)現(xiàn)。開關(guān)形式的控制而實(shí)現(xiàn)。 載波的波形載波的波形是任意的，但大多數(shù)的數(shù)字調(diào)是任意的，但大多數(shù)的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)都選擇單頻信號(hào)作為載波，因?yàn)楸阌谥葡到y(tǒng)都選擇單頻信號(hào)作為載波，因?yàn)楸阌诋a(chǎn)生與接收。產(chǎn)生與接收。 常用的載波信號(hào)為常用的載波信號(hào)為 。1、概念、概念cnAcos(t)42、數(shù)字調(diào)制分類、數(shù)字調(diào)制分類

3、(1) 根據(jù)控制載波波形參量不同，分為：根據(jù)控制載波波形參量不同，分為：v 振幅鍵控振幅鍵控(ASK)用數(shù)字消息控制載波的振幅用數(shù)字消息控制載波的振幅 v頻移鍵控頻移鍵控(FSK)用數(shù)字消息控制載波的頻率用數(shù)字消息控制載波的頻率 v相移鍵控相移鍵控(PSK)用數(shù)字消息控制載波的相位用數(shù)字消息控制載波的相位 (2) 根據(jù)已調(diào)信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，分為：根據(jù)已調(diào)信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，分為：v線性調(diào)制線性調(diào)制(如如ASK) 頻譜結(jié)構(gòu)相同，只不過搬頻譜結(jié)構(gòu)相同，只不過搬移了一個(gè)頻率位置，無新的頻率成分出現(xiàn)。移了一個(gè)頻率位置，無新的頻率成分出現(xiàn)。 v非線性調(diào)制非線性調(diào)制(如如FSK) 頻譜結(jié)構(gòu)不同，有新

4、的頻譜結(jié)構(gòu)不同，有新的頻率成分出現(xiàn)。頻率成分出現(xiàn)。 53、數(shù)字載波調(diào)制與模擬調(diào)制的異同、數(shù)字載波調(diào)制與模擬調(diào)制的異同相同點(diǎn)相同點(diǎn)：調(diào)制：調(diào)制目的相同目的相同，都是進(jìn)行頻譜搬移，都是進(jìn)行頻譜搬移，以適合信道傳輸；調(diào)制以適合信道傳輸；調(diào)制種類相同種類相同，都是通過，都是通過改變載波的幅度、相位或頻率達(dá)到調(diào)制的目改變載波的幅度、相位或頻率達(dá)到調(diào)制的目的；的；不同點(diǎn)不同點(diǎn)：模擬調(diào)制是以模擬信號(hào)對載波參量：模擬調(diào)制是以模擬信號(hào)對載波參量作連續(xù)調(diào)制；數(shù)字調(diào)制是以數(shù)字信號(hào)對載波作連續(xù)調(diào)制；數(shù)字調(diào)制是以數(shù)字信號(hào)對載波參量作離散調(diào)制。參量作離散調(diào)制。67.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理7.1.1二進(jìn)制

5、振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK)7.1.2二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK)7.1.3二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（2PSK)7.1.4二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK) 77.1.1二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK) ASK: Amplitude Shift Keying 振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號(hào)振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號(hào)而變化的數(shù)字調(diào)制。當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為二進(jìn)制而變化的數(shù)字調(diào)制。當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為二進(jìn)制時(shí)，則為二進(jìn)制振幅鍵控。時(shí)，則為二進(jìn)制振幅鍵控。 設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制符號(hào)序列由設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制符號(hào)序列由0、1序列組成，序列組成，發(fā)送

6、發(fā)送1和和0符號(hào)的概率分別為為符號(hào)的概率分別為為P和和1-P，且相互，且相互獨(dú)立。該二進(jìn)制符號(hào)序列可表示為：獨(dú)立。該二進(jìn)制符號(hào)序列可表示為：8)()(SnnnTtgatsttstecASKcos)()(2發(fā)送概率為發(fā)送概率為P 發(fā)送概率為發(fā)送概率為1-P 01na2ASK信號(hào)時(shí)域表達(dá)式信號(hào)時(shí)域表達(dá)式g(t)是持續(xù)時(shí)間為是持續(xù)時(shí)間為Ts的矩形脈沖的矩形脈沖tnTtgacSnncos)(92ASK信號(hào)波形信號(hào)波形ttstecASKcos)()(22ASK信號(hào)波形信號(hào)波形tnTtgatecSnnASKcos)()(2102ASK 調(diào)制方式調(diào)制方式模擬調(diào)制方式模擬調(diào)制方式 鍵控方式鍵控方式 也稱也稱

