第7章數(shù)字調(diào)制技術(shù)

1、1第七章第七章 數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)7.1 引言引言一一. 數(shù)字調(diào)制技術(shù)的分類數(shù)字調(diào)制技術(shù)的分類1. 數(shù)字調(diào)幅數(shù)字調(diào)幅ASK: 用數(shù)字基帶信號去調(diào)制載波的振幅用數(shù)字基帶信號去調(diào)制載波的振幅.2. 數(shù)字調(diào)頻數(shù)字調(diào)頻FSK:用數(shù)字基帶信號去調(diào)制載波的頻率用數(shù)字基帶信號去調(diào)制載波的頻率.3. 數(shù)字調(diào)相數(shù)字調(diào)相PSK:用數(shù)字基帶信號去調(diào)制載波的相位用數(shù)字基帶信號去調(diào)制載波的相位.4. 按基帶信號的形式按基帶信號的形式:(1) 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù): 2ASK, 2FSK, 2PSK(2) 多進(jìn)制多進(jìn)制(M進(jìn)制進(jìn)制)數(shù)字調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù): MASK,MFSK,MPSK等等2二二.

2、數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的組成框圖數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的組成框圖: 碼型碼型變換變換數(shù)字?jǐn)?shù)字調(diào)制調(diào)制信道信道數(shù)字?jǐn)?shù)字解調(diào)解調(diào)碼型反碼型反變換變換載波載波信號信號 na基帶信號形成器)(ts)(tn)( ts na 37.2.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)幅二進(jìn)制數(shù)字調(diào)幅(2ASK)1. 一般原理與實現(xiàn)方法一般原理與實現(xiàn)方法一一. 2ASK調(diào)制器調(diào)制器:碼型碼型變換變換BPFBPF na)(ts)(te2ASK信號2ASK信號tccos碼型變換碼型變換: 將將an變換成單極性不歸零碼變換成單極性不歸零碼,若若an本身本身已是單極性不歸零碼已是單極性不歸零碼,則碼型變換可省則碼型變換可省.4二二. 2ASK信號的表達(dá)式信號的表達(dá)式

3、:tnTtgattstePPaTtgnTtgatscnbncnbnbncos)(cos)()(1, 0, 0, 1, 1, 1)(:)()(出現(xiàn)概率為代表數(shù)字出現(xiàn)概率為代表數(shù)字的門函數(shù)寬度為代表高度為其中5)(tst01011010bTbT2bT3bT4bT5bT6bT71舉例說明舉例說明:tbT01)(tg1, 0, 1, 1, 0, 1, 0:)()6()5()4()3()2()()()(6543210606543210aaaaaaanTtgaTtgaTtgaTtgaTtgaTtgaTtgatgatsnbnbbbbbb其中6三三. 2ASK信號的波形信號的波形:)(tst0信號ASK2t0

4、1101011101017四四. 電路實現(xiàn)電路實現(xiàn):方法方法1:用模擬開關(guān)實現(xiàn)用模擬開關(guān)實現(xiàn)2ASK0)(, 2,0)(cos)(, 1,1)(teKtstteKtsc接開關(guān)時當(dāng)接開關(guān)時當(dāng))(tetccosK)(ts128方法方法2：橋式調(diào)制器：橋式調(diào)制器)(ts)(tetccos)(tet0)(,0)(cos)(,1)(tetsttetsc四個二極管均截止時當(dāng)四個二極管均導(dǎo)通時當(dāng)9方法方法3：三極管調(diào)幅器（參考高頻電路）：三極管調(diào)幅器（參考高頻電路）)(ts1R2RtccosbE)(tettetstetstsccos)(,1)(0)(,0)()(:集電極供電時當(dāng)集電極不供電時當(dāng)作為三極管集電

5、極電源利用工作原理)(tet10方法方法4：用數(shù)字電路的方法實現(xiàn)：用數(shù)字電路的方法實現(xiàn)2ASK)(tst)(tc)(1te)(2te)(tetttt1E&)(tc)(ts)(1teBPF)(te2E)(2te的基波分量取出諧振頻率為)(/12teTf 112. 2ASK信號的功率譜及帶寬信號的功率譜及帶寬:)()(41)(: )(2/41)(41)(:,2cScSebbSffPffPfPASKffSaTffP調(diào)制定理信號的功率譜可表為則譜為單極性不歸零碼的功率由前一章的分析結(jié)果12)( fPSfbfbfbf2bf2B)( fPefcfbfB2基帶信號的功率譜2ASK信號的功率譜cf13

6、相關(guān)結(jié)論相關(guān)結(jié)論:(1) 2ASK信號的功率譜信號的功率譜Pe(f)由基帶譜由基帶譜Ps(f)平移至載波頻率平移至載波頻率 fc處而形成處而形成.(2) 2ASK信號的帶寬為信號的帶寬為B=2fb, 基帶信號的帶寬為基帶信號的帶寬為B=fb, 碼碼 率為率為RB=1/Tb=fb.(3) 2ASK信號的頻帶利用率為信號的頻帶利用率為:)/(212HzBaudffBRrbbBB帶寬碼率143. 2ASK信號的解調(diào)及誤碼率信號的解調(diào)及誤碼率一一. 2ASK信號的解調(diào)信號的解調(diào)分為分為: (1) 非相干解調(diào)非相干解調(diào):包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波; (2) 相干解調(diào)相干解調(diào):同步檢波同步檢波. (1) 包絡(luò)檢波包

7、絡(luò)檢波:BPF包絡(luò)包絡(luò)檢波檢波LPF取樣取樣判決判決)(te)( ts15(2) 同步檢波同步檢波:BPFLPF取樣取樣判決判決)(te)( ts載波載波提取提取)(tytccos)(tz)(tx16)()()(:,2cos)(21)(212cos1)(21)(:2cos1 21cos:)cos()cos(21coscos:sinsincoscos)cos(sinsincoscos)cos(:cos)(coscos)(cos)()(:,22為傳輸系數(shù)得后經(jīng)最后得所以因為得利用三角公式我們有由上圖作原理下面分析同步檢波的工高頻成分低頻成分AtAstxLPFttststtstytttyxyxyxy

