调制解调基本原理解析
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SPM t cos c t K p mt
分为模拟相位调制 PM 和数字相位调制（相 移键控PSK、DPSK），如图4-2所示。
mt
t
S PM t
1 1 数字 信号
0 0 1 0
0
2PSK t
(a) PM
2009 Copyright 中国矿业大学
(b) 2PSK
李世银
B2 PSK B2 DPSK 2 f s
2009 Copyright 中国矿业大学 李世银
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FDM
绝对码 1
0
0
1
1
1
0
2PSK
载 波 0相位
这种用载波不同相位直接去表示相应 数字信息的相位键控，常称为绝对移相。
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10
调制
Communication
2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
2PSK信号的 产生过程
a. 2PSK 模拟调制
可以直接采用模拟调制方法。
S 2 PSK t
鉴相器 BPF 本地载波 LPF 判决 定时脉冲 数据 输出
2009 Copyright
中国矿业大学
李世银
12
图
Communication
2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
发送数据 1
0
0
1
1
1
0
2PSK 载波
相乘输出 低通输出
判决输出
1
0
0
1
李世银
1
1
13
0
载波反相
2009 Copyright
cos c t 发"1" "0" 相 cos c t 发"1" " " 相
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9
波形
Communication
Ch4 调制解调
受键控的载波相位按 “1” 0 相位 基带脉冲而改变的数字调 如， “0” 制方式。 相位
中国矿业大学 李世银
8
表达式
2009 Copyright
Communication
Ch4 调制解调
当基带数字信号采用幅度为 1宽度为 TS的矩 形脉冲的双极性非归零码表示时，时域表示式为
S 2 PSK ( t ) an g(t nTs ) cos c t n
1 , 以 P an 1 , 以 1 P
20
相干解调波形
Communication
2DPSK系统的原理
Ch4 调制解调
发送数据 0
1
0
1
0
0
1
2DPSK 载波
相乘输出 低通输出
判决输出 差分输出
1 1
0 0
0
中国矿业大学
1 1
1 0
1 0
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0 1
载波反向时
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李世银
Communication
2PSK系统的原理
双极性 不归零
S t
cos C t
S2 PSK t
b. 2PSK 键控调制
载波 移相
0
S t
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S2 PSK t
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解调
Communication
2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
2PSK信号相干解调
由于绝对移相方式是以某一相位作为基准 的，因此解调时在接收端也必须有同样一个固 定基准相位作为参考。即采用相干解调
6
频率调制
Communication Ch4 调制解调 S M t A t cos c t t 已调信号的瞬时频率偏移随基带信号比例变化时， 我们称之为频率调制。即 d t
t K f mt , 或 t K f mt dt
B. 提高信道的利用率
Ch4 调制解调
以无线电广播的中波波段为例：可用波 段范围为 530KHz~1600KHz，而语音信号 的频率范围为 300~3400Hz ，经调制后每一 300 个广播电台频道的带宽为9K。 只传输一路信号。 浪费！！ 530KHz
9000
1600KHz
这一中波波段中就均匀分布着多个电台!!!
载波通信、短波无线电话通信
立体声广播 电视广播、传真 微波中继、卫星通信、广播 中间调制方式 数据传输 数据传输 数据传输 数字微波、空间通信 中间调制方式、遥测
正弦 波调 制
数字调 制 脉冲模 拟调制
中间调制方式
遥测、光纤传输 市话中继线、卫星、空间通信 军用、民用数字电话 电视电话、图像编码 中继数字电话 4
中国矿业大学
Communication
2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
发送数据 1
0
0
1
1
1
0
2PSK 载波
相乘输出 低通输出
判决输出
0
1
1
0
李世银
0
0
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1
反向工作现象
2009 Copyright
中国矿业大学
Communication
4.3.3 2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
由于绝对移相方式是以某一相位作为 基准的，因此解调时在接收端也必须有同 样一个固定基准相位作为参考。 一旦接收端参考相位发生变化，则恢 复出的数字信息也会出现 0 和 1 的反转，从 而导致接收端错误接收。
1 , 以 P S 2 PSK ( t ) a n g( t nTs ) cos c t an 1 , 以 1 P n
数学表达式形式上完全一样，只是an的取值不同。 因此，参照2ASK功率谱可得到2PSK信号功 率谱也只是基带数字信号频谱的线性搬移。
如：
3 10 8 5 4 f 3 KHz , 10 m , l 10 m 3 3 10 3 10 8 f c 30 MHz , 10m , l 1m 7 3 10
B. 提高信道的利用率
2009 Copyright
中国矿业大学Байду номын сангаас
李世银
2
Communication
上述即为频分复用，它是通过采用不同载波频率的调 制完成的。
3. 调制的分类
2009 Copyright
中国矿业大学
李世银
3
Communication
Ch4 调制解调
调制方式 用途举例
广播
（3）调制的分类
模拟调 制
常规双边带调幅AM 单边带调制SSB 双边带调制DSB 残留边带调制VSB 频率调制FM 相位调制PM 振幅键控ASK 频移键控FSK 相移键控PSK、DPSK 其他高效调制QAM、MSK等 脉幅调制PAM 脉宽调制PDM 脉位调制PPM 脉码调制PCM 增量调制DM 差分脉码调制DPCM ADPCM等其他方式 中国矿业大学
1 t t t t 0 1 1 0
t t
模拟调制
2009 Copyright
数字调制
中国矿业大学 李世银
5
相位调制
Communication Ch4 调制解调 S M t At cosc t t
如果已调信号的瞬时相位偏移随基带信号比 例变化时，我们称之为相位调制。即 t K p mt
Communication
4 调制解调原理
4.1 概 述
Ch4 调制解调
信源输出的消息信号一般具有从零频开始的 较宽频谱，而且在频谱的低端分布较大能量， 所以称为基带信号，不宜直接在信道中传输。 为便于传输、提高抗干扰能力和有效利用带 宽，通常需要通过调制将信号的频谱搬移到适 合信道和噪声特性的频率范围内进行传输。 在通信系统的接收端对已调信号进行解调， 恢复出原来的消息。
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1
Communication
Ch4 调制解调
（2）调制的必要性/目的 ?