7、OOK 信號(hào)信號(hào) 開關(guān)開關(guān)K的動(dòng)作由的動(dòng)作由s(t) 決定，決定， 乘法器乘法器S( t ) e2ASK( t ) 濾波器濾波器cosc t10e2ASK( t ) cosc tK當(dāng)當(dāng)s(t ) = 0 K 接接01 K 接接1112ASK 解調(diào)方式解調(diào)方式非相干解調(diào)非相干解調(diào)帶通濾波器全波整流器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出)(2teASKabcdl 帶通濾波器帶通濾波器（BPF）恰好使）恰好使2ASK信號(hào)完整地信號(hào)完整地通過。通過。l 低通濾波器低通濾波器（LPF）的作用是濾除高頻雜波，）的作用是濾除高頻雜波，使基帶信號(hào)（包絡(luò)）通過。使基帶信號(hào)（包絡(luò)）通過。l 抽樣判決器抽樣判決器 包括

8、抽樣、判決及碼元形成器。包括抽樣、判決及碼元形成器。12帶通濾波器全波整流器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出)(2teASKabcd11100000101abcd132ASK 解調(diào)方式解調(diào)方式相干解調(diào)相干解調(diào)帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出)(2teASKtccos 相干解調(diào)就是同步解調(diào)，要求接收機(jī)產(chǎn)相干解調(diào)就是同步解調(diào)，要求接收機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)送載波生一個(gè)與發(fā)送載波同頻同相同頻同相的本地載波信號(hào)，的本地載波信號(hào)，稱其為同步載波或相干載波。稱其為同步載波或相干載波。14ASKe(t)y(t)ccost 帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出)(2teASKtccos15

9、ASKce(t)s(t)cost 相干解調(diào)相干解調(diào) 低通濾波器的截止頻率與基帶數(shù)字低通濾波器的截止頻率與基帶數(shù)字信號(hào)的最高頻率相等。信號(hào)的最高頻率相等。ttsttetyccASK2cos)(cos)()(2cos1)(21ttsc)(ts低通162ASK頻譜頻譜設(shè)設(shè) e2ASK(t)的功率譜為的功率譜為P2ASK(f)，s(t)的功率譜為的功率譜為Ps(f)，則：，則： tnTtgatecSnnASKcos)()(2ttsccos)()()(41)(2cscsASKffPffPfP2)()1 ()(fGPPffPss)(| )(|)1 (222smssmffmfGPf式（式（7.17）推導(dǎo)推導(dǎo)

10、單極性的隨即脈沖序列功率譜的一般表達(dá)式：單極性的隨即脈沖序列功率譜的一般表達(dá)式：17 設(shè)設(shè) s( t ) 的功率譜密度為的功率譜密度為Ps ( f ), e0( t ) 的功率譜密的功率譜密度為度為 PE( f ) ttsteccos)()(0非嚴(yán)格推導(dǎo)：非嚴(yán)格推導(dǎo)：ttstec2220cos)()()()(41)()(21)()(21cos)()(21cos)()()()(2220ccccccccccsEfffffffffffftfffftfPtSfPte )ff(P)ff(P41)f(PcscsE 證畢證畢18sfTjsssefTfTTfGsin)(222)()(sin)()(sin16)

11、(scscscscsASKTffTffTffTffTfP)()(161ccffff矩形波形矩形波形g(t)的頻譜為：的頻譜為： 當(dāng)當(dāng)P=1/2時(shí)時(shí)（7.110）192ASK頻譜頻譜f0sfsf )f(PsP2ASK(f)cfffc+fscf0fc-fs-fc+fs-fc-fs20v2ASK信號(hào)的信號(hào)的功率譜密度由離散譜和連續(xù)譜功率譜密度由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成兩部分組成。連續(xù)譜取決于。連續(xù)譜取決于g(t)經(jīng)線性調(diào)制后經(jīng)線性調(diào)制后的雙邊帶譜，而離散譜由載波分量確定。的雙邊帶譜，而離散譜由載波分量確定。v2ASK信號(hào)的帶寬信號(hào)的帶寬B2ASK是基帶信號(hào)帶寬的兩是基帶信號(hào)帶寬的兩倍，若只計(jì)譜的主瓣

12、，則有倍，若只計(jì)譜的主瓣，則有 B2ASK=2B=2fs =2*RB2ASK信號(hào)的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍。信號(hào)的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍。2ASK頻譜頻譜P2ASK(f)cfffc+fscf 0fc-fs-fc+fs-fc-fs21 B2ASK=2B=2fs =2*RBv2ASK系統(tǒng)的頻帶利用率為系統(tǒng)的頻帶利用率為:)/(2122HzBaudffBRssASKB2ASK頻譜頻譜P2ASK(f)cfffc+fscf 0fc-fs-fc+fs-fc-fs22例例 已知某已知某OOK系統(tǒng)的傳碼率為系統(tǒng)的傳碼率為103B，所用的，所用的載波信號(hào)為載波信號(hào)為Acos(4103t)。(1)設(shè)傳送數(shù)字信設(shè)

