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1、第七章 正旋载波数字调制系统本讲稿第一页，共六十二页6.1 6.1 引引 言言 6.2 6.2 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 6.3 6.3 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 6.4 6.4 二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较 本讲稿第二页，共六十二页调制的实质是把调制信号的频谱搬移到所希望的频率范围，从而调制的实质是把调制信号的频谱搬移到所希望的频率范围，从而将调制信号转换成适合信道传输或便于信道多路复将调制信号转换成适合信道传输或便于信道多路复用的已调信号，提高系统传输的有效性和可靠性。用的已调信号，提高系统传输的有效性和可靠性。数
2、字调制方法：数字调制方法：数字调制方法：数字调制方法：仅讨论以正弦波为载波仅讨论以正弦波为载波6.1 6.1 引引 言言 QPSKPSK、DPSKMFSK、MSKFSKQAMASK改进改进基本基本本讲稿第三页，共六十二页6.2.3 6.2.3 移相键控移相键控6.2.2 6.2.2 移频键控移频键控6.2.1 6.2.1 移幅键控移幅键控6.2 6.2 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 本讲稿第四页，共六十二页重要参数：信道带宽重要参数：信道带宽 BW2ASK=2 fs重要参数：信号带宽重要参数：信号带宽 B2ASK=2 fs6.2.1 6.2.1 移幅键控移幅键控（2ASK）2 2、频谱
3、结构、频谱结构 3 3、调制方法、调制方法4 4、解调方法、解调方法:1:1）非相干解调）非相干解调 2 2）相干解调）相干解调1 1、信号表达式、信号表达式信号波形及频谱图信号波形及频谱图 本讲稿第五页，共六十二页2ASK 信号表达式信号表达式以概率以概率 p以概率以概率（1-p）设设 码元宽度为码元宽度为Ts ，则基带信号，则基带信号 S(t)可表示成可表示成NRZ 信号信号0 0 以概率以概率 1-p1-p其中：其中：an=1 1 以概率以概率 p 2ASK 信号信号注：注：2ASK 信号信号限制限制 S(t)只能是只能是 NRZ 信号信号本讲稿第六页，共六十二页2ASK 频谱结构频谱结
4、构设设 S(t)的功率谱密度为的功率谱密度为Ps(f),e0(t)的功率谱密度为的功率谱密度为 PE(f)非严格推导：非严格推导：取决于取决于 NRZ Ps(f)关于关于(f)本讲稿第七页，共六十二页 定义式：定义式：说明：说明：本讲稿第八页，共六十二页 S(t)是是 NRZ 信号信号 当当 p=时时,本讲稿第九页，共六十二页2ASK 信号波形信号波形频谱图频谱图1 0 0 1 0 1 1+E V0 V S(t)载波载波2ASK-fcfc+fsfc-fsB2ASK=2 fs本讲稿第十页，共六十二页2ASK 调制方式调制方式模拟调制方式模拟调制方式 键控方式键控方式 也称也称 OOK 信号信号
5、开关开关K 的动作由的动作由S(t)决定，决定，乘法器乘法器S(t)e0(t)滤波器滤波器cosc t10e0(t)cosc tK当当S(t)=0 K 接接01 K 接接1本讲稿第十一页，共六十二页非相干非相干解调解调2ASK 解调解调方式方式带通带通 整流整流 低通低通 抽样抽样判决判决e0(t)包络检波包络检波 定时脉冲定时脉冲 S(t)相干相干解调解调带通带通 相乘相乘 低通低通 抽样抽样判决判决e0(t)S(t)定时脉冲定时脉冲 cosc t本讲稿第十二页，共六十二页6.2.2 6.2.2 移频键控信号移频键控信号（2FSK）重要参数：信号带宽重要参数：信号带宽 B2FSK=2 fs+
6、|f1-f2|2 2、频谱结构、频谱结构 3 3、调制方法、调制方法1 1、信号表达式、信号表达式信号波形及频谱图信号波形及频谱图 包络检波法、过零检测法、差分检波法包络检波法、过零检测法、差分检波法4 4、解调方法、解调方法:相干解调相干解调非相干解调：非相干解调：本讲稿第十三页，共六十二页2FSK 信号表达式信号表达式 其中其中:是是 an 的反码的反码 1 以以 p 为概率出现为概率出现0 以以（1p）为概率出现为概率出现an=01 定义式：定义式：e0(t)=A cos(t)=c+=c+k S(t)S(t)为双极性信号为双极性信号将一路将一路 2FSK 信号看成两路信号看成两路 2AS
