第7章 數(shù)字頻帶傳輸教材

1、邯鄲學院邯鄲學院 邯鄲學院7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理調(diào)制：調(diào)制：用基帶信號改變載波的一個或某幾個參用基帶信號改變載波的一個或某幾個參 量，使載波參量隨基帶信號的變化而變化。量，使載波參量隨基帶信號的變化而變化。模擬調(diào)制：模擬調(diào)制：對載波信號的參量進行對載波信號的參量進行連續(xù)調(diào)制連續(xù)調(diào)制，在接，在接收端則對調(diào)制參量收端則對調(diào)制參量連續(xù)估值連續(xù)估值。數(shù)字調(diào)制：數(shù)字調(diào)制：對載波信號的一個或某幾個參量進行對載波信號的一個或某幾個參量進行離散離散變換變換，用其離散狀態(tài)表征基帶信號信息，接收端則對，用其離散狀態(tài)表征基帶信號信息，接收端則對信號參量進行信號參量進行離散估值離散估值。邯鄲學院

2、數(shù)字調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制方式二（多）進制振幅振幅鍵控（2ASK）調(diào)制二（多）進制移頻移頻鍵控（2FSK）調(diào)制二（多）進制移相移相鍵控（2PSK）調(diào)制7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院s(t)s(t)s(t)ttt0110 01100101t2ASK(a)2FSKtt2PSK0f1f2f2f10(c)(b)正弦載波的三種鍵控波形(a)振幅鍵控；(b)移頻鍵控；(c)移相鍵控。幾中基本的調(diào)制信號示意圖幾中基本的調(diào)制信號示意圖7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院011nPaP發(fā)送概率為發(fā)送概率為1、2ASK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生)()(snnnTtgats10( )0ts

3、tTg t 其它2( )()cosASKnscneta g tnTt發(fā)送的二進制符號序列發(fā)送的二進制符號序列 其中其中 sT 是二進制基帶信號時間間隔2ASK2ASK信號信號 7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院（1）2ASK信號的時域波形信號的時域波形2ASK2ASK信號的時間波形隨二進制基帶信號通斷變化，信號的時間波形隨二進制基帶信號通斷變化，所以又稱為所以又稱為通斷鍵控信號（通斷鍵控信號（OOKOOK信號）信號）單極性矩形單極性矩形脈沖序列脈沖序列t t1 11 11 11 10 00 00 0s(t)s(t)t tt t載波信號載波信號2ASK2ASK信號信號7.1 二

4、進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院（2）2ASK信號產(chǎn)生的兩種調(diào)制方法：信號產(chǎn)生的兩種調(diào)制方法：模擬相乘與數(shù)字鍵控模擬相乘與數(shù)字鍵控乘法器乘法器二進制不歸二進制不歸零信號零信號( )s t2( )ASKetcosctcoscosc ct t開關(guān)電路開關(guān)電路數(shù)字鍵控數(shù)字鍵控 ( )s t 2ASKet模擬相乘模擬相乘 7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理（3）2ASK信號解調(diào)的方法：信號解調(diào)的方法：非相干解調(diào)（包絡檢波）與相干非相干解調(diào)（包絡檢波）與相干解調(diào)（同步檢測法）解調(diào)（同步檢測法） 非相干解調(diào)(包絡檢波法) 相干解調(diào)(同

5、步檢測法)邯鄲學院 半波或全波整流器：包絡檢波器半波或全波整流器：包絡檢波器 低通濾波器：輸出信號是恢復后的基帶信號低通濾波器：輸出信號是恢復后的基帶信號 抽樣判決器：通過積分，抽樣和判決，再生成基帶信抽樣判決器：通過積分，抽樣和判決，再生成基帶信號，去掉傳輸中疊加的干擾和噪聲號，去掉傳輸中疊加的干擾和噪聲包絡檢波器抽樣抽樣判決器判決器全波全波整流器整流器低通低通濾波器濾波器2( )ASKet帶通帶通濾波器濾波器定時定時脈沖脈沖輸出輸出7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理非相干解調(diào)非相干解調(diào)(包絡檢波法包絡檢波法)邯鄲學院非相干解調(diào)過程的時間波形非相干解調(diào)過程的時間波形單極性矩形單極性

6、矩形脈沖序列脈沖序列調(diào)制信號調(diào)制信號整流信號整流信號低通濾波器低通濾波器輸出信號輸出信號抽樣判決器抽樣判決器輸出信號輸出信號1 11 10 01 10 00 00 01 10 00 01 1邯鄲學院7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理（3）2ASK信號解調(diào)的方法：信號解調(diào)的方法：非相干解調(diào)（包絡檢波）與相干非相干解調(diào)（包絡檢波）與相干解調(diào)（同步檢測法）解調(diào)（同步檢測法） 非相干解調(diào)(包絡檢波法) 相干解調(diào)(同步檢測法)邯鄲學院7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理相干解調(diào)相干解調(diào)(同步檢波法同步檢波法) 解調(diào)原理：將已調(diào)信號e(t)與相干載波c(t)在相乘器中相乘，然后由低通濾波

