第4章數(shù)字頻帶調(diào)制

1、4.1 幅度鍵控幅度鍵控ASK系統(tǒng)系統(tǒng)4.2 頻率鍵控頻率鍵控FSK系統(tǒng)系統(tǒng)4.3 相位鍵控相位鍵控PSK系統(tǒng)系統(tǒng)4.4QPSK系統(tǒng)系統(tǒng)4.5多元數(shù)字頻帶調(diào)制多元數(shù)字頻帶調(diào)制第第 4 章數(shù)字頻帶調(diào)制章數(shù)字頻帶調(diào)制引引 言言 實際通信中不少信道都不能直接傳送基帶信號，實際通信中不少信道都不能直接傳送基帶信號，必須用基帶信號對載波波形的某些參數(shù)進行控制，必須用基帶信號對載波波形的某些參數(shù)進行控制，使載波的這些參量隨基帶信號的變化而變化，即所使載波的這些參量隨基帶信號的變化而變化，即所謂正弦載波調(diào)制。謂正弦載波調(diào)制。 實際上，在大多數(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)中，都選擇正實際上，在大多數(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)中，都選擇正弦

2、信號作為載波。這是因為正弦信號形式簡單，便弦信號作為載波。這是因為正弦信號形式簡單，便于產(chǎn)生及接收。于產(chǎn)生及接收。 和模擬調(diào)制一樣，數(shù)字調(diào)制也有調(diào)幅、調(diào)頻和模擬調(diào)制一樣，數(shù)字調(diào)制也有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相三種基本形式，并可以派生出多種其他形和調(diào)相三種基本形式，并可以派生出多種其他形式。數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制相比，基本原理并沒有式。數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制相比，基本原理并沒有什么區(qū)別。數(shù)字調(diào)制是用載波信號的某些離散狀什么區(qū)別。數(shù)字調(diào)制是用載波信號的某些離散狀態(tài)來表征所傳送的信息。因此，數(shù)字調(diào)制信號也態(tài)來表征所傳送的信息。因此，數(shù)字調(diào)制信號也稱為鍵控信號。在二進制時有振幅鍵控（稱為鍵控信號。在二進制時有振幅鍵控（

3、ASK）、）、移頻鍵控（移頻鍵控（FSK）和移相鍵控（）和移相鍵控（PSK）三種基本）三種基本信號形式。信號形式。4.1 幅度鍵控幅度鍵控ASK系統(tǒng)系統(tǒng)一、一、2ASK信號的表示信號的表示 設(shè)發(fā)送的二進制符號序列由設(shè)發(fā)送的二進制符號序列由0、1序列組成，發(fā)送序列組成，發(fā)送0符號符號的概率為的概率為P，發(fā)送，發(fā)送1符號的概率為符號的概率為(1-P)，且相互獨立。該二進，且相互獨立。該二進制符號序列可表示為：制符號序列可表示為： s(t)= )(SnnnTtga其中: 0, 發(fā)送概率為P 1, 發(fā)送概率為1-P Ts是二進制基帶信號時間間隔，是二進制基帶信號時間間隔，g(t)是持續(xù)時間為是持續(xù)時間

4、為Ts的的矩形脈沖。矩形脈沖。 an= 則二進制振幅鍵控信號可表示為：則二進制振幅鍵控信號可表示為： e0(t)= =s(t)cosct=tnTtgacSnncos)( 二進制振幅鍵控信號時間波形如圖二進制振幅鍵控信號時間波形如圖4.1 所示。由圖可以看所示。由圖可以看出，出，2ASK信號的時間波形信號的時間波形e0(t)隨二進制基帶信號隨二進制基帶信號s(t)通斷變化，通斷變化，所以又稱為通斷鍵控信號（所以又稱為通斷鍵控信號（OOK信號）。信號）。cosct 表示數(shù)碼表示數(shù)碼“1”0 表示數(shù)碼表示數(shù)碼“0”二、二、2ASK信號的調(diào)制信號的調(diào)制2ASK信號的產(chǎn)生方法如圖信號的產(chǎn)生方法如圖4.1

5、所示，所示，1、采用模擬調(diào)制方法實現(xiàn)，如圖、采用模擬調(diào)制方法實現(xiàn)，如圖(a) ，2、采用數(shù)字鍵控方法實現(xiàn)，如圖、采用數(shù)字鍵控方法實現(xiàn)，如圖(b) 。乘法器載波)(ts)(ts)(0te)(0teK)(costc)(a)(b)(c1001 1 0 0 11001 圖圖4.1 二進制幅度鍵控（二進制幅度鍵控（2ASK）信號的產(chǎn)生及輸出波形）信號的產(chǎn)生及輸出波形二進制振幅鍵控信號時間波形二進制振幅鍵控信號時間波形載波信號2ASK信號s(t)1011Tb001ttt三、三、2ASK信號的解調(diào)信號的解調(diào)1、相干解調(diào)，如圖（、相干解調(diào)，如圖（b）；）；2、非相干解調(diào)，如圖（、非相干解調(diào)，如圖（a）。）。圖

