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1、文元美现代文元美现代(xindi)通信原理数字信号的通信原理数字信号的频带传输频带传输第一页，共156页。2023/2/72023/2/72 25.1 二进制数字幅度二进制数字幅度(fd)调制调制 调制信号为二进制数字信号时，这种调制称为二进制数字调制。在二进制数字调制中，载波的幅度、频率或相位只有两种变化状态。5.1.1 一般原理(yunl)与实现方法 数字幅度调制又称幅度键控（ASK），二进制幅度键控记作2ASK。第1页/共156页第二页，共156页。2023/2/72023/2/73 3 二进制数字振幅键控是一种古老的调制(tiozh)方式，最初用于电报系统，由于抗噪能力差，用得少。它是
2、各种数字调制(tiozh)的基础。振幅键控(也称幅移键控)，记作ASK(Amplitude Shift Keying)，或称其为开关键控(通断键控)，记作OOK(On Off Keying)。二进制数字振幅键控通常记作 2ASK。第2页/共156页第三页，共156页。2023/2/72023/2/74 42ASK信号可表示为：信号可表示为：s(t)为单极性为单极性NRZ矩形脉冲序列：矩形脉冲序列：2ASK信号的产生信号的产生(chnshng)方法（调制方法（调制方法）方法）第3页/共156页第四页，共156页。2023/2/72023/2/75 5图 3 2ASK信号的产生及波形(b xn)模
3、型 第4页/共156页第五页，共156页。2023/2/72023/2/76 6图 4 桥式调制器产生(chnshng)2ASK信号 第5页/共156页第六页，共156页。2023/2/72023/2/77 7图 5 简单(jindn)的三极管调幅器 第6页/共156页第七页，共156页。2023/2/72023/2/78 8图 6 2ASK信号的实现(shxin)方法 第7页/共156页第八页，共156页。2023/2/72023/2/79 92ASK信号的功率信号的功率(gngl)谱及带宽谱及带宽 一个一个2ASK信号可以表示成：信号可以表示成：设：调制信号的功率设：调制信号的功率(gng
4、l)谱为谱为Ps(f)，则已调信号的功率，则已调信号的功率(gngl)谱为谱为Pe(f)：带宽为：带宽为：频带利用率为：频带利用率为：第8页/共156页第九页，共156页。2023/2/72023/2/71010 2.2ASK信号的功率谱及带宽 若用G(f)表示二进制序列(xli)中一个宽度为Tb、高度为 1 的门函数g(t)所对应的频谱函数。Ps(f)为s(t)的功率谱密度，Pe(f)为已调信号e(t)的功率谱密度，则有 第9页/共156页第十页，共156页。2023/2/72023/2/711112ASK信号(xnho)的功率谱 第10页/共156页第十一页，共156页。2023/2/72
5、023/2/71212则二进制振幅(zhnf)键控信号的功率谱密度P2ASK(f)为式中用到P=1/2，fs=1/Ts第11页/共156页第十二页，共156页。2023/2/72023/2/71313 由图 7 可见：(1)因为2ASK信号的功率谱密度Pe(f)是相应的单极性数字基带信号功率谱密度Ps(f)形状不变地平移至fc处形成的，所以2ASK信号的功率谱密度由连续谱和离散谱两部分组成。它的连续谱取决于数字基带信号基本脉冲的频谱G(f)；它的离散谱是位于fc处一对频域冲击函数，这意味着2ASK信号中存在着可作载频同步的载波(zib)频率fc的成分。第12页/共156页第十三页，共156页。
6、2023/2/72023/2/71414 (2)基于同样的原因，我们可以知道，上面所述的 2ASK信号实际上相当于双边带调幅(DSB)信号。因此(ync)，由图7 可以看出，2ASK信号的带宽B2ASK是单极性数字基带信号 Bg的两倍。当数字基带信号的基本脉冲是矩形不归零脉冲时，Bg=1/Tb。于是 2ASK信号的带宽为 因为(yn wi)系统的传码率RB=1/Tb(Baud)，故2ASK系统的频带利用率为 第13页/共156页第十四页，共156页。2023/2/72023/2/715153.2ASK信号信号(xnho)的解调及系统误码率的解调及系统误码率 二进制振幅(zhnf)键控信号解调器