8、xyxyxyxyxyxyxttstttsttytzccccccccc 17二二. 2ASK系統(tǒng)的誤碼率系統(tǒng)的誤碼率: (1) 同步檢波時系統(tǒng)的誤碼率同步檢波時系統(tǒng)的誤碼率:)(14為信噪比rerPre (2) 包絡(luò)檢波時系統(tǒng)的誤碼率包絡(luò)檢波時系統(tǒng)的誤碼率:)(214為信噪比rePre (3) 同步檢波的誤碼率小于包絡(luò)檢波的誤碼率同步檢波的誤碼率小于包絡(luò)檢波的誤碼率.18*三、同步檢波時系統(tǒng)誤碼率的推導(dǎo)三、同步檢波時系統(tǒng)誤碼率的推導(dǎo)1、基于如下框圖進(jìn)行推導(dǎo)：、基于如下框圖進(jìn)行推導(dǎo)：BPFLPF判決判決ASK2)(tui)(tni)(tyi)(ty)(costc)(tz)(tx)(0ty正交分量同

9、相分量變?yōu)檎瓗Ц咚拱自肼暫蠼?jīng)發(fā)發(fā)則ttnttntntntnBPFtntntutycscciiiiisin)(cos)()(: )()(,0)( 1 )()()(190cossin)(cos)( 1 cossin)(cos)()(0sin)(cos)( 1 sin)(cos)( sin)(cos)(sin)(cos)(cos)()(:22發(fā)發(fā)發(fā)發(fā)則tttnttntttnttnAtzttnttnttnttnAttnttnttnttnttstyccsccccscccscccscccscccsccc2022222022)(12221)(:, 0)(21)(:,)(),(,)(0 )( 1 )()(,2

10、nnxnncxAnncncccexftnexfAtnAtntntnAtxLPF布度分布函數(shù)服從正態(tài)分其概率密的高斯噪聲方差為是均值為而布度分布函數(shù)服從正態(tài)分其概率密的高斯噪聲方差為是均值為因此高斯噪聲服從正態(tài)分布的方差為其中發(fā)發(fā)得后的經(jīng)傳輸系數(shù)為21A0) 1/0(P)0/1 (Px)(1xf)(0 xf2/A誤碼率的計算如下圖所示：誤碼率的計算如下圖所示：22221)()(21:)()0/1 ()() 1/0()0/1 () 1/0( 5 . 0)0/1 ()0() 1/0() 1 (2/02/12/02/15 . 0)0()1(rerfcdxxfdxxfPdxxfPdxxfPPPPPPPP

11、AAeAAPPe最后得而系統(tǒng)的平均誤碼率為23442221 : )(,1 :, 1,2rerenePerPrAr證略可用同樣的方法證得誤碼率有關(guān)包絡(luò)檢波時系統(tǒng)的則有若為信噪比式中24四、四、2ASK信號相干解調(diào)與非相干解調(diào)的比較信號相干解調(diào)與非相干解調(diào)的比較 1、非相干解調(diào)較相干解調(diào)容易實現(xiàn)、非相干解調(diào)較相干解調(diào)容易實現(xiàn) 2、Pe相干相干f239振蕩振蕩器1器1t1cos振蕩振蕩器2器2t2cos門電門電路1路1門電門電路2路2反相器反相器)(tstts1cos)(tts2cos)(2FSK)(ts)(ts方法一：利用門電路的方法實現(xiàn)數(shù)字調(diào)頻方法一：利用門電路的方法實現(xiàn)數(shù)字調(diào)頻40)(tst1

12、011010)(tsttt1costt2costtts1cos)(ttts2cos)(tFSK241方法二方法二: 直接數(shù)字調(diào)頻法直接數(shù)字調(diào)頻法.利用變?nèi)荻O管和振蕩器構(gòu)成利用變?nèi)荻O管和振蕩器構(gòu)成的調(diào)頻器如下圖所示。圖中的調(diào)頻器如下圖所示。圖中s(t)為二進(jìn)制數(shù)字信號為二進(jìn)制數(shù)字信號.CCVE)(ts2L1L1C2CDTjC介紹基本工作原理介紹基本工作原理42二、二、2FSK的功率譜及帶寬的功率譜及帶寬21122,11( )( )442():1( )()()41 ()()4SbbeSSSSfPffT SafFSKP fPffPffPffPff由前一章的結(jié)果 單極性不歸零碼的功率譜為則信號的功

13、率譜可表為 調(diào)制定理432FSK的功率譜圖示如下的功率譜圖示如下)( fPSfbfbfbf2bf2B)( fPef1fbfB2基帶信號的功率譜2FSK信號的功率譜1f2f2f1222fffBbFSK1222:2fffBFSKbFSK的帶寬為1222:2ffffBRrFSKbbFSKB帶寬碼率的頻帶利用率為44三、三、2FSK信號的解調(diào)信號的解調(diào) 有多種有多種解調(diào)方法，下面介紹兩種。解調(diào)方法，下面介紹兩種。 1、過零檢測法（非相干解調(diào)）、過零檢測法（非相干解調(diào)） 其解調(diào)框圖和波形圖如下圖所示。其解調(diào)框圖和波形圖如下圖所示。 2、包絡(luò)檢波法（非相干解調(diào)）、包絡(luò)檢波法（非相干解調(diào)） 其解調(diào)框圖和波形

