(完整版)相位调制系统
- 格式:doc
- 大小:383.51 KB
- 文档页数:55
相位⽣成载波(PGC)调制与解调讲解相位⽣成载波(PGC )调制与解调⼀、 PGC 调制⼲涉型光纤传感器的解调⽅法⽬前主要有:相位⽣成载波解调法、光路匹配差分⼲涉法、差分时延外差法。
由于相位⽣成载波解调信号有动态范围⼤、灵敏度⾼、线性度好、测相精度⾼等优点,是⽬前光纤传感⼲涉领域⼯程上较为实⽤的解调⽅法。
[1]相位⽣成载波的调制分为外调制和内调制。
外调制⼀般采⽤压电陶瓷(PZT )作为相位调制器,假设调制信号频率为ω0 ,幅度为C ,调制信号可以表⽰为(1)式:0(t)cos(t)C φω= (1)则光纤⼲涉仪的输出的信号可表⽰为(2)式:00cos[(t)(t)]cos[cos(t)(t)]s s I A B A B C φφωφ=++=++ (2)式中,A 为直流量, B 为⼲涉信号幅度。
s (t)Dcos(t)(t)s φωψ=+,其中,?s (t) 不仅包含了待测信号D cos ωs t ,还包括了环境噪声引起的相位变化ψ(t)。
将(2)式按 Bessel 函数展开,得到(3)式[2]:k k 02k 02k 1010J (C)2(1)J (C)cos 2k t cos (t)2(1)J (C)cos(2k 1)t sin (t)s s k k I A B ωφωφ∞∞+===++---+??∑∑ (3)⼆、 PGC 解调微分交叉相乘(differential and cross —multiply ,DCM )算法和反正切算法是两种传统的 PGC 解调算法,此外,⽂献[1]中还介绍了三倍频DCM 算法,基频混频PGC 算法,基于反正切算法和基频混频算法的改进算法,反正切-微分⾃相乘算法(Arctan-DSM )算法。
下⾯分别介绍DCM 算法和反正切算法。
2.1 微分交叉相乘(DCM )算法 DCM 算法的原理图如图1所⽰:图1 DCM 算法原理图输⼊的⼲涉信号I 分别与基频信号10cos S G t ω=和⼆倍频信号20cos 2S H t ω=进⾏混频,再通过低通滤波器滤除⾼频成分,可以得到信号的正弦项(5)式和余弦项(6)式:1s (t)(C)sin (t)I BGJ φ=- (5) 2s Q(t)(C)cos (t)BHJ φ=- (6)I(t) 、Q(t) 含有外界⼲扰,还不能直接提取待测信号,再通过微分交叉相乘(DCM )⽅法得到两个正交信号的平⽅项,利⽤sin 2?s + cos 2?s = 1消除正交量,得到微分量(7)式:212s '(C)J (C)'(t)V B GHJ φ= (7)经过积分运算再通过⾼通滤波器滤除缓慢变化的环境噪声,最终得到的解调信号为得到(8)式:[]2212s 12s (C)J (C)(t)(C)J (C)Dcos(t)(t)V B GHJ B GHJ φωψ==+ (8)相位噪声项ψ(t) 通常情况下为缓变信号,将V 通过⾼通滤波器滤除相位噪声,就可以得到待测信号,实现传感信号的解调(9)式。
卫星通信仿真作业BPSK调制/解调系统及性能分析1、实验原理1.1 BPSK调制原理BPSK(binary phase shift keying)二进制移相键控,作为一种数字调制方式,用已调信号载波的0°和180°分别表示二进制数字基带信号的1和0。
BPSK信号的时域表达式为e BPSK=[∑a n g(t−nT s)]cosωc tn其中的a n为双极性码,取值为±1。
这样的话,当发送的码元为+1时,输出波形的初始相位为0;而当发送码元为-1时,输出波形的初始相位为180°。
1.2 BPSK解调原理BPSK解调有两种方式,一种是相干解调,一种是非相干解调,即差分解调。
1.2.1 相干解调相干解调的基本原理是将BPSK调制信号直接与载波进行相乘,然后通过低通滤波器进行滤波,最终进行抽样判决即可。
1.2.2 差分解调差分解调不能直接应用与BPSK,它是对DPSK调制的一种解调方式。
而要进行差分解调,首先对输入信源进行DPSK调制。
要进行DPSK调制,首先要对输入码元进行码形变换,然后对变换后的码元进行BPSK 调制即可。
而对输入码元进行码形变换就是将输入的绝对码变换为相对码。