7、K 信号的合成信号的合成S1(t)为单极性信号为单极性信号本讲稿第十四页，共六十二页近似分析法：近似分析法：2 路路 2ASK 信号的叠加信号的叠加 2FSK 频谱结构频谱结构 且且 S1(t)、均为均为 NRZ 信号，信号，脉宽为脉宽为Ts 当当 p=时时,本讲稿第十五页，共六十二页2FSK 信号波形信号波形频谱频谱图图1 0 0 1 0 1 1+E V S(t)载波载波2FSK-E V S1(t)S1(t)+E V0 V+E V0 V载波载波B2FSK=2 fs+|f1-f2|f1f2f1本讲稿第十六页，共六十二页2FSK 调制方式调制方式模拟调制方式：直接调频、间接调频模拟调制方式：直接
8、调频、间接调频 键控方式键控方式 开关开关K 的动作由的动作由S(t)决定，决定，当当S(t)=0 K 接接01 K 接接1S(t)e0(t)压控压控 VCO 直接调频直接调频1e0(t)cos1 tK0cos2 t本讲稿第十七页，共六十二页2FSK 相干解调相干解调抽样抽样判决判决e0(t)S(t)定时脉冲定时脉冲 带通带通1 低通低通 cos1 t2 fs带通带通2 低通低通 cos2 t2 fs条件：条件：|f1-f2|2 fs 本讲稿第十八页，共六十二页2FSK 包络检波法包络检波法抽样抽样判决判决e0(t)S(t)定时脉冲定时脉冲 条件：条件：|f1-f2|2 fs 2 fs带通带通
9、2 包络检波包络检波 带通带通1 2 fs 包络检波包络检波 本讲稿第十九页，共六十二页2FSK 过零检测法过零检测法特点：特点：“1”、“0”码元对应的载波频率不同，即在单位时间内载波的过码元对应的载波频率不同，即在单位时间内载波的过零点数目不同，利用此特点，还原基带信号。零点数目不同，利用此特点，还原基带信号。各点波形示意图各点波形示意图e0(t)整形整形 微分微分 宽脉冲发生器宽脉冲发生器 整流整流 S(t)abcdef判判决决 低通低通 本讲稿第二十页，共六十二页e0(t)S(t)整形整形 微分微分 宽脉冲发生器宽脉冲发生器 低通低通 整流整流 abcdef判判决决 abcdef0 1
10、 1 0 1 0 0 本讲稿第二十一页，共六十二页2FSK 差分检波法差分检波法抽样抽样判决判决带通带通低通低通2 fs+|f1-f2|e0(t)S(t)e(t)延时延时若控制若控制，使，使 则则本讲稿第二十二页，共六十二页说明：输出说明：输出 与原生基带信号与原生基带信号 S(t)呈线性关系呈线性关系,判决后判决后实现还原。性能受实现还原。性能受 控制控制 当当 较小时较小时每种方法各有优缺点，适当选择每种方法各有优缺点，适当选择本讲稿第二十三页，共六十二页6.2.3 6.2.3 移相键控移相键控信号信号（2PSK、2DPSK）6.2.3.1 6.2.3.1 移相原理移相原理 6.2.3.2
11、 6.2.3.2 移相信号移相信号本讲稿第二十四页，共六十二页模拟调相定义：模拟调相定义：载波的载波的相位相位随调制信号的变化而变化随调制信号的变化而变化移相原理移相原理数字移相定义：以载波不同的数字移相定义：以载波不同的初始相位初始相位值去表示不同的数字信值去表示不同的数字信号号载波载波初相初相 ：每个码元起始时刻对应的载波相位：每个码元起始时刻对应的载波相位本讲稿第二十五页，共六十二页重要参数：信号带宽重要参数：信号带宽 B2PSK=B2DPSK=2 fs3 3、频谱结构、频谱结构 4 4、调制方法、调制方法2 2、信号表达式、信号表达式5 5、解调方法、解调方法:相干解调相干解调非相干解
12、调非相干解调移相信号（移相信号（2PSK 和和 2DPSK）1 1、信号定义及波形、信号定义及波形2PSK 2DPSK 比较比较本讲稿第二十六页，共六十二页2PSK：绝对移相信号：绝对移相信号A 方式：方式：0 表示表示“0”表示表示“1”表示表示“0”表示表示“1”或反之或反之B 方式：方式：或反之或反之载波初相载波初相1 0 0 1 0 1 1+E V S(t)-E V 0 0 0 A 方式：方式：B 方式：方式：本讲稿第二十七页，共六十二页 2DPSK：相对移相信号：相对移相信号相对相对载波初相载波初相 ：后码元的载波初相：后码元的载波初相2与前相邻码元载波与前相邻码元载波初相初相1的差