7、原理框图第14页/共156页第十五页，共156页。2023/2/72023/2/716162ASK信号非相干(xinggn)解调过程的时间波形第15页/共156页第十六页，共156页。2023/2/72023/2/71717图 9 2ASK信号的相干(xinggn)解调 第16页/共156页第十七页，共156页。2023/2/72023/2/71818 相干解调原理方框图如图9 所示。相干解调就是同步解调，同步解调时，接收机要产生一个与发送载波(zib)同频同相的本地载波(zib)信号，称其为同步载波(zib)或相干载波(zib)，利用此载波(zib)与收到的已调波相乘，相乘器输出为 第17页
8、/共156页第十八页，共156页。2023/2/72023/2/719192ASK2ASK系统性能系统性能系统性能系统性能1 1、非相干解调（包络检波）的系统性能、非相干解调（包络检波）的系统性能、非相干解调（包络检波）的系统性能、非相干解调（包络检波）的系统性能经中心频率为经中心频率为经中心频率为经中心频率为W0W0的的的的BPFBPF后，高斯后，高斯后，高斯后，高斯(o s)(o s)白噪声白噪声白噪声白噪声ni(t)ni(t)变为窄带高斯变为窄带高斯变为窄带高斯变为窄带高斯(o s)(o s)噪声噪声噪声噪声n(t)n(t)包络检波法的系统(xtng)性能分析模型第18页/共156页第十
9、九页，共156页。2023/2/72023/2/72020n(t)n(t)可正交分解为同相分量和正交分量，即：可正交分解为同相分量和正交分量，即：且同相分量和正交分量均服从且同相分量和正交分量均服从(fcng)(fcng)正态分布。正态分布。即即y(t)y(t)写成：写成：经包络检波后，经包络检波后，y(t)y(t)的包络：的包络：第19页/共156页第二十页，共156页。2023/2/72023/2/72121莱斯分布莱斯分布(fnb):(fnb):为零阶贝塞尔函数为零阶贝塞尔函数瑞利分布瑞利分布(fnb):(fnb):2ASK信号非相干解调(ji dio)的概率分布曲线第20页/共156页
10、第二十一页，共156页。2023/2/72023/2/72222 若发“1”的概率(gil)为P(1)，发“0”的概率(gil)为P(0)，并且当P(0)=P(1)=1/2时，取样判决器的判决门限电平取为A/2，当包络的抽样值A/2时，判为“1”；抽样值A/2时判为“0”。发“1”错判为“0”的概率(gil)为P(0/1),发“0”错判为“1”的概率(gil)为P(1/0)，则系统的总误码率为 第21页/共156页第二十二页，共156页。2023/2/72023/2/72323实际上，Pe就是图中两块阴影面积之和的一半。x=A/2直线左边的阴影面积等于 Pe1，其值的一半表示漏报概率；x=A/
11、2直线右边的阴影面积等于 Pe0，其值的一半表示虚报概率。采用包络检波的接收系统，通常(tngchng)是工作在大信噪比的情况下，这时可近似地得出系统误码率为 式中r=A2/(2 )为输入信噪比。由此可见，包络(bo lu)解调2ASK系统的误码率随输入信噪比r的增大，近似地按指数规律下降。第22页/共156页第二十三页，共156页。2023/2/72023/2/724242.相干解调时相干解调时2ASK系统的误码率系统的误码率 其接收带通滤波器其接收带通滤波器BPF的输出为：的输出为：取本地载波，则乘法器输出在抽样判决取本地载波，则乘法器输出在抽样判决(pnju)器输入端得到：器输入端得到：
12、第23页/共156页第二十四页，共156页。2023/2/72023/2/72525 x(t)值的一维概率密度为：值的一维概率密度为：第24页/共156页第二十五页，共156页。2023/2/72023/2/72626 不难看出，最佳判决门限为：不难看出，最佳判决门限为：可以证明，这时系统的误码率为：可以证明，这时系统的误码率为：当信噪比远大于当信噪比远大于1 1时，上式近似时，上式近似(jn s)(jn s)为：为：在大信噪比情况下，在大信噪比情况下，2ASK2ASK信号相干解调时的误信号相干解调时的误码率总是低于包络检波时的误码率，即相干解调码率总是低于包络检波时的误码率，即相干解调2AS
13、K2ASK系统的抗噪声性能优于非相干解调系统。系统的抗噪声性能优于非相干解调系统。第25页/共156页第二十六页，共156页。2023/2/72023/2/727275.3 数字数字(shz)频率调制频率调制 5.3.1 二进制数字二进制数字(shz)频移键控频移键控(2FSK)1.一般一般(ybn)原理与实现的方法原理与实现的方法 图 13 2FSK信号的产生及波形 第26页/共156页第二十七页，共156页。2023/2/72023/2/72828 根据以上(yshng)对 2FSK信号的产生原理的分析，已调信号的数字表达式可以表示为 第27页/共156页第二十八页，共156页。2023/
