通信原理第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)

1通信原理第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)1第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)概述數(shù)字調(diào)制：把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信號（已調(diào)信號）的過程。數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)：通常包括調(diào)制和解調(diào)過程的數(shù)字傳輸系統(tǒng)。數(shù)字調(diào)制技術有兩種方法：利用模擬調(diào)制的方法去實現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制；通過開關鍵控載波，通常稱為鍵控法。基本鍵控方式：振幅鍵控、頻移鍵控、相移鍵控數(shù)字調(diào)制可分為二進制調(diào)制和多進制調(diào)制。振幅鍵控 頻移鍵控 相移鍵控2第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)概述振幅鍵控 第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理7.1.1二進制振幅鍵控(2ASK）基本原理：“通-斷鍵控(OOK)”信號表達式波形3第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理3第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2ASK信號產(chǎn)生方法模擬調(diào)制法（相乘器法）鍵控法4第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2ASK信號產(chǎn)生方法4第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2ASK信號解調(diào)方法非相干解調(diào)(包絡檢波法)相干解調(diào)(同步檢測法)5第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2ASK信號解調(diào)方法5第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)非相干解調(diào)過程的時間波形6第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)非相干解調(diào)過程的時間波形6第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)功率譜密度2ASK信號可以表示成 式中s(t)－二進制單極性隨機矩形脈沖序列設：Ps(f)－s(t)的功率譜密度

P2ASK(f)－2ASK信號的功率譜密度則由上式可得 由上式可見，2ASK信號的功率譜是基帶信號功率譜Ps(f)的線性搬移（屬線性調(diào)制）。知道了Ps(f)即可確定P2ASK(f)。7第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)功率譜密度7第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2ASK信號的功率譜密度示意圖8第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2ASK信號的功率譜密度示意圖8第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)從以上分析及上圖可以看出：2ASK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成；連續(xù)譜取決于g(t)經(jīng)線性調(diào)制后的雙邊帶譜，而離散譜由載波分量確定。2ASK信號的帶寬是基帶信號帶寬的兩倍，若只計譜的主瓣（第一個譜零點位置），則有 式中fs=1/Ts

即，2ASK信號的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍。9第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)從以上分析及上圖可以看出：9第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.1.2二進制頻移鍵控（2FSK）基本原理表達式：在2FSK中，載波的頻率隨二進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化。故其表達式為10第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.1.2二進制頻移鍵控（2FSK第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)典型波形：由圖可見，2FSK信號的波形(a)可以分解為波形(b)和波形（c），也就是說，一個2FSK信號可以看成是兩個不同載頻的2ASK信號的疊加。11第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)典型波形：11第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2FSK信號的產(chǎn)生方法采用模擬調(diào)頻電路來實現(xiàn)：信號在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)變化的。采用鍵控法來實現(xiàn)：相鄰碼元之間的相位不一定連續(xù)。12第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2FSK信號的產(chǎn)生方法12第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2FSK信號的解調(diào)方法非相干解調(diào)13第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2FSK信號的解調(diào)方法13第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)相干解調(diào)14第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)相干解調(diào)14第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)其他解調(diào)方法：比如鑒頻法、差分檢測法、過零檢測法等。下圖給出了過零檢測法的原理方框圖及各點時間波形。15第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)其他解調(diào)方法：比如鑒頻法、差分檢測法、第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)功率譜密度 對相位不連續(xù)的2FSK信號，可以看成由兩個不同載頻的2ASK信號的疊加，它可以表示為 其中，s1(t)和s2(t)為兩路二進制基帶信號。 據(jù)2ASK信號功率譜密度的表示式，不難寫出這種2FSK信號的功率譜密度的表示式： 令概率P=?，只需將2ASK信號頻譜中的fc分別替換為f1和f2，然后代入上式，即可得到下式：16第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)功率譜密度16第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)

