1、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,2,6.1 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,3,6.2 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 Keying,4,= 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）、,5,2ASK
2、的功率谱密度,S(t)是单极性的随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,6,当P=1/2时,7,2ASK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,8,6.2.2 二进制移频键控（2FSK） Frequency Shift Keying,9,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。,10,FSK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,11,FSK功率谱密度同样
3、由连续谱和离散谱组成。离散谱出现在两个载频位置,12,若两载频之差较小，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,13,6.2.3 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,14,0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”,15,数字信息
4、绝对码 0 0 1 1 1 0 0 1,PSKDPSK,相对码 0 0 0 1 0 1 1 1 0,16,相对移相：绝对码相对码绝对移相,载波,移相,2PSK调制方框图,0,17,载波,移相,2DPSK调制方框图,码变换,0,18,2PSK信号的功率谱密度,由于 为双极性矩形基带 信号，故：,19,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,20,6.3 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:,21,接收端,BPF,半波或全波整
5、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,22,接收端带通滤波器后,23,1. 包络检波法的系统性能,包络,发“1” 时, 广义瑞利分布,发“0” 时, 瑞利分布 V b 判为“1” 门限电压b V b 判为“0”,24,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),25,在大信噪比（r1）条件下,最佳门限 下界,26,2. 同步检测法的系统性能,高斯过程,0均值,27,总误码率 Pe=P(1)Pe1 + P(0)Pe2,28,总误码率 Pe=P(1)Pe1 + P(0)Pe2,29,当 P(1)
6、 = P(0) =1/2 时,当 r1 时,30,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.同步检测法解调时系统的误码率解,31,包络检波,同步检测,32,6.3.2 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,33,发送码元信号,带通滤波器的输出,34,两路输入包络（发送码元“1”）,广义瑞利分布,瑞利分布,35,同理,总误码率,36,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
7、器,抽样脉冲,输出,BPF,相乘器,LPF,输入,比较大小,37,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,38,6.3.3 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）,39,2DPSK差分相干检测,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）,40,2DPSK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,
8、a,b,c,d,e,f,41,1 1 1 0 0 1 0 0,0 0 1 0 1 1 0,a,b,c,d,e,f,42,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 1,0 1 1 1 0 ,43,若输出中出现一长串连续错码，则在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
9、码元不错”,（4）,（5）,44,（5）代入（4）,又 ,很小,很大（ ）,码变换总是使误码率增加,（6）,45,（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。,46,在通信系统测试中，通常不直接计算或测量某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）,47,在600电阻上测量,功率电平等于电
10、压电平,48,6.4 多进制数字调制系统,特点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/s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。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。,49,6.4.1 MASK,L电平的调制信号 可看成由时间上不重叠的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.,50,BPF,LPF,抽样判决,A(t),A(
11、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,51,当发送L个电平的可能性相同时，每一电平的概率为1/L）,52,信号功率,53,6.4.2 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.,54,6.4.3 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.,55,QPSK利用载
12、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 1 270 135,56,参考相位,00,10,11,01,参考相位,00,10,11,01,QPSK信号的矢量图,57,串/并变换,-/2,+,a,b,输入,输出,调制,LPF,抽样判决,LPF,抽样判决,并/串,a,b,-/2,QPSK相干接收,58,6.4.4 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.,59,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,60,两种幅度和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,61,8PSK信号点,62,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.,
