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1、 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-2第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK多进制数字调制系统的定义和特点多进制数字调制系统的定义和特点MASKMFSK7.8 多进制数字调制系统-MASK和MFSK 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-3第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK二进制数字调制系统特点二进制数字调制系统特点u优点：较好的抗干扰能力；优点：较好的抗干扰能力；u缺点：频带利用率较低，使其在实际应用中受到一些限制。缺点：频带利用率较低，使其在实际应用中受到一些限制。在信道频带受限时，为了提高频带利用率，通常采用多进制。在信道频带受限时，为了提高频带利用率，通常采用多
2、进制。 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-4第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK在相同的信息传输速率下在相同的信息传输速率下：若增加进制数若增加进制数M M：码元传输速率码元传输速率(R(RB B) )M M (R (RB B) )2 2 ; ;减小信号带宽，节约频带资源；减小信号带宽，节约频带资源； (B)(B)M M(B)(B)2 2 提高系统频带利用率提高系统频带利用率MRRbB2log在信息传输速率不变的情况下，在信息传输速率不变的情况下， 通过通过增加进制数增加进制数M M，可以降低码元传，可以降低码元传输速率，从而输速率，从而减小信号带宽减小信号带宽，节约频带资源，节
3、约频带资源，提高系统频带利用率提高系统频带利用率。BRbb2)()(bMbRR2bMbBRB 多进制数字调制系统特点多进制数字调制系统特点u优点：频带利用率较高；优点：频带利用率较高； 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-5第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK在相同的码元传输速率下在相同的码元传输速率下：若增加进制数若增加进制数M M： 多进制的信息传输速率高于多进制的信息传输速率高于二进制：二进制：信号带宽，信号带宽，(B)(B)M M = (B)= (B)2 2；提高系统频带利用率提高系统频带利用率MRRBb2log当信道频带受限时，采用当信道频带受限时，采用M M进制数字调制
4、可以增大信息传输速率，进制数字调制可以增大信息传输速率，提高频带利用率。提高频带利用率。2)()(BMBRR2)()(bMbRRu缺点：缺点：抗噪声性能抗噪声性能下降，下降，增加信号功率和实现上的复杂性。增加信号功率和实现上的复杂性。多进制数字调制系统的抗噪声性能低于二进制数字调制系统。多进制数字调制系统的抗噪声性能低于二进制数字调制系统。BRB 2bMbBRbb 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-6第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK多进制数字调制系统的定义多进制数字调制系统的定义u多进制数字基带信号：多进制数字基带信号：在每个符号时间间隔在每个符号时间间隔0tT0tTs s内
5、，可能发送的符号有内，可能发送的符号有M M种，分别为种，分别为s s1 1(t)(t)：s s2 2(t)(t)， ， s sM M(t)(t)。在实际应用中，通常取。在实际应用中，通常取M=2M=2N N，N N为大为大于于1 1的正整数。的正整数。u若用多进制数字基带信号去调制载波的振幅、频率或相位，相若用多进制数字基带信号去调制载波的振幅、频率或相位，相应地产生应地产生: :多进制数字振幅调制多进制数字振幅调制-MASK-MASK多进制数字频率调制多进制数字频率调制-MFSK-MFSK多进制数字相位调制多进制数字相位调制-MPSK-MPSK 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-7第
6、8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK多进制数字调制系统的定义和特点多进制数字调制系统的定义和特点MASKMFSK7.8 多进制数字调制系统- MASK和MFSK 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-8第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK多进制数字振幅调制多进制数字振幅调制(MASK)(MASK)qMASKMASK又称多电平调制，是指用具有多个电平的随机基带脉冲序列对又称多电平调制，是指用具有多个电平的随机基带脉冲序列对载波进行振幅调制。载波进行振幅调制。(a)四进制数字基带信号的时间波形四进制数字基带信号的时间波形 (b)4ASK4ASK信号的时间波形信号的时间波形 通信原理