7、器輸出所需的基帶波形。 抽樣抽樣判決器判決器相乘器相乘器低通低通濾波器濾波器2( )ASKet帶通帶通濾波器濾波器定時定時脈沖脈沖輸出輸出c(t)c(t)邯鄲學院假設假設2ASK( )( )cos(),ccets tt輸入信號： c osLLc tt相干載波：相乘器輸出相乘器輸出2( )( )( )cos() cos()11( )cos()()( )cos()()22ASKccLLcLcLcLcLetc ts ttts tts tt 低通濾波器濾除低通濾波器輸出低通濾波器輸出)()cos()(21)(0LcLccttskts KC為低通濾波器的電壓傳輸系數(shù)相干條件相干條件cLcL及滿足相干條件

8、下，相干檢測器的輸出為滿足相干條件下，相干檢測器的輸出為)(21)(0tsktsc相干解調(diào)相干解調(diào)(同步檢波法同步檢波法)邯鄲學院抽樣抽樣判決器判決器相乘器相乘器低通低通濾波器濾波器2( )ASKet帶通帶通濾波器濾波器定時定時脈沖脈沖輸出輸出e(t)e(t) 相干解調(diào)條件：相干解調(diào)條件：接收端必須提供一個與接收端必須提供一個與2ASK信號的載波信號的載波保持保持同頻同相的相干載波同頻同相的相干載波，否則將會造成解調(diào)后的波形失，否則將會造成解調(diào)后的波形失真。真。 相干載波一般可通過窄帶濾波或鎖相環(huán)路來提取。相干載波一般可通過窄帶濾波或鎖相環(huán)路來提取。7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理

9、相干解調(diào)相干解調(diào)(同步檢波法同步檢波法)邯鄲學院2( )() cos( ) cosASKnsccneta g tnTts tt e2ASK(t)的功率譜密度為P2ASK(f) s(t)的功率譜密度為Ps(f)21( )()()4ASKscscPfPffP ff推導推導P Ps s(f)(f)2ASK2ASK調(diào)制信號調(diào)制信號 21( ) ()()2ASKccESS頻譜頻譜 功率譜密度功率譜密度 7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理2 頻域分析頻域分析 2ASK信號的功率譜密度信號的功率譜密度邯鄲學院二進制基帶信號二進制基帶信號s(t)s(t)是單極性隨機矩形脈沖，其功率譜密度是單極性隨機

10、矩形脈沖，其功率譜密度P Ps(f)為為式中式中msssssmffmfGPffGPPffP)()(1)()1 (22）（( )G fg t（ ）矩形波頻譜：對于所有的矩形波頻譜：對于所有的m0m0的整數(shù)，有的整數(shù)，有G(mfG(mfs s)=0)=0 fGPffGPPffPsss2222011因此因此2222221( )(1)()() 41(1)(0) ()()4ASKsccsccPff PPG ffG fffPGffff7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院假設假設P P1/21/2，則，則 222221161(0)16ASKsccsccPffG ffG fffGffffg(t

11、)g(t)的頻譜的頻譜 sinsssfTG fTfT因此因此222sin()sin()( )16()()1()()16scscsASKcscsccTff Tff TPfff Tff Tffff 連續(xù)譜 離散譜7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院22ASKBB 傳輸2ASK信號所需頻帶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 c7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理2 頻域分析頻域分析 2ASK信號的功率譜密度信號的功率譜密度

12、邯鄲學院2 頻域分析頻域分析對頻域進行分析的目的之一：確定信號的帶寬 譜零點帶寬 以主瓣寬度為度量單邊功率譜的譜零帶寬為：2()()22/()ASKcscsssBfffffT HzRc為二進制碼元速率，與二進制序列的信息傳輸速率（比特率）數(shù)值上相等。7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院7.1.2二進制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（2FSK）1、 時域分析時域分析二進制頻移鍵控信號可以看成是兩個不同載波的二進制振幅鍵二進制頻移鍵控信號可以看成是兩個不同載波的二進制振幅鍵控信號的疊加。若二進制基帶信號的控信號的疊加。若二進制基帶信號的1符號對應于載波頻率符號對應于載波頻率f1，0符號對