14、圖如下圖所示。其解調(diào)框圖和波形圖如下圖所示。 3、同步檢波法（相干解調(diào)）、同步檢波法（相干解調(diào)） 其解調(diào)框圖和波形圖如下圖所示。其解調(diào)框圖和波形圖如下圖所示。45放大限幅放大限幅FSK2a微分微分整流整流bc脈沖形成脈沖形成d低通低通ef二進(jìn)制直流分量直流分量abcdeftttttt1011011、過零檢測法、過零檢測法46 進(jìn)一步需要討論的問題：進(jìn)一步需要討論的問題：一、什么叫過零？什么叫過零檢測法？一、什么叫過零？什么叫過零檢測法？ 在過零點(diǎn)處檢測調(diào)頻信號所產(chǎn)生的在過零點(diǎn)處檢測調(diào)頻信號所產(chǎn)生的 C點(diǎn)波形脈沖點(diǎn)波形脈沖 的個數(shù)。頻率高者，脈沖個數(shù)多，頻率低者，脈的個數(shù)。頻率高者，脈沖個數(shù)多，

15、頻率低者，脈 脈沖個數(shù)少。故為零檢測法。脈沖個數(shù)少。故為零檢測法。二、圖中的限幅器能不取消？二、圖中的限幅器能不取消？ 不能取消，否則求導(dǎo)后，不能產(chǎn)生不能取消，否則求導(dǎo)后，不能產(chǎn)生 C點(diǎn)所示的脈點(diǎn)所示的脈 沖形狀。沖形狀。三、圖中脈沖形成器的功能是什么？能不能取消？三、圖中脈沖形成器的功能是什么？能不能取消？ 是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可用數(shù)字電路中的是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可用數(shù)字電路中的 555 實現(xiàn)，實現(xiàn)， 目的是對目的是對 C點(diǎn)的波形實現(xiàn)整形，從而能準(zhǔn)確一致點(diǎn)的波形實現(xiàn)整形，從而能準(zhǔn)確一致 檢測出直流的高低電平，提高準(zhǔn)確度。如果取消檢測出直流的高低電平，提高準(zhǔn)確度。如果取消 后，脈沖不能實現(xiàn)整形，會降低

16、準(zhǔn)確性。后，脈沖不能實現(xiàn)整形，會降低準(zhǔn)確性。47BPFBPFf1f1BPFBPFf2f22FSK2FSK信號輸入信號輸入包絡(luò)包絡(luò)檢波檢波包絡(luò)包絡(luò)檢波檢波判決判決)( ts)(1tv)(2tv)(tyi)(1ty)(2ty)(0)( )()(1)( )()(2121tststhentvtviftsthentvtvif數(shù)字信號這樣就能正確解調(diào)出原判決規(guī)則2、包絡(luò)檢波法、包絡(luò)檢波法48tt101101)(tyi取樣取樣取樣取樣取樣取樣)( tst)(2tyt)(1tyt)(2tvt)(1tv493、同步檢波法、同步檢波法BPFBPFf1f1BPFBPFf2f22FSK2FSK信號輸入信號輸入判決判決

17、)( ts)(1tv)(2tv)(tyi)(1ty)(2ty)(cos1t)(cos2tLPFLPF)(1tzLPFLPF)(2tz工作原理及波形圖的分析過程如下：工作原理及波形圖的分析過程如下：501)( ,0)(),(5 . 0)()()(,0)()2cos()( 5 . 0cos)()(0)(,cos)()()()(,cos)()() 1 (cos)(cos)()(:21212112121121121tstvtstvtvtvLPFtzttsttstztyttstytytyBPFttstyttsttstyii得由判決規(guī)則的輸出分別為和后經(jīng)的輸出分別為和后經(jīng)若設(shè)510)( ,)(5 . 0)

18、(, 0)()()(,)2cos()( 5 . 0cos)()(0)(cos)()(, 0)()()(,cos)()()2(cos)(cos)()(:21212222122121221tststvtvtvtvLPFttsttstztzttstytytytyBPFttstyttsttstyii得由判決規(guī)則的輸出分別為和后經(jīng)的輸出分別為和后經(jīng)若設(shè)52四、四、2進(jìn)制數(shù)字調(diào)頻信號的一個典型應(yīng)用進(jìn)制數(shù)字調(diào)頻信號的一個典型應(yīng)用:電話上網(wǎng)電話上網(wǎng).計算計算機(jī)1#機(jī)1#modem1數(shù)字信號數(shù)字信號公用電話線路公用電話線路2FSK信號2FSK信號數(shù)字信號數(shù)字信號modem2計算計算機(jī)2#機(jī)2#53五、五、2FS

19、K系統(tǒng)的誤碼率系統(tǒng)的誤碼率 分析方法同于分析方法同于2ASK系統(tǒng)誤碼率的分析方法。系統(tǒng)誤碼率的分析方法。 1、包絡(luò)檢波（非相干解調(diào)）的誤碼率、包絡(luò)檢波（非相干解調(diào)）的誤碼率)(212為信噪比rePre2、同步檢波（相干解調(diào)）的誤碼率、同步檢波（相干解調(diào)）的誤碼率)(221為信噪比rrerfcPe3、相干解調(diào)的誤碼率要低于非相干解調(diào)的誤碼率、相干解調(diào)的誤碼率要低于非相干解調(diào)的誤碼率547.3.2 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)頻技術(shù)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)頻技術(shù)一、一、MFSK調(diào)制器調(diào)制器串并串并轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換二進(jìn)制二進(jìn)制輸入輸入12kk k到到M M譯譯碼碼器器12M門電路1門電路1f1門電路2門電路2f2門電路M門電路MfMM

20、FSK輸出輸出個碼元為一組方框圖中kMk,2:代表正弦波振蕩器Mfff,2155 調(diào)制器編碼規(guī)則假定如下：調(diào)制器編碼規(guī)則假定如下：一、三位二進(jìn)制一組；一、三位二進(jìn)制一組；二、二、000映射為映射為 f1 001映射為映射為 f2 010映射為映射為 f3 011映射為映射為 f4 100映射為映射為 f5 101映射為映射為 f6 110映射為映射為 f7 111映射為映射為 f8三、當(dāng)然還可以假設(shè)為其它形式三、當(dāng)然還可以假設(shè)為其它形式 的一些規(guī)則，只要收端和發(fā)的一些規(guī)則，只要收端和發(fā) 端對這規(guī)則能一一對應(yīng)即可端對這規(guī)則能一一對應(yīng)即可56電平電平0電平電平1電平電平2電平電平3電平電平4電平電