6、圖4.2 二進制振幅鍵控信號的接收系統(tǒng)組成方框圖二進制振幅鍵控信號的接收系統(tǒng)組成方框圖 e2ASK(t)帶通濾波器全波整流器低通濾波器抽樣判決器輸出abcd定時脈沖(a)e2ASK(t)帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時脈沖輸出cosct(b)2ASK信號非相干解調(diào)過程的時間波形信號非相干解調(diào)過程的時間波形11100000101abcd四、四、2ASK信號的帶寬信號的帶寬1、2ASK信號的頻譜信號的頻譜)(fPsf0sfsf)(fPEf0cfcfscff scff 2、2ASK信號的帶寬信號的帶寬 由上圖可看到：由上圖可看到：2ASK信號的帶寬是基帶信號的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的兩倍；即

7、：脈沖波形帶寬的兩倍；即：2ASK信號的傳信號的傳輸帶寬是碼元速率的輸帶寬是碼元速率的2倍。倍。ssTfB22e2FSK(t)=tnTtgatnTtgaSnnSnn21cos)(cos)( 42 頻移鍵控頻移鍵控FSK系統(tǒng)系統(tǒng) 421 頻移鍵控頻移鍵控FSK一、一、2FSK信號的表示信號的表示 若二進制基帶信號的若二進制基帶信號的1符號對應(yīng)于載波頻率符號對應(yīng)于載波頻率f1，0符符號對應(yīng)于載波頻率號對應(yīng)于載波頻率f2，則二進制移頻鍵控信號的時域表，則二進制移頻鍵控信號的時域表達式為：達式為： =cos1t 表示數(shù)碼表示數(shù)碼“1”cos2t 表示數(shù)碼表示數(shù)碼“0”二、二、2FSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)

8、生1、采用模擬調(diào)頻電路來實現(xiàn)，如圖、采用模擬調(diào)頻電路來實現(xiàn)，如圖4.4（a）；）； 2、采用數(shù)字鍵控的方法來實現(xiàn)，如圖、采用數(shù)字鍵控的方法來實現(xiàn)，如圖4.4（b）。）。模擬調(diào)頻器)(ts)(0te)(a)(ts載波1載波2)(0teK)(b)(0te)(ts)(c圖圖4.4 二進制移頻鍵控二進制移頻鍵控2FSK信號的產(chǎn)生及波形信號的產(chǎn)生及波形1 0 0 1 422 頻移鍵控頻移鍵控FSK的解調(diào)的解調(diào)1、非相干解調(diào)，如圖、非相干解調(diào)，如圖 （a）；）；2、相干解調(diào)，如圖（、相干解調(diào)，如圖（b）；）；3、過零檢測法；、過零檢測法；4、差分檢波法。、差分檢波法。圖圖4.5 二進制移頻鍵控信號常用的接

9、收系統(tǒng)二進制移頻鍵控信號常用的接收系統(tǒng) e2FSK(t)帶 通 濾 波 器1包 絡(luò)檢 波 器抽 樣判 決 器輸 出定 時 脈 沖帶 通 濾 波 器包 絡(luò)檢 波 器(a)e2FSK(t)帶 通 濾 波 器1低 通濾 波 器抽 樣判 決 器輸 出定 時 脈 沖帶 通 濾 波 器低 通濾 波 器相 乘 器相 乘 器cos1tcos2t(b)s1(t)s2(t)s1(t)s2(t)抽樣判決標(biāo)準(zhǔn)：抽樣判決標(biāo)準(zhǔn)：s1(t) s2(t) 輸出數(shù)碼輸出數(shù)碼“1”s1(t) s2(t) 輸出數(shù)碼輸出數(shù)碼“0”111000001012FSK信號2FSK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 s1(t)s

10、2(t)0限 幅e2FSK(t)ab微 分c整 流d脈 沖 形成低 通ef輸 出(a)abcde圖圖4.6 過零檢測法的方框圖及各點的波形過零檢測法的方框圖及各點的波形 帶通低通輸入輸出圖圖4.7 差分檢波法原理方框圖差分檢波法原理方框圖 差分檢波法的解調(diào)的原理如下：設(shè)輸入為差分檢波法的解調(diào)的原理如下：設(shè)輸入為Acos(0+)t，它與延時，它與延時之波形的乘積為：之波形的乘積為： Acos(0+)t Acos(0+)(t-)=(A2/2)cos(0+)+(A2/2)cos2(0+)t - (0+)若用低通濾波器除去倍頻分量，則其輸出為：若用低通濾波器除去倍頻分量，則其輸出為： V= (A2/2