13、應于載波頻率符號對應于載波頻率f2，則二進制移頻鍵控信號的時域表達式，則二進制移頻鍵控信號的時域表達式為為7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理212( )() cos()() cos()FSKnsnnsnnneta g tnTta g tnTtPPan110概率為概率為PPan概率為概率為110其中其中 g(t)為單個矩形脈沖，脈寬為為單個矩形脈沖，脈寬為Ts n，n分別是第分別是第n個信號碼元個信號碼元的初相位的初相位邯鄲學院（1）2FSK信號產(chǎn)生的兩種調(diào)制方法：信號產(chǎn)生的兩種調(diào)制方法： 模擬調(diào)頻模擬調(diào)頻 數(shù)字鍵控數(shù)字鍵控通過基帶信號控制振蕩器中的某一元件數(shù)值通過基帶信號控制振蕩器中

14、的某一元件數(shù)值( (例如電例如電容量的大小容量的大小) )來得到不同頻率的信號，它產(chǎn)生的兩個來得到不同頻率的信號，它產(chǎn)生的兩個頻率頻率f f1 1和和f f2 2在轉(zhuǎn)換時刻的相位是連續(xù)的，故這種在轉(zhuǎn)換時刻的相位是連續(xù)的，故這種2FSK2FSK信號稱為信號稱為相位連續(xù)的相位連續(xù)的2FSK2FSK信號信號。模擬調(diào)頻模擬調(diào)頻 模擬模擬調(diào)頻器調(diào)頻器二進制不歸二進制不歸零信號零信號( )s t oet7.1.2二進制移頻鍵控（二進制移頻鍵控（2FSK）1、 時域分析時域分析7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院由于兩個頻率來自兩個振蕩源，所以在由于兩個頻率來自兩個振蕩源，所以在f f1 1

15、與與f f2 2之間的之間的轉(zhuǎn)換瞬間相位不連續(xù)。這種方法產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換瞬間相位不連續(xù)。這種方法產(chǎn)生的2FSK2FSK信號稱為信號稱為相位不連續(xù)的相位不連續(xù)的2FSK2FSK信號，或相位離散的信號，或相位離散的2FSK2FSK信號信號。數(shù)字鍵控數(shù)字鍵控 反相器反相器 2FSKet振蕩器振蕩器1 1f f1 1振蕩器振蕩器2 2f f2 2選通開關(guān)選通開關(guān)選通開關(guān)選通開關(guān)相加器相加器基帶信號基帶信號7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理（1）2FSK信號產(chǎn)生的兩種調(diào)制方法：信號產(chǎn)生的兩種調(diào)制方法： 模擬調(diào)頻模擬調(diào)頻 數(shù)字鍵控數(shù)字鍵控邯鄲學院7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理輸入序列輸入

16、序列s(t)s(t)載波載波f f1 1e e1 1(t)(t)e e2 2(t)(t)調(diào)制信號調(diào)制信號1 11 10 01 11 11 10 00 00 0/s(t)/s(t)載波載波f f2 2邯鄲學院 常用解調(diào)方法：常用解調(diào)方法： 非相干解調(diào)非相干解調(diào) 相干解調(diào)相干解調(diào) 其它解調(diào)方法其它解調(diào)方法 鑒頻法鑒頻法 過零檢測法過零檢測法 差分檢波法差分檢波法7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理（2）2FSK信號產(chǎn)生的解調(diào)方法：信號產(chǎn)生的解調(diào)方法：邯鄲學院抽樣判決器：判定哪一抽樣判決器：判定哪一個輸入樣值大，此時可個輸入樣值大，此時可以不專門設置門限電平以不專門設置門限電平包絡包絡檢波器

17、檢波器包絡包絡檢波器檢波器抽樣抽樣判決器判決器 2FSKet帶通濾波器帶通濾波器1 1帶通濾波器帶通濾波器2 2定時脈沖定時脈沖輸出輸出最佳非相干解調(diào)最佳非相干解調(diào) 7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理（2）2FSK信號產(chǎn)生的解調(diào)方法：信號產(chǎn)生的解調(diào)方法：邯鄲學院t tA(t)A(t)f f1 1f f2 2f f1 1t ta at tb bt tc ct td dt te et tf ft tg g7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院 常用解調(diào)方法：常用解調(diào)方法： 非相干解調(diào)非相干解調(diào) 相干解調(diào)相干解調(diào) 其它解調(diào)方法其它解調(diào)方法 鑒頻法鑒頻法 過零檢測法過零檢測法

18、差分檢波法差分檢波法7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理（2）2FSK信號產(chǎn)生的解調(diào)方法：信號產(chǎn)生的解調(diào)方法：邯鄲學院7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理（2）2FSK信號產(chǎn)生的解調(diào)方法：信號產(chǎn)生的解調(diào)方法：低通低通濾波器濾波器低通低通濾波器濾波器抽樣抽樣判決器判決器 2FSKet帶通濾波器帶通濾波器1 1帶通濾波器帶通濾波器2 2定時脈沖定時脈沖輸出輸出相乘器相乘器相乘器相乘器2cos() t1cos() t邯鄲學院 常用解調(diào)方法：常用解調(diào)方法： 非相干解調(diào)非相干解調(diào) 相干解調(diào)相干解調(diào) 其它解調(diào)方法其它解調(diào)方法 鑒頻法鑒頻法 過零檢測法過零檢測法 差分檢波法差分檢波法7.1