21、平5電平電平6電平電平7000001010011100101110111f8f1f2f3f4f5f6f757現(xiàn)以現(xiàn)以k=3，M=8為例來分析其工作原理，下圖為串為例來分析其工作原理，下圖為串/并并轉(zhuǎn)換圖和譯碼邏輯電路的真值表如下：轉(zhuǎn)換圖和譯碼邏輯電路的真值表如下：b0b1b2二進(jìn)制輸入二進(jìn)制輸入123b1b2b00 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 112345678時的情況8, 3Mk串并轉(zhuǎn)換器3輸入8輸出譯碼器真值表100000000100000000100000000100000000100000000100000000100000000158的情

22、況也有類似的結(jié)果對于調(diào)制從而實現(xiàn)輸出的頻率為其余門電路關(guān)閉打開門電路電平其余為低為高電平譯碼邏輯電路輸出端時當(dāng)輸出的頻率為其余門電路關(guān)閉打開門電路電平其余為低為高電平譯碼邏輯電路輸出端時當(dāng)輸出的頻率為其余門電路關(guān)閉打開門電路電平其余為低為高電平譯碼邏輯電路輸出端時當(dāng)工作原理分析MFSKFSKfMFSKbbbfMFSKbbbfMFSKbbb,8,8,8,111,2,2,001,1,1,000:80122012101259二、二、MFSK解調(diào)器解調(diào)器BPF1fBPF2fBPFMfMFSK輸入輸入包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波取取樣樣判判決決器器12M12MM M到到k k編編碼碼

23、器器12k并并串串轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換二進(jìn)制二進(jìn)制輸出輸出工作原理：工作原理： 1、M個包絡(luò)檢波器輸出中，每次只有一個個包絡(luò)檢波器輸出中，每次只有一個輸出為高電平，其余均為低電平，這樣通過取樣判決后輸出為高電平，其余均為低電平，這樣通過取樣判決后相應(yīng)的一個輸出為高電平，其余均為低電平；相應(yīng)的一個輸出為高電平，其余均為低電平； 2、收端、收端編碼器與發(fā)端譯碼器互為反變換。編碼器與發(fā)端譯碼器互為反變換。3、收端并串轉(zhuǎn)換電、收端并串轉(zhuǎn)換電路與發(fā)端串并轉(zhuǎn)換電路互為反變換。編碼器真值表為：路與發(fā)端串并轉(zhuǎn)換電路互為反變換。編碼器真值表為：6012345678時的情況3, 8kM8輸入3輸出編碼器真值表10000000

24、01000000001000000001000000001000000001000000001000000001b0b1b2串行串行輸出輸出并串轉(zhuǎn)換器123并并行行輸輸入入b1b2b00 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 161111, 8M 001,2000,1:012012012bbbbbbbbb并串轉(zhuǎn)換輸出均為低電平其余為高電平編碼電路輸入端則并串轉(zhuǎn)換輸出為低電平其余均為為高電平編碼電路輸入端則并串轉(zhuǎn)換輸出為低電平其余均為為高電平編碼電路輸入端工作原理分析62三、三、MFSK信號的帶寬及頻帶利用率信號的帶寬及頻帶利用率 1、帶寬、帶寬minmax2

25、:fffBMFSKbMFSK的帶寬為2、頻帶利用率、頻帶利用率41222log,2log2log,),2( 2,2222bbFSKbbMFSKbbMFSKffMFSKMFSKrMMMfMfMFSKMFSKrMfMfBMFSK信號帶寬信息速率好互不重疊的情況下而在相鄰功率譜主瓣剛信號帶寬信息速率頻帶利用率為因此個共的寬度為每一個主瓣的帶寬為互不重疊的情況下在相鄰功率譜主瓣剛好637.4 2進(jìn)制數(shù)字調(diào)相（進(jìn)制數(shù)字調(diào)相（2PSK） 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)相的基本原理是，利用二值信息二進(jìn)制數(shù)字調(diào)相的基本原理是，利用二值信息對載波的相位進(jìn)行調(diào)制，使其初始相位為兩個不同對載波的相位進(jìn)行調(diào)制，使其初始相位為兩個不同的

26、值，來表示二值信息。有兩種數(shù)字調(diào)相方法，絕的值，來表示二值信息。有兩種數(shù)字調(diào)相方法，絕對碼調(diào)相和差分碼（相對碼）調(diào)相，首先來說明絕對碼調(diào)相和差分碼（相對碼）調(diào)相，首先來說明絕對碼與相對碼之間的關(guān)系，然后分析這兩種數(shù)字調(diào)對碼與相對碼之間的關(guān)系，然后分析這兩種數(shù)字調(diào)相的基本原理。相的基本原理。647.4.1 2PSK（2進(jìn)制數(shù)字絕對調(diào)相）進(jìn)制數(shù)字絕對調(diào)相） 一、絕對碼與相對碼（差分碼）一、絕對碼與相對碼（差分碼） 差分碼是一種相對碼，它的主要特點(diǎn)是，后一個碼差分碼是一種相對碼，它的主要特點(diǎn)是，后一個碼元的取值是相對于前一個碼元的取值而變化的，與之相元的取值是相對于前一個碼元的取值而變化的，與之相對

