第五章数字调制系统精选文档.ppt

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1、第五章数字调制系统本讲稿第一页，共五十六页5.1 5.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理w振幅键控（振幅键控（2ASK2ASK）设数字信号为二元制码元设数字信号为二元制码元0 0、1 1组成的序列，规定组成的序列，规定0 0出现的概率为出现的概率为P P，1 1出现的概率出现的概率为为1-P1-P，且它们彼此独立，则一个二进制振幅键控信号可以表示成一个单极性矩形脉，且它们彼此独立，则一个二进制振幅键控信号可以表示成一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦载波相乘，即冲序列与一个正弦载波相乘，即 式中式中 若令若令 ，则有，则有本讲稿第二页，共五十六页 2ASK 2ASK信号的产生有两种方法：乘法

2、器实现和键控法。左图所示信号的产生有两种方法：乘法器实现和键控法。左图所示是乘法器法，是一般的模拟幅度调制方法；中间图所示是键控法，是乘法器法，是一般的模拟幅度调制方法；中间图所示是键控法，最简单的方法是用一个电键来控制振荡器的输出而获得，因此最简单的方法是用一个电键来控制振荡器的输出而获得，因此2ASK2ASK又被称为又被称为OOKOOK。右图所示为输出的波形。右图所示为输出的波形。2ASK2ASK信号的产生与解调信号的产生与解调本讲稿第三页，共五十六页 对对于于2ASK2ASK信信号号的的解解调调方方法法，也也有有两两种种：非非相相干干解解调调即即包包络络检检波波法法及及相相干干解解调调法

3、法。与与模模拟拟解解调调制制解解调调方方法法不不同同的的是是数数字字解解调调都都增增加加一一个个“抽抽样样判判决决器器”方方框框，这这对对提提高数字信号的接收性能具有相当重要的意义。高数字信号的接收性能具有相当重要的意义。包络检波法包络检波法相干解调法相干解调法本讲稿第四页，共五十六页设设 的功率谱密度为的功率谱密度为 ，S(t)S(t)的功率谱密度为的功率谱密度为 则与时域表达式对应的频域表达式为则与时域表达式对应的频域表达式为 S(t)S(t)为单极性随机矩形脉冲序列，可直接得到为单极性随机矩形脉冲序列，可直接得到 ，即，即式中式中 。根据根据 的频谱特点，对于所有的频谱特点，对于所有m0

4、m0的整数，有的整数，有得得 所以有所以有2ASK2ASK信号的频谱结构信号的频谱结构本讲稿第五页，共五十六页当数值信号码元当数值信号码元1 1，0 0统计独立且等概率时，统计独立且等概率时，则又有，则又有又因为幅度为又因为幅度为1 1，周期为，周期为 的矩形脉冲频谱为的矩形脉冲频谱为 ,代入代入 表达式可得表达式可得二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)(2ASK)信号的功率谱密度示意图信号的功率谱密度示意图 本讲稿第六页，共五十六页1 1、2ASK2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成，连续谱取决于二元信号的功率谱由连续谱和离散谱组成，连续谱取决于二元制码元脉中序列制码元脉中序列 经线

5、性调制后的双边带谱，而离散谱由载波经线性调制后的双边带谱，而离散谱由载波分量决定。分量决定。2 2、功率谱曲线为抽样函数、功率谱曲线为抽样函数 型，若以第一个零点作为频带宽度，型，若以第一个零点作为频带宽度，则则2ASK2ASK信号带宽是基带信号带宽的信号带宽是基带信号带宽的2 2倍，由此看出，其频带利用倍，由此看出，其频带利用率为率为1/21/2。3 3、2ASK2ASK信号的第一旁瓣峰值比主峰值衰减信号的第一旁瓣峰值比主峰值衰减14dB14dB。结论结论本讲稿第七页，共五十六页已调信号的时域表达式为已调信号的时域表达式为其中其中 ，是是 的反码的反码则则 2FSK 2FSK信号的产生有两种