19、二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理（2）2FSK信號產(chǎn)生的解調(diào)方法：信號產(chǎn)生的解調(diào)方法：邯鄲學院其它解調(diào)方法過零檢測法該序列與頻率變化相對應，代該序列與頻率變化相對應，代表著調(diào)頻波的過零點表著調(diào)頻波的過零點低通濾波器濾除高次諧波得到低通濾波器濾除高次諧波得到F-AF-A帶通濾波器帶通濾波器限幅限幅微分微分整流整流u ui i(t)(t)a a脈沖展寬脈沖展寬低通低通b bc cd de ef f 基本思想：數(shù)字調(diào)頻波的過零點數(shù)隨不同載頻而異，故檢基本思想：數(shù)字調(diào)頻波的過零點數(shù)隨不同載頻而異，故檢出零點數(shù)可以得到關(guān)于頻率的差異出零點數(shù)可以得到關(guān)于頻率的差異a ab bc cd de ef f邯

20、鄲學院7.1.2二進制移頻鍵控（二進制移頻鍵控（2FSK） 2、 頻域分析頻域分析7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理（1）相位離散的2FSK信號（2）相位連續(xù)的2FSK信號邯鄲學院相位離散的相位離散的2FSK信號信號 相位離散的二進制移頻鍵控信號，可以看成由兩個不同載波的二進制振幅鍵控信號的疊加 功率譜密度可以近似表示成兩個不同載波的二進制振幅鍵控信號功率譜密度的疊加。 推導2FSK信號的頻譜邯鄲學院212( )() cos()() cos()FSKnsnnsnnneta g tnTta g tnTtn n和和n n分別代表第分別代表第n n個信號碼元的初始相位。通常可令個信號碼元的

21、初始相位。通?？闪頽 n和和n n為零為零212( )() cos()() cos()FSKnsnsnneta g tnTta g tnTt相位離散的相位離散的2FSK2FSK調(diào)制信號調(diào)制信號令令12( )()( )()nsnnsns ta g tnTs ta g tnT兩路二進制數(shù)字基帶信號21122( )( )cos()( )cos()FSKets tts tt相位離散的相位離散的2FSK信號信號邯鄲學院根據(jù)根據(jù)2ASK2ASK信號功率譜密度的表示式，可得信號功率譜密度的表示式，可得2FSK2FSK信號功率譜密度的表示式信號功率譜密度的表示式22211222112222222221( )(

22、1)()() 41(1)(0) ()()41(1)()() 41(1)(0) ()()4FSKssssPff PPG ffG fffPGfffff PPG ffG fffPGffff11222112211( )()()()()44FSKssssPfPffP ffPffP ff相位離散的相位離散的2FSK信號信號邯鄲學院假設假設P P1/21/2，則，則2222211222211221( )()()()() 161(0) ()()()()16FSKssPffG ffG ffG ffG fffGffffffffg(t)g(t)的頻譜的頻譜sin( )sssfTG fTfT因此因此221121122

23、22221122sin()sin()( )16()()sin()sin()()()1()()()()16sssFSKssssssTff Tff TPfff Tff Tff Tff Tff Tff Tffffffff 連續(xù)譜 離散譜相位離散的相位離散的2FSK信號信號邯鄲學院頻譜分析頻譜分析 圖中a曲線對應的f1f0+fs，f2f0-fs，曲線b對應的f1= f0+0.4fs，f2f0-0.4fs。 f0=（f1+ f2）/2 結(jié)論見187頁2f2fs s0.8f0.8fs sf ff f0 0f f0 0f fs sf f0 0-f-fs sf f0 02f2fs sf f0 0-2f-2fs

24、 sP Pe e(f)(f)（單邊譜）（單邊譜）a ab b邯鄲學院7.1.3二進制移相鍵控（二進制移相鍵控（2PSK）在二進制數(shù)字調(diào)制中，當正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn)生二進制移相鍵控二進制移相鍵控(2PSK)信號信號。通常用已調(diào)信號載波的 0表示二進制數(shù)字基帶信號的 1 已調(diào)信號載波的 180表示二進制數(shù)字基帶信號的 01、則二進制移相鍵控信號的時域表達式時域表達式為7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院7.1.3二進制移相鍵控（二進制移相鍵控（2PSK）1、時域表達式、時域表達式7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理2cos( )cos1cPSK