13、值的差值=2-1A 方式：方式：0 表示表示“0”表示表示“1”表示表示“0”表示表示“1”或反之或反之B 方式：方式：或反之或反之波形波形本讲稿第二十八页，共六十二页1 0 0 1 0 1 1+E S(t)-EA 方式：方式：B 方式：方式：绝对码绝对码相对码相对码参考点参考点001 1 1 0 0 1 0码变换码变换本讲稿第二十九页，共六十二页比较比较1 0 0 1 0 1 1+E S(t)-E0 0 0 0 2PSK2DPSK判判0 1 1 0 1 0 0到到 现象：现象：0判判0 0 0 1 0 1 1全错全错错错 1 位位本讲稿第三十页，共六十二页2PSK、2DPSK 频谱结构频谱结
14、构2PSK 的信号表达式的信号表达式 2PSK 的功率谱密度的功率谱密度与与 2ASK 相似，要求相似，要求 S(t)为为双极性非归零双极性非归零 频谱图频谱图本讲稿第三十一页，共六十二页2PSK 频谱图频谱图B2PSK=2 fs-fcfc+fsfc-fs本讲稿第三十二页，共六十二页调制方式调制方式2PSK 键控方式键控方式 2DPSK 键控方式键控方式 相移相移1e0(t)K0 S(t)码变换码变换cosc t相移相移1e0(t)K0 S(t)cosc t本讲稿第三十三页，共六十二页相干解调相干解调2PSK2DPSK带通带通低通低通抽样抽样判决判决e0(t)S(t)定时脉冲定时脉冲 cosc
15、 t带通带通低通低通抽样抽样判决判决e0(t)S(t)定时脉冲定时脉冲 cosc t码反变换码反变换相干解调相干解调-码变换码变换本讲稿第三十四页，共六十二页差分相干检波差分相干检波非相干解调非相干解调2PSK2DPSK抽样抽样判决判决带通带通低通低通e0(t)S(t)延时延时Ts抽样抽样判决判决带通带通e0(t)S(t)鉴相器鉴相器分析分析本讲稿第三十五页，共六十二页1 0 0 1 0 1 1 S(t)+E-Eabc=a bde1 0 0 1 0 1 1判判0抽样抽样判决判决带通带通低通低通e0(t)S(t)延时延时Tsabcde本讲稿第三十六页，共六十二页6.3 6.3 二进制数字调制系统
16、的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能 6.3.1 6.3.1 2ASK 系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能6.3.2 6.3.2 2FSK 系统的抗噪性能系统的抗噪性能 6.3.3 6.3.3 2PSK 及及 2DPSK 系统的抗噪性能系统的抗噪性能本讲稿第三十七页，共六十二页6.3.1 6.3.1 2ASK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能6.3.1.1 6.3.1.1 接收信号描述接收信号描述 6.3.1.2 6.3.1.2 非相干接收系统非相干接收系统6.3.1.3 6.3.1.3 相干接收系统相干接收系统本讲稿第三十八页，共六十二页分析：一个码元宽度分析：一个码元宽度Ts的信号的信号
17、发送信号发送信号 ST(t)=UT(t)=Acosc t 0 t )则则 pe1=P(10)=P(v V0 判判“1”V1 x0 判判“1”x1 0 判判“1”x 0 判判“0”结论：结论：系统总误码率系统总误码率例子例子本讲稿第六十页，共六十二页例：例：已知已知2DPSK 信号信号 的码元速率的码元速率 RB=10 6 波特，信道加性噪声的单边功率谱波特，信道加性噪声的单边功率谱密度为密度为 n0=210-10 W/Hz，要求系统的误码率不大于，要求系统的误码率不大于 10-4。试求试求:1）采用差分相干解调时，接收机输入端所需的信号功率）采用差分相干解调时，接收机输入端所需的信号功率 2）
18、采用相干解调）采用相干解调码变换时，接收机输入端所需的信号功率码变换时，接收机输入端所需的信号功率解：解：带通滤波器的带宽带通滤波器的带宽 B=2RB=210 6 （Hz）带通的输出噪声功率带通的输出噪声功率n2 =n0 B=410-4 (W)1）差分相干解调）差分相干解调2）相干解调）相干解调码变换码变换查表查表本讲稿第六十一页，共六十二页6.4 6.4 二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较 高速数据传输高速数据传输中、低速数据传输中、低速数据传输用用 途途Pe有有相干相干2fs2PSK相干相干相干相干相干相干非相干非相干非相干非相干非相干非相干解调方法解调方法有有有有2fs2DPSK|f2-f1|+2fs2FSK有有有有2fs2ASK门门限限频频 宽宽信号信号本讲稿第六十二页，共六十二页