A. 便于发送 对无线传输信号而言，信号需要通过发射 天线发送出去。根据天线理论，发射天线的尺 度与信号的波长满足一定的关系式时，信号才 能得到有效的发射。即 c l f 10
李世银
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调制过程
Communication 绝对码 1
Ch4 调制解调
0 0
0 0
1 1
1 0
1 1
0 1
相对码
载 波 0相位
0
2DPSK
0
相位 相位
0 2 PSK规则进行调 对相对码按
2009 Copyright
相对码“ 1” 相对码“0”
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调制方法
中国矿业大学
李世银
Communication
S22DPSK tt PSK
b’. 2DPSK b. 2PSK 键控调制 键控调制
0
差分码变换 St
中国矿业大学
S2S t PSK 2 DPSK t
李世银
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解调
S t
2009 Copyright
Communication
2DPSK系统的原理
Ch4 调制解调
3）2DPSK信号解调
数字信息"1" 相位变化： 0 数字信息"0"
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波形
Communication
4.3.3 2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
绝对码 1
0
0
1
1
1
0
2PSK
载 波 0相位
2DPSK
0
2009 Copyright
中国矿业大学
Ch4 调制解调
发送数据 0
1
0
1
0
0
1
2DPSK 载波
相乘输出
低通输出
判决输出 差分输出
0 1
1
1 0
0 1
0 0
李世银
0 0
22
1 1
功率谱
2009 Copyright
中国矿业大学
Communication
2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
4）2PSK功率谱特性
1 , 以 P S 2 ASK ( t ) a n g( t nTs ) cos c t an 0 , 以 1 P n
S2 S tt 2PSK DPSK
鉴相器
BPF 本地载波
可采用相干解调和差分相干解调法
LPF
判决 定时脉冲
数据 码 (反 ) 相对码 输出 变换
数据
输出
(a) 相干解调
S 2 DPSK t
BPF 延迟TS
LPF
判决 定时脉冲
数据 输出
(b) 差分相干解调
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an 0, 概率为1 P
cos c t K p , a n 1,以概率P 1 P cos c t , a n 0 ,以概率
当相移常数Kp=π时，
cosc t , a n 1, 以概率P S 2 PSK t cosc t , a n 0, 以概率1 P
t S FM t cos c t K f m d 根据基带信号 m(t) 不同分为模拟相位调制 FM 和数字 频率调制（频移键控FSK），如图所示。 mt 1 1 0 1 数字 0
信号 t
S FM t
t
2FSK
t
(a) FM
调制原理
脉冲 调制 脉冲数
字调制
2009 Copyright
李世银
Communication
Ch4 调制解调
S M t At cosc t t 如果为φ(t)常数，A(t)随m(t)成比例变化，则 称为幅度调制。 根据基带信号不同分为模拟幅度调制和数字 幅度调制（振幅键控ASK），如图4-1所示。
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(b) 2FSK
李世银
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幅度调制
Communication
4.3.3 二进制相移键控
1）2PSK调制原理
1, mt an g t nTs 0, an 1, 概率为P
Ch4 调制解调
S 2 PSK t cos c t K p mt
4.3.3 2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
相对调相信号 首先对数字基带信号进行差分编码 的 产 生 过 程 即由绝对码变为相对码，然后再进
行绝对调相。也可以直接采用模拟调制方法。 a.2DPSK 2PSK S t 差分 a’. 模拟调制 模拟调制 码变换 载波 移相
双极性 差分码 不归零
cos C t
这种现象通常称为2PSK的“倒” 现象或“反向工作”现象。
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2DPSK
Communication
4.3.3 2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
2）2DPSK（差分相移键控）
利用前后相邻码元载波的相对相位表示数 字信息的调制方式。即用载波相位相对变化传 送数字信息，所以又称为相对调相。 令为当前码元初相与前一码元初相之差， 则2DPSK调制的一种规则为
分为模拟相位调制 PM 和数字相位调制（相 移键控PSK、DPSK），如图4-2所示。
mt
t
S PM t
1 1 数字 信号
0 0 1 0
0
2PSK t
(a) PM
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(b) 2PSK
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B2 PSK B2 DPSK 2 f s
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FDM
绝对码 1
0
0
1
1
1
0
2PSK
载 波 0相位
这种用载波不同相位直接去表示相应 数字信息的相位键控，常称为绝对移相。
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调制
Communication
2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
2PSK信号的 产生过程
a. 2PSK 模拟调制
可以直接采用模拟调制方法。
S 2 PSK t
鉴相器 BPF 本地载波 LPF 判决 定时脉冲 数据 输出
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图
Communication
2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
发送数据 1
0
0
1
1
1
0
2PSK 载波
相乘输出 低通输出
判决输出
1
0
0
1
李世银
1
1
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0
载波反相