11、)cos(0+) = (A2/2)cos0 cos- sin0 sin 可見，可見，V是角頻率偏移是角頻率偏移的函數(shù)，但卻不是一的函數(shù)，但卻不是一個簡單的函數(shù)關(guān)系?，F(xiàn)在我們適當(dāng)?shù)剡x擇個簡單的函數(shù)關(guān)系。現(xiàn)在我們適當(dāng)?shù)剡x擇，使，使 cos0=0則有則有 sin0=1，故此時有：，故此時有： V= - (A2/2) sin 當(dāng)當(dāng)0=/2或或 V= +(A2/2) sin 當(dāng)當(dāng)0= -/2若角頻偏較小，即若角頻偏較小，即1，則有，則有 V - (A2/2) 當(dāng)當(dāng)0=/2或或 V +(A2/2) 當(dāng)當(dāng)0= -/2 由此可見，當(dāng)滿足條件由此可見，當(dāng)滿足條件cos0=0及及 1時，時，輸出電壓輸出電壓V將與

12、角頻偏將與角頻偏呈線性關(guān)系（即鑒頻特性）。呈線性關(guān)系（即鑒頻特性）。2FSK信號的功率譜密度信號的功率譜密度 對相位不連續(xù)的對相位不連續(xù)的2FSK信號，可以看成由兩個信號，可以看成由兩個不同載頻的不同載頻的2ASK信號的疊加，其中一個頻率為信號的疊加，其中一個頻率為f1，另一個頻率為另一個頻率為f2。因此，相位不連續(xù)的。因此，相位不連續(xù)的2FSK信號信號的功率譜密度可以近似表示成兩個不同載波的的功率譜密度可以近似表示成兩個不同載波的2ASK信號功率譜密度的疊加。信號功率譜密度的疊加。 2FSK信號的帶寬約為：信號的帶寬約為： )(fPEf2f1fsff 1sff 20fsfffB2124.3

13、相移鍵控相移鍵控PSK系統(tǒng)系統(tǒng)4.3.1 絕對相移鍵控絕對相移鍵控PSK（2PSK或或BPSK） 一、一、2PSK信號的表示信號的表示 二進制移相鍵控（二進制移相鍵控（2PSK）信號的時域表達式為）信號的時域表達式為 e2PSK(t)= g(t-nTs)cosct 其中，其中，an應(yīng)選擇雙極性，即應(yīng)選擇雙極性，即 an=nna+1, 概率為P-1, 概率為（1-P） 若若g(t)是脈寬為是脈寬為Ts, 高度為高度為1的矩形脈沖時，則有的矩形脈沖時，則有e2PSK(t)=cosct, 概率為概率為P -cosct, 概率為（概率為（1-P） 即發(fā)送二進制符號即發(fā)送二進制符號0時（時（an取取+1

14、），已調(diào)信號?。?，已調(diào)信號取0相位；相位；發(fā)送二進制符號發(fā)送二進制符號1時時（an取取-1），），e2PSK(t)取取相位。這種以載相位。這種以載波的不同相位直接表示相應(yīng)數(shù)字信息的相位鍵控方式，稱為波的不同相位直接表示相應(yīng)數(shù)字信息的相位鍵控方式，稱為絕對移相，其信息與相位的關(guān)系可表示如下：絕對移相，其信息與相位的關(guān)系可表示如下： 0, 發(fā)送發(fā)送 0 符號符號 180, 發(fā)送發(fā)送 1 符號符號或反之?；蚍粗?。n n= =圖圖 4.12 2PSK信號的波形信號的波形ST0AA)(0te1100t圖圖 4.132PSK信號的調(diào)制方框圖信號的調(diào)制方框圖 二、二、2PSK的調(diào)制的調(diào)制1）采用相干調(diào)制的方

15、法產(chǎn)生，如圖）采用相干調(diào)制的方法產(chǎn)生，如圖(a)；2）采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生，如圖）采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生，如圖(b) 。 電平電平轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換相乘相乘載波載波雙極性載波載波相移相移)(ts)(0te0K)(a)(bs(t)單極性單極性e0(t)4.3.2 絕對相移鍵控絕對相移鍵控PSK的解調(diào)的解調(diào) 2PSK信號的解調(diào)，一般采用信號的解調(diào)，一般采用相干解調(diào)法相干解調(diào)法，其，其相應(yīng)的方框圖如圖相應(yīng)的方框圖如圖4.14（a）所示。又考慮到相干）所示。又考慮到相干解調(diào)在這里實際上起鑒相作用，故相干解調(diào)中的解調(diào)在這里實際上起鑒相作用，故相干解調(diào)中的“相乘相乘低通低通”又可用各種鑒相器替代，如圖又可用各種鑒

16、相器替代，如圖4.14（b）所示，圖中的解調(diào)過程，實質(zhì)上是輸入已調(diào)）所示，圖中的解調(diào)過程，實質(zhì)上是輸入已調(diào)信號與本地載波信號進行極性比較的過程，故常稱信號與本地載波信號進行極性比較的過程，故常稱為為極性比較法解調(diào)極性比較法解調(diào)。圖圖4.142PSK信號的解調(diào)方框圖信號的解調(diào)方框圖帶通帶通相乘器相乘器低通低通抽樣判決器抽樣判決器信號輸入PSK2二進制信息本地載波)(a帶通帶通鑒相器鑒相器抽樣判決器抽樣判決器信號輸入PSK2二進制信息本地載波)(b2PSK信號相干解調(diào)各點時間波形信號相干解調(diào)各點時間波形 10a110100bcde11111110000信碼信碼波形波形PSK2本地載波相乘器輸出低通

