【教学课件】第六章数字调制系统.ppt

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1、第六章 数字调制系统6.1 引言6.2 二进制数字调制原理6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能6.4 多进制数字调制系统16.1 引言数字调制也称键控信号,有三种基本的调制方式:ASK,FSK,PSK可看成是模拟线性调制和角调制的特殊情况 载波 正弦波 调制信号 数字信号 26.2 二进制数字调制原理6.2.1 二进制振幅键控(2ASK)Amplitude Shift Keying 2ASK信号的产生乘法器模拟幅度调制方法键控方法OOK On-Off Keying3 =OOK信号有两种基本的解调方法:非相干解调(包络检波法)、相干解调(同步检测法)、42ASK的功率谱密度S(t)是单极性的随

2、机矩形脉冲序列根据矩形波形g(t)的频谱特点,对于所有m0的整数有5当P=1/2时62ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成2ASK信号带宽是基带脉冲波形带宽的两倍76.2.2 二进制移频键控(2FSK)Frequency Shift Keying8已调信号式中,g(t)为单个矩形脉冲,脉宽为 分别是第n个信号码元的初相位与序列n无关,反映在 上,表现为 与 改变时,其相位是不连续的。9FSK信号常用解调方法有非相干检测法,相干检测法,鉴频法,过零检测法,差分检波法等为简明起见,没有考虑相位的影响10FSK功率谱密度同样由连续谱和离散谱组成。离散谱出现在两个载频位置11若两载频之差较小,

3、如 则连续谱出现单峰。若两载频之差逐步增大,连续谱将出现双峰。频带126.2.3 2PSK,2DPSKPhase Shift Keying,Differential PSK g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲 在某一码元持续时间Ts 内观察13 0相位发送0,相位发送1.发送端与接收端必须要有相同的相位参考.若参考基准相位随机跳变,就会在接收端发生错误的恢复,“倒”现象。2DPSK是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。相位偏移 =数字信息“1”=0 数字信息“0”14数字信息绝对码 0 0 1 1 1 0 0 1PSKDPSK相对码 0 0 0 1 0 1 1 1 015

4、相对移相:绝对码相对码绝对移相载波移相2PSK调制方框图016载波移相2DPSK调制方框图码变换0172PSK信号的功率谱密度由于 为双极性矩形基带 信号,故:18当双极性基带信号“1”,“0”出现概率相等则:连续谱部分与2ASK信号的连续谱基本相同(仅相差一个常数因子)因此 2PSK信号的带宽与2ASK相同196.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能6.3.1 2ASK抗噪声性能 在一个码元持续时间内,发送端:20接收端BPF半波或全波整流器LPF抽样判决器定时脉冲输入输出非相干方式加性高斯白噪声21接收端带通滤波器后221.包络检波法的系统性能包络发“1”时,广义瑞利分布 发“0”时,瑞利分

5、布 V b 判为“1”门限电压b V b 判为“0”23发“1”信噪比 归一化门限值发“0”总误码率 Pe=P(1)Pe1+P(0)Pe2若P(1)=P(0)24在大信噪比(r1)条件下最佳门限 下界252.同步检测法的系统性能BPF相乘器LPF抽样判决器定时脉冲输入输出相干方式高斯过程,0均值26总误码率 Pe=P(1)Pe1+P(0)Pe2 27总误码率 Pe=P(1)Pe1+P(0)Pe2 28当 P(1)=P(0)=1/2 时当 r1 时29例 设某2ASK信号的码元速率 波特,接收端输入信号的幅度a=1mV,信道中加性噪声的单边功率谱密度求 1.包络检波器解调时系统的误码率 2.同步

6、检测法解调时系统的误码率解 30包络检波同步检测316.3.2 2FSK抗噪声性能BPF包络检波器抽样判决器抽样脉冲输入输出BPF包络检波器非相干解调32发送码元信号带通滤波器的输出33两路输入包络(发送码元“1”)广义瑞利分布 瑞利分布34同理总误码率35同步检测法 (0,Ts)发送“1”,送入抽样判决器比较的两路波形BPF相乘器LPF抽样判决器抽样脉冲输出BPF相乘器LPF输入比较大小36同理总误码率当r1 当r1时,包络检波与同步检测性能相差很小 376.3.3 2PSK和2DPSK系统的 抗噪声性能2PSK采用同步检测法(极性比较法)系统误码率(1)当r1时,(2)382DPSK差分相

