二進(jìn)制差分相移鍵控（２ＤＰＳＫ）基本原理教案設(shè)計(jì)

【摘 要】2DPSK調(diào)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中基本的調(diào)制方式之一，是學(xué)習(xí)新型數(shù)字調(diào)制技術(shù)的重要基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】二進(jìn)制差分相移鍵控 反相工作 相對(duì)碼 相干解調(diào) 差分相干解調(diào)

【中圖分類號(hào)】TN91 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1006－9682（2009）04－0089－02

〖課程名稱〗《通信原理》（樊昌信、曹麗娜編著，國(guó)防工業(yè)出版社）。

〖課 題〗二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）基本原理。

〖授課時(shí)數(shù)〗1節(jié)。

〖教學(xué)目的〗 通過(guò)對(duì)2DPSK的原理分析，讓學(xué)生掌握2DPSK信號(hào)的時(shí)域波形極其調(diào)制與解調(diào)原理。

〖教學(xué)構(gòu)思〗

1．課前布置預(yù)習(xí)，要求學(xué)生閱讀本節(jié)內(nèi)容，了解2DPSK的基本原理。

2．以提問(wèn)方式引入新課。

3．引導(dǎo)學(xué)生在分析2DPSK基本原理的過(guò)程中掌握2DPSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)的分析方法。

〖教學(xué)重點(diǎn)〗2DPSK信號(hào)時(shí)域波形中的相位關(guān)系，2DPSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)原理。

〖教學(xué)難點(diǎn)〗2DPSK信號(hào)時(shí)域波形中的相位關(guān)系。

〖教學(xué)方法〗講授、提問(wèn)。

〖教 具〗筆記本電腦、投影儀、電子教鞭、粉筆。

〖教學(xué)過(guò)程與時(shí)間分配〗

1．復(fù)習(xí)舊課（約2分鐘）

提問(wèn)：2PSK具有什么特點(diǎn)？它為什么不能作為實(shí)用的數(shù)字調(diào)制方式？存在什么問(wèn)題？

2．課題引入：（約2分鐘）

在2PSK信號(hào)的載波恢復(fù)過(guò)程中存在著的相位模糊，即恢復(fù)的本地載波與所需的相干載波可能同相，也可能反相，這種相位關(guān)系的不確定性將會(huì)造成解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好相反，即“1”變?yōu)椤?”，“0”變?yōu)椤?”，判決器輸出數(shù)字信號(hào)全部出錯(cuò)。這種現(xiàn)象稱為2PSK 方式的“倒π”現(xiàn)象或“反相工作”。為了克服這種缺點(diǎn)，提出了二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）方式。

〖教學(xué)內(nèi)容〗（約33分鐘）

一、2DPSK原理

2DPSK是利用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位變化傳遞數(shù)字信息，所以又稱相對(duì)相移鍵控。

假設(shè)j△為當(dāng)前碼元與前一碼元的載波相位差，定義數(shù)字信息與j△之間的關(guān)系為：

于是可以將一組二進(jìn)制數(shù)字信息與其對(duì)應(yīng)的2DPSK信號(hào)的載波相位關(guān)系示例如下：

相應(yīng)的2DPSK信號(hào)的波形如下：

由此例可知，對(duì)于相同的基帶信號(hào)，由于初始相位不同，2DPSK信號(hào)的相位可以不同。即2DPSK信號(hào)的相位并不直接代表基帶信號(hào)，而前后碼元的相對(duì)相位才決定信息符號(hào)。

數(shù)字信息與j△之間的關(guān)系也可定義為：

（1）A方式 （2）B方式

2DPSK信號(hào)的矢量圖

在B方式中，當(dāng)前碼元的相位相對(duì)于前一碼元的相位改變 π±/2。因此，在相鄰碼元之間必定有相位突跳。在接收端檢測(cè)此相位突跳就能確定每個(gè)碼元的起止時(shí)刻。

二、2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生方法

由上圖可見(jiàn)，先對(duì)二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼，即把表示數(shù)字信息序列的絕對(duì)碼變換成相對(duì)碼（差分碼），然后再根據(jù)相對(duì)碼進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相，從而產(chǎn)生二進(jìn)制差分相移鍵控信號(hào)。

上圖中使用的是傳號(hào)差分碼，即載波的相位遇到原數(shù)字信息“1”變化，遇到“0”則不變。

2DPSK信號(hào)調(diào)制器原理方框圖

差分碼可取傳號(hào)差分碼或空號(hào)差分碼。其中，傳號(hào)差分碼的編碼規(guī)則為：bn＝an⊕bn－1。

式中，⊕為模2加，bn－1為bn的前一碼元，最初的bn－1可任意設(shè)定。

上式的逆過(guò)程稱為差分譯碼（碼反變換），即an＝bn⊕bn－1。

三、2DPSK信號(hào)的解調(diào)

方法之一：相干解調(diào)（極性比較法）加碼反變換法。

原理：先對(duì)2DPSK信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對(duì)碼，再經(jīng)碼反變換器變換為絕對(duì)碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。在解調(diào)過(guò)程中，由于載波相位模糊性的影響，使得解調(diào)出的相對(duì)碼也可能是“1”和“0”倒置，但經(jīng)差分譯碼（碼反變換）得到的絕對(duì)碼不會(huì)發(fā)生任何倒置的現(xiàn)象，從而解決了載波相位模糊性帶來(lái)的問(wèn)題。

2DPSK的相干解調(diào)器原理圖和各點(diǎn)波形

方法之二：差分相干解調(diào)（相位比較）法。

2DPSK的差分相干解調(diào)器原理圖和各點(diǎn)波形

用這種方法解調(diào)時(shí)不需要專門的相干載波，只需由收到的2DPSK信號(hào)延時(shí)一個(gè)碼元間隔，然后與2DPSK信號(hào)本身相乘。相乘器起著相位比較的作用，相乘結(jié)果反映了前后碼元的相位差，經(jīng)低通濾波后再抽樣判決，即可直接恢復(fù)出原始數(shù)字信息，故解調(diào)器中不需要碼反變換器。

2DPSK系統(tǒng)是一種實(shí)用的數(shù)字調(diào)相系統(tǒng)，但其抗加性白噪聲性能比2PSK的要差。

四、功率譜密度

從前面討論的2DPSK信號(hào)的調(diào)制過(guò)程及其波形可以知道，2DPSK可以與2PSK具有相同形式的表達(dá)式。所不同的是2PSK中的基帶信號(hào)s（t）對(duì)應(yīng)的是絕對(duì)碼序列；而2DPSK中的基帶信號(hào)s（t）對(duì)應(yīng)的是碼變換后的相對(duì)碼序列。因此，2DPSK信號(hào)和2PSK信號(hào)的功率譜密度是完全一樣的。信號(hào)帶寬為B2DPSK＝B2PSK＝2 fS，與2ASK的相同，也是碼元速率的兩倍。

〖小 結(jié)〗（約5分鐘）

2DPSK信號(hào)的時(shí)域波形表示，2DPSK信號(hào)調(diào)制與解調(diào)的基本原理。

〖作業(yè)布置〗（約2分鐘）

1．用B方式畫(huà)出2DPSK信號(hào)時(shí)域波形。

2．2DPSK為什么能克服“倒π”現(xiàn)象？

3．定性說(shuō)明為什么2DPSK系統(tǒng)其抗加性白噪聲性能比2PSK要差。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文