27、應(yīng)的數(shù)字調(diào)相稱為對應(yīng)的數(shù)字調(diào)相稱為2DPSK，而絕對碼相對應(yīng)的數(shù)字調(diào)，而絕對碼相對應(yīng)的數(shù)字調(diào)相稱為相稱為2PSK，相對碼與絕對碼的關(guān)系為，相對碼與絕對碼的關(guān)系為不變變規(guī)則是觀察求由相對碼絕對碼的關(guān)系如下差分碼絕對碼和相對碼01:,:)() 1 (11nnnnnnnnnnnababbaabbba65為矢量圖對應(yīng)的星座圖時當(dāng)時當(dāng)顯然有代表碼元概率為代表碼元概率為的門函數(shù)寬度為是高度為其表達(dá)式為并且是雙極性數(shù)字信號為絕對碼其中調(diào)制用絕對碼實現(xiàn)數(shù)字相位)()cos(cos)(,1)0cos(cos)(,1:,0,1, 11, 1, 1)(, )()(:,)(cos)()(:)2(ttteattteaP

28、PaTtgnTtgatststtsteccnccnnbbnc0AB參考相位相0相1代表數(shù)字0代表數(shù)字66的門函數(shù)寬度為是高度為其表達(dá)式為差分碼為相對碼其中碼實現(xiàn)數(shù)字相位調(diào)制差分用相對bnbncTtgnTtgbtststtste, 1)()()(:),()(cos)()(:)()3(67(4):( )( )cos() cos() cos():()1: ( )cos()cnbcnnnbcnnbncne ts tta g tnTtag tnTtg tnTe tt絕對碼與差分碼實現(xiàn)數(shù)字調(diào)相另一種常用的表達(dá)式的變化反映在中注意到故68tttettteccnccnncos)cos()(,cos)0cos(

29、)(,0, 0時當(dāng)時當(dāng)其中69二、絕對碼、相對碼、二、絕對碼、相對碼、2PSK、2DPSK的波形舉例的波形舉例 為了使大家對絕對碼、相對碼、為了使大家對絕對碼、相對碼、2PSK、2DPSK有一個初步的認(rèn)識，現(xiàn)舉其中幾例，如下圖所示：有一個初步的認(rèn)識，現(xiàn)舉其中幾例，如下圖所示：70nat1011010tt未調(diào)載波tPSK201nbt2nbt12DPSK相0相相0相相相0相相0t22DPSK相0相相相0相相相0相0相相0相0相相0相0相相71三、三、2PSK信號（二進(jìn)制數(shù)字絕對調(diào)相信號）的產(chǎn)生信號（二進(jìn)制數(shù)字絕對調(diào)相信號）的產(chǎn)生 1、一般框圖、一般框圖:單/雙極性單/雙極性轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 na)(ts)

30、(tetccos1)(01)(1tsatsann轉(zhuǎn)換規(guī)律722、具體實現(xiàn)電路：相位選擇法、具體實現(xiàn)電路：相位選擇法振蕩器振蕩器門電路1門電路1反相器反相器門電路2門電路2反相器反相器加法器加法器)(te相0相)(ts)0cos()(,2,1,1)()cos()(,2,1,0)(:ttetsttetscc開通門關(guān)閉門時當(dāng)關(guān)閉門開通門時當(dāng)工作原理73四、四、2PSK信號的解調(diào)信號的解調(diào) 1、 解調(diào)的一般框圖如下：解調(diào)的一般框圖如下：BPFBPFLPFLPF取樣取樣判決判決)(te)( ts載波載波提取提取)(tytccos)(tz)(tx74能正確地解調(diào)出原信號判為判為判決規(guī)律為的輸出為代表數(shù)字相

31、時代表數(shù)字相時其中的輸出為0010:5 . 005 . 0cos5 . 0)(:)2cos(5 . 0cos5 . 0cos)cos()(0,1,0)cos()(:xxtxLPFttttzttyBPFnnnncncncnnc2、工作原理分析：、工作原理分析：75 3、2PSK的缺點(diǎn)的缺點(diǎn): 產(chǎn)生相位模糊產(chǎn)生相位模糊,使解調(diào)出的信號全部反相使解調(diào)出的信號全部反相! !0010:5 . 005 . 0cos5 . 0)(:)2cos(5 . 0cos5 . 0cos)cos()(0,1,0)cos()(:cos:,cos:則全部產(chǎn)生誤判判為判為判決規(guī)律仍然為的輸出為代表數(shù)字相時代表數(shù)字相時其中的輸

32、出為載波取電路的輸出變?yōu)榘l(fā)生相位模糊時應(yīng)為載波取電路的正確輸出xxtxLPFttttzttyBPFttnnnncncncnnccc76五、五、2PSK系統(tǒng)的誤碼率系統(tǒng)的誤碼率 下面分析在沒有相位模糊的情況下下面分析在沒有相位模糊的情況下2PSK系統(tǒng)系統(tǒng)的誤碼率。分析的誤碼率。分析2PSK系統(tǒng)誤碼率的原理框圖如下系統(tǒng)誤碼率的原理框圖如下圖所示。圖所示。BPFBPFLPFLPF取樣取樣判決判決)(te)( ts載波載波提取提取)(tytccos)(tz)(tx77如下圖所示最佳判決電平為為載波的振幅式中的一維概率密度函數(shù)為高斯隨機(jī)過程時當(dāng)發(fā)送的一維概率密度函數(shù)為高斯隨機(jī)過程時當(dāng)發(fā)送方差為分布的高斯

33、噪聲為概率密度函數(shù)為正態(tài)式中時發(fā)時發(fā)輸出為前面圖中低通濾波器的, 0,21)( )(,021)( )(,1,)(0),( 1 ),( 22222)(02)(12AexftnAexftnAtntnAtnAxnnAxncAxncnccc78AA0)0/1 (P) 1/0(Px)(1xf)(0 xf2201002:21)()(21)1/0()0/1 ( 5 . 0) 1/0() 1 ()0/1 ()0(:2neArrerfcdxxfdxxfPPPPPPPPSK式中的誤碼率為由此可得797.4.2 2DPSK信號的調(diào)制與解調(diào)信號的調(diào)制與解調(diào) 在在 2PSK 系統(tǒng)中存在相位模糊的問題，其主要原系統(tǒng)中存在