其曲線如下：17第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)17第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)由上圖可以看出：相位不連續(xù)2FSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜組成。其中，連續(xù)譜由兩個中心位于f1和f2處的雙邊譜疊加而成，離散譜位于兩個載頻f1和f2處；連續(xù)譜的形狀隨著兩個載頻之差的大小而變化，若|f1–f2|<fs，連續(xù)譜在fc處出現(xiàn)單峰；若|f1–f2|>fs，則出現(xiàn)雙峰；若以功率譜第一個零點之間的頻率間隔計算2FSK信號的帶寬，則其帶寬近似為 其中，fs=1/Ts為基帶信號的帶寬。圖中的fc為兩個載頻的中心頻率。18第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)由上圖可以看出：18第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.1.3二進制相移鍵控（2PSK）2PSK信號的表達式： 在2PSK中，通常用初始相位0和分別表示二進制“1”和“0”。因此，2PSK信號的時域表達式為 式中，n表示第n個符號的絕對相位： 因此，上式可以改寫為19第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.1.3二進制相移鍵控（2PSK第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng) 由于兩種碼元的波形相同，極性相反，故2PSK信號可以表述為一個雙極性全占空矩形脈沖序列與一個正弦載波的相乘： 式中 這里，g(t)是脈寬為Ts的單個矩形脈沖，而an的統(tǒng)計特性為 即發(fā)送二進制符號“0”時（an取+1），e2PSK(t)取0相位；發(fā)送二進制符號“1”時（an取-1），e2PSK(t)取相位。這種以載波的不同相位直接去表示相應二進制數(shù)字信號的調(diào)制方式，稱為二進制絕對相移方式。20第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng) 由于兩種碼元的波形相同，極性相反，故第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)典型波形21第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)典型波形21第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2PSK信號的調(diào)制器原理方框圖模擬調(diào)制的方法鍵控法22第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2PSK信號的調(diào)制器原理方框圖22第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2PSK信號的解調(diào)器原理方框圖和波形圖：23第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2PSK信號的解調(diào)器原理方框圖和波形圖第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng) 波形圖中，假設相干載波的基準相位與2PSK信號的調(diào)制載波的基準相位一致（通常默認為0相位）。但是，由于在2PSK信號的載波恢復過程中存在著的相位模糊，即恢復的本地載波與所需的相干載波可能同相，也可能反相，這種相位關系的不確定性將會造成解調(diào)出的數(shù)字基帶信號與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好相反，即“1”變?yōu)椤?”，“0”變?yōu)椤?”，判決器輸出數(shù)字信號全部出錯。這種現(xiàn)象稱為2PSK方式的“倒π”現(xiàn)象或“反相工作”。這也是2PSK方式在實際中很少采用的主要原因。另外，在隨機信號碼元序列中，信號波形有可能出現(xiàn)長時間連續(xù)的正弦波形，致使在接收端無法辨認信號碼元的起止時刻。 為了解決上述問題，可以采用7.1.4節(jié)中將要討論的差分相移鍵控（DPSK）體制。24第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng) 波形圖中，假設相干載波的基準相位與2第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)功率譜密度 比較2ASK信號的表達式和2PSK信號的表達式： 2ASK： 2PSK： 可知，兩者的表示形式完全一樣，區(qū)別僅在于基帶信號s(t)不同（an不同），前者為單極性，后者為雙極性。因此，我們可以直接引用2ASK信號功率譜密度的公式來表述2PSK信號的功率譜，即應當注意，這里的Ps(f)是雙極性矩形脈沖序列的功率譜。25第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)功率譜密度25第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)功率譜密度曲線

從以上分析可見，二進制相移鍵控信號的頻譜特性與2ASK的十分相似，帶寬也是基帶信號帶寬的兩倍。區(qū)別僅在于當P=1/2時，其譜中無離散譜（即載波分量），此時2PSK信號實際上相當于抑制載波的雙邊帶信號。因此，它可以看作是雙極性基帶信號作用下的調(diào)幅信號。26第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)功率譜密度曲線26第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.1.4二進制差分相移鍵控（2DPSK）2DPSK原理2DPSK是利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化傳遞數(shù)字信息，所以又稱相對相移鍵控。假設為當前碼元與前一碼元的載波相位差，定義數(shù)字信息與之間的關系為 于是可以將一組二進制數(shù)字信息與其對應的2DPSK信號的載波相位關系示例如下：27第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.1.4二進制差分相移鍵控（2D第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)相應的2DPSK信號的波形如下： 由此例可知，對于相同的基帶信號，由于初始相位不同，2DPSK信號的相位可以不同。即2DPSK信號的相位并不直接代表基帶信號，而前后碼元的相對相位才決定信息符號。28第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)28第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)數(shù)字信息與之間的關系也可定義為2DPSK信號的矢量圖 在B方式中，當前碼元的相位相對于前一碼元的相位改變/2。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就能確定每個碼元的起止時刻。(a)A方式(b)B方式29第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)數(shù)字信息與之間的關系也可定義為(a第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2DPSK信號的產(chǎn)生方法