6、方法：模拟调频法和键控法。模拟调频法信号的产生有两种方法：模拟调频法和键控法。模拟调频法利用数字基带信号控制压控振荡器的输出频率从而获得利用数字基带信号控制压控振荡器的输出频率从而获得2FSK2FSK信号，其信号，其特点是特点是FSKFSK信号的相位在码元变换时刻不发生跳变且包络恒定，缺点是信号的相位在码元变换时刻不发生跳变且包络恒定，缺点是频率稳定度差。频率稳定度差。二进制移频键控（二进制移频键控（2FSK2FSK）本讲稿第八页，共五十六页二进制移频键控二进制移频键控(2FSK)(2FSK)信号的产生及波形信号的产生及波形本讲稿第九页，共五十六页二进制移频键控信号常用的接收系统二进制移频键控

7、信号常用的接收系统 非相干方式非相干方式相干方式相干方式 本讲稿第十页，共五十六页 2FSK2FSK信号还有其它的解调方法，如鉴频法，过零检测法及差分检信号还有其它的解调方法，如鉴频法，过零检测法及差分检波法。波法。过零检测法过零检测法本讲稿第十一页，共五十六页a：b：c：d：e：差分检波法差分检波法本讲稿第十二页，共五十六页 由由e e点输出表达式可知，输出点输出表达式可知，输出V V是是的函数，如果适当选择的函数，如果适当选择 使使 ，则当，则当 时，时，；当当 时，时，；当当 时，则时，则 因此，当满足因此，当满足 ，及，及 时，输出电压时，输出电压V V与角频偏与角频偏呈线呈线性关系，

8、再经抽样判决后得到相应的数字基带信号。性关系，再经抽样判决后得到相应的数字基带信号。2FSK 2FSK是数字通信中用的较广的一种调制方式，在话音频带内进行是数字通信中用的较广的一种调制方式，在话音频带内进行数据传输时，数据传输时，ITUITU推荐在话音频带内低于推荐在话音频带内低于1200bit/s1200bit/s数据率时使用数据率时使用FSKFSK方式。方式。本讲稿第十三页，共五十六页 2FSK 2FSK信号频谱有相位不连续和相位连续两种情况，且这两种情况下频谱是信号频谱有相位不连续和相位连续两种情况，且这两种情况下频谱是不同的，前者分析比较简单将作重点介绍。不同的，前者分析比较简单将作重

9、点介绍。由于由于2FSK2FSK调制属非线性调制，分析起来比较困难，但调制属非线性调制，分析起来比较困难，但2FSK2FSK信号可以视为两信号可以视为两个频率分别为个频率分别为 和和 的的ASKASK信号的叠加。由于两个信号的叠加。由于两个ASKASK信号信号“1”“1”码元和码元和“0”“0”码元在时间上永远不会同时出现，因此码元在时间上永远不会同时出现，因此FSKFSK信号的功率谱密度可以看成这两个信号的功率谱密度可以看成这两个ASKASK信号功率谱密度之和，即信号功率谱密度之和，即2FSK2FSK信号的频谱信号的频谱本讲稿第十四页，共五十六页最后可得最后可得当概率为当概率为1/21/2时

10、，整理后得时，整理后得本讲稿第十五页，共五十六页结论结论1 1、2FSK2FSK信号频谱由连续谱和离散谱组成，连续谱由两个双边谱叠加而成信号频谱由连续谱和离散谱组成，连续谱由两个双边谱叠加而成，而离散谱出现在两载频处。，而离散谱出现在两载频处。2 2、3 3、传输、传输2FSK2FSK信号所需的第一零点带宽为信号所需的第一零点带宽为本讲稿第十六页，共五十六页二进制移相键控是用二进制数字信号二进制移相键控是用二进制数字信号0 0，1 1去控制载波的两个相位去控制载波的两个相位 的方法，其时域表达式为的方法，其时域表达式为式中式中 ，为双极性数字信号，若，为双极性数字信号，若g(t)g(t)是是脉

11、宽为脉宽为TsTs的单个矩形脉冲，则有的单个矩形脉冲，则有 这这种种以以载载波波的的不不同同相相位位直直接接去去表表示示相相应应数数字字信信息息的的相相位位键键控控称称为为绝绝对对移相，即移相，即2PSK2PSK。二进制移相键控及二进制差分相位键控二进制移相键控及二进制差分相位键控 （2PSK2PSK及及2DPSK2DPSK）本讲稿第十七页，共五十六页 按按照照2PSK2PSK定定义义，采采用用绝绝对对移移相相，在在发发送送端端必必须须以以某某一一相相位位作作为为基基准准，在在接接收收端端也也必必须须有有一一个个固固定定的的相相位位作作基基准准，如如果果参参考考相相位位发发生生变变化化，导导致