25、ctPettP發(fā)送概率為則發(fā)送概率為2( )cos()pSKcnetAt 若用若用?(n)表示第表示第n個符號的絕對相位，則有個符號的絕對相位，則有 000180n 發(fā)送1符號 發(fā)送0符號邯鄲學院7.1.3二進制移相鍵控（二進制移相鍵控（2PSK）7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理 二進制移相鍵控信號的時間波形二進制移相鍵控信號的時間波形1 10 00 01 1t tA A-A-AT TS S2( )() cospSKnscneta g tnTt式中：111nnPaaP發(fā)送概率為應選擇雙極性，即發(fā)送概率為邯鄲學院 這種以載波的不同相位直接表示相應二進制數(shù)字信號的調(diào)制方式，稱為二進制絕

26、對移相方式。7.1.3二進制移相鍵控（二進制移相鍵控（2PSK）二進制移相鍵控信號的典型時間波形如圖所示。 100011100007.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院2、2PSK產(chǎn)生產(chǎn)生s(t)碼型變換雙極性不歸零乘法器e2PSK(t)cosct(a)cosct0開關(guān)電路e2PSK(t)180 移相s(t)(b)（a）模擬乘法器（b）數(shù)據(jù)相位選擇器+模擬帶通濾波器（鍵控法）7.1.3二進制移相鍵控（二進制移相鍵控（2PSK）7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院2PSK信號的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào)3、2PSK解調(diào)解調(diào)帶通濾波器e2PSK(t)a相乘器c低通濾波器

27、dbe抽樣判決器輸出cosct定時脈沖2PSK信號的解調(diào)原理圖7.1.3二進制移相鍵控（二進制移相鍵控（2PSK）7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理帶通濾波器帶通濾波器鑒相器鑒相器輸入輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出抽樣抽樣判決器判決器本地載波本地載波邯鄲學院 輸出判決器抽樣LPF相乘器BPF位定時dcbatccos)(0te1000111輸出位定時dcba10001117.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院 輸出判決器抽樣LPF相乘器BPF位定時dcbatccos)(0te1000111輸出位定時dcba10001117.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院4、頻域分

28、析、頻域分析7.1.3二進制移相鍵控（二進制移相鍵控（2PSK）7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理ttsteccos)()( s(t)是二進制雙極性非歸零矩形脈沖序列，與基帶信號為雙是二進制雙極性非歸零矩形脈沖序列，與基帶信號為雙極性非歸零矩形脈沖時的極性非歸零矩形脈沖時的2ASK信號的表達式完全相同。信號的表達式完全相同。 求求2PSK信號的功率譜密度的方法與求信號的功率譜密度的方法與求2ASK信號功率譜密信號功率譜密度方法相同。度方法相同。邯鄲學院222221( )(1) 2 ()2 () 41(12 )(0) ()()4EsccsccPff PPG ffG fffPGffff1

29、( )()()4EscscPfP ffP ff功率譜密度功率譜密度tAtsteccos)()(調(diào)制信號調(diào)制信號代入基帶信號功率譜密度代入基帶信號功率譜密度s(t)s(t)是二進制雙極性非歸零矩形脈沖序列是二進制雙極性非歸零矩形脈沖序列若概率若概率P P1/21/2221( )()() 4EsccPffG ffG ffg(t)g(t)的頻譜的頻譜sin( )sssfTG fTfT因此因此22sin()sin()( )4()()scscsEcscsTff Tff TPfff Tff T 連續(xù)譜 離散譜 連續(xù)譜邯鄲學院相當于抑制載波雙邊帶調(diào)制信號相當于抑制載波雙邊帶調(diào)制信號22ASKBB 傳輸2PS

30、K信號所需頻帶T Ts s/4/40 0P PE E(f)(f)f fs s-f-fs s2f2fb b4、頻域分析、頻域分析7.1.3二進制移相鍵控（二進制移相鍵控（2PSK）7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院結(jié)論：結(jié)論： 2PSK信號是用載波相位的絕對值來表示數(shù)字信信號是用載波相位的絕對值來表示數(shù)字信息的，所以又稱為絕對移相。息的，所以又稱為絕對移相。 相干解調(diào)時，接收端的本地載波必須與發(fā)送載相干解調(diào)時，接收端的本地載波必須與發(fā)送載波同頻同相。波同頻同相。 若本地載波產(chǎn)生若本地載波產(chǎn)生180倒相時解調(diào)出的數(shù)字基帶倒相時解調(diào)出的數(shù)字基帶信號將全部出錯，即出現(xiàn)信號將全部出錯，

