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【摘 要】2DPSK调制数字调制系统中基本的调制方式之一，是学习新型数字调制技术的重要基础。
【关键词】二进制差分相移键控 反相工作 相对码 相干解调 差分相干解调
【中图分类号】TN91 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2009）04－0089－02
〖课程名称〗《通信原理》（樊昌信、曹丽娜编著，国防工业出版社）。
〖课 题〗二进制差分相移键控（2DPSK）基本原理。
〖授课时数〗1节。
〖教学目的〗 通过对2DPSK的原理分析，让学生掌握2DPSK信号的时域波形极其调制与解调原理。
〖教学构思〗
1．课前布置预习，要求学生阅读本节内容，了解2DPSK的基本原理。
2．以提问方式引入新课。
3．引导学生在分析2DPSK基本原理的过程中掌握2DPSK信号的调制与解调的分析方法。
〖教学重点〗2DPSK信号时域波形中的相位关系，2DPSK信号的调制与解调原理。
〖教学难点〗2DPSK信号时域波形中的相位关系。
〖教学方法〗讲授、提问。
〖教 具〗笔记本电脑、投影仪、电子教鞭、粉笔。
〖教学过程与时间分配〗
1．复习旧课（约2分钟）
提问：2PSK具有什么特点？它为什么不能作为实用的数字调制方式？存在什么问题？
2．课题引入：（约2分钟）
在2PSK信号的载波恢复过程中存在着的相位模糊，即恢复的本地载波与所需的相干载波可能同相，也可能反相，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反，即“1”变为“0”，“0”变为“1”，判决器输出数字信号全部出错。这种现象称为2PSK 方式的“倒π”现象或“反相工作”。为了克服这种缺点，提出了二进制差分相移键控（2DPSK）方式。
〖教学内容〗（约33分钟）
一、2DPSK原理
2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称相对相移键控。
假设j△为当前码元与前一码元的载波相位差，定义数字信息与j△之间的关系为：
于是可以将一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的载波相位关系示例如下：
相应的2DPSK信号的波形如下：
由此例可知，对于相同的基带信号，由于初始相位不同，2DPSK信号的相位可以不同。即2DPSK信号的相位并不直接代表基带信号，而前后码元的相对相位才决定信息符号。
数字信息与j△之间的关系也可定义为：
（1）A方式 （2）B方式
2DPSK信号的矢量图
在B方式中，当前码元的相位相对于前一码元的相位改变 π±/2。因此，在相邻码元之间必定有相位突跳。在接收端检测此相位突跳就能确定每个码元的起止时刻。
二、2DPSK信号的产生方法
由上图可见，先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把表示数字信息序列的绝对码变换成相对码（差分码），然后再根据相对码进行绝对调相，从而产生二进制差分相移键控信号。
上图中使用的是传号差分码，即载波的相位遇到原数字信息“1”变化，遇到“0”则不变。
2DPSK信号调制器原理方框图
差分码可取传号差分码或空号差分码。其中，传号差分码的编码规则为：bn＝an⊕bn－1。
式中，⊕为模2加，bn－1为bn的前一码元，最初的bn－1可任意设定。
上式的逆过程称为差分译码（码反变换），即an＝bn⊕bn－1。
三、2DPSK信号的解调
方法之一：相干解调（极性比较法）加码反变换法。
原理：先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再经码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，由于载波相位模糊性的影响，使得解调出的相对码也可能是“1”和“0”倒置，但经差分译码（码反变换）得到的绝对码不会发生任何倒置的现象，从而解决了载波相位模糊性带来的问题。
2DPSK的相干解调器原理图和各点波形
方法之二：差分相干解调（相位比较）法。
2DPSK的差分相干解调器原理图和各点波形
用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需由收到的2DPSK信号延时一个码元间隔，然后与2DPSK信号本身相乘。相乘器起着相位比较的作用，相乘结果反映了前后码元的相位差，经低通滤波后再抽样判决，即可直接恢复出原始数字信息，故解调器中不需要码反变换器。
2DPSK系统是一种实用的数字调相系统，但其抗加性白噪声性能比2PSK的要差。
四、功率谱密度
从前面讨论的2DPSK信号的调制过程及其波形可以知道，2DPSK可以与2PSK具有相同形式的表达式。所不同的是2PSK中的基带信号s（t）对应的是绝对码序列；而2DPSK中的基带信号s（t）对应的是码变换后的相对码序列。因此，2DPSK信号和2PSK信号的功率谱密度是完全一样的。信号带宽为B2DPSK＝B2PSK＝2 fS，与2ASK的相同，也是码元速率的两倍。
〖小 结〗（约5分钟）
2DPSK信号的时域波形表示，2DPSK信号调制与解调的基本原理。
〖作业布置〗（约2分钟）
1．用B方式画出2DPSK信号时域波形。
2．2DPSK为什么能克服“倒π”现象？