7、第七章 数字带通传输系统7-8-9第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK4ASK4ASK信号的波形分解信号的波形分解MASKMASK信号等于信号等于M M个个2ASK2ASK信号之和信号之和qMASKMASK信号与二进制信号与二进制ASKASK信号产生的方法类似，解调方式也相似。信号产生的方法类似，解调方式也相似。 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-10第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSKMASKMASK信号的时域表示信号的时域表示M M进制数字振幅调制信号可表示为进制数字振幅调制信号可表示为M M进制数字基带信号与正弦载波进制数字基带信号与正弦载波相乘的形式，其时域表达式
8、为相乘的形式，其时域表达式为 e eMASKMASK(t)=(t)=g(t)g(t)为高度为为高度为1 1，宽度为，宽度为T Ts s的矩形脉冲的矩形脉冲；a an n为幅值，共有为幅值，共有M M种取值，种取值，a an n0, 1, , M-10, 1, , M-1，twnTstgacnncos )( a an n = =0 0 发送概率为发送概率为P P0 01, 1, 发送概率为发送概率为P P1 1M-1, M-1, 发送概率为发送概率为P PM-1M-1 且且 110Miip 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-11第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSKMASKMASK信
9、号可以看成信号可以看成M M个在时间上不重叠的个在时间上不重叠的OOKOOK信号的叠加，所以：信号的叠加，所以：MASKMASK信号的功率谱是信号的功率谱是M M个个OOKOOK信号功率谱的叠加，叠加后的谱结构很信号功率谱的叠加，叠加后的谱结构很复杂。但就信号带宽而言，复杂。但就信号带宽而言，MASKMASK信号的带宽与该信号的带宽与该OOKOOK信号的带宽相同，信号的带宽相同，即：即： MASKMASK信号的带宽信号的带宽SMBMASKTRBB/2)(2)(2基其中：其中：(R(RB B) )M M - - 多进制码元速率多进制码元速率； T TS S - - 多进制码周期多进制码周期。 通
10、信原理第七章 数字带通传输系统7-8-12第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSKMASKMASK信号的频带利用率信号的频带利用率 - - 一般情况下采用一般情况下采用q码元速率形式的频带利用率码元速率形式的频带利用率)/(212HzBaudRRBRBBMASKBB与与2ASK2ASK系统相同，不能反映多进制的高频带利用率特点系统相同，不能反映多进制的高频带利用率特点q信息速率形式的频带利用率信息速率形式的频带利用率-能反映多进制的高频带利用率特点能反映多进制的高频带利用率特点)/(2log2log22HzsbMRMRBRBBMASKbbMbMb22log)()(b 通信原理第七章 数字带
11、通传输系统7-8-13第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSKMASKMASK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能若采用同步检测法，在若采用同步检测法，在M M个电平等概发送的情况下，可推导出：个电平等概发送的情况下，可推导出： 式中：式中：r= r= 为信噪比；为信噪比； Ps Ps为信号功率。为信号功率。2nsprerfcpMMe1312)1(可见，可见，MM越大，越大，MASKMASK系统抗噪声性能越差系统抗噪声性能越差。 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-14第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK(1) (1) 传输效率高；传输效率高；(2) (2) 抗衰落能力差；抗衰落能
12、力差； (3) (3) 在接收机输入平均信噪比相等的情况下，在接收机输入平均信噪比相等的情况下，MASKMASK系统的误码系统的误码率比率比2ASK2ASK系统要高；系统要高；(4) (4) 电平数电平数M M越大，设备越复杂。越大，设备越复杂。 MASKMASK信号的特点总结信号的特点总结 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-15第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK多进制数字调制系统的定义和特点多进制数字调制系统的定义和特点MASKMFSK7.8 多进制数字调制系统- MASK和MFSK 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-16第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK多进
13、制数字频率调制多进制数字频率调制( (MFSKMFSK) )qMFSKMFSK是指用多个频率不同的正弦波分别代表不同的数字信号。是指用多个频率不同的正弦波分别代表不同的数字信号。在某一码元时间内只发送其中一个频率。在某一码元时间内只发送其中一个频率。( (a) 4FSKa) 4FSK信号波形信号波形f3f1f2f4TTTTtf f1 1f f2 2f f3 3f f4 40000010110101111(b) 4FSK(b) 4FSK信号的取值信号的取值 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-17第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSKMFSKMFSK信号的产生信号的产生逻逻辑辑电电路路