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cos c t 发"1" "0" 相 cos c t 发"1" " " 相
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波形
Communication
Ch4 调制解调
受键控的载波相位按 “1” 0 相位 基带脉冲而改变的数字调 如， “0” 制方式。 相位
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表达式
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Communication
Ch4 调制解调
当基带数字信号采用幅度为 1宽度为 TS的矩 形脉冲的双极性非归零码表示时，时域表示式为
S 2 PSK ( t ) an g(t nTs ) cos c t n
1 , 以 P an 1 , 以 1 P
20
相干解调波形
Communication
2DPSK系统的原理
Ch4 调制解调
发送数据 0
1
0
1
0
0
1
2DPSK 载波
相乘输出 低通输出
判决输出 差分输出
1 1
0 0
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1 1
1 0
1 0
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0 1
载波反向时
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Communication
2PSK系统的原理
双极性 不归零
S t
cos C t
S2 PSK t
b. 2PSK 键控调制
载波 移相
0
S t
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S2 PSK t
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解调
Communication
2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
2PSK信号相干解调
由于绝对移相方式是以某一相位作为基准 的，因此解调时在接收端也必须有同样一个固 定基准相位作为参考。即采用相干解调
6
频率调制
Communication Ch4 调制解调 S M t A t cos c t t 已调信号的瞬时频率偏移随基带信号比例变化时， 我们称之为频率调制。即 d t
t K f mt , 或 t K f mt dt
B. 提高信道的利用率
Ch4 调制解调
以无线电广播的中波波段为例：可用波 段范围为 530KHz~1600KHz，而语音信号 的频率范围为 300~3400Hz ，经调制后每一 300 个广播电台频道的带宽为9K。 只传输一路信号。 浪费！！ 530KHz
9000
1600KHz
这一中波波段中就均匀分布着多个电台!!!
载波通信、短波无线电话通信
立体声广播 电视广播、传真 微波中继、卫星通信、广播 中间调制方式 数据传输 数据传输 数据传输 数字微波、空间通信 中间调制方式、遥测
正弦 波调 制
数字调 制 脉冲模 拟调制
中间调制方式
遥测、光纤传输 市话中继线、卫星、空间通信 军用、民用数字电话 电视电话、图像编码 中继数字电话 4
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Communication
2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
发送数据 1
0
0
1
1
1
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2PSK 载波
相乘输出 低通输出
判决输出
0
1
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0
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1
反向工作现象
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Communication
4.3.3 2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
由于绝对移相方式是以某一相位作为 基准的，因此解调时在接收端也必须有同 样一个固定基准相位作为参考。 一旦接收端参考相位发生变化，则恢 复出的数字信息也会出现 0 和 1 的反转，从 而导致接收端错误接收。
1 , 以 P S 2 PSK ( t ) a n g( t nTs ) cos c t an 1 , 以 1 P n
数学表达式形式上完全一样，只是an的取值不同。 因此，参照2ASK功率谱可得到2PSK信号功 率谱也只是基带数字信号频谱的线性搬移。
如：
3 10 8 5 4 f 3 KHz , 10 m , l 10 m 3 3 10 3 10 8 f c 30 MHz , 10m , l 1m 7 3 10
B. 提高信道的利用率
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Communication
上述即为频分复用，它是通过采用不同载波频率的调 制完成的。
3. 调制的分类
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Communication
Ch4 调制解调
调制方式 用途举例
广播
（3）调制的分类
模拟调 制
常规双边带调幅AM 单边带调制SSB 双边带调制DSB 残留边带调制VSB 频率调制FM 相位调制PM 振幅键控ASK 频移键控FSK 相移键控PSK、DPSK 其他高效调制QAM、MSK等 脉幅调制PAM 脉宽调制PDM 脉位调制PPM 脉码调制PCM 增量调制DM 差分脉码调制DPCM ADPCM等其他方式 中国矿业大学
1 t t t t 0 1 1 0
t t
模拟调制
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相位调制
Communication Ch4 调制解调 S M t At cosc t t
如果已调信号的瞬时相位偏移随基带信号比 例变化时，我们称之为相位调制。即 t K p mt
Communication
4 调制解调原理
4.1 概 述
Ch4 调制解调
信源输出的消息信号一般具有从零频开始的 较宽频谱，而且在频谱的低端分布较大能量， 所以称为基带信号，不宜直接在信道中传输。 为便于传输、提高抗干扰能力和有效利用带 宽，通常需要通过调制将信号的频谱搬移到适 合信道和噪声特性的频率范围内进行传输。 在通信系统的接收端对已调信号进行解调， 恢复出原来的消息。
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1
Communication
Ch4 调制解调
（2）调制的必要性/目的 ?