3．定性说明为什么2DPSK系统其抗加性白噪声性能比2PSK要差。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
【关键词】二进制差分相移键控 反相工作 相对码 相干解调 差分相干解调
【中图分类号】TN91 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2009）04－0089－02
〖课程名称〗《通信原理》（樊昌信、曹丽娜编著，国防工业出版社）。
〖课 题〗二进制差分相移键控（2DPSK）基本原理。
〖授课时数〗1节。
〖教学目的〗 通过对2DPSK的原理分析，让学生掌握2DPSK信号的时域波形极其调制与解调原理。
〖教学构思〗
1．课前布置预习，要求学生阅读本节内容，了解2DPSK的基本原理。
2．以提问方式引入新课。
3．引导学生在分析2DPSK基本原理的过程中掌握2DPSK信号的调制与解调的分析方法。
〖教学重点〗2DPSK信号时域波形中的相位关系，2DPSK信号的调制与解调原理。
〖教学难点〗2DPSK信号时域波形中的相位关系。
〖教学方法〗讲授、提问。
〖教 具〗笔记本电脑、投影仪、电子教鞭、粉笔。
〖教学过程与时间分配〗
1．复习旧课（约2分钟）
提问：2PSK具有什么特点？它为什么不能作为实用的数字调制方式？存在什么问题？
2．课题引入：（约2分钟）
在2PSK信号的载波恢复过程中存在着的相位模糊，即恢复的本地载波与所需的相干载波可能同相，也可能反相，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反，即“1”变为“0”，“0”变为“1”，判决器输出数字信号全部出错。这种现象称为2PSK 方式的“倒π”现象或“反相工作”。为了克服这种缺点，提出了二进制差分相移键控（2DPSK）方式。
〖教学内容〗（约33分钟）
一、2DPSK原理
2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称相对相移键控。
假设j△为当前码元与前一码元的载波相位差，定义数字信息与j△之间的关系为：
于是可以将一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的载波相位关系示例如下：
相应的2DPSK信号的波形如下：
由此例可知，对于相同的基带信号，由于初始相位不同，2DPSK信号的相位可以不同。即2DPSK信号的相位并不直接代表基带信号，而前后码元的相对相位才决定信息符号。
数字信息与j△之间的关系也可定义为：
（1）A方式 （2）B方式
2DPSK信号的矢量图
在B方式中，当前码元的相位相对于前一码元的相位改变 π±/2。因此，在相邻码元之间必定有相位突跳。在接收端检测此相位突跳就能确定每个码元的起止时刻。
二、2DPSK信号的产生方法
由上图可见，先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把表示数字信息序列的绝对码变换成相对码（差分码），然后再根据相对码进行绝对调相，从而产生二进制差分相移键控信号。
上图中使用的是传号差分码，即载波的相位遇到原数字信息“1”变化，遇到“0”则不变。
2DPSK信号调制器原理方框图
差分码可取传号差分码或空号差分码。其中，传号差分码的编码规则为：bn＝an⊕bn－1。
式中，⊕为模2加，bn－1为bn的前一码元，最初的bn－1可任意设定。
上式的逆过程称为差分译码（码反变换），即an＝bn⊕bn－1。
三、2DPSK信号的解调
方法之一：相干解调（极性比较法）加码反变换法。
原理：先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再经码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，由于载波相位模糊性的影响，使得解调出的相对码也可能是“1”和“0”倒置，但经差分译码（码反变换）得到的绝对码不会发生任何倒置的现象，从而解决了载波相位模糊性带来的问题。
2DPSK的相干解调器原理图和各点波形
方法之二：差分相干解调（相位比较）法。
2DPSK的差分相干解调器原理图和各点波形
用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需由收到的2DPSK信号延时一个码元间隔，然后与2DPSK信号本身相乘。相乘器起着相位比较的作用，相乘结果反映了前后码元的相位差，经低通滤波后再抽样判决，即可直接恢复出原始数字信息，故解调器中不需要码反变换器。
2DPSK系统是一种实用的数字调相系统，但其抗加性白噪声性能比2PSK的要差。
四、功率谱密度
从前面讨论的2DPSK信号的调制过程及其波形可以知道，2DPSK可以与2PSK具有相同形式的表达式。所不同的是2PSK中的基带信号s（t）对应的是绝对码序列；而2DPSK中的基带信号s（t）对应的是码变换后的相对码序列。因此，2DPSK信号和2PSK信号的功率谱密度是完全一样的。信号带宽为B2DPSK＝B2PSK＝2 fS，与2ASK的相同，也是码元速率的两倍。
〖小 结〗（约5分钟）
2DPSK信号的时域波形表示，2DPSK信号调制与解调的基本原理。
〖作业布置〗（约2分钟）
1．用B方式画出2DPSK信号时域波形。
2．2DPSK为什么能克服“倒π”现象？
3．定性说明为什么2DPSK系统其抗加性白噪声性能比2PSK要差。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文