13、傳送數(shù)字信息為息為011001，畫出相應(yīng)的，畫出相應(yīng)的2ASK信號(hào)波形信號(hào)波形; (2)求求2ASK信號(hào)的帶寬。信號(hào)的帶寬。(2)二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的帶寬二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的帶寬B2ASK是基帶信是基帶信號(hào)波形帶寬的兩倍號(hào)波形帶寬的兩倍3BB2R2 102000Hz 3 33 32 102 10每每個(gè)個(gè)碼碼元元內(nèi)內(nèi)有有=2=2個(gè)個(gè)載載波波波波形形1010解：解：(1)3BR10 B 331042104ccfHzfc3102237.1.2二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK) (Frequency Shift-Keying)在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，若正弦載波的頻率隨在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，若正弦載波

14、的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1和和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化，兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化，則產(chǎn)生二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)則產(chǎn)生二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)(2FSK信號(hào)信號(hào)) 。 “1” f1 “0” f2 FSK是用不同頻率的載波來傳遞數(shù)字消息的。是用不同頻率的載波來傳遞數(shù)字消息的。241、 2FSK信號(hào)的表示信號(hào)的表示 若二進(jìn)制基帶信號(hào)的若二進(jìn)制基帶信號(hào)的1符號(hào)對應(yīng)于載波頻符號(hào)對應(yīng)于載波頻率率f1，0符號(hào)對應(yīng)于載波頻率符號(hào)對應(yīng)于載波頻率f2，則二進(jìn)制移，則二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為頻鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為: 時(shí)”“”“0),cos(A1),cos(A)(212FSK發(fā)發(fā)送送時(shí)時(shí)發(fā)發(fā)送送nnttte25

15、na是是 an 的反碼的反碼 其中其中:=na1 以以1-p為概率出現(xiàn)為概率出現(xiàn)0 以以 p為概率出現(xiàn)為概率出現(xiàn)an = 01)cos()()cos()(2111nnttSttS將一路將一路 2FSK信號(hào)看成兩路信號(hào)看成兩路 2ASK信號(hào)的合成。信號(hào)的合成。S1(t)為單極性信號(hào)為單極性信號(hào))cos()()(12nSnnFSKtTntgate)cos()(2nnSntnTtga二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為: 262FSK 信號(hào)波形信號(hào)波形1 0 0 1 0 1 1+ E V S( t )載波載波w12FSK- - E V S1( t ) S1( t )+ E

16、 V0 V+ E V0 V載波載波w2)cos()()cos()()(21112nnFSKttSttSte)cos()(11nttS)cos()(21nttS272、2FSK 調(diào)制方式調(diào)制方式模擬調(diào)制方式模擬調(diào)制方式：鍵控方式鍵控方式 0 K 接接0 開關(guān)開關(guān)K的動(dòng)作由的動(dòng)作由s(t)決定，決定， 當(dāng)當(dāng)s( t ) = 1 K 接接1s( t ) e2FSK( t ) 壓控壓控 VCO 1e0( t ) cos1 tK0cos2t 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生，可采用模擬調(diào)頻電路來實(shí)信號(hào)的產(chǎn)生，可采用模擬調(diào)頻電路來實(shí)現(xiàn)，也可采用現(xiàn)，也可采用數(shù)字鍵控?cái)?shù)字鍵控的方法來實(shí)現(xiàn)。的方法來實(shí)現(xiàn)。28振 蕩 器 1f

17、1選 通 開 關(guān)反 相 器基 帶 信號(hào)選 通 開 關(guān)振 蕩 器 2f2相 加 器e2FSK(t)cos()()cos()()(21112nnFSKttSttSte293、2FSK 解調(diào)方法解調(diào)方法v 非相干解調(diào)法（包絡(luò)檢波）非相干解調(diào)法（包絡(luò)檢波） （一路一路2FSK視為視為2路路2ASK信號(hào)的合成）信號(hào)的合成）v 相干解調(diào)法相干解調(diào)法v 鑒頻法鑒頻法v 過零檢測法過零檢測法（2FSK特有）特有）v 差分檢測法差分檢測法303.1 2FSK 包絡(luò)檢波法解調(diào)包絡(luò)檢波法解調(diào)條件：條件：| f1 - f2 | 2 fs 抽樣抽樣判決判決e0(t)S( t ) 定時(shí)脈沖定時(shí)脈沖 2 fs帶通帶通2 包

18、絡(luò)檢波包絡(luò)檢波 帶通帶通1 2 fs 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波 兩個(gè)兩個(gè)帶通濾波器帶寬帶通濾波器帶寬皆為相應(yīng)的皆為相應(yīng)的2ASK信號(hào)帶信號(hào)帶寬（中心頻率不同寬（中心頻率不同)，起分路作用；，起分路作用； 包絡(luò)檢測包絡(luò)檢測后分別取出它們的包絡(luò)后分別取出它們的包絡(luò)s(t) 及及 ； 抽樣判決器抽樣判決器 起比較器作用。起比較器作用。s(t)演示演示31若上、下支路若上、下支路 及及 的抽樣值分別用的抽樣值分別用v1、v2 表示，則抽樣判決器的判決準(zhǔn)則為：表示，則抽樣判決器的判決準(zhǔn)則為：32圖圖 2FSK非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形 111000001012FSK信號(hào)信號(hào)v1下支路全下支