12、致恢恢复复的的数数字字信信号号1 1变变为为0 0，0 0变变为为1 1，从从而而造造成成错错码码，这这种种现现象象称称为为2PSK2PSK方方式式的的“倒倒”现现象象或或“反反向向工工作作”现现象象，因因此此实实际际中中一一般般不不采采用用2PSK2PSK而而采采用用差差分分相相位位键键控控（2DPSK2DPSK）方方式式。2DPSK2DPSK方方式式是是利利用用前前后后相相邻邻码码元元的的相相对对载载波波相相位位值值去去表表示示数数字字信信息息的的一一种种方方式式。假假设设相相位位值值用用 来表示（来表示（定义为本码元初相与前一码元初相之差）。定义为本码元初相与前一码元初相之差）。并重新设

13、定并重新设定2PSK2PSK为为本讲稿第十八页，共五十六页 如图，对于如图，对于2DPSK2DPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信号，只有前后码元相位差波形的同一相位并不对应相同的数字信号，只有前后码元相位差才能决定数字信息符号才能决定数字信息符号2DPSK2DPSK也可以用相对码经绝对移相而形成。这说明，只有已知移也可以用相对码经绝对移相而形成。这说明，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；相对移相信号可以看作是把数相键控方式是绝对的还是相对的，才能正确判定原信息；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。字信息

14、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。2PSK2PSK与与2DPSK2DPSK信号波形信号波形本讲稿第十九页，共五十六页变换原理变换原理 ：（：（a a），（，（b b）为为 前一个码元，最初的前一个码元，最初的 可任意设定。可任意设定。由绝对码变换成相对码的过程称为差分编码，又称码变换；而由相对码变由绝对码变换成相对码的过程称为差分编码，又称码变换；而由相对码变换成绝对码的过程为码反变换，其原理如下图所示，换成绝对码的过程为码反变换，其原理如下图所示，为绝对码，为绝对码，为相对码。为相对码。本讲稿第二十页，共五十六页（a）模拟相乘法（b）键控法 2PSK2PSK信号

15、的产生信号的产生S(t)S(t)e e0 0(t)(t)本讲稿第二十一页，共五十六页2PSK2PSK信号的解调信号的解调本讲稿第二十二页，共五十六页2DPSK2DPSK信号的产生信号的产生同样也可以采用模拟相乘法和键控法同样也可以采用模拟相乘法和键控法与与2 2PSKPSK相比，只是多了一个码变换器，其作用是将绝对码变换为相相比，只是多了一个码变换器，其作用是将绝对码变换为相对码。对码。本讲稿第二十三页，共五十六页2DPSK2DPSK信号的解调信号的解调可以采用极性比较法和相位比较法解调可以采用极性比较法和相位比较法解调2 2DPSKDPSK信号信号图（图（a a）：）：极性比较法极性比较法图

16、（图（b b）：）：相位比较法，无需码反变换器和相干载波。相位比较法，无需码反变换器和相干载波。本讲稿第二十四页，共五十六页 由于由于2PSK2PSK和和2ASK2ASK的形式完全相同，只是的形式完全相同，只是 的取值不同，因此在的取值不同，因此在求求2PSK2PSK信号的功率谱密度时，也可以采用求信号的功率谱密度时，也可以采用求2ASK2ASK信号功率谱密度信号功率谱密度相同的方法。相同的方法。2PSK 2PSK信号功率谱密度信号功率谱密度 由于由于g(t)g(t)是双极性矩形脉冲信号上式变为是双极性矩形脉冲信号上式变为当概率相等时，当概率相等时，上式又变为，上式又变为2PSK2PSK信号及

17、信号及2DPSK2DPSK信号的频谱信号的频谱本讲稿第二十五页，共五十六页最后得到最后得到2PSK2PSK信号及信号及2DPSK2DPSK信号的频谱信号的频谱 由以上分析可知，由以上分析可知，2PSK2PSK信号频谱同样由连续谱和离散谱构成，当双极信号频谱同样由连续谱和离散谱构成，当双极性信号等概出现时，将不存在离散谱部分。同时连续谱结构与性信号等概出现时，将不存在离散谱部分。同时连续谱结构与ASKASK信号连续谱信号连续谱结构基本相同（仅相差一个常数因子）。自然，结构基本相同（仅相差一个常数因子）。自然，2PSK2PSK信号的带宽完全与信号的带宽完全与2ASK2ASK信号的带宽相同。需要指出