A. 便于发送 对无线传输信号而言，信号需要通过发射 天线发送出去。根据天线理论，发射天线的尺 度与信号的波长满足一定的关系式时，信号才 能得到有效的发射。即 c l f 10
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调制过程
Communication 绝对码 1
Ch4 调制解调
0 0
0 0
1 1
1 0
1 1
0 1
相对码
载 波 0相位
0
2DPSK
0
相位 相位
0 2 PSK规则进行调 对相对码按
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相对码“ 1” 相对码“0”
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调制方法
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Communication
S22DPSK tt PSK
b’. 2DPSK b. 2PSK 键控调制 键控调制
0
差分码变换 St
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解调
S t
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2DPSK系统的原理
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3）2DPSK信号解调
数字信息"1" 相位变化： 0 数字信息"0"
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波形
Communication
4.3.3 2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
绝对码 1
0
0
1
1
1
0
2PSK
载 波 0相位
2DPSK
0
2009 Copyright
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Ch4 调制解调
发送数据 0
1
0
1
0
0
1
2DPSK 载波
相乘输出
低通输出
判决输出 差分输出
0 1
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1 0
0 1
0 0
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0 0
22
1 1
功率谱
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2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
4）2PSK功率谱特性
1 , 以 P S 2 ASK ( t ) a n g( t nTs ) cos c t an 0 , 以 1 P n
S2 S tt 2PSK DPSK
鉴相器
BPF 本地载波
可采用相干解调和差分相干解调法
LPF
判决 定时脉冲
数据 码 (反 ) 相对码 输出 变换
数据
输出
(a) 相干解调
S 2 DPSK t
BPF 延迟TS
LPF
判决 定时脉冲
数据 输出
(b) 差分相干解调
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an 0, 概率为1 P
cos c t K p , a n 1,以概率P 1 P cos c t , a n 0 ,以概率
当相移常数Kp=π时，
cosc t , a n 1, 以概率P S 2 PSK t cosc t , a n 0, 以概率1 P
t S FM t cos c t K f m d 根据基带信号 m(t) 不同分为模拟相位调制 FM 和数字 频率调制（频移键控FSK），如图所示。 mt 1 1 0 1 数字 0
信号 t
S FM t
t
2FSK
t
(a) FM
调制原理
脉冲 调制 脉冲数
字调制
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Communication
Ch4 调制解调
S M t At cosc t t 如果为φ(t)常数，A(t)随m(t)成比例变化，则 称为幅度调制。 根据基带信号不同分为模拟幅度调制和数字 幅度调制（振幅键控ASK），如图4-1所示。
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(b) 2FSK
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幅度调制
Communication
4.3.3 二进制相移键控
1）2PSK调制原理
1, mt an g t nTs 0, an 1, 概率为P
Ch4 调制解调
S 2 PSK t cos c t K p mt
4.3.3 2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
相对调相信号 首先对数字基带信号进行差分编码 的 产 生 过 程 即由绝对码变为相对码，然后再进
行绝对调相。也可以直接采用模拟调制方法。 a.2DPSK 2PSK S t 差分 a’. 模拟调制 模拟调制 码变换 载波 移相
双极性 差分码 不归零
cos C t
这种现象通常称为2PSK的“倒” 现象或“反向工作”现象。
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2DPSK
Communication
4.3.3 2PSK系统的原理
Ch4 调制解调
2）2DPSK（差分相移键控）
利用前后相邻码元载波的相对相位表示数 字信息的调制方式。即用载波相位相对变化传 送数字信息，所以又称为相对调相。 令为当前码元初相与前一码元初相之差， 则2DPSK调制的一种规则为