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1、一、基本原理 1.表示式:式中,或6.4 二进制相移键控(2PSK)12.例:波形“1 0 1”整数个周期:图a和c相 位不连续; 多半个周期:图b和d相 位连续; 上述例子说明,相邻码 元的相位是否连续与相 邻码元的初始相位是否 相同不可混为一谈。 只有当一个码元中包含 有整数个载波周期时, 相邻码元边界处的相位 跳变才是由调制引起的 相位变化。TTT“1”“1”“0”(c)(d)TTT(a)(b)“1”“0”“1”6.4 二进制相移键控(2PSK)基本原理26.4 二进制相移键控(2PSK)基本原理3.产生方法 (1)相乘法: 用二进制基带不归零矩形脉冲信号A(t)去和载 波相乘。33.产
2、生方法 (2)选择法:用开关电路去选择相位相差的同频载波。6.4 二进制相移键控(2PSK)基本原理44.解调方法 必须采用相干接收法。难点:第一,难于确定本地载波的相位 因有 分频器的相位不确定性、信道不稳定性。第二,信号波形长时间地为连续的正(余 )弦波形时,使在接收端无法辨认码元的起止时刻。 解决办法:采用差分相移键控(DPSK)体制。 本地载波 提取带通滤波低通滤波相 乘抽样判决V(t)6.4 二进制相移键控(2PSK)基本原理5二、功率谱密度由2PSK信号码元的表示式 可知,它是一个特殊的2ASK信号,其振幅分别取A和-A。 信号码元随机序列仍可以用2ASK信号的表示式 表示:式中,
3、为了简化公式书写,不失一般性,下面令A = 1 。6.4 二进制相移键控(2PSK)66.4 二进制相移键控(2PSK)功率谱密度直接由2ASK信号功率谱密度计算公式:式中,对于2PSK信号,g(t) = -g(t) ,G1(f) = - G2(f),因此上式变为7当 “1”和“0”出现概率相等时,P = 1/2,上式变为,代入上面Ps(f)式,得到上式中没有离散频率分量。 不能直接从 接收信号中用滤波方法提取载波频率。 6.4 二进制相移键控(2PSK)功率谱密度86.4 二进制相移键控(2PSK)功率谱密度矩形脉冲的频谱为 代入上式:得到2PSK信号功率谱密度的最终表示式 92PSK和2A
4、SK信号功率谱密度比较2ASK信号的功率谱密度:2PSK信号的功率谱密度:两者带宽相同2PSK信号没有离散分量(f + f0)+(f - f0)6.4 二进制相移键控(2PSK)功率谱密度10(a) 2ASK信号的功率谱密度(b) 2PSK信号的功率谱密度6.4 二进制相移键控(2PSK)功率谱密度11 2PSK和2ASK信号波形关系A2AA(a) 2ASK(c) 载波(b) 2PSK6.4 二进制相移键控(2PSK)功率谱密度126.4 二进制相移键控(2PSK)三、误码率抽样判决电压为 本地载 波提取带 通 滤 波低 通 滤 波相 乘抽 样 判 决V(t )13将“0”错判为“1”的概率等
5、于 将“1”错判为“0”的概率等于 由于现在Pe0 = Pe1,总误码率为 图中左部阴影的面积等于:因此,总误码率等于: 或0A-APe0Pe1V6.4 二进制相移键控(2PSK)误码率146.4 二进制相移键控(2PSK)误码率在相干检测条件下,为了得到相同的误码率, 2FSK的功率需要比2PSK的功率大3 dB;而2ASK 则需大6 dB。2ASK2FSK2PSK 三种调制方式的无码率比较:返回 15例:设发送的二进制信息为111010011,采用2PSK方 式传输。已知码元传输速率为2400Baud,载波频率 为4800Hz:(1)试画出2PSK信号的时间波形;(2)若采用相干解调方式进
6、行解调,试画出各点 时间波形;(3)若发送信息“0”和“1”的概率相等,试画 出2PSK信号频谱结构示意图,并计算其带宽。6.4 6.4 二进制相移键控二进制相移键控(2PSK)(2PSK)本地载波 提取带通滤波低通滤波相 乘抽样判决dabce16一、基本原理2DPSK-相对相移键控2PSK-绝对相移键控 1.表示式 设为当前码元和前一码元的相位之差:则,信号可以表示为 式中,02f0为载波的角频率; 为前一码元的相位。6.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控(2DPSK)(2DPSK)17例:可以看出:初相不同,相同的基带码元序列的相位 也可不同,即,码元的相位并不直接代表基带信
7、号 ; 相邻码元的相位差才代表基带信号。0 0 0 0 0 0 0 0 0 2DPSK码元相位( + )0初始相位 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 11 1 1 0 0 1 1 0 1 基带信号6.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控(2DPSK)(2DPSK)182.矢量图A方式:可能长时间无相位突跳点 B方式:相邻码元之间必定有相位突跳。 00 0 / 2- / 2参考相位参考相位(a)A方式 (b) B方式6.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控基本原理193.间接法产生2DPSK信号 从接收码元观察:不能区分2DPSK和2PSK信号 若码
8、元相位为:(0) 0 0 0 发2DPSK信号时: A = 1 1 1 0 0 1 1 0 1 发2PSK信号时: B = 1 0 1 1 1 0 1 1 0 (1 ) 若将待发送的序列A,先变成序列B,再对载波进行2PSK调制 ,结果和用A直接进行2DPSK调制一样: 基带序列: A = 1 1 1 0 0 1 1 0 1(绝对码) 变换后序列:B = (0)1 0 1 1 1 0 1 1 0(相对码) 2PSK调制后的相位: (0) 0 0 0 变换规律: 绝对码元“1” 使相对码元改变; 绝对码元“0” 使相对码元不变。 6.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控基本原理20变