18、的是，信号的带宽相同。需要指出的是，2DPSK2DPSK信号只相差一个码变换及码信号只相差一个码变换及码反变换，而不影响其频谱结构，因此，反变换，而不影响其频谱结构，因此，2DPSK2DPSK信号频谱与信号频谱与2PSK2PSK信号频谱信号频谱完全相同。完全相同。本讲稿第二十六页，共五十六页5.25.2二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能w二进制振幅键控系统的抗噪声性能二进制振幅键控系统的抗噪声性能 设设2ASK2ASK系统中发送一个码元时间系统中发送一个码元时间TsTs内波形为内波形为而接收波形为而接收波形为对于对于2ASK2ASK信号可以采用包络检波和相干解调法进行

19、解调，但在解调器前端都需信号可以采用包络检波和相干解调法进行解调，但在解调器前端都需经过一个带通滤波器，其输出波形为经过一个带通滤波器，其输出波形为本讲稿第二十七页，共五十六页 为经过带通滤波器后的噪声，为一个窄带高斯白噪声。由以前章节讨为经过带通滤波器后的噪声，为一个窄带高斯白噪声。由以前章节讨论可知论可知则有则有本讲稿第二十八页，共五十六页由由 表达式可知经包络检波和低通滤器的输出包络为表达式可知经包络检波和低通滤器的输出包络为 由随机信号分析可知，发送由随机信号分析可知，发送1 1码的包络函数其一维概率密度函数服从广义瑞码的包络函数其一维概率密度函数服从广义瑞利分布；发送利分布；发送0

20、0码的包络函数其一维概率密度函数服从瑞利分布。码的包络函数其一维概率密度函数服从瑞利分布。1 1、包络检波法的系统性能、包络检波法的系统性能式中式中 的方差。的方差。本讲稿第二十九页，共五十六页 抽样判决器对输出包络函数进行判决，设判决门限电平为抽样判决器对输出包络函数进行判决，设判决门限电平为b b，规定，某一抽样，规定，某一抽样时刻抽样值时刻抽样值VbVb，则判为，则判为“1”“1”码；若码；若VbVb，则判为，则判为“0”“0”码。显然，在这里码。显然，在这里选择什么样的电平选择什么样的电平b b与判决的正确程度密切相关，选择的与判决的正确程度密切相关，选择的b b值不同，得到的误值不同

21、，得到的误码率值也不同，下面将具体分析：码率值也不同，下面将具体分析：（1 1）当发送为）当发送为“1”“1”码，判决为码，判决为“0”“0”码的差错概率为码的差错概率为为计算上式积分值，引入特殊函数为计算上式积分值，引入特殊函数Q Q函数（函数（MarcumMarcum函数），该函数定义为函数），该函数定义为则有则有式中，式中，为信号与噪声的平均功率之比，称为信噪比。而为信号与噪声的平均功率之比，称为信噪比。而 为归一化门限值。为归一化门限值。本讲稿第三十页，共五十六页（2 2）同理，当发送）同理，当发送“0”“0”码时，判决为码时，判决为“1”“1”的差错概率为的差错概率为 设发送设发送1

22、 1码的概率为码的概率为P(1)P(1)，发送，发送0 0码的概率为码的概率为P(0)P(0)，则系统总误码率为，则系统总误码率为 当当 时，时，包络检波时误码率的几何表示包络检波时误码率的几何表示本讲稿第三十一页，共五十六页可见，包括检波法的系统总误码率取决于输入信噪比可见，包括检波法的系统总误码率取决于输入信噪比 和归和归一化门限值一化门限值 ，当，当 确定后，则误码率仅是确定后，则误码率仅是 的函数，即选的函数，即选取不同的取不同的 值将直接影响系统的误码率。值将直接影响系统的误码率。在大信噪比情况下，即在大信噪比情况下，即 ，表达式可简化为，表达式可简化为对于大信噪比时，对于大信噪比时

