通信原理 第十八讲

差分编码器： 差分编码器：数字信号绝对码{an }转换为相 再用直接调相法产生2DPSK信号。 2DPSK信号 对码{bn },再用直接调相法产生2DPSK信号。 极性变换器： 极性变换器：把单极性码 {bn }变成双极性信 1,正电平对应 号,且负电平对应 {bn }的1,正电平对应 {bn } 的0。 相对码的产生： 相对码的产生：
△ϕ n = 0 1 2 x ( t ) = 1 2 cos ∆ φ n = △ϕ n = π −1 2
当码元宽度是载波周期的整数倍时： 当码元宽度是载波周期的整数倍时： ′ △ϕn = ϕ n − ϕn −1 = ϕn − ϕ n −1
′ 为前一载波码元的末相), ),相位比较法比较 ( ϕn −1为前一载波码元的末相),相位比较法比较 了本码元的初相与前一码元的末相。 了本码元的初相与前一码元的末相。 抽样判决器的判决准则应该是: 抽样判决器的判决准则应该是: 抽样值x>0,判为0 x<0,判为 x>0,判为 判为1 抽样值x>0,判为0；x<0,判为1。
z(t ) = cos(ωct + ϕn ) ⋅ cos(ωct − ωcTb + ϕn−1 ) 1 1 = cos(∆ϕn + ωcTb ) + cos(2ωct − ωcTb + ϕn + ϕn−1 ) 2 2
低通滤波器输出为 x(t ) = 1 2 cos(∆ϕn + ωcTb ) = 1 2 cos(∆ϕn ) ⋅ cos(ωcTb ) − 1 2sin(∆ϕn ) sin(ωcTb )
⊕：模二加或异或
不同为1,相同为0 不同为1,相同为0。 1,相同为
bn = bn −1 ⊕ an
Q Q
2)2DPSK信号的解调 2)2DPSK信号的解调 (1)极性比较 极性比较——码变换法 (1)极性比较 码变换法
2DPSK解调器是否也会出现“反向工作”问 2DPSK解调器是否也会出现“反向工作” 解调器是否也会出现 题呢? 回答是不会。 题呢? 回答是不会。 这是由于当2PSK解码器的相干载波倒相时, 2PSK解码器的相干载波倒相时 这是由于当2PSK解码器的相干载波倒相时, 的反码) 使输出的 bn 变为 bn ( bn 的反码)。然而差分译码 反向后, 器的功能是 bn ⊕ bn −1 = an , bn 反向后,仍使等式 bn ⊕ bn −1 = an 成立。因此,即是相干载波倒相， 成立。因此,即是相干载波倒相， 2DPSK解调器仍然能正常工作 解调器仍然能正常工作。 2DPSK解调器仍然能正常工作。
通信原理 第十八讲
通信基础教研室 潘若禹 号实验楼324 办公室 3号实验楼324 电话 88166348 panruoyu@xiyou.edu.cn 邮箱
7.4数字相位调制 7.4数字相位调制 数字相位调制又称相移键控,记住PSK PSK。 数字相位调制又称相移键控,记住PSK。它 是利用载波振荡相位的变化来传送数字信息 又分为绝对相移(PSK)和相对相移(DPSK) (PSK)和相对相移 的,又分为绝对相移(PSK)和相对相移(DPSK) 两种。 两种。 7.4.1二进制数字相移键控 二进制数字相移键控(2PSK) 7.4.1二进制数字相移键控(2PSK) 1.绝对相移和相对相移 1.绝对相移和相对相移 1）绝对码和相对码 绝对码：以基带信号码元的电平直接表示数 基带信号码元的电平直接表示数 字信息。 字信息。 相对码：用基带信号码元相对前一码元的电 来表示数字信息。 平有无变化来表示数字信息 平有无变化来表示数字信息。
2.2PSK信号的产生与解调 2.2PSK信号的产生与解调 1)2PSK信号的产生 1)2PSK信号的产生 (1)直接调相法 (1)直接调相法 与载波直接相乘。 用双极性数字基带信号 S (t ) 与载波直接相乘。 根据前面的规定,产生2PSK信号时, 2PSK信号时 根据前面的规定,产生2PSK信号时,必须使 S (t ) 为正电平时代表“ ,负电平时代表“ 。 为正电平时代表“0”,负电平时代表“1”。