14、2/72023/2/72929二进制移频键控信号的时间(shjin)波形第28页/共156页第二十九页，共156页。2023/2/72023/2/730301)直接调频法(相位连续(linx)2FSK信号的产生)图图 14 直接调频法产生直接调频法产生(chnshng)2FSK信号信号 第29页/共156页第三十页，共156页。2023/2/72023/2/73131图 15 相位不连续(linx)2FSK信号的产生和各点波形 2)频率键控(jin kn)法(相位不连续 2FSK信号的产生)第30页/共156页第三十一页，共156页。2023/2/72023/2/73232图 15 相位(xi
15、ngwi)不连续 2FSK信号的产生和各点波形 第31页/共156页第三十二页，共156页。2023/2/72023/2/73333图 16 相位(xingwi)不连续2FSK信号的功率谱 2.2FSK信号的功率信号的功率(gngl)谱及带宽谱及带宽 1)相位(xingwi)不连续的2FSK情况 第32页/共156页第三十三页，共156页。2023/2/72023/2/73434 (1)相位(xingwi)不连续2FSK信号的功率谱与 2ASK信号的功率谱相似，同样由离散谱和连续谱两部分组成。其中，连续谱与2ASK信号的相同，而离散谱是位于 f1,f2处的两对冲击，这表明 2FSK信号中含有载
16、波 f1,f2的分量。(2)若仅计算2FSK信号功率谱第一个零点之间的频率间隔，该 2FSK信号的频带宽度，则为 式中，R=fb是基带信号的带宽(di kun)，h=|f2-f1|/R为偏移率(调制指数)。第33页/共156页第三十四页，共156页。2023/2/72023/2/73535 为了便于接收端解调，要求2FSK信号的两个频率f1,f2间要有足够(zgu)的间隔。对于采用带通滤波器来分路的解调方法，通常取|f2-f1|=(35)RB。于是，2FSK信号的带宽为 相应(xingyng)地，这时 2FSK系统的频带利用率为 第34页/共156页第三十五页，共156页。2023/2/720
17、23/2/736362)相位(xingwi)连续的2FSK情况 图图 17 相位连续相位连续(linx)2FSK信号的功率谱信号的功率谱 第35页/共156页第三十六页，共156页。2023/2/72023/2/73737表表 1 几种几种(j zhn)调制信号带宽比较调制信号带宽比较 第36页/共156页第三十七页，共156页。2023/2/72023/2/738383.2FSK信号的解调信号的解调(ji dio)及系统误码率及系统误码率 图 18 过零检测法方框图及各点波形图 1)过零检测法 第37页/共156页第三十八页，共156页。2023/2/72023/2/739392)包络(bo
18、 lu)检测法 图 19 2FSK信号(xnho)包络检波方框图及波形图 第38页/共156页第三十九页，共156页。2023/2/72023/2/740402FSK包络检波解调过程的时间(shjin)波形 第39页/共156页第四十页，共156页。2023/2/72023/2/74141 设频率f1代表(dibio)数字信号“1”；f2代表(dibio)数字信号“0”，则抽样判决器的判决准则应为 式中,v1,v2分别为抽样时刻两个包络检波器的输出值。这里的抽样判决器，要比较v1,v2的大小，或者说把差值v1-v2与零电平(din pn)比较。因此，有时称这种比较判决器的判决门限为零电平(di
19、n pn)。第40页/共156页第四十一页，共156页。2023/2/72023/2/742423)同步(tngb)检波法 图 20 2FSK信号(xnho)相干检测方框图 第41页/共156页第四十二页，共156页。2023/2/72023/2/743432FSK系统系统(xtng)的抗噪声性能的抗噪声性能 1.同步检测法的系统同步检测法的系统(xtng)性能性能 第42页/共156页第四十三页，共156页。2023/2/72023/2/74444发送端产生的发送端产生的2FSK2FSK信号可表示为：信号可表示为：接收机收入端合成波形为：接收机收入端合成波形为：接收端上、下支路两个带通滤波器