它们之间的关系可由公式导出ân+1=ân⨁a n其中a n为原信源码元,ân为差分编码后的变换码元。
差分解调的过程是将DPSK调制后的波形与它做一个码元宽度时间延迟后的波形进行相乘,然后通过低通滤波器进行滤波,最终进行抽样判决。
1.3 BPSK调制解调系统整体框图1.4 DPSK调制解调系统整体框图输入码元2、 实验过程2.1 BPSK 系统的调制/解调全过程 2.1.1 参数设定 在对BPSK 系统调制解调全过程的仿真时,设定如下参数: 码元长度:10 采样率:100倍码元速率,也就是一个码元采样100个点 信号比:7dB (也就是噪声的增益为0.1) 波形成型滤波器参数:使用升余弦滤波器,滚降系数0.5。
无线通信系统中的调制解调基础(二):相位调制作者:Ian PooleAdrio Communications Ltd第二部分解释了相移键控(PSK)的多种形式,包括双相相移键控(BPSK),四相相移键控(QPSK),高斯滤波最小相移键控(GMSK),和目前流行的正交幅度调制(QAM)。
第一部分解释了调幅(AM)和调频(FM)技术,并介绍了其优点和缺点。
第三部分将会介绍直接序列扩频(DSSS)技术和正交频分复用(OFDM)调制技术。
调相相位调制是另一种广泛采用的调制技术,特别是在数据传输的应用中。
因为相位和频率是相辅相成的(频变是相变的一种形式),两种调制方法可以用角度调制(angle modulation)来概括。
为了解释调相如何工作,我们首先要对相位做出解释。
一个无线信号包涵了一个正弦信号的载波,幅度从正到负程波浪形变化,一个周期后回到零点,这个同样可以由一个围绕一个零点旋转的一个点来表示,如图3-13所示,相位就是终点到起点的角度。
调相改变了信号的相位,换句话来说,图中绕着原点旋转的点的位置会改变,要实现这个效果既是要在短时间内改变信号的频率。
所以,当进行相位调制的时候会产生频率的改变,反之亦然。
相位和频率是密不可分的,因为相位就是频率的积分,频率调制可以通过简单的CR网络转变成相位调制。
因此,相位调制与频率调制信号的边带、带宽具有异曲同工的效果,我们必须留意这个关系。
相移键控相位调制可以用来传输数据,而相移键控是很常用的。
PSK在带宽利用率上有很多优势,在许多移动电话无线通信的应用中广为采用。
最基本的PSK方法被称作双相相移键控(BPSK),有时也称作反向相位键控(PRK)。
一个数字信号在1和0之间改变(或表述为1和-1),这样形成了相位反转,就是180°的相移,如图3-14。
双相相移键控(BPSK)PSK的一个问题是接收机不能精确的识别传输的信号,来判定是mark(1)还是space (0),即使发射机和接收机的时钟同步也很难实现,因为传输路径会决定接受信号的精确相位。
相位调制锁模的主方程全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:相位调制锁模(PLL)是一种常见的控制系统,用于将输入信号与本地振荡器同步。
这种技术被广泛应用于通信系统、雷达系统、数字时钟等领域。
相位调制锁模通过调节本地振荡器的频率和相位,使其与输入信号保持在一定的相位关系,从而实现信号的锁定和跟踪。
相位调制锁模的主要功能是实现频率和相位的同步。
在信号处理过程中,输入信号的频率和相位可能会发生变化,这就需要通过控制本地振荡器的频率和相位来实现信号的同步。
相位调制锁模可以实现信号的同步和跟踪,提高系统的性能和稳定性。
相位调制锁模的主要方程可以表示为:\Phi(t) = K_P \cdot \Delta\theta(t) + K_I \cdot \int_0^t\Delta\theta(\tau) d\tau + K_D \cdot \frac{d\Delta\theta(t)}{dt}\Phi(t)表示PLL的输出信号相位,\Delta\theta(t)表示输入信号相位和本地振荡器相位之间的差距,K_P、K_I、K_D分别表示比例、积分和微分系数。
这个方程描述了相位调制锁模的控制机制,通过调节控制系数K_P、K_I、K_D,可以实现对输入信号的同步跟踪。
相位调制锁模的工作原理主要分为两个步骤:锁定和跟踪。