17、及判決輸出信碼11111110000圖圖4.15 2PSK信號的調(diào)制和解調(diào)過程的波形信號的調(diào)制和解調(diào)過程的波形 2PSK信號相干解調(diào)各點時間波形如上圖所示。當(dāng)恢復(fù)信號相干解調(diào)各點時間波形如上圖所示。當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生的相干載波產(chǎn)生180倒相時，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號將與倒相時，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號全部出錯。全部出錯。 這種現(xiàn)象通常稱為這種現(xiàn)象通常稱為“倒倒”現(xiàn)象。由于在現(xiàn)象。由于在2PSK信號的載信號的載波恢復(fù)過程中存在著波恢復(fù)過程中存在著180的相位模糊，所以的相位模糊，所以2PSK信

18、號的相信號的相干解調(diào)存在隨機的干解調(diào)存在隨機的“倒倒”現(xiàn)象，從而使得現(xiàn)象，從而使得2PSK方式在實際方式在實際中很少采用。中很少采用。2PSK的帶寬：（與的帶寬：（與2ASK的相同）的相同） ssTfB22 4.3.3 二進制相對相移鍵控二進制相對相移鍵控2DPSK 為了解決為了解決2PSK信號解調(diào)過程的信號解調(diào)過程的“倒倒”現(xiàn)象，提出了二現(xiàn)象，提出了二進制差分相位鍵控進制差分相位鍵控(2DPSK)。 一、一、2DPSK信號的相位關(guān)系信號的相位關(guān)系 2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對相位變化來表方式是用前后相鄰碼元的載波相對相位變化來表示數(shù)字信息。假設(shè)前后相鄰碼元的載波相位差為示數(shù)字信息

19、。假設(shè)前后相鄰碼元的載波相位差為，可定義，可定義一種數(shù)字信息與一種數(shù)字信息與之間的關(guān)系為：之間的關(guān)系為： = 或相反或相反 則一組二進制數(shù)字信息與其對應(yīng)的則一組二進制數(shù)字信息與其對應(yīng)的2DPSK信號的載波相信號的載波相位關(guān)系如下所示位關(guān)系如下所示:二進制數(shù)字信息：二進制數(shù)字信息： 1 1 0 1 0 0 1 1 1 02DPSK信號相位：信號相位： 0 0 0 0 0 0或或 0 0 0 0 0 0 表示數(shù)字信息表示數(shù)字信息“0” 表示數(shù)字信息表示數(shù)字信息“1”設(shè)初相設(shè)初相 設(shè)設(shè)2PSK信號的信號的0相位代表相位代表0碼，碼，相位代表相位代表1碼；而碼；而2DPSK按按=代表數(shù)碼代表數(shù)碼1，

20、=0代表數(shù)碼代表數(shù)碼0，可畫出同，可畫出同一數(shù)字信息序列的一數(shù)字信息序列的2PSK及及2DPSK信號波形如圖信號波形如圖4.16所示。所示。 由圖由圖4.16可以看出，可以看出，2DPSK的波形與的波形與2PSK的波形是不的波形是不同的，同的，2DPSK波形中相位相同并不一定對應(yīng)著相同的數(shù)字波形中相位相同并不一定對應(yīng)著相同的數(shù)字信息符號，而前后碼元之間的相位之差才唯一代表信息符信息符號，而前后碼元之間的相位之差才唯一代表信息符號。說明號。說明2DPSK信號解調(diào)時并不需要象信號解調(diào)時并不需要象2PSK信號那樣依信號那樣依賴于某一固定的載波相位參考值，只要能鑒別出前后碼元賴于某一固定的載波相位參考

21、值，只要能鑒別出前后碼元之間的相對相位關(guān)系，就可以正確恢復(fù)出原始數(shù)字信息。之間的相對相位關(guān)系，就可以正確恢復(fù)出原始數(shù)字信息。因此，采用因此，采用2DPSK調(diào)制避免了調(diào)制避免了2PSK方式中的倒方式中的倒現(xiàn)象?，F(xiàn)象。000001111100000011111數(shù)字信息信號PSK2信號DPSK2絕對碼相對碼參考相位圖圖4.16 2PSK和和2DPSK信號的波形信號的波形二、二、2DPSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生 2DPSK信號的實現(xiàn)方法可以采用：對絕對碼作相對相移信號的實現(xiàn)方法可以采用：對絕對碼作相對相移 對相對碼作絕對相移對相對碼作絕對相移1、首先對二進制數(shù)字基帶信號、首先對二進制數(shù)字基帶信號(絕對碼