20、接收端上、下支路两个带通滤波器BPF1BPF1、BPF2BPF2的输出的输出(shch)(shch)波形分别为：波形分别为：第43页/共156页第四十四页，共156页。2023/2/72023/2/74545 考虑到这里的噪声为窄带考虑到这里的噪声为窄带(zhi di)(zhi di)高高斯噪声则：斯噪声则：发送发送“1”“1”符号，则上下支路低通滤符号，则上下支路低通滤波器输出分别为：波器输出分别为：第44页/共156页第四十五页，共156页。2023/2/72023/2/74646 将造成发送将造成发送(f sn)“1”(f sn)“1”码而错判为码而错判为“0”“0”码，错误概率为：码，
21、错误概率为：其一维概率密度函数可表示为：其一维概率密度函数可表示为：第45页/共156页第四十六页，共156页。2023/2/72023/2/74747 同理可得，发送同理可得，发送“0”“0”符号符号(fho)(fho)而错判为而错判为“1”“1”符号符号(fho)(fho)的概率的概率为为 于是可得于是可得2FSK信号采用同步检测法解调信号采用同步检测法解调时系统时系统(xtng)的误码率为：的误码率为：在大信噪比条件下，上式可近似表示为在大信噪比条件下，上式可近似表示为 第46页/共156页第四十七页，共156页。2023/2/72023/2/748482.包络检波法的系统包络检波法的系
22、统(xtng)性能性能 发送发送(f sn)“1”符号符号 第47页/共156页第四十八页，共156页。2023/2/72023/2/74949 经计算经计算2FSK信号信号(xnho)采用包络检波法解采用包络检波法解调时系统的误码率为：调时系统的误码率为：（1）在输入信号）在输入信号(xnho)信噪比一定时，相信噪比一定时，相干解调的误码率小于非相干解调的误码率；当系统干解调的误码率小于非相干解调的误码率；当系统的误码率一定时，相干解调比非相干解调对输入信的误码率一定时，相干解调比非相干解调对输入信号号(xnho)的信噪比要求低。的信噪比要求低。（2）相干解调时，需要插入两个相干载波，）相干
23、解调时，需要插入两个相干载波，电路较为复杂。电路较为复杂。第48页/共156页第四十九页，共156页。2023/2/72023/2/75050 将相干解调与包络(非相干)解调系统误码率做以比较，可以发现：(1)两种解调方法均可工作在最佳门限电平。(2)在输入信号信噪比r一定时，相干解调的误码率小于非相干解调的误码率；当系统的误码率一定时，相干解调比非相干解调对输入信号的信噪比要求低。所以相干解调 2FSK系统的抗噪声性能优于非相干的包络检测。但当输入信号的信噪比r很大时，两者的相对差别不明显。(3)相干解调时，需要(xyo)插入两个相干载波，因此电路较为复杂，但包络检测就无需相干载波，因而电路
24、较为简单。第49页/共156页第五十页，共156页。2023/2/72023/2/751515.3 二进制数字相位二进制数字相位(xingwi)调制调制 根据载波相位表示数字根据载波相位表示数字(shz)信息的方信息的方式不同，数字式不同，数字(shz)调相分为绝对相移调相分为绝对相移（PSK）和相对相移（）和相对相移（DPSK）两种。）两种。5.3.1 二进制相移键控（二进制相移键控（2PSK）1.一般原理及实现方法一般原理及实现方法 第50页/共156页第五十一页，共156页。2023/2/72023/2/75252 2PSK 2PSK信号的典型波形信号的典型波形(b xn)(b xn)如
25、图所示：如图所示：2PSK 2PSK信号的调制方框图如图所示：信号的调制方框图如图所示：第51页/共156页第五十二页，共156页。2023/2/72023/2/75353 2PSK 2PSK信号的解调：信号的解调：不考虑噪声不考虑噪声(zoshng)(zoshng)时，带通滤波器输出可表时，带通滤波器输出可表示为：示为：第52页/共156页第五十三页，共156页。2023/2/72023/2/75454 2PSK 2PSK接收接收(jishu)(jishu)系统各点波形如图所系统各点波形如图所示：示：第53页/共156页第五十四页，共156页。2023/2/72023/2/75555 2.2