在锁定阶段,PLL会迅速调整本地振荡器的相位和频率,使其与输入信号同步。
一旦锁定成功,PLL就会进入跟踪阶段,继续调节本地振荡器的相位和频率,以保持与输入信号的同步。
第二篇示例:相位调制锁模(PLL)是一种常用的信号同步技术,用于将输入信号的相位与一个参考信号进行对齐。
PLL广泛应用于通信、控制系统、数字信号处理等领域,在实际应用中有着重要的作用。
相位调制锁模的主要任务是调整输出信号的相位和频率,使其与输入信号的相位和频率同步。
相位调制锁模在数字通信系统中广泛应用,以确保传输的准确性和可靠性。
PLL系统通常包括相位检测器、环路滤波器、数字控制器和振荡器等组成部分。
相位调制原理
相位调制是一种数字通信技术,用于在传输信号中通过改变信号的相位来传递信息。
相位调制是一种广泛应用的调制技术,可以用于无线通信、光纤通信、卫星通信等各种通信系统中。
在相位调制中,信号的相位被调制成离散的状态,通常用不同的相位表示不同的数字或符号。
最常见的相位调制方法有二进制相移键控(BPSK)、四进制相移键控(QPSK)和八进制
相移键控(8PSK)等。
这些调制方法根据每个符号所代表的
相位数目来区分。
相位调制的原理是通过改变信号的相位来传递信息。
在发射端,通过将要传输的数字或符号转换成对应的相位,在每个符号间切换相位,将数字信息转换成模拟信号。
在接收端,通过解调器将接收到的信号转换成对应的数字或符号,从而还原出原始的信息。
相位调制的优点之一是它对噪声的抗干扰能力较强。
由于相位调制中每个符号对应的相位之间的差距较大,因此在接收端可以通过判断信号的相位来较容易地区分不同的符号,即使在存在噪声的情况下也能进行准确的译码。
在使用相位调制技术时,需要考虑到传输信号的带宽和功率的限制。
较高的调制阶数可以提高传输速率,但同时也会增加信号的带宽需求和功率消耗。
因此,在实际应用中需要根据具体的需求和资源限制来选择最适合的相位调制方案。
总的来说,相位调制是一种通过改变信号的相位来传递信息的调制技术。
它在数字通信领域具有重要的应用价值,可以实现高速、可靠的数据传输。
相位调制器的功能-概述说明以及解释1.引言1.1 概述:相位调制器是一种在通信系统中广泛使用的重要元件,用于调制和解调信号的相位。
通过改变信号的相位,可以实现对信号的传输和处理,从而实现更有效的通信。
相位调制器在无线通信、光通信、雷达、医学成像等领域都有着重要的应用。
本文将详细介绍相位调制器的定义、工作原理以及应用领域,以便读者更深入地了解相位调制器在通信系统中的重要性和作用。
1.2 文章结构文章结构部分将主要介绍本文的组织结构,以帮助读者更好地了解全文内容。
本文将分为引言、正文和结论三个部分。
1. 引言部分将从概述相位调制器的功能和重要性开始,然后介绍文章的结构和目的,为读者引入主题。
2. 正文部分将详细介绍相位调制器的定义、工作原理和应用,从理论上和实际应用中分析其功能和意义。
3. 结论部分将对相位调制器的重要性进行总结,展望未来相位调制器的发展方向,并得出结论。
通过这一结构,读者能够系统地了解相位调制器的功能及未来发展趋势,加深对该技术的理解和认识。
1.3 目的相位调制器作为一种重要的通信调制器件,其功能不仅在于改变信号的相位信息,还可以实现信号的传输、调制和解调等功能。
本文旨在深入探讨相位调制器的定义、工作原理和应用,并分析其在通信领域中的重要性。
通过对相位调制器的研究和认识,希望可以更好地理解其在通信系统中的作用,为今后的研究和应用提供参考和指导。
同时,文章还将展望相位调制器未来的发展方向,探讨其在通信技术领域中的应用前景,为相关研究和实践提供新的思路和启示。
通过深入了解相位调制器的功能和作用,可以更好地推动通信技术的发展,实现信息传输和交流的更高效、更稳定的方式。
2.正文2.1 相位调制器的定义相位调制器是一种电子器件,用于改变输入信号的相位。
在通信系统中,相位调制器可以调整不同信号的相位,以便在传输过程中实现数据的传输和接收。
相位调制器通常被用于调制载波信号,以便在信号传输中实现数据的传输。
qpsk调制解调QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) 是一种常用的数字调制和解调技术,用于在数字通信系统中传输数字信息。