19、路全波整流波整流輸出輸出v2上支路全上支路全波整流波整流33 3.2 2FSK 相干解調(diào)相干解調(diào)條件：條件：| f1 - f2 | 2 fs ttSttSte21110cos)(cos)()(抽樣抽樣判決判決e0 ( t )S( t ) 定時(shí)脈沖定時(shí)脈沖 帶通帶通1 低通低通 cos1 t2 fs帶通帶通2 低通低通 cos2 t2 fs帶通濾波器的作用同包絡(luò)檢波法，起帶通濾波器的作用同包絡(luò)檢波法，起分路作用分路作用; ;抽樣判決器抽樣判決器在抽樣脈沖到來時(shí)對兩個(gè)低頻信號(hào)在抽樣脈沖到來時(shí)對兩個(gè)低頻信號(hào)的抽樣值的抽樣值 進(jìn)行比較判決（判決規(guī)則同于包絡(luò)檢進(jìn)行比較判決（判決規(guī)則同于包絡(luò)檢波法），即可

20、還原出基帶數(shù)字信號(hào)。波法），即可還原出基帶數(shù)字信號(hào)。343.3 2FSK信號(hào)的鑒頻法信號(hào)的鑒頻法原理：鑒頻器原理：鑒頻器輸出電壓與輸入信號(hào)頻率偏輸出電壓與輸入信號(hào)頻率偏移成正比。移成正比。帶通濾波帶通濾波器器鑒頻鑒頻器器 低通濾波低通濾波器器抽樣判抽樣判決決353.4 2FSK 過零檢測法過零檢測法特點(diǎn)：特點(diǎn)：“1”、“0” 碼元對應(yīng)的載波頻率不同，碼元對應(yīng)的載波頻率不同，即在單位時(shí)間內(nèi)載波的過零點(diǎn)數(shù)目不同，利用即在單位時(shí)間內(nèi)載波的過零點(diǎn)數(shù)目不同，利用此特點(diǎn)，還原基帶信號(hào)。此特點(diǎn)，還原基帶信號(hào)。 e0 ( t )整形整形 微微分分 寬脈沖寬脈沖發(fā)生器發(fā)生器 整流整流 S( t )abcdef判

21、決判決 低通低通 思路：思路：把過零數(shù)目不同轉(zhuǎn)換為電壓不同。把過零數(shù)目不同轉(zhuǎn)換為電壓不同。36限 幅e2FSK(t)ab微 分c整 流d脈 沖 形成低 通ef輸 出(a)abcdef0 0 1 1 0 0各各點(diǎn)點(diǎn)波波形形示示意意圖圖圖圖 7-10 過零檢測法原理圖和各點(diǎn)時(shí)間波形過零檢測法原理圖和各點(diǎn)時(shí)間波形37輸入信號(hào)經(jīng)放大限幅后產(chǎn)生矩形脈沖序列；輸入信號(hào)經(jīng)放大限幅后產(chǎn)生矩形脈沖序列； 微分及全波整流微分及全波整流形成與頻率變化相應(yīng)的尖脈沖形成與頻率變化相應(yīng)的尖脈沖序列，這個(gè)序列就代表著調(diào)頻波的過零點(diǎn)；序列，這個(gè)序列就代表著調(diào)頻波的過零點(diǎn)； 尖脈沖尖脈沖觸發(fā)一寬脈沖發(fā)生器，變換成具有一定觸發(fā)一

22、寬脈沖發(fā)生器，變換成具有一定寬度的矩形波，該矩形波的直流分量便代表著信寬度的矩形波，該矩形波的直流分量便代表著信號(hào)的頻率；號(hào)的頻率； 低通濾波器低通濾波器得到脈沖波的直流分量。完成得到脈沖波的直流分量。完成頻率頻率幅度幅度變換，根據(jù)直流分量幅度還原出變換，根據(jù)直流分量幅度還原出“1” “0”。限 幅e2FSK(t)ab微 分c整 流d脈 沖 形成低 通ef輸 出(a)abcde383.5 2FSK 差分檢波法差分檢波法抽樣抽樣判決判決帶通帶通低通低通2 fs + | f1 - f2 |e0 ( t )S( t )e ( t )延時(shí)延時(shí)差分檢波法基于輸入信號(hào)與其延遲差分檢波法基于輸入信號(hào)與其延遲

23、的信號(hào)的信號(hào)相比較相比較,信道上的失真將同時(shí)影響相鄰信號(hào)，信道上的失真將同時(shí)影響相鄰信號(hào)，故不影響最終鑒頻結(jié)果。故不影響最終鑒頻結(jié)果。實(shí)踐表明，當(dāng)延遲失真為實(shí)踐表明，當(dāng)延遲失真為0時(shí)，這種方法的時(shí)，這種方法的檢測性能不如普通鑒頻法，但當(dāng)信道有較嚴(yán)重檢測性能不如普通鑒頻法，但當(dāng)信道有較嚴(yán)重延遲失真時(shí)，其檢測性能優(yōu)于鑒頻法。延遲失真時(shí)，其檢測性能優(yōu)于鑒頻法。39近似分析法：近似分析法：2 路路 2ASK 信號(hào)的疊加信號(hào)的疊加 4、2FSK 頻譜結(jié)構(gòu)頻譜結(jié)構(gòu) tcos)t(Stcos)t(S)t(e21110 且且 S1( t )、 均為均為 NRZ 信號(hào)，脈寬為信號(hào)，脈寬為Ts )t (S1)()