26、PSK 2.2PSK信号的频谱和带宽信号的频谱和带宽 2PSK 2PSK信号的功率谱密度可以写成：信号的功率谱密度可以写成：对于双极性对于双极性NRZNRZ码，由于码，由于(yuy)(yuy)不存在直不存在直流成分，因此，流成分，因此，2PSK2PSK信号功率谱示意图如图信号功率谱示意图如图5-5-2121所示：所示：第54页/共156页第五十五页，共156页。2023/2/72023/2/75656 因因此此，2PSK信信号号的的带带宽宽、频频带带利利用用率率也也与与2ASK信号的相同。信号的相同。在在数数字字调调相相中中，由由于于表表征征信信息息的的相相位位变变化化(binhu)只只有有有
27、有限限的的离离散散取取值值，因因此此，可可以以把把 相相 位位 变变 化化(binhu)归归 结结 为为 幅幅 度度 变变 化化(binhu)。为为此此可可以以把把数数字字调调相相信信号号当当作作线线性调制信号来处理了。性调制信号来处理了。第55页/共156页第五十六页，共156页。2023/2/72023/2/75757 3.2PSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能(xngnng)2PSK信号相干解调系统模型如图所示：信号相干解调系统模型如图所示：经信道传输，接收端输入信号为：经信道传输，接收端输入信号为：第56页/共156页第五十七页，共156页。2023/2/72023/2/75858
28、经带通滤波器输出：经带通滤波器输出：与本地载波相乘后，经低通滤波器滤除高频分与本地载波相乘后，经低通滤波器滤除高频分量，在抽样判决器输入量，在抽样判决器输入(shr)(shr)端得到：端得到：第57页/共156页第五十八页，共156页。2023/2/72023/2/75959第58页/共156页第五十九页，共156页。2023/2/72023/2/76060 2PSK系统的最佳判决门限电平系统的最佳判决门限电平(din pn)为：为：在最佳门限时，在最佳门限时，2PSK系统的误码率为：系统的误码率为：在大信噪比下，上式成为：在大信噪比下，上式成为：第59页/共156页第六十页，共156页。20
29、23/2/72023/2/761615.3.2 二进制差分相移键控（二进制差分相移键控（2DPSK）1.一般原理及实现方法一般原理及实现方法 它不是利用它不是利用(lyng)载波相位的绝对数值传送载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用本码元与前一码元相位之差来数字信息，而是用本码元与前一码元相位之差来传送数字信息的。传送数字信息的。第60页/共156页第六十一页，共156页。2023/2/72023/2/76262 相对移相信号可以看作相对移相信号可以看作(kn zu)(kn zu)是把数是把数字信息序列（绝对码）变换成相对码，然后字信息序列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对移相
30、而形成。再根据相对码进行绝对移相而形成。绝对码和相对码是可以互相转换的，其转绝对码和相对码是可以互相转换的，其转换关系为：换关系为：编码器编码器 译码器译码器第61页/共156页第六十二页，共156页。2023/2/72023/2/76363 相对相移本质上就是对差分码信号的绝相对相移本质上就是对差分码信号的绝对相移。即对相移。即 实现实现(shxin)(shxin)相对调相的最常用方法如相对调相的最常用方法如图所示。图所示。第62页/共156页第六十三页，共156页。2023/2/72023/2/76464 2DPSK的解调有两种，一种是差分相干解调，的解调有两种，一种是差分相干解调，另一种
31、是相干解调另一种是相干解调-码变换法。码变换法。（1）相干解调）相干解调-码变换法。码变换法。（2）差分相干解调法。它是直接比较前后码）差分相干解调法。它是直接比较前后码元的相位差而构成的，这种方法不需要码变换器，元的相位差而构成的，这种方法不需要码变换器，也不需要专门也不需要专门(zhunmn)的相干载波发生器，因的相干载波发生器，因此设备比较简单、实用。此设备比较简单、实用。第63页/共156页第六十四页，共156页。2023/2/72023/2/76565第64页/共156页第六十五页，共156页。2023/2/72023/2/76666 2.2DPSK信号的频谱和带宽信号的频谱和带宽