它是一种相位调制方式,其中两个相位(0度和90度)分别代表两个比特的二进制0和1。
QPSK是一种高效的调制技术,能够有效地在有限的频谱资源中实现高达2倍的数据传输速率。
接下来,我们将详细介绍QPSK调制解调的原理、应用和一些相关的注意事项。
QPSK调制:QPSK调制使用正交信号分量来表示数字信息,其中两个正交分量分别称为I (In-phase) 和Q (Quadrature)。
正交分量的相位差为90度。
整个调制过程可以分为三个主要步骤:编码、映射和载波调制。
首先,将输入的数字信息进行编码,将每一个数字比特映射为一个复数符号。
通常使用二进制比特来表示数字信息,每两个比特对应一个符号。
例如,00表示符号0,01表示符号1,10表示符号2,11表示符号3。
接下来,使用映射表将编码后的符号映射到相应的相位值。
在QPSK调制中,我们有四个离散的相位值来表示不同的符号:0度、90度、180度和270度。
映射表将二进制比特对应到这四个相位值中的一个。
例如,00映射到0度相位,01映射到90度相位,以此类推。
最后,将映射后的符号与两个相位调制载波相乘。
通常,I分量与余弦载波相乘,Q分量与正弦载波相乘。
这样可以生成一个叠加了两个不同相位的调制信号。
QPSK解调:解调过程与调制过程相反。
首先,接收到的调制信号会经过信道传输,并且会受到一定的噪声干扰。
然后,解调器会对接收到的信号进行解调,以恢复原始的数字信息。
解调过程也可以分为三个主要步骤:载波同步、解调和解码。
首先,解调器需要进行载波同步,以找到接收信号中的两个正交相位信号。
这通常通过使用差分解调器和相位锁定环路等技术来实现。
通过比较接收信号中的两个正交分量的相位差,可以准确地恢复出原始信号的相位信息。
接下来,将解调后的信号映射回原始的二进制比特。
\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\第一章1.1 何谓通信系统?通信系统由哪几部分组成?答:用电信号(或光信号)传输信息的系统称为通信系统。
它由输入变换器、发送设备、传输信道、接收设备、输出变换器等组成。
1.2 无线电通信为什么要采用调制技术?常用的模拟调制方式有哪些?答:采用调制技术可使低频基带信号装载在高频载波上,从而缩短天线尺寸,易于天线辐射,而且不同的发射台其载波频率不同,在接收端便于选择接收。
此外,采用调制可进行频分多路通信,实现信道的复用,提高信道利用率;还可以提高系统性能指标,提高抗干扰能力。
常用的模拟调制方式有振幅调制(AM )、频率调制(FM )和相位调制(PM )。
1.3 已知频率为3kHz 、1000kHz 、100MHz 的电磁波,试分别求出其波长并指出所在波段名称。
解:根据λ=c /f (其中c =3×108m/s )分别得出100km (为超长波)、300m (为中波)和3m (为超短波)。
1.4 画出无线广播调幅发射机组成框图,并用波形说明其发射过程。
答:参见图1.3.1。
第二章二、选择题1.LC 串联回路谐振时阻抗最 ,且为纯电阻,失谐时阻抗变 ,当f <o f 回路呈 ,当f >o f 回路呈 。
A .容性B .感性C .大D .小2.LC 组成的并联谐振回路谐振时,阻抗为 ,谐振时电压为 ;电纳为 ,回路总导纳为 。
A .最大值B .最小值C .零D .不能确定3.把谐振频率为o f 的LC 并联谐振回路串联在电路中,它 的信号通过。
A .允许频率为o fB .阻止频率为o fC .使频率低于o fD .使频率高于o f4.在自测题1图所示电路中,1ω和2ω分别为其串联谐振频率和并联谐振频率。
它们之间的大小关系为 。
A .1ω等于2ωB .1ω大于2ωC .1ω小于2ωD .无法判断 5.强耦合时,耦合回路η越大,谐振曲线在谐振频率处的凹陷程度 。
空间光调制器反射式相位空间光调制器反射式相位空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)是一种能够对光波进行调制的光学器件。
常见的SLM有液晶、光电、MEMS等类型。
其中,反射式SLM由于具有高反射率、高分辨率、高灵敏度等特点,被广泛应用于光学领域。