22、絕對碼)進行碼變換，即將絕對進行碼變換，即將絕對碼轉(zhuǎn)換為相對碼，然后對相對再進行絕對調(diào)相，從而產(chǎn)生碼轉(zhuǎn)換為相對碼，然后對相對再進行絕對調(diào)相，從而產(chǎn)生2DPSK信號。信號。 若設(shè)若設(shè) an為絕對碼，為絕對碼，bn為相對碼（差分碼）為相對碼（差分碼） 則則 bn=an bn-12、鍵控法。、鍵控法。)(a電平電平轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換相乘相乘載波載波單極性)(ts)(0te雙極性碼變換碼變換載波載波相移相移)(ts)(0te0K)(b碼變換碼變換圖圖4.18 2DPSK的調(diào)制方框圖的調(diào)制方框圖2DPSK信號調(diào)制過程波形圖信號調(diào)制過程波形圖絕 對 碼相 對 碼載 波DPSK信 號10110010 1 0 0 1

23、0 1 1 0 設(shè)初態(tài)為設(shè)初態(tài)為0 an bn 參考參考 三、三、2PSK與與2DPSK的相位選擇的相位選擇1、 A方式：這種方式中，每個碼元的載波相位相方式：這種方式中，每個碼元的載波相位相對于基準(zhǔn)相位可取對于基準(zhǔn)相位可取0、兩種取值，故相對移相時，兩種取值，故相對移相時，若后一碼元的載波相位相對于前一碼元相位差為若后一碼元的載波相位相對于前一碼元相位差為0，則前后兩碼元載波的相位就是連續(xù)的；反之，則前后兩碼元載波的相位就是連續(xù)的；反之，載波相位將在兩碼元之間發(fā)生突跳。載波相位將在兩碼元之間發(fā)生突跳。2、 B方式。這種方式中，每個碼元的載波相位方式。這種方式中，每個碼元的載波相位相對于基準(zhǔn)相

24、位可取相對于基準(zhǔn)相位可取兩種，故相對移相時，兩種，故相對移相時，無論哪種碼元情況，相鄰兩個碼元之間的載波無論哪種碼元情況，相鄰兩個碼元之間的載波相位必然發(fā)生跳變。這樣，接收端就可以很容相位必然發(fā)生跳變。這樣，接收端就可以很容易地通過檢測該接收信號的相位變化來確定每易地通過檢測該接收信號的相位變化來確定每個碼元的起止時刻，獲得碼元定時信息，這正個碼元的起止時刻，獲得碼元定時信息，這正是是B 方式被廣泛采用的主要原因之一。方式被廣泛采用的主要原因之一。參考相位參考相位0022)(a)(b圖圖4.17 二進制移相鍵控信號相位矢量二進制移相鍵控信號相位矢量 4.3.4 相對相移鍵控相對相移鍵控DPSK

25、的解調(diào)的解調(diào) 1、相干解調(diào)方式、相干解調(diào)方式(極性比較法極性比較法)：解調(diào)原理是對：解調(diào)原理是對2DPSK信號進信號進行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對碼；對相對碼再進行碼反變換，行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對碼；對相對碼再進行碼反變換，變換為絕對碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的二進制數(shù)字信息。變換為絕對碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的二進制數(shù)字信息。2、差分相干解調(diào)（相位比較法）：解調(diào)原理是直接比較前后、差分相干解調(diào)（相位比較法）：解調(diào)原理是直接比較前后碼元的相位差，從而恢復(fù)發(fā)送的二進制數(shù)字信息。由于解碼元的相位差，從而恢復(fù)發(fā)送的二進制數(shù)字信息。由于解調(diào)的同時完成了碼反變換作用，故解調(diào)器中不需要碼反變調(diào)的同時完成了碼反變換作用，故解調(diào)

26、器中不需要碼反變換器。由于差分相干解調(diào)方式不需要專門的相干載波，因換器。由于差分相干解調(diào)方式不需要專門的相干載波，因此是一種非相干解調(diào)方法。此是一種非相干解調(diào)方法。 2DPSK信號相干解調(diào)器原理圖和解調(diào)過程各點時間波形信號相干解調(diào)器原理圖和解調(diào)過程各點時間波形 (a)abcdef(b)帶 通濾 波 器e2DPSK(t)a相 乘 器c低 通濾 波 器dbe抽 樣判 決 器輸 出cosct定 時 脈 沖碼 反變 換 器f1011000設(shè)初態(tài)為設(shè)初態(tài)為11 1 1 0 0 1 0 00圖圖4.212DPSK信號差分相干解調(diào)器原理圖和解調(diào)過程各點時間波形信號差分相干解調(diào)器原理圖和解調(diào)過程各點時間波形帶

27、 通濾 波 器a相 乘 器c低 通濾 波 器dbe抽 樣判 決 器定 時 脈 沖(a)延 遲TsabcdeDPSK信 號二 進 制 信 息10001100參考參考反相反相注：相位變化表示注：相位變化表示“1” 相位不變表示相位不變表示“0” 時，時，2DPSK的差分相干解調(diào)抽樣判決器的規(guī)的差分相干解調(diào)抽樣判決器的規(guī)則是：低電平判為則是：低電平判為1，高電平判為，高電平判為0。 相位變化表示相位變化表示“0” 相位不變表示相位不變表示“1” 時，時，2DPSK的差分相干解調(diào)法，抽樣判決器的差分相干解調(diào)法，抽樣判決器的規(guī)則是：低電平判為的規(guī)則是：低電平判為0，高電平判為，高電平判為1。 與二進制振