2)绝对相移：是利用载波的相位偏移直接表示 2)绝对相移：是利用载波的相位偏移直接表示 绝对相移 相位偏移 数据信号的相移方式。 数据信号的相移方式。 相位偏移： 相位偏移：指某一码元所对应的已调波与参考 载波的初相差。 假定:2PSK :2PSK各码元初相相位与载波初相相位的差 假定:2PSK各码元初相相位与载波初相相位的差 值表示数字信息,相位差为0表示数字“ , 值表示数字信息,相位差为0表示数字“0”,相 表示数字“ 。在此图中, 位差为∏表示数字“1”。在此图中,码元周期 等于载波周期。 等于载波周期。
若 P =1 2
m=−∞
∑S
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∞
(πm)σ( f −mfb ) + 4 fbP(1− P) G( f )
Ps ( f ) = Tb S a (π fTb )
2
Tb 4
此时,信号带宽为: 此时,信号带宽为:
B
2 PSK 2 DPSK
1 = 2 fb = 2 = 2 RB Tb
2PSK及2DPSK系统的频带利用率为 2PSK及2DPSK系统的频带利用率为 1 Tb 1 RB η= = = ( B / Hz ) B 2 PSK 2 Tb 2
P ( f ) = ∑ | fb[ pG (mfb ) +(1− p)G2 (mfb )]|2 δ ( f −mfb ) s 1 + fb p(1− p)| G ( f ) −G2 ( f ) | 1 = f (2P−1)
2 b 2 b ∞ 2 2 m=−∞ ∞ m=−∞ b m=−∞ 2 2
∞
∑ G( mf ) σ( f −mf ) +4 f P(1− P) G( f )
2 DPSK
2PSK与 2DPSK系统的比较 系统的比较 5. 2PSK与 2DPSK系统的比较 (1)检测这两种信号时判决器均可工作在最佳门 (1)检测这两种信号时判决器均可工作在最佳门 限电平(零电平) 限电平(零电平)。 (2)2DPSK系统的抗噪声性能不及2PSK系统 系统的抗噪声性能不及2PSK系统。 (2)2DPSK系统的抗噪声性能不及2PSK系统。 (3)2PSK系统存在 反向工作”问题, 2DPSK系 系统存在“ (3)2PSK系统存在“反向工作”问题,而2DPSK系 统不存在“反向工作”问题。 统不存在“反向工作”问题。 在实际应用中, 在实际应用中,真正作为传输用的数字调 相信号几乎都是DPSK信号。 DPSK信号 相信号几乎都是DPSK信号。
3)相对相移:是利用载波的相对相位变化表示数 3)相对相移:是利用载波的相对相位变化表示数 相对相移 相对相位 字信号的相移方式。 字信号的相移方式。 相对相位:指本码元的初相与前一个码元末相 初相与前一个码元 相对相位:指本码元的初相与前一个码元末相 的相位差。 的相位差。 相位偏移:指本码元的初相与前一个码元初相 初相与前一个码元 相位偏移:指本码元的初相与前一个码元初相 的相位差。 的相位差。 当载波频率是码元速率的整数倍时, 当载波频率是码元速率的整数倍时,相对相 位与相位偏移是等效的,否则是不等效的。 位与相位偏移是等效的,否则是不等效的。 假定：2DPSK波形相对相位不变表示数字信号 假定：2DPSK波形相对相位不变表示数字信号 波形相对相位不变 表示数字信号“1”。 “0”,相对相位改变∏表示数字信号“1”。 , 由于初始参考相位有两种可能, 由于初始参考相位有两种可能,因此相对 相移波形也有两种形式。 相移波形也有两种形式。
b b
= f (2P−1) = (2P−1)
2
2
∑T S
2 a
2 2 b a
(πmfbTb )σ( f −mfb ) + 4 fbP(1− P) G( f )
2
2
= (2P−1)2σ( f ) + 4 fbP(1− P)Tb2Sa2 (π fTb ) = (2P−1)2σ( f ) + 4P(1− P)TbSa2 (π fTb )
c n c
2
n
2
c
n
(3)低通滤波器输出为 (3)低通滤波器输出为
根据发送端产生2PSK信号时 (0或 根据发送端产生2PSK信号时 ϕ n(0或∏)代表 2PSK 数字信息(0 1)的规定 (0或 的规定, 数字信息(0或1)的规定,以及接收端 x(t )与ϕ n关 系的特性, 系的特性,抽样判决器的判决准则为