32、无论是无论是2PSK还是还是2DPSK信号，就波形本信号，就波形本身而言，它们都可以等效成双极性信号作用身而言，它们都可以等效成双极性信号作用下的调幅信号，无非是一对倒相信号的序列下的调幅信号，无非是一对倒相信号的序列(xli)。有以下结论：。有以下结论：（1）2DPSK与与2PSK有相同的功率谱；有相同的功率谱；（2）它们的带宽和频带利用率均相同。）它们的带宽和频带利用率均相同。第65页/共156页第六十六页，共156页。2023/2/72023/2/76767 3.2DPSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能 （1）极性比较）极性比较-码变换法解调时码变换法解调时2DPSK系统系统的抗噪声性
33、能的抗噪声性能 为了分析码反变换器对误码的影响为了分析码反变换器对误码的影响(yngxing)，以序列，以序列0110111001为例，可以为例，可以得到下图：得到下图：第66页/共156页第六十七页，共156页。2023/2/72023/2/76868第67页/共156页第六十八页，共156页。2023/2/72023/2/76969以这方式解调时的误码率为：以这方式解调时的误码率为：当误码率很小时：当误码率很小时：由此可见，码反变换器器总是使系统误码由此可见，码反变换器器总是使系统误码率增加，通常率增加，通常(tngchng)(tngchng)认为增加一倍。认为增加一倍。（2 2）差分相干
34、解调时）差分相干解调时2DPSK2DPSK系统的抗噪系统的抗噪声性能声性能第68页/共156页第六十九页，共156页。2023/2/72023/2/77070 4.2PSK与与2DPSK系统的比较系统的比较 （1）检测）检测(jin c)这两种信号时判决器均这两种信号时判决器均可工作在最佳门限电平（零电平）。可工作在最佳门限电平（零电平）。（2）2DPSK抗噪声性能不及抗噪声性能不及2PSK。（3）2PSK系统存在系统存在“反向工作反向工作”问题，而问题，而2DPSK系统不存在系统不存在“反向工作反向工作”问题。问题。因此在实际应用中，真正作为传输用的因此在实际应用中，真正作为传输用的数字调相
35、信号几乎都是数字调相信号几乎都是DPSK信号。信号。第69页/共156页第七十页，共156页。2023/2/72023/2/771715.4 二进制数字调制系统二进制数字调制系统(xtng)的性能比较的性能比较 1.误码率误码率 对二进制数字调制系统对二进制数字调制系统(xtng)的抗噪声性的抗噪声性能做如下两个方面的比较：能做如下两个方面的比较：（1）同一调制方式不同检测方法的比较）同一调制方式不同检测方法的比较 对于同一调制方式不同检测方法，相干检对于同一调制方式不同检测方法，相干检测的抗噪声性能优于非相干检测。测的抗噪声性能优于非相干检测。第70页/共156页第七十一页，共156页。20
36、23/2/772第71页/共156页第七十二页，共156页。2023/2/72023/2/77373 （2）同一检测方法不同调制方式的比较）同一检测方法不同调制方式的比较 做横向比较，可以看出：做横向比较，可以看出：1）相干检测时，在相同）相干检测时，在相同(xin tn)误码率误码率条件下，对信噪比的要求是：条件下，对信噪比的要求是：2PSK比比2FSK小小3dB，2FSK比比2ASK小小3dB；2）非相干检测时，在相同）非相干检测时，在相同(xin tn)误误码率条件下，对信噪比的要求是：码率条件下，对信噪比的要求是：2DPSK比比2FSK小小3dB，2FSK比比2ASK小小3dB。第72
37、页/共156页第七十三页，共156页。2023/2/72023/2/77474 2.频带宽度频带宽度3.对信道特性变化的敏感性对信道特性变化的敏感性 信道特性变化的灵敏度对最佳信道特性变化的灵敏度对最佳(zu ji)判决门限判决门限有一定的影响。有一定的影响。2ASK系统最差。系统最差。2FSK系统和系统和2PSK系统较系统较好。好。4.设备的复杂程度设备的复杂程度 在高速数据传输中，相干在高速数据传输中，相干PSK及及DPSK用得较用得较多，而在中、低速数据传输中，特别是在衰落信道多，而在中、低速数据传输中，特别是在衰落信道中，相干中，相干2FSK用得较为普遍。用得较为普遍。第73页/共15