24、(41)()(41)(221121111ffPffPffPffPfPssssFSK)()()()(161)()(161)()(161)(2211222212122ffffffffTffSaTffSaTffSaTffSafPssssFSK當(dāng)當(dāng) p = 時(shí)時(shí), （7.1-21）40頻譜圖頻譜圖f0sfsf )f(P1s)f(P1sf1f0)f(PEf2f1|2212fffBsFSK41v 相位不連續(xù)的相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)的功率譜由離散譜信號(hào)的功率譜由離散譜和連續(xù)譜所組成；和連續(xù)譜所組成；v 離散譜位于離散譜位于載頻載頻f1和和f2處；連續(xù)譜由兩個(gè)中處；連續(xù)譜由兩個(gè)中心位于心位于f1和和f2處的

25、雙邊譜疊加形成；處的雙邊譜疊加形成；v 若若|f1-f2|fs，連續(xù)譜在，連續(xù)譜在fc處出現(xiàn)單峰；處出現(xiàn)單峰； 若若|f1-f2|fs，則連續(xù)譜出現(xiàn)雙峰。，則連續(xù)譜出現(xiàn)雙峰。v 所需傳輸帶寬所需傳輸帶寬BFSK=|f1 -f2|+2 fs 42例例 設(shè)某設(shè)某2FSK調(diào)制系統(tǒng)的碼元傳輸速率為調(diào)制系統(tǒng)的碼元傳輸速率為1000B，已調(diào)信號(hào)的載頻為已調(diào)信號(hào)的載頻為1000Hz或或2000Hz： 1）發(fā)送數(shù)字信息為）發(fā)送數(shù)字信息為011010，畫出相應(yīng)的，畫出相應(yīng)的2FSK信信號(hào)波形；號(hào)波形； 2）這時(shí)的）這時(shí)的2FSK信號(hào)應(yīng)選擇怎樣的解調(diào)方法。信號(hào)應(yīng)選擇怎樣的解調(diào)方法。解：解： 1）設(shè)載頻）設(shè)載頻10

26、00Hz對應(yīng)對應(yīng)“1”,2000Hz對應(yīng)對應(yīng)“0”。43解：解： 2）由于）由于2FSK載波頻差載波頻差|f2-f1|=1000=fs, 功率功率譜密度會(huì)出現(xiàn)單峰，頻譜有較大重疊，用包絡(luò)檢譜密度會(huì)出現(xiàn)單峰，頻譜有較大重疊，用包絡(luò)檢測法不合適，上下兩支路有較大串?dāng)_，調(diào)制性能測法不合適，上下兩支路有較大串?dāng)_，調(diào)制性能降低，所以可以用相干解調(diào)或過零檢測法解調(diào)。降低，所以可以用相干解調(diào)或過零檢測法解調(diào)。例例 設(shè)某設(shè)某2FSK調(diào)制系統(tǒng)的碼元傳輸速率為調(diào)制系統(tǒng)的碼元傳輸速率為1000B，已調(diào)信號(hào)的載頻為已調(diào)信號(hào)的載頻為1000Hz或或2000Hz： 1）發(fā)送數(shù)字信息為）發(fā)送數(shù)字信息為011010，畫出相應(yīng)

27、的，畫出相應(yīng)的2FSK信信號(hào)波形；號(hào)波形； 2）這時(shí)的）這時(shí)的2FSK信號(hào)應(yīng)選擇怎樣的解調(diào)方法。信號(hào)應(yīng)選擇怎樣的解調(diào)方法。447.1.3相移鍵控信號(hào)相移鍵控信號(hào)( 2PSK)PSK(Phase shift-keying)模擬調(diào)相：載波的模擬調(diào)相：載波的相位相位隨調(diào)制信號(hào)的變化隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化而變化數(shù)字相移：以載波不同的數(shù)字相移：以載波不同的初始相位初始相位值去表值去表示不同的數(shù)字信號(hào)。示不同的數(shù)字信號(hào)。一、相移原理一、相移原理45載波載波初相初相 ：每個(gè)碼元起始時(shí)刻對應(yīng)的載波相位：每個(gè)碼元起始時(shí)刻對應(yīng)的載波相位 0 00 1二進(jìn)制相移鍵控二進(jìn)制相移鍵控（2PSK） 在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)