31、即出現(xiàn)“倒倒”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。7.1.3二進制移相鍵控（二進制移相鍵控（2PSK）7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院7.1.4二進制差分移相鍵控（二進制差分移相鍵控（2DPSK） 2DPSK信號是利用已調(diào)信號的前后碼元相位的信號是利用已調(diào)信號的前后碼元相位的相對相對 變化變化表示二進制數(shù)字消息表示二進制數(shù)字消息1或或0的。的?！薄啊薄?00二進制二進制二進制二進制則：則：設前后碼元載波的相位差：設前后碼元載波的相位差：1kk7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院信號信號DPSK201011100相相位位參參考考100011100007.1.4二進制差分移相鍵控（二進

32、制差分移相鍵控（2DPSK）7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院1. 調(diào)制方式調(diào)制方式 2DPSK信號可以通過在信號可以通過在2PSK調(diào)制系統(tǒng)前加一級調(diào)制系統(tǒng)前加一級差差分編碼分編碼電路來得到。電路來得到。7.1.4二進制差分移相鍵控（二進制差分移相鍵控（2DPSK）7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理模擬調(diào)制乘法器乘法器差分碼差分碼( )s t2( )DPSKetcosct碼型變換碼型變換邯鄲學院1. 調(diào)制方式調(diào)制方式 （D觸發(fā)器上升沿觸發(fā)）7.1.4二進制差分移相鍵控（二進制差分移相鍵控（2DPSK）7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理模擬調(diào)制數(shù)字鍵控乘法器

33、乘法器查分碼查分碼( )s t2( )DPSKetcosct碼型變換碼型變換coscosc ct t開關(guān)電路開關(guān)電路( )s t 2DPSKet180180移相移相0 0碼變換碼變換絕對碼轉(zhuǎn)換絕對碼轉(zhuǎn)換為到相對碼為到相對碼邯鄲學院0100011111110000nbna信號DPSK載波相對碼絕對碼110參考參考2、2DPSK信號調(diào)制波形圖信號調(diào)制波形圖7.1.4二進制差分移相鍵控（二進制差分移相鍵控（2DPSK）7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院 由上可以看出，2DPSK信號的實現(xiàn)方法可以采用： 首先對二進制數(shù)字基帶信號進行差分編碼，將絕對碼表示二進制信息變換為用相對碼表示二

34、進制信息， 然后再進行絕對調(diào)相，從而產(chǎn)生二進制差分相位鍵控信號。7.1.4二進制差分移相鍵控（二進制差分移相鍵控（2DPSK）7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院 對2DPSK信號進行相干解調(diào)，恢復出相對碼，再通過碼反變換器變換為絕對碼，從而恢復出發(fā)送的二進制數(shù)字信息。 在解調(diào)過程中，若相干載波產(chǎn)生相位模糊，使得解調(diào)出的相對碼產(chǎn)生倒置現(xiàn)象。但是經(jīng)過碼反變換器后，輸出的絕對碼不會發(fā)生任何倒置現(xiàn)象，從而解決了載波相位模糊度的問題。帶通濾波器帶通濾波器2DPSK2DPSK低通濾波器低通濾波器數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出抽樣抽樣判決器判決器本地載波本地載波碼反碼反變換器變換器7.1.4二進制差分移

35、相鍵控（二進制差分移相鍵控（2DPSK）7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理3. 解調(diào)方式解調(diào)方式（1）相干解調(diào)）相干解調(diào)邯鄲學院3. 解調(diào)解調(diào)方式方式（1）相）相干解調(diào)干解調(diào) 判決器抽樣低通相乘器帶通二進制信息位定時2DPSK信號信號碼反變換fedcbatccos10位定時fedcba00011110000111參考參考011110007.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院10位定時fedcba00011110000111參考參考011110003. 解調(diào)解調(diào)方式方式（1）相干）相干解調(diào)解調(diào) 判決器抽樣低通相乘器帶通二進制信息位定時2DPSK信號信號差分譯碼fedcba

36、tccos7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院直接比較前后碼元的相位差，從而恢復發(fā)送的二進制數(shù)字信息。直接比較前后碼元的相位差，從而恢復發(fā)送的二進制數(shù)字信息。 特點特點: 無需專門的相干載波無需專門的相干載波是一種實用的方法是一種實用的方法 需要一精確延遲電路需要一精確延遲電路設備代價設備代價帶通濾波器帶通濾波器2DPSK2DPSK低通濾波器低通濾波器數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出抽樣抽樣判決器判決器延遲延遲T TS Sa ab bc cd de e定時脈沖定時脈沖3. 解調(diào)方式解調(diào)方式（2）差分相干解調(diào)）差分相干解調(diào)7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院（2）差分）差分相干解

37、調(diào)相干解調(diào) 判決器抽樣低通相乘器二進制信息位定時信號DPSK帶通sTedcba10位定時edcba000111100001117.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院（2）差分）差分相干解調(diào)相干解調(diào) 判決器抽樣低通相乘器二進制信息位定時信號DPSK帶通sTedcba10位定時edcba000111100001117.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院 2PSK與2DPSK信號有相同的功率譜 2PSK信號及2DSPK信導的表達式可統(tǒng)一表示為因此因此22sin()sin()( )4()()scscsEcscsTff Tff TPfff Tff T22ASKBB 傳輸2PS