38、6页第七十四页，共156页。2023/2/72023/2/77575多进制数字振幅多进制数字振幅(zhnf)键控键控(MASK)在多进制数字调制中，在每个符号间隔Tb内，可能发送的符号有M种，在实际应用中，通常取M=2n，n为大于1的正整数，也就是说，M是一个大于 2 的数字。这种状态数目大于 2 的调制信号称为多进制信号。将多进制数字信号(也可由基带二进制信号变换(binhun)而成)对载波进行调制，在接收端进行相反的变换(binhun)，这种过程就叫多进制数字调制与解调，或简称为多进制数字调制。第74页/共156页第七十五页，共156页。2023/2/72023/2/77676 与二进制数
39、字调制系统相比，多进制数字调制系统具有以下几个特点(tdin)：(1)在码元速率(传码率)相同条件下，可以提高信息速率(传信率)。当码元速率相同时，M进制数传系统的信息速率是二进制的log2M倍。(2)在信息速率相同条件下，可降低码元速率，以提高传输的可靠性。(3)在接收机输入信噪比相同条件下，多进制数传系统的误码率比相应的二进制系统要高。(4)设备复杂。第75页/共156页第七十六页，共156页。2023/2/72023/2/777771.MASK信号信号(xnho)的波形及表示式的波形及表示式 第76页/共156页第七十七页，共156页。2023/2/72023/2/77878图 11 多
40、电平调制(tiozh)波形 第77页/共156页第七十八页，共156页。2023/2/72023/2/77979图 11(c)的各个波形(b xn)可表示为 第78页/共156页第七十九页，共156页。2023/2/72023/2/78080其中(qzhng)e1(t)、em-1(t)均为 2ASK信号，但它们振幅互不相等，时间(shjin)上互不重叠，e0(t)=0 可以不考虑。因此，m电平的MASK信号e(t)可以看作由振幅互不相等、时间(shjin)上互不相容的m-1个2ASK信号叠加而成。即 概率(gil)为1概率为P1概率为1-P1概率为P2概率为1-P2概率为Pm-1概率为1-Pm
41、-1第79页/共156页第八十页，共156页。2023/2/72023/2/781812.MASK信号的带宽信号的带宽(di kun)及频带利用率及频带利用率 MASK信号(xnho)的带宽可表示为 其中(qzhng)fb=1/Tb是多进制码元速率。与二进制2ASK信号相比较，二进制码元速率为fb。当两者码元速率相等时，即fb=fb，则两者带宽相等，即 第80页/共156页第八十一页，共156页。2023/2/72023/2/78282当两者的信息速率(sl)相等时，则其码元速率(sl)的关系为 第81页/共156页第八十二页，共156页。2023/2/72023/2/78383当以码元速率考
42、虑(kol)频带利用率r时，有 这与2ASK系统相同。但通常(tngchng)是以信息速率来考虑频带利用率的，因此有 第82页/共156页第八十三页，共156页。2023/2/72023/2/784843.MASK信号信号(xnho)的调制方法的调制方法 几种(j zhn)多电平调制的方框图 第83页/共156页第八十四页，共156页。2023/2/72023/2/78585几种几种(j zhn)(j zhn)多电平调制的方多电平调制的方框图框图 第84页/共156页第八十五页，共156页。2023/2/72023/2/78686为了进一步说明多电平正交调幅带来的好处，将发端方框图再详细画出示
43、(ch sh)于图 12(d)中(设m=4,图右侧为A,B,C,D各点波形图)。输入二进制数码的码元宽度为Tb，每 2 比特一组，经2/4电平变换器变换成四进制数码，其码元宽度为 2Tb，每个码元包含 2 比特信息。再经串/并变换交叉送入两个支路去进行正交调制，此时各支路的码元宽度为 4Tb。输出信号的带宽为 它是单路2ASK系统(xtng)带宽(2fb)的 ，而信息速率并不改变。此时频带利用率为 第85页/共156页第八十六页，共156页。2023/2/72023/2/78787 4.MASK信号的特点信号的特点 (1)传输效率高。传输效率高。(2)抗衰落能力差。抗衰落能力差。(3)在接收机
44、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，MASK系统的误码系统的误码率比率比2ASK系统要高。系统要高。(4)电平电平(din pn)数数M越大，设备越复杂。越大，设备越复杂。第86页/共156页第八十七页，共156页。2023/2/72023/2/78888多进制数字多进制数字(shz)频移键控频移键控(MFSK)1.MFSK系统系统(xtng)方框图方框图 图 21 多频制系统(xtng)的组成方框图 第87页/共156页第八十八页，共156页。2023/2/72023/2/78989 2.MFSK信号的带宽信号的带宽(di kun)及频带利用率及频带利用率 键控法