23、，再利，再利Q函数特殊值，函数特殊值，化简得到化简得到当当 ；故上式中；故上式中 时，变为时，变为上式是在大信噪比条件下、最佳门限电平判决以及上式是在大信噪比条件下、最佳门限电平判决以及 条件下得到的，它表明条件下得到的，它表明ASK系统总误码率系统总误码率 随着信噪比随着信噪比 的的增加而近似地按指数规律下降。增加而近似地按指数规律下降。本讲稿第三十二页，共五十六页2、相干解调法的系统性能、相干解调法的系统性能接收波形与相干载波相乘，然后由低通滤波器滤除载频的二次接收波形与相干载波相乘，然后由低通滤波器滤除载频的二次谐波，抽样判决输入波形为谐波，抽样判决输入波形为式中未计入系数式中未计入系数

24、1/2，该系数可以由电路中的增益来加以补偿。，该系数可以由电路中的增益来加以补偿。由于由于 是高斯过程，因此当发送是高斯过程，因此当发送“1”时，过程时，过程 的一维的一维概率密度为概率密度为 其曲线如图（其曲线如图（a）所示。）所示。本讲稿第三十三页，共五十六页而当发送而当发送“0”时，时，的一维概率密度为的一维概率密度为其曲线如图（其曲线如图（b）所示。）所示。若令判决门限电平值为若令判决门限电平值为b，则发送码元，则发送码元1错判为错判为0的概率为的概率为 同理同理，可求得发送，可求得发送0码错判为码错判为1码的概率为码的概率为本讲稿第三十四页，共五十六页可确定最佳门限电平可确定最佳门限

25、电平 ，或最佳归一化门限电平，或最佳归一化门限电平 在发送码元在发送码元1和和0概率相等情况下，则可得系统总误码率概率相等情况下，则可得系统总误码率 为为将（将（a）、（）、（b）画在同一个图中，图（）画在同一个图中，图（c），则上式表明系统），则上式表明系统总误码率等于图中画有斜线区域总面积的一半。显然误码率与总误码率等于图中画有斜线区域总面积的一半。显然误码率与判决门限有关。判决门限有关。本讲稿第三十五页，共五十六页利用关系利用关系 之后，之后，得到得到2ASK系统总误码率为系统总误码率为 当当 时，有时，有 ，于是上式变为，于是上式变为 对于大信噪比情况下，对于大信噪比情况下，2ASK相

26、干解调法误码率公式与包络相干解调法误码率公式与包络检波法误码率公式相比较，可以看出，它们由同一函数关系检波法误码率公式相比较，可以看出，它们由同一函数关系给出，可见，这两种解调方式的抗噪声性能相差并不多。给出，可见，这两种解调方式的抗噪声性能相差并不多。本讲稿第三十六页，共五十六页w二进制移频键控系统的抗噪声性能二进制移频键控系统的抗噪声性能 设设2FSK系统的发送信号在一个码元时间系统的发送信号在一个码元时间Ts内的波形为内的波形为对于对于2FSK信号的解调同样可以采用包络检波法和相干解调法，信号的解调同样可以采用包络检波法和相干解调法，在解调过程中，每一系统用两个带通滤波器来区分中心频率为

27、在解调过程中，每一系统用两个带通滤波器来区分中心频率为1和和2的信号码元。假设带通滤波器无失真地使信号通过，的信号码元。假设带通滤波器无失真地使信号通过，则输出端波形为则输出端波形为其中其中式中式中 为窄带高斯过程。为窄带高斯过程。本讲稿第三十七页，共五十六页1、包络检波系统性能、包络检波系统性能假设假设 时间内所发送的码元为时间内所发送的码元为“1”（对应（对应1），则这），则这时送入抽样判决器的两路输入包络信号分别为时送入抽样判决器的两路输入包络信号分别为发送发送0码元时两包络信号分别为码元时两包络信号分别为由上面由上面4个式子相比较可以看出，所得的误码率具有完全相个式子相比较可以看出，所