34、相位模糊的問題，其主要原因是由于因是由于 2PSK 系統(tǒng)中采用的絕對碼，表示數(shù)字信息系統(tǒng)中采用的絕對碼，表示數(shù)字信息的相位是絕對相位。因而，當(dāng)產(chǎn)生相位模糊時，所有的相位是絕對相位。因而，當(dāng)產(chǎn)生相位模糊時，所有的絕對相位值都發(fā)生了變化。的絕對相位值都發(fā)生了變化。 如果采用如果采用 2DPSK （差分?jǐn)?shù)字調(diào)相），則可克服（差分?jǐn)?shù)字調(diào)相），則可克服相位模糊的問題，其主要原因是由于相位模糊的問題，其主要原因是由于 2DPSK 中采用中采用的是差分碼，而差分碼是一種相對碼，這種相對性體的是差分碼，而差分碼是一種相對碼，這種相對性體現(xiàn)在表示數(shù)字信息的相位是一個相對相位，即相對于現(xiàn)在表示數(shù)字信息的相位是一個

35、相對相位，即相對于前面一個相位的大小而言的。因而，當(dāng)產(chǎn)生相位模糊前面一個相位的大小而言的。因而，當(dāng)產(chǎn)生相位模糊時，雖然所有的相位值都發(fā)生了變化，但它們之間的時，雖然所有的相位值都發(fā)生了變化，但它們之間的相對相位差值仍然是確定不變的，因而能解決相位模相對相位差值仍然是確定不變的，因而能解決相位模糊的問題，下面分析其工作原理。糊的問題，下面分析其工作原理。80極性變換極性變換 naDPSK2tccos nb差分碼差分碼一、一、2DPSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生 2DPSK信號產(chǎn)生的一般框圖如下圖所示。圖信號產(chǎn)生的一般框圖如下圖所示。圖中中 an 為絕對碼，通過碼變換將其變換成雙極性為絕對碼，通過碼變換

36、將其變換成雙極性的差分碼的差分碼 bn ，最后產(chǎn)生，最后產(chǎn)生2DPSK信號。信號。81振蕩器振蕩器門電路1門電路1反相器反相器門電路2門電路2DPSK2相0相QQ時鐘JK& na1CP將絕對將絕對碼轉(zhuǎn)換碼轉(zhuǎn)換成差分成差分碼電路碼電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次脈沖的上升沿到來時當(dāng)時當(dāng)KFFJCPQQKJQKQJQnnnnn11,1一種一種2DPSK信號產(chǎn)生的具體電路如下：信號產(chǎn)生的具體電路如下：82nat0101100ttDPSK2時鐘tCPtQtQ相0相相相0相0相0相083二、二、2DPSK信號的解調(diào)信號的解調(diào) 1、方法一：極性比較、方法一：極性比較碼變換法碼變換法 實現(xiàn)電路如下圖所示。用這種方法

37、是克服相位模實現(xiàn)電路如下圖所示。用這種方法是克服相位模糊問題，下面進(jìn)行分析。糊問題，下面進(jìn)行分析。2PSK2PSK解調(diào)器解調(diào)器DPSK2 nbT Tb b1nb na84克服相位模糊的分析如下：克服相位模糊的分析如下：.2,: , 2 ,1111111糊的缺點(diǎn)相位模從而克服樣的它們解調(diào)出的結(jié)果是一模糊兩種情況下在無相位模糊和有相位由此可見即解調(diào)器的輸出信號反向若有相位模糊時解調(diào)出的結(jié)果為在無相位模糊時PSKabbbbbbbbbbbbPSKbbannnnnnnnnnnnnnnn85T Tb bLPFLPF判決判決 na )(1ty)(2ty)(tz 2、方法二：相位比較法、方法二：相位比較法差分

38、檢測法差分檢測法 這種方法的主要特點(diǎn)是不需要碼變換器，不需要載這種方法的主要特點(diǎn)是不需要碼變換器，不需要載波提取電路，因此，它本身就不存在相位模糊問題。電波提取電路，因此，它本身就不存在相位模糊問題。電路也較簡單，只需一個延時器。實現(xiàn)電路如下圖所示。路也較簡單，只需一個延時器。實現(xiàn)電路如下圖所示。86相位差為前后兩個碼元之間的式中高頻分量低頻分量1111121:)2cos(5 . 0 )cos(5 . 0)cos()cos()( )cos( )(cos)()cos()(nnnnnbccbcnnbccncnbccnbcncTtTTtttzTtTttytty數(shù)學(xué)分析結(jié)果如下：數(shù)學(xué)分析結(jié)果如下：87

39、:),(/2sinsin5 . 02coscos5 . 0sinsin5 . 0coscos5 . 0)cos(5 . 0)(進(jìn)一步得正整數(shù)實際情況中取的輸出為經(jīng)kTTTTTTTTTtxLPFcbcbncbnbcnbcnbcn88字信息從而能最后解調(diào)出原數(shù)判為數(shù)字判為數(shù)字行判決由此可用下列規(guī)則來進(jìn)數(shù)字從而代表變化表示前后的相位發(fā)生了而字從而代表數(shù)生變化表示前后的相位沒有發(fā)即的規(guī)律不變變信號的變化遵循由前述分析代表數(shù)字代表數(shù)字1000:, 1, 0,0,01 2 ,1 ,5 . 00 , 05 . 0cos5 . 0)2sin(sin5 . 0)2cos(cos5 . 02sinsin5 . 0

40、2coscos5 . 0)(xxDPSKkkTTTTtxnnnnnnncbncbn897.4.3 2DPSK與與2PSK的帶寬及其性能比較的帶寬及其性能比較一、一、2DPSK、2PSK、2ASK的帶寬相同，均為的帶寬相同，均為 B2PSK=B2DPSK=B2ASK=2fb二、性能比較二、性能比較 1、由于都是雙極性碼，故兩者的最佳判決電平值、由于都是雙極性碼，故兩者的最佳判決電平值 均為零。均為零。 2、2DPSK克服了克服了 2PSK 中的相位模糊問題，因而中的相位模糊問題，因而 在數(shù)字通信中獲得了廣泛的應(yīng)用。在數(shù)字通信中獲得了廣泛的應(yīng)用。 3、在、在 2PSK 信號不存在相位模糊時，信號不