由上圖可見，先對二進制數(shù)字基帶信號進行差分編碼，即把表示數(shù)字信息序列的絕對碼變換成相對碼（差分碼），然后再根據(jù)相對碼進行絕對調(diào)相，從而產(chǎn)生二進制差分相移鍵控信號。 上圖中使用的是傳號差分碼，即載波的相位遇到原數(shù)字信息“1”變化，遇到“0”則不變。30第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2DPSK信號的產(chǎn)生方法30第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2DPSK信號調(diào)制器原理方框圖 差分碼可取傳號差分碼或空號差分碼。其中，傳號差分碼的編碼規(guī)則為 式中，⊕為模2加，bn-1為bn的前一碼元，最初的bn-1可任意設定。 上式的逆過程稱為差分譯碼（碼反變換），即31第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2DPSK信號調(diào)制器原理方框圖31第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2DPSK信號的解調(diào)方法之一相干解調(diào)(極性比較法)加碼反變換法原理：先對2DPSK信號進行相干解調(diào)，恢復出相對碼，再經(jīng)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，由于載波相位模糊性的影響，使得解調(diào)出的相對碼也可能是“1”和“0”倒置，但經(jīng)差分譯碼（碼反變換）得到的絕對碼不會發(fā)生任何倒置的現(xiàn)象，從而解決了載波相位模糊性帶來的問題。32第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2DPSK信號的解調(diào)方法之一32第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2DPSK的相干解調(diào)器原理圖和各點波形33第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2DPSK的相干解調(diào)器原理圖和各點波形第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2DPSK信號的解調(diào)方法之二：差分相干解調(diào)(相位比較）法34第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2DPSK信號的解調(diào)方法之二：差分相干第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)用這種方法解調(diào)時不需要專門的相干載波，只需由收到的2DPSK信號延時一個碼元間隔，然后與2DPSK信號本身相乘。相乘器起著相位比較的作用，相乘結(jié)果反映了前后碼元的相位差，經(jīng)低通濾波后再抽樣判決，即可直接恢復出原始數(shù)字信息，故解調(diào)器中不需要碼反變換器。2DPSK系統(tǒng)是一種實用的數(shù)字調(diào)相系統(tǒng)，但其抗加性白噪聲性能比2PSK的要差。35第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)用這種方法解調(diào)時不需要專門的相干載波，第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)功率譜密度 從前面討論的2DPSK信號的調(diào)制過程及其波形可以知道，2DPSK可以與2PSK具有相同形式的表達式。所不同的是2PSK中的基帶信號s(t)對應的是絕對碼序列；而2DPSK中的基帶信號s(t)對應的是碼變換后的相對碼序列。因此，2DPSK信號和2PSK信號的功率譜密度是完全一樣的。信號帶寬為 與2ASK的相同，也是碼元速率的兩倍。36第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)功率譜密度367.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較誤碼率2DPSK2PSK2FSK2ASK非相干解調(diào)相干解調(diào)第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)377.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較2DPSK2PSK2F第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)誤碼率曲線38第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)誤碼率曲線38第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)頻帶寬度2ASK系統(tǒng)和2PSK(2DPSK)系統(tǒng)的頻帶寬度2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度39第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)頻帶寬度39第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)對信道特性變化的敏感性在2FSK系統(tǒng)中，判決器是根據(jù)上下兩個支路解調(diào)輸出樣值的大小來作出判決，不需要人為地設置判決門限，因而對信道的變化不敏感。在2PSK系統(tǒng)中，判決器的最佳判決門限為零，與接收機輸入信號的幅度無關。因此，接收機總能保持工作在最佳判決門限狀態(tài)。對于2ASK系統(tǒng)，判決器的最佳判決門限與接收機輸入信號的幅度有關，對信道特性變化敏感，性能最差。40第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)對信道特性變化的敏感性40第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理概述為了提高頻帶利用率，最有效的辦法是使一個碼元傳輸多個比特的信息。由7.3節(jié)中的討論得知，各種鍵控體制的誤碼率都決定于信噪比r： 它還可以改寫為碼元能量E和噪聲單邊功率譜密度n0之比：設多進制碼元的進制數(shù)為M，碼元能量為E，一個碼元中包含信息k比特，則有k=log2M