28、幅鍵控信號的功率譜密度相與二進制振幅鍵控信號的功率譜密度相類似，帶寬也是基帶信號帶寬的兩倍。類似，帶寬也是基帶信號帶寬的兩倍。 4.4 QPSK系統(tǒng)系統(tǒng) 4.4.1 QPSK、QDPSK調(diào)制調(diào)制 1. 四相絕對移相鍵控（四相絕對移相鍵控（QPSK） 四相絕對移相調(diào)制利用載波的四種不同相位來表征數(shù)字信四相絕對移相調(diào)制利用載波的四種不同相位來表征數(shù)字信息。由于每一種載波相位代表兩個比特信息，故每個四進制息。由于每一種載波相位代表兩個比特信息，故每個四進制碼元又被稱為碼元又被稱為雙比特碼元。雙比特碼元。我們把組成雙比特碼元中的前一我們把組成雙比特碼元中的前一信息比特用信息比特用a表示，后一信息比特用

29、表示，后一信息比特用b表示。雙比特碼元中兩表示。雙比特碼元中兩個信息比特個信息比特ab通常是按格雷碼（即反射碼）排列的，它與載通常是按格雷碼（即反射碼）排列的，它與載波相位的關(guān)系如表波相位的關(guān)系如表4.1所示。所示。 表表 4.1 雙比特碼元雙比特碼元ab與載波相位的關(guān)系與載波相位的關(guān)系 雙比特碼元載波下相位(k)abA方式 B方式 011000110 90 180 270 225 315 45 135 參考相位00011110)(a參考相位00011110045)(b圖4.22 QPSK信號的相位矢量圖 QPSK的產(chǎn)生：的產(chǎn)生：（1）調(diào)相法。）調(diào)相法。用調(diào)相法產(chǎn)生用調(diào)相法產(chǎn)生QPSK信號的組

30、成方框圖信號的組成方框圖如圖如圖4.23(a)所示，圖中，串所示，圖中，串/并變換器將輸入的二進并變換器將輸入的二進制序列依次分為兩個并行的雙極性序列。設(shè)兩個序制序列依次分為兩個并行的雙極性序列。設(shè)兩個序列中的二進制數(shù)字分別為列中的二進制數(shù)字分別為a和和b，每一對，每一對ab稱為一個稱為一個雙比特碼元。雙極性的雙比特碼元。雙極性的a和和b脈沖通過兩個平衡調(diào)制脈沖通過兩個平衡調(diào)制器分別對同相載波及正交載波進行二相調(diào)制，得到器分別對同相載波及正交載波進行二相調(diào)制，得到圖圖4.23(b)中虛線矢量。將兩路輸出疊加，即得如圖中虛線矢量。將兩路輸出疊加，即得如圖4.23(b)中實線所示的四相移相信號，其

31、相位編碼邏中實線所示的四相移相信號，其相位編碼邏輯關(guān)系如表輯關(guān)系如表4.2所列。所列。圖圖 4.23調(diào)相法的組成方框圖調(diào)相法的組成方框圖01-1+110010/2ab-/2B方式方式) 1 (a) 0 , 0() 1 , 0() 1 , 1 () 0 , 1 ()(b) 0(a) 1 (b) 0(b表表4.2 QPSK信號相位編碼邏輯關(guān)系信號相位編碼邏輯關(guān)系a1001b1100a路平衡調(diào)制器輸出b路平衡調(diào)制器輸出合成相位0180 180 0 90 90 270 270 45 135 225 315 （2）相位選擇法。）相位選擇法。用相位選擇法產(chǎn)生用相位選擇法產(chǎn)生QPSK信號的信號的組成方框圖如

32、圖組成方框圖如圖4.24所示。圖中，四相載波發(fā)生器所示。圖中，四相載波發(fā)生器分別送出調(diào)相所需的四種不同相位的載波。按照分別送出調(diào)相所需的四種不同相位的載波。按照串串/并變換器輸出的雙比特碼元的不同，邏輯選相并變換器輸出的雙比特碼元的不同，邏輯選相電路輸出相就相位的載波。例如，雙比特碼元電路輸出相就相位的載波。例如，雙比特碼元ab為為11時，輸出相位為時，輸出相位為45的載波；的載波；ab為為01時，輸時，輸出相位為出相位為135 的載波等。的載波等。圖圖 4.24 相位選擇法的組成方框圖相位選擇法的組成方框圖輸 入串 /并變 換邏 輯 選 相電 路帶 通濾 波 器輸 出45 135 225 3