7、干检测BPF相乘器LPF抽样判决器定时脉冲DPSK输出延迟Ts参考信号受到加性噪声干扰(3)392DPSK极性比较 码变换解调极性比较法即同步检测法,码变换器输入端的误码率可用(1)(2)表示,码变换器使误码率增加 总误码率 BPF相乘器LPF抽样判决器输入输出码(反)变换abcdef40 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0abcdef41同步检测输出有一个码元错误,码变换输出引起两个相邻码元错误例 0 0 1 0 0 0 1 1 0 同步检测输出有两个相继错码,码变换输出引起两个相邻码元错误0 0 1 0 1 10 1 1 1 0 42若输出中出现一长串连续错码,则在

8、码变换输出中仍引起两个码元错误0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1令Pn表示一串n个码元连续错误这一事件出现的概率则 码变换器输出的误码率为:出现一串n个码元连续错误是“n个码元同时出错与在该一串错码两端都有一码元不错”(4)(5)43(5)代入(4)又 很小 很大()码变换总码变换总是使误码是使误码率增加率增加(6)44(6)代入(1)得例 设某2FSK调制系统的码元传输速率为1000Baud,已调信号的载频为1000Hz、2000Hz;1)试讨论应选择怎样的解调器解调?2)若发送数字信息是等可能的,试画出它的功率谱密度草图。45在通信系统测试中,通常不直接计算或测量某

9、测试点的电压或负载吸收的功率,而是计算它们与某一电压或功率基准量之比的对数功率电平dBm P0=1mW(零功率电平)P155 例电压电平dbv V0=0.775V(零电压电平)46在600电阻上测量,功率电平等于电压电平476.4 多进制数字调制系统特点1.在相同的码元传输速率下,信息传输速率比二进制系统高。Rb=RBN2N b/s2.在相同的信息传输速率下,多进制码元传输速率比二进制低。增大码元宽度,会增加码元的能量,并能减少由于信道特性引起的码间干扰的影响。3.在相同的噪声下,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。486.4.1 MASKL电平的调制信号 可看成由时间上不重

10、叠的L个不同振幅值的OOK信号的叠加,因而,其功率谱密度便是这L个信号的功率谱密度之和,尽管叠加后的谱结构很复杂,但就带宽而言,L电平调制信号的带宽与二电平的相同.49BPFLPF抽样判决A(t)A(t)x(t)为第K个电平对应的信号K=1,2,L当 时,第K个电平的码元将会错判。门限电平50当发送L个电平的可能性相同时,每一电平的概率为1/L)51信号功率526.4.2 MFSK i=1,2,L要求MFSK信号L个状态之间具有正交关系,则:n,m为正整数,且 mn非相干接收是2FSK误码率的 L-1 倍.536.4.3 MPSK 受调相位,有M种不同取值多相调制的波形可以看作是对两个正交载波

11、进行多电平双边带调制所得信号之和,多相调制信号的带宽与多电平双边带调制时的相同.多相制中使用最广泛的是四相制和八相制,四相制记为4PSK或QPSK.54QPSK利用载波的四种不同相位来表征数字信息,每一载波相位代表2比特信息每个四进制码元又被称为双比特码元 a b (A方式)(B方式)0 0 0 225 1 0 90 315 1 1 180 45 0 1 270 13555参考相位00101101参考相位00101101QPSK信号的矢量图56串/并变换-/2+ab输入输出调制LPF抽样判决LPF抽样判决并/串ab-/2QPSK相干接收576.4.4 幅相键控方式(APK)APK信号的可能状态数为MN,如M=N=4,则可合成16APK信号.58令在一个码元内其中此信号可用二维空间内的点(An,Bn)表示,n=1,2,L这种信号点的集合称为信号星座图59两种幅度和4种相位的状态数L=8的信号点的集合若各信号状态出现的概率相等,则调制信号的平均发送功率608PSK信号点61在L=8 的5种信号星座图可以看出,(4)是最佳的一种方案 在同样的性能下,即在保证信号状态点之间的最小距离为2的情况下,(4)方案所用的平均信号功率最小.62

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