28、得的误码率具有完全相同的结果同的结果 ，因此只需要计算发送码元，因此只需要计算发送码元1时的误码率时的误码率即可。即可。本讲稿第三十八页，共五十六页根据上面讨论可知，根据上面讨论可知，的一维概率分布为广义瑞利分布，而的一维概率分布为广义瑞利分布，而 的一维概率分布为瑞利分布。在判决时，当的一维概率分布为瑞利分布。在判决时，当 的取样的取样值值V1小于小于 的取样值的取样值V2时则发生错误判决，其错误概率为时则发生错误判决，其错误概率为根据根据Q函数性质有函数性质有 ，于是上式，于是上式Pe1为为式中式中 。本讲稿第三十九页，共五十六页同理，可求得发送同理，可求得发送0码错判为码错判为1码的概率

29、为码的概率为于是于是2FSK信号传输非相干接收系统总误码率为信号传输非相干接收系统总误码率为2、相干解调系统性能、相干解调系统性能接收的接收的2FSK信号经与相干载波相乘，并经低通滤波，输入到信号经与相干载波相乘，并经低通滤波，输入到判决器的两路信号在码元判决器的两路信号在码元1时为时为在码元为在码元为0时为时为因为因为 分别是窄带高斯过程的正弦分量，它们也分别是窄带高斯过程的正弦分量，它们也是高斯过程。是高斯过程。本讲稿第四十页，共五十六页信号为信号为1码时抽样值码时抽样值 是均值为是均值为，方差为，方差为 的高斯变量；抽样值的高斯变量；抽样值 ，也是均值为，也是均值为0，方差为，方差为 的

30、的高斯变量，抽样判决器对两路信号的判决只需比较它们抽样高斯变量，抽样判决器对两路信号的判决只需比较它们抽样值的大小，若抽样值值的大小，若抽样值 则判为则判为1码，反之则判为码，反之则判为0码。码。发送发送1码时，若码时，若 则误判为则误判为0码，故误码率为码，故误码率为令令 也是高斯变量，且均值为也是高斯变量，且均值为，方差，方差为为 ，该，该 为为于是于是z的一维概率度为的一维概率度为本讲稿第四十一页，共五十六页总误码率为总误码率为由于由于 ，在发送码元，在发送码元1和和0等概率条件下，即等概率条件下，即 于是于是2FSK系统总误码率为系统总误码率为在大信噪比条件下，上式简化为在大信噪比条件

31、下，上式简化为比较所得的误码率表达式可以看出，在大信噪比条件下，比较所得的误码率表达式可以看出，在大信噪比条件下，2FSK系统的相干解调和非相干解调在性能上相差不大，但采用同步系统的相干解调和非相干解调在性能上相差不大，但采用同步相干解调时，设备却要复杂的多。相干解调时，设备却要复杂的多。本讲稿第四十二页，共五十六页w二进制移相键控及差分移相键控系统的抗噪声性能二进制移相键控及差分移相键控系统的抗噪声性能1、2PSK系统极性比较法性能系统极性比较法性能参照参照2ASK系统相干解调并假设判决门限电为系统相干解调并假设判决门限电为0电平，则在一电平，则在一个码元持续时间内，可直接写出低通滤器输出波

32、形个码元持续时间内，可直接写出低通滤器输出波形它们的一维概率密度是分布在它们的一维概率密度是分布在 两边的完全对称的高斯分两边的完全对称的高斯分布，均值分别为布，均值分别为和和-，方差均为，方差均为 。当发送。当发送1码时若判决码时若判决值值 时，将发生时，将发生“1”判为判为“0”的错误，其错误概率的错误，其错误概率Pe1为为同理，将同理，将“0”判为判为“1”的错误概率为的错误概率为 本讲稿第四十三页，共五十六页因为因为 ，只求，只求 即可即可式中式中 。因为因为 ，故，故2PSK信号极性比较法解调时系统总误信号极性比较法解调时系统总误码率为码率为在大信噪比情况下在大信噪比情况下本讲稿第四

33、十四页，共五十六页2、2DPSK系统相位比较法性能系统相位比较法性能相位比较法与极性比较法重要区别在于前者的参考信号不再相位比较法与极性比较法重要区别在于前者的参考信号不再像后者那样具有固定的载频和相位，此时它是受到加性噪声像后者那样具有固定的载频和相位，此时它是受到加性噪声干扰的。因此，设在一个码元时间内发送的是干扰的。因此，设在一个码元时间内发送的是1码，且令前码，且令前一个码元也为一个码元也为1码（也可为码（也可为0码），则在鉴相器的两路波形为码），则在鉴相器的两路波形为式中式中 为无迟延支路波形，为无迟延支路波形，为迟延支路波形。理想鉴相为迟延支路波形。理想鉴相器为相乘器为相乘-低通滤