若碼元能量E平均分配給每個比特，則每比特的能量Eb等于E/k。故有在研究不同M值下的錯誤率時，適合用rb為單位來比較不同體制的性能優(yōu)略。41第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理41第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.4.1多進制振幅鍵控(MASK)概述多進制振幅鍵控又稱多電平調(diào)制優(yōu)點：MASK信號的帶寬和2ASK信號的帶寬相同，故單位頻帶的信息傳輸速率高，即頻帶利用率高。42第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.4.1多進制振幅鍵控(MASK)第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)舉例基帶信號是多進制單極性不歸零脈沖(b)MASK信號(a)基帶多電平單極性不歸零信號0010110101011110000t0t010110101011110043第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)舉例(b)MASK信號(a)基帶多第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)基帶信號是多進制雙極性不歸零脈沖 二進制抑制載波雙邊帶信號就是2PSK信號。0101101010111100000t(c)基帶多電平雙極性不歸零信號00000t01011010101111(d)抑制載波MASK信號44第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)基帶信號是多進制雙極性不歸零脈沖01第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.4.2多進制頻移鍵控(MFSK)4FSK信號波形舉例(a)4FSK信號波形f3f1f2f4TTTTtf1f2f3f400011011(b)4FSK信號的取值45第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.4.2多進制頻移鍵控(MFSK)第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)MFSK信號的帶寬： B=fM-f1+f

式中

f1－最低載頻

fM－最高載頻

f－單個碼元的帶寬46第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)MFSK信號的帶寬：46第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)MFSK非相干解調(diào)器的原理方框圖V1(t)抽樣判決帶通濾波f1包絡檢波帶通濾波fM包絡檢波輸入輸出VM(t)定時脈沖帶通濾波f2包絡檢波........47第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)MFSK非相干解調(diào)器的原理方框圖V1第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.4.3多進制相移鍵控(MPSK)基本原理 一個MPSK信號碼元可以表示為 式中，A－常數(shù)，

k

－

一組間隔均勻的受調(diào)制相位 它可以寫為 通常M取2的某次冪：

M=2k，k=正整數(shù)48第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.4.3多進制相移鍵控(MPSK)第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)在下圖中示出當k=3時，k取值的一例。圖中示出當發(fā)送信號的相位為1=0時，能夠正確接收的相位范圍在/8內(nèi)。對于多進制PSK信號，不能簡單地采用一個相干載波進行相干解調(diào)。例如，若用cos2f0t作為相干載波時，因為cosk=cos(2-k)，使解調(diào)存在模糊。這時需要用兩個正交的相干載波解調(diào)。圖7-348PSK信號相位49第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)在下圖中示出當k=3時，k取值的第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng) 可以將MPSK信號碼元表示式展開寫成 式中 上式表明，MPSK信號碼元sk(t)可以看作是由正弦和余弦兩個正交分量合成的信號，并且ak2+bk2