本文将重点介绍反射式SLM中的相位调制。
反射式SLM中的相位调制是指通过改变SLM上的像素点的相位来实现光波的干涉和衍射。
相位调制的原理是利用SLM上的电场来改变光波的相位,从而达到对光波的调制目的。
具体来说,当电场施加到SLM上时,SLM中的像素点会发生相位变化,从而改变通过SLM 的光波的相位,进而改变光波的传播方向和强度分布。
反射式SLM中的相位调制可以应用于多种光学领域,如光学成像、光学通信、光学计算等。
其中,光学成像是应用最广泛的领域之一。
通过对SLM上不同像素点的相位进行调制,可以实现光学成像中的像移、像缩、畸变校正等功能。
例如,利用SLM相位调制技术可以实现全息照相,即通过记录物体的干涉图像来实现三维成像。
除了光学成像外,反射式SLM中的相位调制还可以应用于光学通信。
在光学通信中,相位调制可以实现光信号的调制和解调。
光信号的调制通常采用强度调制或相位调制。
相比于强度调制,相位调制具有更高的频率响应和更高的灵敏度。
此外,相位调制还可以用于实现光子处理器和量子通信等领域。
在反射式SLM中,相位调制的实现通常需要配合控制系统来实现。
控制系统可以通过计算机、DSP芯片等设备来控制SLM上各像素点的电场,从而实现相位调制。
控制系统需要具备高速、高精度和稳定性等特点,以满足不同领域对相位调制的需求。
总的来说,反射式SLM中的相位调制是一种非常重要的光学技术,具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步,相信反射式SLM中的相位调制将会在更多的光学领域得到应用,为光学技术的发展带来新的机遇和挑战。
§8.4 二进制数字相位调制(2PSK和2DPSK)§8.4.1 二进制相移键控(2PSK)1.2PSK的一般原理及实现方法绝对相移是利用载波的相位(指初相)直接表示数字信号的相移方式。
二进制相移键控中,通常用相位0和来分别表示“0”或“1”。
2PSK已调信号的时域表达式为(8-20)这里,与2ASK及2FSK时不同,为双极性数字基带信号,即(8-21)式中,是高度为1,宽度为的门函数;(8-22)因此,在某一个码元持续时间内观察时,有,或(8-23)当码元宽度为载波周期的整数倍时,2PSK信号的典型波形如图8-11所示图8-11 2PSK信号的典型波形2PSK信号的调制方框图如图8-12示。
图(a)是产生2PSK信号的模拟调制法框图;图(b)是产生2PSK信号的键控法框图。
图8-12 2PSK调制器框图就模拟调制法而言,与产生2ASK信号的方法比较,只是对要求不同,因此2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。
而就键控法来说,用数字基带信号控制开关电路,选择不同相位的载波输出,这时为单极性NRZ或双极性NRZ 脉冲序列信号均可。
2PSK信号属于DSB信号,它的解调,不再能采用包络检测的方法,只能进行相干解调,其方框图如图8-13。
工作原理简要分析如下。
图8-13 2PSK信号接收系统方框图不考虑噪声时,带通滤波器输出可表示为(8-24)式中为2PSK信号某一码元的初相。
时,代表数字“0”;时,代表数字“1”。
与同步载波相乘后,输出为(8-25)经低通滤波器滤除高频分量,得解调器输出为(8-26)根据发端产生2PSK信号时(0或)代表数字信息(“1”或“0”)的规定,以及收端与的关系的特性,抽样判决器的判决准则为(8-28)其中为在抽样时刻的值。
2PSK接收系统各点波形如图8-14所示。
图8-14 2PSK解调各点波形可见,2PSK信号相干解调的过程实际上是输入已调信号与本地载波信号进行极性比较的过程,故常称为极性比较法解调。
由于2PSK信号实际上是以一个固定初相的末调载波为参考的,因此,解调时必须有与此同频同相的同步载波。
如果同步载波的相位发生变化,如0相位变为相位或相位变为0相位,则恢复的数字信息就会发生“0”变“1”或“1”变“0”,从而造成错误的恢复。
这种因为本地参考载波倒相,而在接收端发生错误恢复的现象称为“倒”现象或“反向工作”现象。
绝对移相的主要缺点是容易产生相位模糊,造成反向工作。