14、串串/ /并并变换变换f f1 1门电路门电路f f2 2门电路门电路f fm m门电路门电路1 12 2M M1 12 2M M输入输入相加器相加器 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-18第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSKMFSKMFSK信号的解调信号的解调逻辑逻辑电路电路带通带通f f1 1检波器检波器带通带通f f2 2检波器检波器带通带通fm检波器检波器1 12 2M M输出输出BPFBPF抽抽样样判判决决 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-19第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK多进制数字频率调制系统的组成方框图多进制数字频率调制系统的组成方框图输 入串
15、 /并 变换M逻辑电路f1门 电 路121f2门 电 路相 加 器M2fM门 电 路信道抽 样判 决器输 出逻 辑 电路检 波 器带通 f1检 波 器带通 f2检 波 器带通 fM接 收滤 波 器 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-20第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK无线寻呼系统中四电平调频频率配置方案fc 4.8 kH zfc 1.6 kH zfc 1.6 kH zfc 4.8 kH z1101100001 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-21第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSKMFSKMFSK信号的功率谱和带宽信号的功率谱和带宽 sMMFSKfffB21设
16、设MFSKMFSK信号码元的宽度为信号码元的宽度为T TS S，传输速率，传输速率R RB B=1/T=1/TS S(Baud)= f(Baud)= fS SMFSKMFSK信号可以看作由信号可以看作由m m个振幅相同、载频不同、时间上互不相容的个振幅相同、载频不同、时间上互不相容的2ASK2ASK信号叠信号叠加的结果。加的结果。 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-22第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSKsMMFSKfffB21MFSKMFSK信号的频带利用率信号的频带利用率BMBMFSKbMFSKbBMBMFSKBMFSKBRffMRBRRffRBR2log)(2)(121 通
17、信原理第七章 数字带通传输系统7-8-23第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSKMFSKMFSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能pMFSKMFSK信号采用非相干解调时的误码率为信号采用非相干解调时的误码率为式中式中, r, r为平均接收信号的信噪比。为平均接收信号的信噪比。 pMFSKMFSK信号采用相干解调时的误码率为信号采用相干解调时的误码率为212/002/)()21()1(1)(2222rMznaxeeMdzexaIxePn2)21()21(1(2112/)/(2122rerfcMdxdueepmxuaxen 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-24第8节多进制数字调制系统-
18、MASK和MFSK多进制数字频率调制系统误码率性能曲线多进制数字频率调制系统误码率性能曲线101102103104105106107 505101520r/dB10243221081实线实线-相干解调方式相干解调方式虚线虚线-非相干解调方式非相干解调方式可以看出：可以看出：u多进制性能不如二进制多进制性能不如二进制在在r r一定的情况下，一定的情况下，M M越大，误码越大，误码率率PePe也越大，性能越差。也越大，性能越差。u相干解调优于非相干解调相干解调优于非相干解调 通信原理第七章 数字带通传输系统7-8-25第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK(1)(1) 在传信率一定时，由于采
19、用多进制，每个码元包含的信息量增在传信率一定时，由于采用多进制，每个码元包含的信息量增加，加，码元宽度加宽码元宽度加宽，因而在信号电平一定时每个因而在信号电平一定时每个码元的能量增加码元的能量增加。(2)(2) 码元宽度加宽后可有效地码元宽度加宽后可有效地减少由于多径效应减少由于多径效应造成的码间串扰的造成的码间串扰的影响，从而影响，从而提高衰落信道下的抗干扰能力提高衰落信道下的抗干扰能力。 (3) (3) 主要缺点是信号频带宽，频带利用率低。主要缺点是信号频带宽，频带利用率低。MFSKMFSK一般用于短波、衰落信道上的数字通信。一般用于短波、衰落信道上的数字通信。 MFSKMFSK信号的特点总结信号的特点总结结束结束