9、换方法:用一个双稳态触发器 间接法2DPSK信号调制器原理方框图码变换器 (双稳触发器)绝对码相对码A(t)载波移相s(t)码变换6.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控基本原理214.2DPSK信号的解调 (1)相位比较法:缺点:对于延迟单元的延时精度要求很高,较难作到。s 0(t)相 乘带通滤波低通滤波抽样判决V(t)延迟Ts(t )A(t)s1(t )6.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控基本原理226.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控基本原理(2)相干解调法:先把接收信号当作绝对相移信号进行相干解调, 解调后是相对码,再将此相对码作逆码变换,还
10、原成绝对码。 本地载 波 提 取相 乘带 通滤 波低 通滤 波抽 样 判 决逆 码 变 换23逆码变换器脉冲展宽逆码变换器微分整流cbabc 1 1 1 0 0 1 1 0 1(绝对码)a (0) 1 0 1 1 1 0 1 1 0(相对码)(a) 原理方框图(b) 波形图6.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控基本原理246.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控(2DPSK)(2DPSK)二、功率谱密度接收信号是2DSK还是2PSK体制的,单从接 收端看是区分不开的。2DPSK信号的功率谱密度和2PSK信号的功 率谱密度完全一样。25三、误码率1.相位比较法的误码率:
11、相位比较的相邻码元都含有噪声。设连续接收两个码元“00”,则有式中,s0(t) 前一接收码元经延迟后的波形;s1(t) 当前接收码元波形。6.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控(2DPSK)(2DPSK)s 0(t)相 乘带通滤波低通滤波抽样判决V(t)延迟Ts(t )A(t)s1(t )266.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控误码率这两个码元,经过相乘和低通滤波后,得到规则判决: 若V 0,则判为“0”,即接收正确; 若V 0,则判为“1”,即接收错误。 所以,在当前发送码元为“0”时,错误接收 概率等于27利用恒等式上式可以改写为 或者写为: 式中,6.5 6
12、.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控误码率286.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控(2DPSK)(2DPSK) 6.5.3 误码率 服从广义瑞利分布: 服从瑞利分布:29经计算得:其中:当发送码元“1”时,误码率相同,故有 总误码率为6.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控- -误码率302.相干解调(极性比较)法由上图可见,解调过程的前半部分和相干解调方法的 完全一样,故现在只需考虑由逆码变换器引入的误码率 。 6.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控误码率本地载 波 提 取相 乘带 通滤 波低 通滤 波抽 样 判 决逆 码 变 换31逆码变换规
13、律: 无误码时:输出绝对码元是相邻两个相对码元取值的模“2”和。 有1个误码时:将产生两个误码 有2个误码时:仍将产生两个误码 有一串误码时:仍将产生两个误码1 1 1 0 0 1 1 0 1 (绝对码 )(0) 1 0 1 1 1 0 1 1 0 (相对码)1 1 0 0 1 1 1 0 1 (绝对码)(0) 1 0 0 0 1 0 1 1 0 (相对码)1 1 0 1 0 1 1 0 1(绝对码)(0) 1 0 0 1 1 0 1 1 0(相对码)1 1 0 0 0 1 1 0 0 (绝对码)(0) 1 0 0 0 0 1 0 0 0(相对码)(a) 无误码时(b) 有1个误码时(c) 有
14、2个误码时(d) 有一串误码时6.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控误码率32由逆码变换器引入的误码率设:Pn 逆码变换器输入n个连续错码的概率,Pe 逆码变换器输出端的误码率,则有Pn是刚好连续n个码元出错的概率。这意味着,在这出错码元串 外两端的相邻码元必须是无错的码元, 式中,Pe为逆码变换器输入信号的误码率。将上式代入Pe 表示 式,得到:6.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控(2DPSK)(2DPSK) 6.5.3 误码率336.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控(2DPSK)(2DPSK)误码率经计算得到:其中,Pe为逆码变换器输出端的误码率;Pe为逆码变换器输入端的误码率。 当Pe很小时, 当Pe很大时,即Pe1/2时, 所以,Pe和Pe之比在2与1之间变化,且Pe 总是大于Pe,也就是说,逆码变换器总是使误码 率增大。34相干解调(极性比较)法的最终误码率 将2PSK信号相干解调时的误码率公式 代入得到或当Pe很小时,有 6.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控误码率356.5 6.5 二进制差分相移键控二进制差分相移键控- -误码率【例6.3】假设要求以1Mb/s的速率用2DPS