34、波器，则输出为低通滤波器，则输出为对对 进行抽样判决，进行抽样判决，判为判为1码，码，判为判为0码。码。本讲稿第四十五页，共五十六页利用恒等式利用恒等式则发送则发送1码时，将码时，将1码错判为码错判为0码的概率为码的概率为设设则有则有因为因为 均为高斯变量，由以前讨论可知均为高斯变量，由以前讨论可知 服从广义服从广义瑞利分布，瑞利分布，服从瑞利分布，其概率密度分别为服从瑞利分布，其概率密度分别为本讲稿第四十六页，共五十六页可得可得同理同理“0”错判为错判为“1”的概率的概率因此，因此，2DPSK系统相位比较法总误码率为系统相位比较法总误码率为3、2DPSK系统极性比较系统极性比较码变换法性能码

35、变换法性能前面已经指出，对于前面已经指出，对于2DPSK信号的解调还可以采用极性比较信号的解调还可以采用极性比较法，与法，与2PSK信号极性比较法不同的就是在信号极性比较法不同的就是在2PSK解调后再加一解调后再加一个码反变换器。因此，个码反变换器。因此，2DPSK极性比较法的误码率应在极性比较法的误码率应在2PSK信号极性比较法的基础上再考虑码反变换器所造成的误码率。信号极性比较法的基础上再考虑码反变换器所造成的误码率。本讲稿第四十七页，共五十六页由码反变换器的相关知识可以得出，若相干解调输出一个由码反变换器的相关知识可以得出，若相干解调输出一个或多个连续错码，在码反变换器输出都会引起两个错

36、码，或多个连续错码，在码反变换器输出都会引起两个错码，经计算可以推出的结论：在经计算可以推出的结论：在2PSK系统中加上码反变换器后系统中加上码反变换器后将会使其总误码率增加，因此将会使其总误码率增加，因此2DPSK信号极性比较法总误信号极性比较法总误码率为码率为本讲稿第四十八页，共五十六页5.3 二进制数字调制系统的性能比较综合前面的讨论，对二进制数字信号频带传输系统的抗噪综合前面的讨论，对二进制数字信号频带传输系统的抗噪声性能已经有所了解，下面就针对系统的频带宽度、误码声性能已经有所了解，下面就针对系统的频带宽度、误码率及对信道特性变化的敏感性等几方面加以简单比较。率及对信道特性变化的敏感

37、性等几方面加以简单比较。w频带宽度频带宽度当码元宽度为当码元宽度为Ts时，时，2ASK系统和系统和2PSK的第一零点带宽的第一零点带宽为为 ，2FSK系统的第一零点带宽为系统的第一零点带宽为 。因此。因此从频带利用率的角度看，从频带利用率的角度看，2FSK系统频带利用率不如前两者系统频带利用率不如前两者高。高。w误码率误码率相干解调系统抗噪声性能优于非相干解调系统。相干解调系统抗噪声性能优于非相干解调系统。本讲稿第四十九页，共五十六页当 很高时，即 时，每种传输的相干解调与非相干解调趋于同一近似表达式，说明系统抗噪声性能差异不大。另外，对于2ASK、2FSK、2PSK系统相干解调时，在相同误码

38、率条件下，在信噪比要求上2PSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB。因此在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK性能最好，2FSK性能次之，2ASK性能最差。2PSK系统抗噪声性能优于2DPSK系统，但它有反向工作现象，故在实际工程中广泛应用2DPSK系统。本讲稿第五十页，共五十六页二进制系统误码率公式一览表二进制系统误码率公式一览表 名名 称称 的关系的关系非相干非相干OOK相干相干OOK非相干非相干2FSK相干相干2FSK相干相干2PSK差分相干差分相干2DPSK相干相干2DPSK本讲稿第五十一页，共五十六页三种数字调制系统的三种数字调制系统的 曲线曲线 本讲稿第五十二页，共五十六