33、15四 相 載 波 產(chǎn) 生 器B方式方式2. 相對移相鍵控（相對移相鍵控（QDPSK） QDPSK信號是利用前后碼元之間的相對相位變化來表信號是利用前后碼元之間的相對相位變化來表示數(shù)字信息。若以前一雙比特碼元相位作為參考，并令示數(shù)字信息。若以前一雙比特碼元相位作為參考，并令k為當(dāng)前雙比特碼元與前一雙比特碼元初相差，則信息編碼為當(dāng)前雙比特碼元與前一雙比特碼元初相差，則信息編碼與載波相位變化關(guān)系如表與載波相位變化關(guān)系如表4.3 所示所示表表 4.3QDPSK信號載波相位編碼邏輯關(guān)系信號載波相位編碼邏輯關(guān)系雙比特碼元雙比特碼元載波相位變化載波相位變化(k ) ab01100011 A方式方式QDPS

34、K信號的產(chǎn)生：信號的產(chǎn)生： QDPSK信號的調(diào)制，可先將輸入的雙比特碼元經(jīng)信號的調(diào)制，可先將輸入的雙比特碼元經(jīng)碼變換器變換成相對碼后，再用此雙比特相對碼進行碼變換器變換成相對碼后，再用此雙比特相對碼進行四相絕對移相。四相絕對移相。 （1）碼變換加調(diào)相法）碼變換加調(diào)相法產(chǎn)生產(chǎn)生QDPSK信號的組成原理信號的組成原理圖如圖圖如圖4.25所示。與所示。與QPSK信號產(chǎn)生器相比，該圖中僅信號產(chǎn)生器相比，該圖中僅在串在串/并變換器后多了一個碼變換器。并變換器后多了一個碼變換器。ab串串/并并變換變換載波載波相加相加+/4移移相相平衡平衡調(diào)制器調(diào)制器平衡平衡調(diào)制器調(diào)制器ab輸入輸出tccos碼變碼變換器換

35、器cd-/4移移相相圖圖4.25 QDPSK信號的調(diào)相法產(chǎn)生器方框圖信號的調(diào)相法產(chǎn)生器方框圖 A方式方式本時刻到達的本時刻到達的ab及所要及所要求的相對相位變化求的相對相位變化前一碼元的狀態(tài)前一碼元的狀態(tài)本時刻應(yīng)出現(xiàn)的碼元狀態(tài)本時刻應(yīng)出現(xiàn)的碼元狀態(tài)an bncn-1 dn-1n-1n-1cn dnn n0 000 01 01 10 1090901801802702700 01 01 10 10 090901801802702701 0900 01 01 10 1090901801802702701 01 10 10 09090180180127012700 01 11800 01 01 10

36、1090901801802702701 10 10 01 01801802702700 090900 12700 01 01 10 1090901801802702700 10 01 01 12702700 09090180180kB方式方式 （2）碼變換加相位選擇法）碼變換加相位選擇法產(chǎn)生產(chǎn)生QDPSK信號的原信號的原理圖與相位選擇法產(chǎn)生理圖與相位選擇法產(chǎn)生QPSK信號的組成方框圖完信號的組成方框圖完全相同。不過，這里邏輯選相電路除按規(guī)定完成選全相同。不過，這里邏輯選相電路除按規(guī)定完成選擇載波的相位外，還應(yīng)實現(xiàn)將絕對碼轉(zhuǎn)換成相對碼擇載波的相位外，還應(yīng)實現(xiàn)將絕對碼轉(zhuǎn)換成相對碼的功能。的功能。

37、4.4.2 QPSK、QDPSK的解調(diào)的解調(diào) 1. QPSK信號的解調(diào)信號的解調(diào) 由于由于QPSK信號可以看作兩個載波正交信號可以看作兩個載波正交2PSK信號的信號的合成。因此，對合成。因此，對QPSK信號的解調(diào)可以采用與信號的解調(diào)可以采用與2PSK信號信號類似的解調(diào)方法進行解調(diào)，即由兩個類似的解調(diào)方法進行解調(diào)，即由兩個2PSK信號相干解調(diào)信號相干解調(diào)器構(gòu)成，其組成方框圖如器構(gòu)成，其組成方框圖如4.26所示。圖中的并所示。圖中的并/串變換器串變換器的作用與調(diào)制器中的串的作用與調(diào)制器中的串/并變換器相反，它是用來將上、并變換器相反，它是用來將上、下支路所得到的并行數(shù)據(jù)恢復(fù)成串行數(shù)據(jù)的。下支路所得

38、到的并行數(shù)據(jù)恢復(fù)成串行數(shù)據(jù)的。 相干載波相干載波相乘器相乘器低通低通抽樣判決抽樣判決器器信號輸入QPSKtccos/2/2移相移相相乘器相乘器低通低通抽樣判決抽樣判決器器a二進制信息定時并并/串變換串變換tcsin定時b圖圖4.26 QPSK信號解調(diào)方框圖信號解調(diào)方框圖 yA(t)yB(t)XA(t)XB(t)B方式方式設(shè)接收到的信號為設(shè)接收到的信號為 s(t)=Acos(ct+ k)其中，其中， k=/4、3/4、5/4、7/4上、下支路相乘器的輸出分別為上、下支路相乘器的輸出分別為 yA(t)=A/2 cosk + A/2 cos(2ct+ k) yB(t)=A/2 sink - A/2