38、K(2DPSK)信號所需頻帶T Ts s/4/40 0P PE E(f)(f)f fs s-f-fs s2f2fb b7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理邯鄲學院小結(jié)：小結(jié)：（1）在）在2DPSK的相干解調(diào)過程中，若解調(diào)端的本地載的相干解調(diào)過程中，若解調(diào)端的本地載波出現(xiàn)波出現(xiàn)180倒相時，系統(tǒng)的輸出只在倒相的那一位出現(xiàn)倒相時，系統(tǒng)的輸出只在倒相的那一位出現(xiàn)錯碼，而不會出現(xiàn)成串錯碼。同學們可自行畫出波形圖錯碼，而不會出現(xiàn)成串錯碼。同學們可自行畫出波形圖驗證。驗證。（2）在）在2DPSK的差分相干解調(diào)中，由于不需要用本地的差分相干解調(diào)中，由于不需要用本地載波參與解調(diào)，因此避免了載波參與解調(diào)

39、，因此避免了“倒倒”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。2DPSK系統(tǒng)是一種實用的數(shù)字調(diào)相系統(tǒng)，系統(tǒng)是一種實用的數(shù)字調(diào)相系統(tǒng)， 但其抗加但其抗加性白噪聲性能比性白噪聲性能比2PSK的要差。的要差。 邯鄲學院邯鄲學院 邯鄲學院7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信號的傳輸過程會受到各種干擾，從而影響對信號的恢復。對2ASK、2FSK、 2PSK、2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能進行深入的分析。系統(tǒng)克服加性噪聲影響的能力 衡量數(shù)字通信系統(tǒng)抗噪聲性能的重要指標是誤碼率誤碼率.分析二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能，得出誤碼率與信噪比之間的數(shù)學關(guān)系。 邯鄲學院幾點假設：幾點假設：1、1、

40、0等概率，即等概率，即P=1/22、各類二進制鍵控信號具有相同的信號平均能量、各類二進制鍵控信號具有相同的信號平均能量Eb3、接收帶通濾波器的帶寬為、接收帶通濾波器的帶寬為B=1/Ts4、碼元間隔、碼元間隔Ts為載波的整數(shù)倍。為載波的整數(shù)倍。7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能邯鄲學院7.2.1二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控(2ASK)系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能對二進制振幅鍵控信號可采用包絡檢波法進行解調(diào)，也可以采用同步檢測法進行解調(diào)。但兩種解調(diào)器結(jié)構(gòu)形式不同， 因此分析方法也不同。下面將分別針對兩種解調(diào)方法進行分析。 7.2邯鄲學院包絡檢波BPFLPF抽樣判

41、決位定時輸出)(te2ASK)(b)cos(0t)(te2ASK輸出位定時抽樣判決LPFBPF)(a)(tv)(tx)(ty)(ty1、相干解調(diào)、相干解調(diào)7.2.1二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控(2ASK)系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能7.2邯鄲學院n(t)為窄帶高斯噪聲， 其均值為零，方差為n2，且可表示為1、相干解調(diào)、相干解調(diào)00( )( )cos( )sincsn tn ttn tt（1）通過信道，給解調(diào)器的輸入端cos( )cos( )sin( )( )cos( )sincccscccscatnttntty tnttntt發(fā)送“1” 發(fā) 送 “0”7.2.1二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控

42、(2ASK)系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能7.2邯鄲學院( )cos( )sin,( )( )cos( )sin,ccscccscan ttn tty tn ttn tt1、相干解調(diào)、相干解調(diào)發(fā)送“1” 發(fā) 送 “0”（2）與相干載波cosct相乘后（低通濾波器的輸入端）的波形z(t)為：22( )cos( )sincos( )( )cos( )cos( )sincosccscccccsccan ttn tttz ty ttn ttn ttt7.2.1二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控(2ASK)系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能7.2邯鄲學院（3）通過低通濾波器1、相干解調(diào)、相干解調(diào)( ) ( )

43、cos2( )( )sin2( ),( )( )cos2( )( )sin2( ),cccsccccscan tan ttn ttn tn ttn tt發(fā)送“1” 發(fā) 送 “0”( ),( )( ),ccan tx tn t發(fā)送“1” 發(fā) 送 “0”7.2.1二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控(2ASK)系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能7.2邯鄲學院式中，a為信號成分，nc(t)為低通型高斯噪聲，其均值為零，方差為2n。1、相干解調(diào)、相干解調(diào)( ),( )( ),ccan tx tn t發(fā)送“1”符號時的抽樣值x=a+nc的一維概率密度函數(shù)f1(x)為212()1( )exp22nnxaf x7.2