41、存在相位模糊時，2DPSK的性的性 能不如能不如2PSK。907.5 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)相技術(shù)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)相技術(shù) 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)是近年來十分引人注目的一種高效多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)是近年來十分引人注目的一種高效率數(shù)字傳輸方式。與二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)相比，它具有以下率數(shù)字傳輸方式。與二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)相比，它具有以下兩個主要特點(diǎn)：（兩個主要特點(diǎn)：（1）在碼元速率相同條件下，可以提高信息）在碼元速率相同條件下，可以提高信息速率，速率，M進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的信息速率是二進(jìn)制的進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的信息速率是二進(jìn)制的 倍；倍；（2）在信息速率相同的條件下，可降低碼元速率，用以提高）在信息速率相同的條件下，可降低碼元

42、速率，用以提高傳輸?shù)目煽啃?，傳輸?shù)目煽啃裕琈進(jìn)制的碼元寬度是二進(jìn)制的進(jìn)制的碼元寬度是二進(jìn)制的 倍，這倍，這樣可增加每個碼元的能量和減小碼間串?dāng)_的影響。正是基于樣可增加每個碼元的能量和減小碼間串?dāng)_的影響。正是基于這些特點(diǎn)，使多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中有著廣這些特點(diǎn)，使多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)以多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)中的泛的應(yīng)用?，F(xiàn)以多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)中的4PSK、8PSK、自、自然碼然碼16PSK、循環(huán)碼、循環(huán)碼16PSK和正交振幅調(diào)制和正交振幅調(diào)制16QAM為例，對為例，對其數(shù)字邏輯設(shè)計進(jìn)行較為詳細(xì)的研究和探討，在此基礎(chǔ)上提其數(shù)字邏輯設(shè)計進(jìn)行較為詳細(xì)的研究和探討

43、，在此基礎(chǔ)上提出一種多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制器的邏輯設(shè)計方法，并給出了具體設(shè)出一種多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制器的邏輯設(shè)計方法，并給出了具體設(shè)計過程和結(jié)果。計過程和結(jié)果。 M2logM2log91)cos()(:1)(:)cos()(cos)(cos)()(.1.ncnbncnbnncnbncttenTtgtnTtgbtnTtgbttste故注意到中的變化反映在數(shù)學(xué)表達(dá)式配置多相制的表達(dá)式及相位一7.5.1 MPSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生92MiiMMncncnncPPtPtPtttttttttete122111:)()()()(:sin)(sincos)(cos)(cos)()(注意到概率為概率為概率為其中進(jìn)一步表示

44、為可將93)90,sin(cos,sin)(cos)(sin)(cos)(sin)(sincos)(cos)(:)(sin)(sin)(sin)(sin)()(cos)(cos)(cos)(cos)(/2:,20,0221122111相差互為正交與所得信號之和平雙邊帶正交載波調(diào)制信號可等效為兩個多電由此可知得概率為概率為概率為概率為概率為概率為令相鄰相移的差值為內(nèi)等間隔劃分在對于ttMPSKttQttIttbttatttttePtPtPtttbPtPtPtttaMMPSKcccccncncncnMMnnMMnnii94)4cos(),4cos(:2)2(sin,cos:4) 1 ()4(,.

45、2ttttMPSKcccc正交載波為體系正交載波為體系體系為例以如下圖所示的兩種體系tccostcsin)4cos(tc)4cos(tc參考相位95)4(4. 1.體系信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生二PSKMPSKAB輸入串/并變換或比特分離器單/雙極性變換單/雙極性變換單/雙極性變換單/雙極性變換tccostcsin)(tI)(tQ)(te11, 10極性變換規(guī)則01相相0A01相2/相2/3B11AB01AB10AB00AB1101ABAB11:A01:B96其對應(yīng)波形如下圖所示：其對應(yīng)波形如下圖所示：1001111011ABABABABAB1011111100輸入)(tI)(tQ1111ttt97

46、)4(8. 2體系信號的產(chǎn)生PSK98tccostcsin0)(tI)(tQ)()(22tQtIn99tccostcsin005 .2205 .6721QQ05 .67sin05 .22sin05 .22sin05 .67sin05 .22cos21II05 .22cos05 .67cos05 .67cos1111100100110010001001011011000111100001)(tQ)(tI圖1 8PSK信號矢量圖 100P7510100001111b1b2b300 01 11 1001(a) I1的卡諾圖0110011000 01 11 1001(b) I2的卡諾圖b1b2b300

47、110011b1b2b300 01 11 1001(c) Q1的卡諾圖10011001b1b2b300 01 11 1001(d) Q2的卡諾圖圖 2 I1，I2，Q1，Q2的卡諾圖 32213211,:bQbQbIbI得102由此可得由此可得8PSK調(diào)制器如下圖所示。調(diào)制器如下圖所示。b1b2b3321bbb電平產(chǎn)生電平產(chǎn)生電平產(chǎn)生電平產(chǎn)生比特分離器比特分離器)(tI)(tQtccostcsin1I2Q1Q2I8PSK信號輸出信號輸出+圖圖3 8PSK信號調(diào)制器電路框圖信號調(diào)制器電路框圖 103104設(shè)計流程圖如下：設(shè)計流程圖如下：105由MPSK信號，畫出其矢量圖（星座圖）根據(jù) M 的大小