由于习惯上画波形时以正弦形式画图较方便,这与数学式常用余弦形式表示载波有些不一致,请同学们看图时注意。
2. 2PSK信号的频谱和带宽比较式(8-20)和(8-1)可知,2PSK信号与2ASK信号的时域表达式在形式上是完全相同的,所不同的只是两者基带信号的构成,一个由双极性NRZ码组成,另一个由单极性NRZ码组成。
因此,求2PSK信号的功率谱密度时,也可采用与求2ASK信号功率谱密度相同的方法。
2PSK信号的功率谱密度可以写成(8-29)其中基带数字信号的功率谱密度可按照7.2节中介绍的方法直接推出。
对于双极性NRZ码,引用7.2节例7.2的结果,有(8-30)需要注意的是,该式是在双极性基带信号“0”、“1”等概()出现的条件下获得的,一般情况下,当时,中将含有直流分量。
将上式代入式(8-29),得(8-31)2PSK信号功率谱示意图如图8-15所示。
图8-15 2PSK信号的功率谱(1)当双极性基带信号以相等的概率()出现时,2PSK信号的功率谱仅由连续谱组成。
而一般情况下,2PSK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。
其中,连续谱取决于数字基带信号经线性调制后的双边带谱,而离散谱则由载波分量确定。
(2)2PSK的连续谱部分与2ASK信号的连续谱基本相同(仅差一个常数因子)。
因此,2PSK信号的带宽、频带利用率也与2ASK信号的相同(8-32)(8-31)其中,为数字基带信号带宽。
这就表明,在数字调制中,2PSK(后面将会看到2DPSK也同样)的频谱特性与2ASK 十分相似。
相位调制和频率调制一样,本质上是一种非线性调制,但在数字调相中,由于表征信息的相位变化只有有限的离散取值,因此,可以把相位变化归结为幅度变化。
这样一来,数字调相同线性调制的数字调幅就联系起来了,为此可以把数字调相信号当作线性调制信号来处理了。
但是不能把上述概念推广到所有调相信号中去。
§8.4.2 二进制差分相移键控(2DPSK)1. 一般原理及实现方法二进制差分相移键控常简称为二相相对调相,记作2DPSK。
它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息,而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。
所谓相对载波相位是指本码元初相与前一码元初相之差。
假设相对载波相位值用相位偏移表示,并规定数字信息序列与之间的关系为图8-16 2DPSK的波形则按照该规定可画出2DPSK信号的波形如图8-16所示。
由于初始参考相位有两种可能,因此2DPSK信号的波形可以有两种(另一种相位完全相反,图中未画出)。
为便于比较,图中还给出了2PSK信号的波形。
(1)与2PSK的波形不同,2DPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号,而前后码元的相对相位才唯一确定信息符号。
这说明解调2DPSK信号时,并不依赖于某一固定的载波相位参考值,只要前后码元的相对相位关系不破坏,则鉴别这个相位关系就可正确恢复数字信息。
这就避免了2PSK方式中的“倒”现象发生。
由于相对移相调制无“反问工作”问题,因此得到广泛的应用。
(2)单从波形上看,2DPSK与2PSK是无法分辩的,比如图8-16中2DPSK 也可以是另一符号序列(见图中下部的序列,称为相对码,而将原符号序列称为绝对码)经绝对移相而形成的。
这说明,一方面,只有已知移相键控方式是绝对的还是相对的,才能正确判定原信息;另一方面,相对移相信号可以看作是把数字信息序列(绝对码)变换成相对码,然后再根据相对码进行绝对移相而形成。
这就为2DPSK信号的调制与解调指出了一种借助绝对移相途径实现的方法。
这里的相对码,就是4.1节中介绍的差分码,其是按相邻符号不变表示原数字信息“0”,相邻符号改变表示原数字信息“1”的规律由绝对码变换而来的。
绝对码和相对码是可以互相转换的,其转换关系为(8-32)(8-33)这里,表示模二和。
使用模二加法器和延迟器(延迟一个码元宽度)可以实现上述转换,如图8-17(a)、(b)所示。
其中,图(a)是把绝对码变成相对码的方法,称其为差分编码器;图(b)是把相对码变为绝对码的方法,称其为差分译码器。