44、.1二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控(2ASK)系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能7.2邯鄲學院1、相干解調(diào)、相干解調(diào)發(fā)送“0”符號時的抽樣值x=nc的一維概率密度函數(shù)f0(x)為2021( )exp22nnxfxf1(x)Oxaf0(x)Ox(a)(b)7.2.1二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控(2ASK)系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能7.2邯鄲學院)(1vf)(0vfAb0v)0/1 (P) 1/0(PA設判決門限為設判決門限為b，則：，則：（1）將）將1錯判為錯判為0的概率為：的概率為：11(0/1)( )bePPf x dx（2）將）將0錯判為錯判為1的概率為：的概率為：20(1/0)( )e

45、bPPfx dx（3）總誤碼率為：）總誤碼率為：)0/1 ()0() 1/0() 1 (PPPPPe0edPdb7.2邯鄲學院7.20ed Pd b由*10(1)()(0 )()0PfbPfb可 得*2*222(1)()(0)()expexp2222nnnnPbaPb b*為最佳判決門限2*(0 )ln2(1)naPbaP邯鄲學院1、相干解調(diào)、相干解調(diào)*2ab 當發(fā)送的二進制符號“1”和“0”等概出現(xiàn)， 即P(1)=P(0)時， 得最佳判決門限： 上式說明，當發(fā)送的二進制符號“1”和“0”等概時， 最佳判決門限為信號抽樣值（a）的二分之一。7.2.1二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控(2ASK)系統(tǒng)

46、的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能7.2邯鄲學院 當發(fā)送的二進制符號“1”和“0”等概， 且判決門限取 時，對2ASK信號采用同步檢測法進行解調(diào)時的誤碼率Pe為*2ab 124rPeerfc222nar為信噪比7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能/411,Perrer當即大信噪比時，邯鄲學院2、非相干解調(diào)、非相干解調(diào)包絡檢波法解調(diào)過程不需要相干載波，比較簡單。包絡檢波法的系統(tǒng)性能分析模型如下圖所示。發(fā)送端信道帶通濾波器包絡檢波器抽樣判決器輸出Pe定時脈沖V(t)y(t)yi(t)sT(t)ni(t)7.2.1二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控(2ASK)系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的

47、抗噪聲性能7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能邯鄲學院接收端帶通濾波器的輸出波形與相干檢測法的相同，即2、非相干解調(diào)、非相干解調(diào)( )cos( )sin,( )( )cos( )sin,ccscccscan ttn tty tn ttn tt發(fā)送“1” 發(fā) 送 “0”包絡檢波器能檢測出輸入波形包絡的變化。包絡檢波器輸出波形V(t)可進一步表示為7.2.1二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控(2ASK)系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能7.2邯鄲學院 當發(fā)送“1”符號時， 包絡檢波器的輸出波形V(t)為22( )( )( )csV tantnt22( )( )( )csV t

48、ntnt=+在kTs時刻包絡檢波器輸出波形的抽樣值為 2222( ),( )( ),cscsantnVntnt當發(fā)送“0”符號時，包絡檢波器的輸出波形V(t)為發(fā)送“1”符號發(fā)送“0”符號7.2邯鄲學院發(fā)送“1”符號時的抽樣值是廣義瑞利型隨機變量；發(fā)送“0”符號時的抽樣值是瑞利型隨機變量，它們的一維概率密度函數(shù)分別為2、非相干解調(diào)、非相干解調(diào)222()/21022( )()nVannVaVf vIe22/202( )nVnVf veRice分布Relly分布 式中，式中，2n為為窄帶高斯噪聲窄帶高斯噪聲n(t)的方差。的方差。7.2.1二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控(2ASK)系統(tǒng)的抗噪聲性能系

49、統(tǒng)的抗噪聲性能7.2邯鄲學院2、非相干解調(diào)、非相干解調(diào)0(.)I是第一類修正貝塞爾函數(shù)2,n2在大信噪比時,a此時貝塞爾函數(shù)可近似：22(/)02()2nVannaVIea V221() /212( )( )2nVanf VVf Vea則，可表示為：7.2.1二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控(2ASK)系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能7.2邯鄲學院2、非相干解調(diào)、非相干解調(diào)22() /212( )2nVanVf Vea在V=a附近，可進一步近似為：22() /2121( )2nVanf Ve下面利用f1和f0的表達式，來求解包絡檢波的誤比特率Pe7.2.1二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控(2ASK)系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能7.2邯鄲學院2、非相干解調(diào)、非相干解調(diào)判決規(guī)則：若樣值V判決門限b， 則判決接收為“1”；若樣值V4時：MPSK的同相和正