=1。因此，其帶寬和MASK信號的帶寬相同。 本節(jié)下面主要以M=4為例，對4PSK作進一步的分析。

50第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng) 可以將MPSK信號碼元表示式展開寫成第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)正交相移鍵控(QPSK)4PSK常稱為正交相移鍵控(QPSK)格雷(Gray)碼4PSK信號每個碼元含有2比特的信息，現(xiàn)用ab代表這兩個比特。兩個比特有4種組合，即00、01、10和11。它們和相位k之間的關系通常都按格雷碼的規(guī)律安排，如下表所示。 QPSK信號的編碼abk0090010112701018051第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)正交相移鍵控(QPSK)abk009第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)QPSK信號矢量圖格雷碼的好處在于相鄰相位所代表的兩個比特只有一位不同。由于因相位誤差造成錯判至相鄰相位上的概率最大，故這樣編碼使之僅造成一個比特誤碼的概率最大。01001011參考相位圖7-35QPSK信號的矢量圖52第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)QPSK信號矢量圖01001011參考第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)多位格雷碼的編碼方法： 格雷碼又稱反射碼。序號格雷碼二進碼0 0000 00001 0001 00012 0011 001030010 001140110 010050111 010160101 011070100 011181100 100091101 1001101111 1010111110 1011121010 1100131011 1101141001 1110151000 1111表7.4.2格雷碼編碼規(guī)則53第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)多位格雷碼的編碼方法：序號第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)碼元相位關系k稱為初始相位，常簡稱為相位，而把(0t+k)稱為信號的瞬時相位。當碼元中包含整數(shù)個載波周期時，初始相位相同的相鄰碼元的波形和瞬時相位才是連續(xù)的，如下圖：(a)波形和相位連續(xù)TT54第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)碼元相位關系(a)波形和相位連續(xù)TT第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)若每個碼元中的載波周期數(shù)不是整數(shù)，則即使初始相位相同，波形和瞬時相位也可能不連續(xù)，如下圖 或者波形連續(xù)而相位不連續(xù)，如下圖(b)波形和相位不連續(xù)TT(c)波形連續(xù)相位不連續(xù)TT55第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)若每個碼元中的載波周期數(shù)不是整數(shù)，則即第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)在碼元邊界，當相位不連續(xù)時，信號的頻譜將展寬，包絡也將出現(xiàn)起伏。在后面討論各種調(diào)制體制時，還將遇到這個問題。并且有時將碼元中包含整數(shù)個載波周期的假設隱含不提，認為PSK信號的初始相位相同，則碼元邊界的瞬時相位一定連續(xù)。56第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)在碼元邊界，當相位不連續(xù)時，信號的頻譜第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)QPSK調(diào)制兩種產(chǎn)生方法:相乘電路法-sin0t相干載波產(chǎn)生相乘電路相乘電路/2相移串/并變換相加電路cos0tA(t)s(t)圖7-37第一種QPSK信號產(chǎn)生方法ab57第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)QPSK調(diào)制-sin0t相干載相乘相第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)碼元串并變換：012345(a)輸入基帶碼元t024(b)并行支路a碼元t135(c)并行支路b碼元t圖7-38碼元串/并變換58第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)碼元串并變換：012345(a)輸入第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)矢量圖： 二進制信號碼元“0”和“1在相乘電路中與不歸零雙極性矩形脈沖振幅的關系如下： 二進制碼元“1”雙極性脈沖“+1”； 二進制碼元“0”雙極性脈沖“-1”。 符合上述關系才能得到第6章中的B方式編碼規(guī)則。01110010a(1)a(0)b(1)b(0)圖7-39QPSK矢量的產(chǎn)生59第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)矢量圖：01110010a(1)a(0第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)選擇法串/并變換相位選擇帶通濾波4相載波產(chǎn)生器1432ab圖7-40選擇法產(chǎn)生QPSK信號60第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)選擇法串/并相位帶通4相載波14第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)QPSK解調(diào)原理方框圖用兩路正交的相干載波去解調(diào)，可以很容易地分離這兩路正交的2PSK信號。相干解調(diào)后的兩路并行碼元a和b，經(jīng)過并/串變換后，成為串行數(shù)據(jù)輸出。載波提取相乘低通抽判/2相乘低通抽判并/串A(t)s(t)abcos0t-sin0t定時提取圖7-41QPSK信號解調(diào)原理方框圖61第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)QPSK解調(diào)載波相乘低通抽判/2相乘第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)偏置QPSK(OQPSK )QPSK體制的缺點：它的相鄰碼元最大相位差達到180°，這在頻帶受限的系統(tǒng)中會引起信號包絡的很大起伏。偏置QPSK的改進：為了減小此相位突變，將兩個正交分量的兩個比特a和b在時間上錯開半個碼元，使之不可能同時改變。這樣安排后相鄰碼元相位差的最大值僅為90°（見下表），從而減小了信號振幅的起伏。OQPSK和QPSK的唯一區(qū)別在于：對于QPSK，上表中的兩個比特a和b的持續(xù)時間原則上可以不同；而對于OQPSK，a和b的持續(xù)時間必須相同。abk0090010112701018062第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)偏置QPSK(OQPSK )abk0第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)OQPSK信號的波形與QPSK信號波形的比較a1a3a5a7a2a6a4a8a2a4a1a3a5a7a6a863第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)OQPSK信號的波形與QPSK信號波形第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)/4相移QPSK4相移QPSK信號是由兩個相差4的QPSK星座圖交替產(chǎn)生的，它也是一個4進制信號：當前碼元的相位相對于前一碼元的相位改變45°或135°。例如，若連續(xù)輸入“11111111…”，則信號碼元相位為“45904590…”優(yōu)點：這種體制中相鄰碼元間總有相位改變、最大相移為135°，比QPSK的最大相移小。45°1110(a)星座圖之一 (b)星座圖之二01001101001064第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)/4相移QPSK45°1110(a第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.4.4多進制差分相移鍵控(MDPSK)基本原理MDPSK信號和MPSK信號類似，只需把MPSK信號用的參考相位當作是前一碼元的相位，把相移k當作是相對于前一碼元相位的相移。這里仍以4進制DPSK信號為例作進一步的討論。4進制DPSK通常記為QDPSK。QDPSK信號編碼方式：abkA方式B方式009013501045112703151018022565第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.4.4多進制差分相移鍵控(MDP第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生方法第一種方法 圖中a和b為經(jīng)過串/并變換后 的一對碼元，它需要再經(jīng)過 碼變換器變換成相對碼c和d