39、sin(2ct+ k)經(jīng)經(jīng)LPF輸出后，分別為輸出后，分別為 XA= A/2 cosk XB= A/2 sink 則抽樣判決器輸出為則抽樣判決器輸出為k 的相位的相位cosk極性極性sink極性極性判決輸出判決輸出ab/4+113/4-+015/4-007/4+-10 在在2PSK信號相干解調(diào)過程中會產(chǎn)生信號相干解調(diào)過程中會產(chǎn)生180相位模糊。同樣，對相位模糊。同樣，對QPSK信號相信號相干解調(diào)也會產(chǎn)生相位模糊問題，并且是干解調(diào)也會產(chǎn)生相位模糊問題，并且是0、 90、180和和270四個相位模糊。四個相位模糊。因此，在實際中更實用的是四相相對移相因此，在實際中更實用的是四相相對移相調(diào)制，即調(diào)制

40、，即QDPSK方式。方式。2 QDPSK信號的解調(diào)信號的解調(diào) QDPSK信號的解調(diào)方法與信號的解調(diào)方法與2DPSK信號的信號的解調(diào)方法相類似，也有極性比較法和相位解調(diào)方法相類似，也有極性比較法和相位比較法兩種。比較法兩種。 （1）極性比較法）極性比較法輸入數(shù)據(jù)輸出相干載波相干載波相乘器相乘器低通低通抽樣抽樣判決判決c/4/4移相移相相乘器相乘器低通低通a定時d定時b-/4-/4移相移相抽樣抽樣判決判決碼元碼元形成形成碼元碼元形成形成碼反碼反變換變換并并/串串變換變換圖圖4.27 QDPSK信號極性比較法解調(diào)方框圖信號極性比較法解調(diào)方框圖 YC(t)YD(t)XC(t)XD(t)A方式方式設(shè)接收

41、到的信號為設(shè)接收到的信號為 s(t)=cos(ct+ k)其中，其中， k=0、90、180、270、上、下支路相乘器的輸出分別為上、下支路相乘器的輸出分別為 yC(t)=1/2 cos(k +/4)+ 1/2 cos2ct+ (k-/4) yD(t)=1/2 cos(k -/4)+ 1/2 cos2ct+ (k+/4)經(jīng)經(jīng)LPF輸出后，分別為輸出后，分別為 XC= cos(k +/4) XD= cos(k -/4)則抽樣判決器輸出為則抽樣判決器輸出為載波相位載波相位k 上支路抽樣上支路抽樣的極性的極性下支路抽樣下支路抽樣的極性的極性判決輸出判決輸出cd0+0090-+10180-11270+

42、-01QDPSK逆碼變換關(guān)系綜上所述，對表所列的邏輯變換關(guān)系可分兩種情況討論：綜上所述，對表所列的邏輯變換關(guān)系可分兩種情況討論：(1)前一狀態(tài)上、下兩支路具有相同數(shù)據(jù)前一狀態(tài)上、下兩支路具有相同數(shù)據(jù)00或或11時，即滿足時，即滿足(2) ci-1 di-1=0，則碼變換器輸出有，則碼變換器輸出有 ai=ci ci-1 bi=di di-1 (2) 前一狀態(tài)上、下兩支路具有不同數(shù)據(jù)前一狀態(tài)上、下兩支路具有不同數(shù)據(jù)01或或10時，即滿足時，即滿足 ci-1 di-1=1，則碼變換器輸出為，則碼變換器輸出為 ai=di di-1 bi=ci ci-1圖圖 4.28QDPSK信號解調(diào)方式（相位比較法）

43、信號解調(diào)方式（相位比較法）A方式方式（2）相位比較法）相位比較法4.5 多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng) 與二進制數(shù)字調(diào)制不同的是與二進制數(shù)字調(diào)制不同的是:多進制數(shù)字調(diào)制是多進制數(shù)字調(diào)制是利用多進制數(shù)字基帶信號去調(diào)制載波的振幅、頻率利用多進制數(shù)字基帶信號去調(diào)制載波的振幅、頻率或相位。因此，相應(yīng)地有多進制數(shù)字振幅調(diào)制、多或相位。因此，相應(yīng)地有多進制數(shù)字振幅調(diào)制、多進制數(shù)字頻率調(diào)制以及多進制數(shù)字相位調(diào)制等三種進制數(shù)字頻率調(diào)制以及多進制數(shù)字相位調(diào)制等三種基本方式?；痉绞健?由信息傳輸速率由信息傳輸速率Rb、碼元傳輸速率、碼元傳輸速率RB和進制數(shù)和進制數(shù)M之間的關(guān)系之間的關(guān)系 RB= )(log2BMRb 由上述原理可看出，在相同