45、产生的键控法产生的MFSK信号，其相位是不连续的，可用信号，其相位是不连续的，可用 DPMFSK表示。它可以看作由表示。它可以看作由 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 2ASK信号叠加的结果。设信号叠加的结果。设 MFSK信号码元的宽度为信号码元的宽度为 Tb，即传输速率，即传输速率fb=1/Tb(Baud)，则，则m频制信号的带宽频制信号的带宽(di kun)为为 设fD=(fm-f1)/2 为最大频偏，则上式可表示(biosh)为 第88页/共156页第八十九页，共156页。2023/2/72023/2/79090图图 22 DPMFSK信号信
46、号(xnho)的功率谱的功率谱 第89页/共156页第九十页，共156页。2023/2/72023/2/79191 若相邻载频之差等于2fb，即相邻频率的功率谱主瓣刚好互不重叠，这时的MFSK信号的带宽及频带(pndi)利用率分别为 此时(c sh)两者带宽的关系为 第90页/共156页第九十一页，共156页。2023/2/72023/2/79292频带(pndi)利用率的关系为 与MASK的频带利用率比较(bjio)，其关系为 第91页/共156页第九十二页，共156页。2023/2/72023/2/79393 3.MFSK信号的特点信号的特点 (1)在传输率一定时，由于采用多进制，每个码元
47、包含的信息量增加，码元宽度加宽，因而在信号电平一定时每个码元的能量增加。在传输率一定时，由于采用多进制，每个码元包含的信息量增加，码元宽度加宽，因而在信号电平一定时每个码元的能量增加。(2)一个频率对应一个二进制码元组合，因此，总的判决数可以减少。一个频率对应一个二进制码元组合，因此，总的判决数可以减少。(3)码元加宽后可有效地减少由于多径效应造成的码间串扰的影响，从而提高衰落信道下的抗干扰能力。码元加宽后可有效地减少由于多径效应造成的码间串扰的影响，从而提高衰落信道下的抗干扰能力。MFSK信号的主要缺点是信号频带宽，频带利用率低。信号的主要缺点是信号频带宽，频带利用率低。MFSK一般用于调制
48、速率一般用于调制速率(sl)(载频变化率载频变化率)不高的短波、衰落信道上的数字通信。不高的短波、衰落信道上的数字通信。第92页/共156页第九十三页，共156页。2023/2/72023/2/79494多进制数字多进制数字(shz)相移键控相移键控(MPSK)1.多相(du xin)制的表达式及相位配置相邻(xin ln)相移的差值为：第93页/共156页第九十四页，共156页。2023/2/72023/2/79595第94页/共156页第九十五页，共156页。2023/2/72023/2/79696图 34 相位(xingwi)配置矢量图 第95页/共156页第九十六页，共156页。202
49、3/2/72023/2/79797图 35 四相制信号(xnho)波形图 第96页/共156页第九十七页，共156页。2023/2/72023/2/798982.多相制信号多相制信号(xnho)的产生的产生 1)直接调相法(1)4PSK信号的产生(chnshng)(/4 体系)。图 36 直接调相法产生(chnshng)4PSK 信号方框图第97页/共156页第九十八页，共156页。2023/2/72023/2/79999图 36 直接(zhji)调相法产生4PSK信号方框图第98页/共156页第九十九页，共156页。2023/2/72023/2/7100100(2)4DPSK信号的产生(ch
50、nshng)(/2体系)。图图 37 直接调相直接调相码变码变换法产生换法产生4DPSK信号信号(xnho)方框图及码变方框图及码变换波形换波形 第99页/共156页第一百页，共156页。2023/2/72023/2/7101101(3)8PSK信号(xnho)的产生(/4 体系)。图 38 8PSK正交调制器/4体系(tx)第100页/共156页第一百零一页，共156页。2023/2/72023/2/71021022)相位(xingwi)选择法 图 39 相位选择(xunz)法产生四相制信号方框图 第101页/共156页第一百零二页，共156页。2023/2/72023/2/71031033