图8-17 绝对码和相对码的相互转换由以上讨论可知,相对相移本质上就是对由绝对码转换而来的差分码的数字信号序列的绝对相移。
那么,2DPSK信号的表达式与2PSK的形式(8-20)应完全相同,所不同的只是此时式中的信号表示的是差分码数字序列。
即(8-34)这里(8-35)实现相对调相的最常用方法正是基于上述讨论而建立的,如图8-18所示。
首先对数字信号进行差分编码,即由绝对码表示变为相对码(差分码)表示,然后再进行2PSK调制(绝对调相)。
2PSK调制器可用前述的模拟法[如图8-18(a)],也可用键控法[如图8-18(b)]。
图8-18 2DPSK调制器框图2DPSK信号的解调有两种解调方式,一种是差分相干解调,另一种是相干解调-码变换法。
后者又称为极性比较-码变换法。
(1)相干解调-码变换法。
此法即是2PSK解调加差分译码,其方框图见图8-19。
2PSK解调器将输入的2DPSK信号还原成相对码,再由差分译码器(码反变换器)把相对码转换成绝对码,输出。
图8-19 相干解调-码变换法解调2DPSK框图(2)差分相干解调法。
它是直接比较前后码元的相位差而构成的,故也称为相位比较法解调,其原理框图如图8-20(a)所示。
图8-20 2DPSK差分相干解调框图及其各点波形这种方法不需要码变换器,也不需要专门的相干载波发生器,因此设备比较简单、实用。
图中延时电路的输出起着参考载波的作用。
乘法器起着相位比较(鉴相)的作用。
图8-20(b)以数字序列=[1011001]为例,给出了2DPSK信号差分相干解调系统各点波形。
据此,极易分析其工作原理。
2. 2DPSK信号的频谱和带宽由前讨论可知,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。
因此,2DPSK和2PSK信号具有相同形式的表达式,所不同的是2PSK表达式中的是数字基带信号,2DPSK表达式中的是由数字基带信号变换而来的差分码数字信号。
据此,有以下结论:(1)2DPSK与2PSK信号有相同的功率谱,如图8-15所示。
(2)2DPSK与2PSK信号带宽相同,是基带信号带宽的两倍,即(8-36)(3)2DPSK与2PSK信号频带利用率也相同,为(8-37)§8.5 二进制数字调制系统的性能比较本节我们将以前三节对二进制数字调制系统的研究为基础,对各种二进制数字调制系统的性能进行总结、比较。
内容包括系统的误码率、频带宽度及频带利用率、对信道的适应能力、设备的复杂度等。
1. 误码率在数字通信中,误码率是衡量数字通信系统最重要性能指标之一。
表8-1列出了各种二进制数字调制系统误码率公式。
表8-1 二进制数字调制系统误码率及信号带宽应用这些公式时要注意的一般条件是:接收机输入端出现的噪声是均值为0的高斯白噪声;未考虑码间串扰的影响;采用瞬时抽样判决;要注意的特殊条件已在表的备注中注明。
表8-1中所有计算误码率的公式都仅是的函数。
式中,是解调器输入端的信号噪声功率比。
对二进制数字调制系统的抗噪声性能做如下两个方面的比较:(1)同一调制方式不同检测方法的比较可以看出,对于同一调制方式不同检测方法,相干检测的抗噪声性能优于非相干检测。
但是,随着信噪比的增大,相干与非相干误码性能的相对差别越不明显。
另外,相干检测系统的设备比非相干的要复杂。
(2)同一检测方法不同调制方式的比较1)相干检测时,在相同误码率条件下,对信噪比的要求是:2PSK比2FSK小3dB,2FSK 比2ASK小3dB;2)非相干检测时,在相同误码率条件下,对信噪比的要求是:2DPSK比2FSK小3dB,2FSK比2ASK小3dB。
反过来,若信噪比一定,2PSK系统的误码率低于2FSK系统,2FSK系统的误码率低于2ASK系统。
因此,从抗加性白噪声上讲,相干2PSK性能最好,2FSK次之,2ASK最差。
2. 频带宽度各种二进制数字调制系统的频带宽度也示于表8-1中,其中为传输码元的时间宽度。
可以看出,2ASK系统和2PSK(2DPSK)系统频带宽度相同,均为,是码元传输速率的二倍;2FSK系统的频带宽度近似为,大于2ASK系统和2PSK(2DPSK)系统的频带宽度。