后才與載波相乘。

c和d對載波的相乘實際是 完成絕對相移鍵控。abcd碼變換相加電路s(t)圖7-43第一種QDPSK信號產(chǎn)生方法A(t)串/并變換-/4載波產(chǎn)生相乘電路相乘電路/466第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生方法abcd碼相加s(t)圖7-4第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)碼變換器：輸入ab和輸出cd間的16種可能關系(A方式)：當前輸入的一對碼元及要求的相對相移前一時刻經(jīng)過碼變換后的一對碼元及所產(chǎn)生的相位當前時刻應當給出的變換后一對碼元和相位ak

bkkck-1

dk-1k-1ck

dkk0090000111109002701800011110180900270010000111109002701800111100090027018011270000111109002701801110000102701809010180000111109002701801000011127018090067第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)碼變換器：輸入ab和輸出cd間的16種第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)碼變換器的電路二進制碼元“0”和“1”與相乘電路輸入電壓關系： 二進制碼元“0”“＋1” 二進制碼元“1”“－1”第二種方法： 第二種產(chǎn)生方法和QPSK信號的第二種產(chǎn)生方法（選擇法）原理相同，只是在串/并變換后需要增加一個“碼變換器”。只讀存儲器TTakbkckdkdk-1ck-1圖7-44碼變換器68第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)碼變換器的電路只讀TTakbkck第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)解調(diào)方法：有極性比較法和相位比較法兩種。極性比較法：原理方框圖（A方式） 原理和QPSK信號的一樣，只是多一步逆碼變換。圖7-45A方式QDPSK信號解調(diào)方法bacdA(t)-/4相乘電路相乘電路/4s(t)低通濾波低通濾波抽樣判決抽樣判決并/串變換逆碼變換定時提取載波提取69第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)解調(diào)方法：有極性比較法和相位比較法兩種第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)相干解調(diào)過程設第k個接收信號碼元可以表示為相干載波：上支路： 下支路：信號和載波相乘的結(jié)果： 上支路： 下支路： 低通濾波后：上支路： 下支路：

70第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)相干解調(diào)過程70第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng) 低通濾波后：上支路： 下支路：判決規(guī)則 按照k的取值不同，此電壓可能為正，也可能為負，故是雙極性電壓。在編碼時曾經(jīng)規(guī)定： 二進制碼元“0”“＋1” 二進制碼元“1”“－1” 現(xiàn)在進行判決時，也把正電壓判為二進制碼元“0”，負電壓判為“1”，即 “＋”二進制碼元“0” “－”二進制碼元“1”因此得出判決規(guī)則如下表：71第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng) 低通濾波后：上支路：71第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)判決規(guī)則信號碼元相位k上支路輸出下支路輸出判決器輸出cd09018027