39、页w对信道特性变化的敏感性对信道特性变化的敏感性在选择数字调制方式时还应考虑它的最佳判决门限对信道在选择数字调制方式时还应考虑它的最佳判决门限对信道特性的变化是否敏感。特性的变化是否敏感。在在2PSK系统中比较两种解调输出的大小来作判决的，不需系统中比较两种解调输出的大小来作判决的，不需要人为设定门限电平。要人为设定门限电平。在在2PSK系统中，最佳门限为系统中，最佳门限为0，与接收信号的幅度无关，与接收信号的幅度无关，不随信道特性变化而变化，接收机总能保持最佳门限。不随信道特性变化而变化，接收机总能保持最佳门限。对于对于2ASK系统，最佳判决门限与信号及噪声均有关，当信系统，最佳判决门限与信

40、号及噪声均有关，当信噪比较大时，最佳门限为噪比较大时，最佳门限为 ，它仍与信号幅度有关。因，它仍与信号幅度有关。因此，信道性变化时，此，信道性变化时，2ASK方式不容易保证始终工作于最佳方式不容易保证始终工作于最佳判决状态，所以它对信道特性变化比较敏感，性能最差。判决状态，所以它对信道特性变化比较敏感，性能最差。本讲稿第五十三页，共五十六页w设备的复杂程度设备的复杂程度对于对于2ASK、2FSK及移相键控三种方式来说，发送端设备及移相键控三种方式来说，发送端设备复杂程度相差不多，接收端的复杂程度则与所选用的调制复杂程度相差不多，接收端的复杂程度则与所选用的调制和解调方式有关。对于同一种调制方式

41、，相干解调的设备和解调方式有关。对于同一种调制方式，相干解调的设备要比非相干解调时复杂；而同为非相干解调时，要比非相干解调时复杂；而同为非相干解调时，2DPSK的的设备最复杂，设备最复杂，2FSK次之，次之，2ASK最简单。最简单。w除以上除以上4种主要性能之外，在抗多径时延特性方面，种主要性能之外，在抗多径时延特性方面，2PSK信号最为敏感，信号最为敏感，2FSK信号性能较为优越。因此信号性能较为优越。因此2FSK广泛应用于多径时延较严重的短波信道中。广泛应用于多径时延较严重的短波信道中。w综上，选择一种数字调制和解调方式，要全面考虑各种综上，选择一种数字调制和解调方式，要全面考虑各种因素，

42、又要抓住最主要的要求，才能作出最佳的选择，目因素，又要抓住最主要的要求，才能作出最佳的选择，目前用得最多的数字调制方式是相干前用得最多的数字调制方式是相干2DPSK和非相干和非相干2FSK，相干相干2DPSK主要用于高速数据传输，非相干主要用于高速数据传输，非相干2FSK用于中、用于中、低速数据传输。低速数据传输。本讲稿第五十四页，共五十六页本 章 小 结w各种二进制数字调制各种二进制数字调制、多进制调制、现代数字调制的原理及数字调制系、多进制调制、现代数字调制的原理及数字调制系统抗噪声性能。统抗噪声性能。w各种二进制调制的波形、功率谱密度图、带宽、调制信号的产生和解调各种二进制调制的波形、功

43、率谱密度图、带宽、调制信号的产生和解调方法及误码率性能分析的结论和公式。方法及误码率性能分析的结论和公式。w二进制误码率分析推导的思路。通过对各种数字调制系统性能的比较，二进制误码率分析推导的思路。通过对各种数字调制系统性能的比较，能掌握各种调制系统性能的优劣，能根据实际情况正确选用调制和解能掌握各种调制系统性能的优劣，能根据实际情况正确选用调制和解调的电路。调的电路。本讲稿第五十五页，共五十六页思考题与作业思考题与作业w思考题思考题1.什么是数字调制？它和模拟调制有哪些异同点？什么是数字调制？它和模拟调制有哪些异同点？2.什么是绝对移相？什么是相对移相？它们有何区别？什么是绝对移相？什么是相对移相？它们有何区别？3.2PSK信号及信号及2DPSK信号可以用哪些方法产生和解调？它们是信号可以用哪些方法产生和解调？它们是否可以采用包络检波法解调，为什么？否可以采用包络检波法解调，为什么？w作业作业5-1，5-2，5-4，5-7，5-10本讲稿第五十六页，共五十六页