2)2PSK信号的解调 2)2PSK信号的解调——只能采用相干解调 信号的解调 只能采用相干解调
{a′ } n
(1)不考虑噪声时, (1)不考虑噪声时,带通滤波器输出可表示为 不考虑噪声时 y1 (t ) = cos(ω ct + ϕ n ) 式中, PSK信号某一码元的初相 信号某一码元的初相。 式中, ϕ n 为2PSK信号某一码元的初相。 ϕn = 0 时,代表数字“0”; 代表数字“ ; ϕ n = π 时,代表数字“1”。 代表数字“ 。 相乘后, (2)与同步载波 cos ωc t相乘后,输出为 (t ) = cos(ω t + ϕ ) cosω t = 1 cosϕ + 1 cos(2ω t + ϕ ) z
′ {an }
4.二进制相移信号的功率谱及带宽 4.二进制相移信号的功率谱及带宽 无论是2PSK还是2DPSK信号, 2PSK还是2DPSK信号 无论是2PSK还是2DPSK信号,就波形本身而 言,它们都可以等效成双极性基带信号作用下 的调幅信号,无非是一对倒相信号的序列。 的调幅信号,无非是一对倒相信号的序列。 双极性不归零码的功率谱密度： 双极性不归零码的功率谱密度： G1 ( f ) = −G2 ( f ) = G( f ) = Tb Sa (π fTb ) 双极性不归零码过与载波相乘的乘法器后 的功率谱密度为： 的功率谱密度为： 1 1 Pe ( f ) == PS ( f + f ) + PS ( f − f ) c 4 c 4 1 ＝ {Tb Sa 2 [π ( f + f c )Tb ] + Tb Sa 2 [π ( f − f c )Tb ]} 4
(2)相位比较法 差分检测器 (2)相位比较法—差分检测器 相位比较法
′ {an }
若不考虑噪声, 若不考虑噪声,则带通滤波器及延时器输出 分别为 y (t ) = cos(ω t + φ )
1 c n
y2 (t ) = cos[(ωc (t − Tb ) + φn−1 ] 式中, 本载波码元初相; 式中, ϕn 本载波码元初相; ϕn −1为前一载波码 元的初相。 元的初相。可令△ϕn = ϕn − ϕ n −1 ,乘法器输出为
x > 0 判为 0 x < 0 判为 1
1 2 ϕn = 0时 1 x(t) = cosφn = 2 −1 2 ϕn = π时
其中, 为抽样时刻的值。 其中, x为抽样时刻的值。
2PSK信号是以一个固定初相的未调载波作 2PSK信号是以一个固定初相的未调载波作 为参考的。因此, 为参考的。因此,解调时必须有与载波同频同 相的同步载波。 相的同步载波。 如果同步不完善,存在相位偏差, 如果同步不完善,存在相位偏差,就容易造 成错误判决,称为相位模糊。 成错误判决,称为相位模糊。如果本地参考载 波倒相,则判决器输出数字信号全错, 波倒相,则判决器输出数字信号全错,与发送码 元完全相反,这种情况称为方向工作 方向工作。 元完全相反,这种情况称为方向工作。 2PSK的缺点 容易产生相位模糊, 的缺点： 2PSK的缺点：容易产生相位模糊,造成方向 工作。 工作。 3.2DPSK信号的产生与解调 3.2DPSK信号的产生与解调 1)2DPSK信号的产生 两种思路) 信号的产生( 1)2DPSK信号的产生(两种思路) 1.绝对码 相对相移—产生 1.绝对码 {an} —相对相移 产生2DPSK 相对相移 产生2DPSK 2.相对码 绝对相移—产生 2.相对码 bn = bn −1 ⊕ an —绝对相移 产生2DPSK 绝对相移 产生2DPSK
与产生2ASK信号的方法比较, 与产生2ASK信号的方法比较,只是对 S (t ) 要求 2ASK信号的方法比较 不同,因此2PSK 2PSK信号可以看作是双极性基带信 不同,因此2PSK信号可以看作是双极性基带信 号作用下的调幅信号。 号作用下的调幅信号。 (2)相位选择法 (2)相位选择法 控制门电路, 用数字基带信号S (t ) 控制门电路,选择不同相 位的载波输出。 位的载波输出。