28、正弦載波的在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位相位(初相初相)隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí)，則隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)信號(hào)。通常用已調(diào)信號(hào)。通常用已調(diào)信號(hào)載波的信號(hào)載波的0和和180分別表示二進(jìn)制數(shù)字基分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的帶信號(hào)的0和和1。462PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為：信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為： 式中，式中， n表示第表示第n個(gè)符號(hào)的絕對相位：個(gè)符號(hào)的絕對相位：因此，上式可以改寫為：因此，上式可以改寫為：)cos(A)(2PSKnctte時(shí)時(shí)發(fā)發(fā)送送發(fā)發(fā)送送”“”“，1,00時(shí)nPtPttecc1,cosA,cosA)(2PSK概

29、率為概率為概率為概率為 由于兩種碼元的波形相同，極性相反，故由于兩種碼元的波形相同，極性相反，故2PSK信號(hào)可以表述為一個(gè)信號(hào)可以表述為一個(gè)雙極性全占空矩形雙極性全占空矩形脈沖序列脈沖序列與一個(gè)正弦載波的相乘。與一個(gè)正弦載波的相乘。47式中式中 這里，這里，g(t)是脈寬為是脈寬為Ts的單個(gè)矩形脈沖，而的單個(gè)矩形脈沖，而an的的統(tǒng)計(jì)特性為統(tǒng)計(jì)特性為 發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“0”時(shí)時(shí)(an取取+1), e2PSK(t)取取0相位相位;發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“1”時(shí)時(shí)(an取取 -1),e2PSK(t)取取 相位。相位。以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字以載波的不同相位直接去表示

30、相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制信號(hào)的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制絕對相移絕對相移方式。方式。ttsteccos)()(2PSKnsnnTtgats)()(PPan1, 1, 1概概率率為為概概率率為為482PSK ：絕對相移信號(hào)：絕對相移信號(hào) 0 表示表示 “0” 表示表示 “1”載波初相載波初相0 1 1 0 1 0 0+ E S( t )- E 0 0 0 0ttsttecnccos)()cos(A)(2PSKtccosttsccos)(492PSK ：絕對相移信號(hào)：絕對相移信號(hào)0 1 1 0 1 0 0+ E S( t )- E 0 0 0 0ttsccos)( 0 表示表示 “0”

31、表示表示 “1”載波初相載波初相ttsttecnccos)()cos(A)(2PSK50模擬調(diào)制的方法模擬調(diào)制的方法 鍵控法鍵控法 乘法器)(2tePSK雙極性不歸零tccos)(ts碼型變換tccos) (t s) (2tePSK開關(guān)電路移相018002PSK信號(hào)的調(diào)制器原理方框圖信號(hào)的調(diào)制器原理方框圖51帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出)(2tePSKtccosabcde2PSK信號(hào)的解調(diào)器原理方框圖和波形圖：信號(hào)的解調(diào)器原理方框圖和波形圖：52波形圖中，假設(shè)相干載波的基準(zhǔn)相位與波形圖中，假設(shè)相干載波的基準(zhǔn)相位與2PSK信號(hào)的調(diào)制載波的基準(zhǔn)相位一致。信號(hào)的調(diào)制載波的基準(zhǔn)相位

32、一致。由于在由于在2PSK信號(hào)的載波恢復(fù)過程中存在著的信號(hào)的載波恢復(fù)過程中存在著的相位模糊，這種相位關(guān)系的不確定性將會(huì)造成相位模糊，這種相位關(guān)系的不確定性將會(huì)造成解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好相反，即正好相反，即“1”變?yōu)樽優(yōu)椤?”，“0”變?yōu)樽優(yōu)椤?”，判決器輸出數(shù)字信號(hào)全部出錯(cuò)。這種現(xiàn)象稱為判決器輸出數(shù)字信號(hào)全部出錯(cuò)。這種現(xiàn)象稱為2PSK 方式的方式的“倒倒”現(xiàn)象或現(xiàn)象或“反相工作反相工作”。這。這也是也是2PSK方式在實(shí)際中很少采用的主要原因。方式在實(shí)際中很少采用的主要原因。53另外，在隨機(jī)信號(hào)碼元序列中，信號(hào)波形另外，在隨機(jī)信號(hào)碼元

33、序列中，信號(hào)波形有可能出現(xiàn)長時(shí)間連續(xù)的正弦波形，致使在有可能出現(xiàn)長時(shí)間連續(xù)的正弦波形，致使在接收端無法辨認(rèn)信號(hào)碼元的起止時(shí)刻。接收端無法辨認(rèn)信號(hào)碼元的起止時(shí)刻。為了解決上述問題，可以采用為了解決上述問題，可以采用7.1.4節(jié)中將節(jié)中將要討論的差分相移鍵控（要討論的差分相移鍵控（DPSK）體制。）體制。54功率譜密度功率譜密度比較比較2ASK信號(hào)表達(dá)式和信號(hào)表達(dá)式和2PSK信號(hào)表達(dá)式：信號(hào)表達(dá)式： 2ASK： 2PSK： 兩者區(qū)別僅在于基帶信號(hào)兩者區(qū)別僅在于基帶信號(hào)s(t)不同不同(an不同不同)，前者為單極性，后者為雙極性。因此，可以直前者為單極性，后者為雙極性。因此，可以直接引用接引用2AS