48、，確定比特分離器 的位數(shù)k，其關(guān)系為kM2 將所有的矢量端點(diǎn)沿垂直方向投影，由投影數(shù)目確定垂直方向電平產(chǎn)生器輸入信號的個數(shù)，并采用折疊碼進(jìn)行編碼。將所有的矢量端點(diǎn)沿水平方向投影，由投影數(shù)目確定水平方向電平產(chǎn)生器輸入信號的個數(shù)，并采用折疊碼進(jìn)行編碼。列出MPSK信號輸入與輸出對應(yīng)關(guān)系的真值表，在此基礎(chǔ)上畫出卡諾圖，求得其邏輯表達(dá)式畫出編碼器框圖1063. 循環(huán)碼循環(huán)碼16PSK調(diào)制器的邏輯設(shè)計調(diào)制器的邏輯設(shè)計 MPSK信 號 的 特 點(diǎn) 是 在 單 位 圓 周 上 均 勻 地 分 布 著M（, 2 , 1,2nMn）個矢量端點(diǎn)，以4/體系為例，其一般數(shù)學(xué)表達(dá)式可寫為 )cos()()(sin)(

49、cos)()(22ncccttQtIttQttIte （1） 式中)(/ )(1tItQtgn，1)()(22tQtI，其中循環(huán)碼 16PSK 信號矢量圖如圖 1 所示。所謂循環(huán)碼 16PSK 指的是其矢量端點(diǎn)所對應(yīng)的四位二進(jìn)制數(shù)按循環(huán)碼的規(guī)律變化，圖中0125.11，0275.33， ，0325.56，0475.78，其余角度依此類推，將0360等分為 16 等份，相鄰角度的間隔為05 .22。 107圖圖1 循環(huán)碼循環(huán)碼16PSK信號矢量圖信號矢量圖 1081094321bbbb321III321QQQ00000001001000110100010101100111111110100101

50、011010000001100101111110100101111110)(tI)(tQ100010011010101111001101111011111111101001010110100000010000010110100000010110101cos2cos4cos3cos1cos2cos4cos3cos1cos2cos4cos3cos1cos2cos4cos3cos1sin2sin4sin3sin1sin2sin4sin3sin1sin2sin4sin3sin1sin2sin4sin3sin表表1 循環(huán)碼循環(huán)碼16PSK調(diào)制器輸入輸出之間對應(yīng)關(guān)系真值表調(diào)制器輸入輸出之間對應(yīng)關(guān)系真值表

51、1101111000000001111b1b2b3b400 01 11 1000011110(a) I1 的卡諾圖1100110011001100b1b200 01 11 1000011110(b) I2 的卡諾圖b3b41010101010101010b1b200 01 11 1000011110(c) I3 的卡諾圖b3b41111111100000000b1b2b3b400 01 11 1000011110(d) Q1 的卡諾圖0011001100110011b1b200 01 11 1000011110(e) Q2 的卡諾圖b3b40101010101010101b1b200 01 1

52、1 1000011110(f) Q3 的卡諾圖b3b4圖 2 I1，I2，I3， Q1，Q2，Q3的卡諾圖 1114321bbbb電平電平產(chǎn)生產(chǎn)生電平電平產(chǎn)生產(chǎn)生)(tI)(tQtccostcsin循環(huán)碼16PSKOUTb2b3b4b11I2I3I1Q2Q3Q比特分離器+圖圖3 循環(huán)碼循環(huán)碼16PSK信號調(diào)制器電路圖信號調(diào)制器電路圖 1127.5.2 自然碼自然碼16QAM調(diào)制器（既調(diào)幅又調(diào)相）調(diào)制器（既調(diào)幅又調(diào)相） 113tccostcsin00000001001100100110011101010100110011011111111010101011100110000Q1 Q2111000

53、01I1 I2Q(t)I(t)11100001A2A1-A1-A2B2B1-B1-B2圖圖7 自然碼自然碼16QAM信號矢量圖信號矢量圖 1144321bbbb21II21QQ0000000100100011010001010110011111100001111000011111111110101010)(tI)(tQ1000100110101011110011011110111111100001111000010000000001010101A2A1-A1-A2A2A1-A1-A2A2A1-A1-A2A2A1-A1-A2B2B2B2B2B1B1B1B1-B1-B1-B1-B1-B2-B2-B

54、2-B2表表3 自然碼自然碼16QAM調(diào)制器輸入輸出之間對應(yīng)關(guān)系真值表調(diào)制器輸入輸出之間對應(yīng)關(guān)系真值表 1151100110011001100b1b2b3b400 01 11 1000011110(a) I1 的卡諾圖1010101010101010b1b200 01 11 1000011110(b) I2 的卡諾圖b3b41111111100000000b1b2b3b400 01 11 1000011110(c) Q1 的卡諾圖1111000011110000b1b200 01 11 1000011110(d) Q2 的卡諾圖b3b41164321bbbb電平電平產(chǎn)生產(chǎn)生電平電平產(chǎn)生產(chǎn)生)(

55、tI)(tQtccostcsin自然碼16QAMOUTb2b3b4b1比特分離器+Q1Q2I 1I 2圖圖9 自然碼自然碼16QAM信號調(diào)制器電路圖信號調(diào)制器電路圖 1177.5.3 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號的解調(diào)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號的解調(diào)一、一、4PSK（QPSK）信號的解調(diào)）信號的解調(diào)載波恢復(fù)載波恢復(fù)2/判決判決低通低通低通低通判決判決雙/單雙/單極性變換極性變換雙/單雙/單極性變換極性變換AB并/串轉(zhuǎn)換并/串轉(zhuǎn)換AB011110)(10)(判為判為tItI011110)(10)(判為判為tQtQ)(tI)(tQtccostcsinAzBz解調(diào)解調(diào)輸出輸出y輸入PSK4118nnnncncncBn

56、ncncncAnnctQtItQtttztItttzttysin21)(cos21)(:sin21)()2sin()sin(21)sin()cos(:cos21)()2cos(cos21cos)cos(:47,45,43,4),cos()(:最后得同理有則工作原理分析1191043sin21sin21)(0043cos21cos21)(:43)2(104sin21sin21)(104cos21cos21)(:4) 1 (BtQAtIBtQAtInnnnnn時時1200047sin21sin21)(1047cos21cos21)(:47)4(0045sin21sin21)(0045cos21cos21)