34、K信號(hào)功率譜密度的公式來表述信號(hào)功率譜密度的公式來表述2PSK信號(hào)的功率譜，即信號(hào)的功率譜，即ttsteccos)()(2ASKPtPttecc1,cosA,cosA)(2PSK概率為概率為)()(41)(2cscsPSKffPffPfP55 由由6.1.2節(jié)知，雙極性的全占空矩形隨機(jī)脈節(jié)知，雙極性的全占空矩形隨機(jī)脈沖序列的功率譜密度為沖序列的功率譜密度為將其代入上式，得將其代入上式，得: )()0()21 ()()1 (42222fGPffGPPffPsss)()()0()21 (41)()()1 (222222PSKccsccsffffGPfffGffGPPfP 注意，這里的注意，這里的P

35、s(f)是雙極性矩形脈沖序列的功是雙極性矩形脈沖序列的功率譜。率譜。)()(41)(2cscsPSKffPffPfP56若若P =1/2，并考慮到矩形脈沖的頻譜：，并考慮到矩形脈沖的頻譜：則則2PSK信號(hào)的功率譜密度為信號(hào)的功率譜密度為)()(SSTfSaTfGSTG) 0 (222)()(sin)()(sin4)(scscscscsPSKTffTffTffTffTfP)()()0()21 (41)()()1 (222222PSKccsccsffffGPfffGffGPPfP57f0sfsf )f(Ps2PSK 頻譜圖頻譜圖B2PSK = 2 fs 2PSK信號(hào)的頻譜特性與信號(hào)的頻譜特性與2A

36、SK的十分相似，帶的十分相似，帶寬也是基帶信號(hào)帶寬的兩倍。區(qū)別僅在于當(dāng)寬也是基帶信號(hào)帶寬的兩倍。區(qū)別僅在于當(dāng)P=1/2時(shí)，其譜中無離散譜時(shí)，其譜中無離散譜(載波分量載波分量)，2PSK信信號(hào)實(shí)際上相當(dāng)于抑制載波的雙邊帶信號(hào)。因此，號(hào)實(shí)際上相當(dāng)于抑制載波的雙邊帶信號(hào)。因此，可看作是雙極性基帶信號(hào)作用下的調(diào)幅信號(hào)?？煽醋魇请p極性基帶信號(hào)作用下的調(diào)幅信號(hào)。- fcfc + fsfc - fsf0cf)f(PE58 7.1.4 二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）相對相對載波載波初相初相 ：后碼元的：后碼元的載波初相載波初相2與前相鄰碼元載波初與前相鄰碼元載波初相相1的差值的差值 =2

37、 - 1 012 利用前后碼元載波相位利用前后碼元載波相位相對數(shù)值相對數(shù)值的變化也同的變化也同樣可以傳送數(shù)字信息，這種方法稱為相對調(diào)相。樣可以傳送數(shù)字信息，這種方法稱為相對調(diào)相。2DPSK：利用前后碼元載波相位相對數(shù)值的變：利用前后碼元載波相位相對數(shù)值的變化傳送數(shù)字信息，所以化傳送數(shù)字信息，所以又稱又稱相對相移鍵控相對相移鍵控。59 假設(shè)假設(shè)為當(dāng)前碼元與前一碼元的載波相位差，為當(dāng)前碼元與前一碼元的載波相位差，定義數(shù)字信息與定義數(shù)字信息與 之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為一組二進(jìn)制數(shù)字信息與其對應(yīng)的一組二進(jìn)制數(shù)字信息與其對應(yīng)的2DPSK信號(hào)信號(hào)的載波相位關(guān)系示例如下：的載波相位關(guān)系示例如下： ”“，”“

38、10, 0表表示示數(shù)數(shù)字字信信息息表表示示數(shù)數(shù)字字信信息息 0 0 0 02DPSK0 1 1 0 0 1 0 1 1：信號(hào)相位信號(hào)相位二進(jìn)制數(shù)字信息二進(jìn)制數(shù)字信息 0 0 0 0 0 0 或或60相應(yīng)的相應(yīng)的2DPSK信號(hào)的波形如下：信號(hào)的波形如下： 0 0 0 0 0 0 0 0 0 02DPSK0 1 1 0 0 1 0 1 1 或或信信號(hào)號(hào)相相位位二二進(jìn)進(jìn)制制數(shù)數(shù)字字信信息息：t參考參考2DPSK10101絕對碼絕對碼2DPSK信號(hào)的相位并不直接代表基帶信號(hào)，而信號(hào)的相位并不直接代表基帶信號(hào)，而前后碼元的前后碼元的相對相位才決定信息符號(hào)相對相位才決定信息符號(hào)。61 與與2PSK的波形不

39、同，的波形不同，2DPSK波形的同一波形的同一相位并不對應(yīng)相同的數(shù)字信息符號(hào)相位并不對應(yīng)相同的數(shù)字信息符號(hào)，而，而前后前后碼元的相對相位才唯一確定信息符號(hào)碼元的相對相位才唯一確定信息符號(hào)。 解調(diào)解調(diào)2DPSK信號(hào)時(shí)，并不依賴于某一固定信號(hào)時(shí)，并不依賴于某一固定的載波相位參考值，只要前后碼元的相對相的載波相位參考值，只要前后碼元的相對相位關(guān)系不破壞，則鑒別這個(gè)相位關(guān)系就可正位關(guān)系不破壞，則鑒別這個(gè)相位關(guān)系就可正確恢復(fù)數(shù)字信息。這就確恢復(fù)數(shù)字信息。這就避免了避免了2PSK方式中的方式中的“倒倒 ”現(xiàn)象發(fā)生現(xiàn)象發(fā)生。說明說明:621 0 0 1 0 1 1+ E S( t )- - E0 0 0 0

40、 2PSK2DPSK判判0 1 1 0 1 0 0到到 現(xiàn)象：現(xiàn)象：0判判0 0 0 1 0 1 1全錯(cuò)全錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)1 1位位 0 0 063v 單從波形上看，單從波形上看，2DPSK與與2PSK是無法分辯是無法分辯的，比如圖的，比如圖717中中2DPSK也可以是另一符號(hào)也可以是另一符號(hào)序列（見圖中的相對碼序列，而將原符號(hào)序列序列（見圖中的相對碼序列，而將原符號(hào)序列稱為絕對碼）經(jīng)絕對移相而形成的。稱為絕對碼）經(jīng)絕對移相而形成的。t參考參考2DPSK10101絕對碼絕對碼0 0 0 101100相對碼相對碼64只有已知移相鍵控方式是絕對的還是相對只有已知移相鍵控方式是絕對的還是相對的，才能正確判定原

41、信息；的，才能正確判定原信息；相對移相信號(hào)可以看作是把數(shù)字信息序列相對移相信號(hào)可以看作是把數(shù)字信息序列（絕對碼）變換成相對碼，然后再根據(jù)相對（絕對碼）變換成相對碼，然后再根據(jù)相對碼進(jìn)行絕對移相而形成。這就為碼進(jìn)行絕對移相而形成。這就為2DPSK信號(hào)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)指出了一種借助絕對移相途徑的調(diào)制與解調(diào)指出了一種借助絕對移相途徑實(shí)現(xiàn)的方法。實(shí)現(xiàn)的方法。65 相對相移本質(zhì)上就是對差分碼信號(hào)的絕對相對相移本質(zhì)上就是對差分碼信號(hào)的絕對相移。相移。那么，那么，2DPSK信號(hào)的表達(dá)式與信號(hào)的表達(dá)式與2PSK的的形式應(yīng)完全相同，所不同的只是此時(shí)式中的形式應(yīng)完全相同，所不同的只是此時(shí)式中的s(t) 信號(hào)表示的

42、是差分碼數(shù)字序列。即信號(hào)表示的是差分碼數(shù)字序列。即: 2( )( )cosDPSKcsts tt其中其中s(t)是由絕對碼變換而成的相對碼。是由絕對碼變換而成的相對碼。66 數(shù)字信息與數(shù)字信息與之間的關(guān)系也可定義為之間的關(guān)系也可定義為 2DPSK信號(hào)的信號(hào)的矢量圖矢量圖 在在B方式中，當(dāng)前碼元的相位相對于前一碼方式中，當(dāng)前碼元的相位相對于前一碼元的相位改變元的相位改變/2。因此，在相鄰碼元之間。因此，在相鄰碼元之間必定有相位突跳。在接收端檢測此相位突跳必定有相位突跳。在接收端檢測此相位突跳就能確定每個(gè)碼元的起止時(shí)刻。就能確定每個(gè)碼元的起止時(shí)刻?！薄?，”“01, 0表表示示數(shù)數(shù)字字信信息息表表示

43、示數(shù)數(shù)字字信信息息參 考 相 位參 考 相 位/2/2(a) A方式方式 參 考 相 位參 考 相 位/2/2(b) B方式方式 671 0 0 1 0 1 1+ E S( t )- E A 方式：方式： B 方式：方式： 絕對碼絕對碼相對碼相對碼參考點(diǎn)參考點(diǎn)0002 2 2 2 000 001 1 1 0 0 1 0碼變換碼變換A 方式：方式： 0 表示表示 “0” 表示表示 “1” 表示表示 “0”表示表示 “1”B 方式：方式： 2 2 68 2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生方法信號(hào)的產(chǎn)生方法 先對二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼，即先對二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼，即把表示數(shù)字信息序列的絕對碼變換成把表示數(shù)字信息序列的絕對碼變換成相對碼（差相對碼（差分碼），分碼），然后再根據(jù)相對碼進(jìn)行絕對調(diào)相，從而然后再根據(jù)相對碼