第六章正弦载波数字调制new

1、机械工业出版社 2004年1月6正弦载波数字调制正弦载波数字调制n研究对象：正弦载波数字调制系统研究对象：正弦载波数字调制系统n研究目的：掌握对数字频带信号的最佳接收方研究目的：掌握对数字频带信号的最佳接收方法和了解各种数字调制系统的特点，学会用它法和了解各种数字调制系统的特点，学会用它们指导实际工作们指导实际工作 n研究方法：研究方法：（1）2ASK、2FSK、2PSK或或2DPSK等基本数等基本数字调制解调的原理及其抗噪声性能分析方法字调制解调的原理及其抗噪声性能分析方法（2）几种改进型调制技术（）几种改进型调制技术（QAM、OQPSK、 /4DQPSK、MSK、GMSK等）改善数字调等）

2、改善数字调制系统传输信息有效性的机理制系统传输信息有效性的机理 机械工业出版社 2004年1月6正弦载波数字调制正弦载波数字调制n6.1概述概述n6.2二进制数字调制原理二进制数字调制原理n6.3二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n6.4二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n6.5多进制数字调制系统多进制数字调制系统n6.6恒包络调制恒包络调制机械工业出版社 2004年1月6.1概述：基带信号概述：基带信号信息源信息源语言语言音乐音乐图像图像频率很低的电信号频率很低的电信号直接转换直接转换 包括（或不包括）直流分量包括（或不包括）直流分量的低通频谱

3、的低通频谱最高频率和最低频率之比最高频率和最低频率之比远大于远大于1基带信号基带信号如电话信号的频率范围在如电话信号的频率范围在3003000Hz基带信号可以直接通过架空明线、电缆等有线信道传输，但不可能在无线信道直接传输基带信号可以直接通过架空明线、电缆等有线信道传输，但不可能在无线信道直接传输 即使可以在有线信道传输，但一对线路上只能传输一路信号，对信道的利用是很不经济的即使可以在有线信道传输，但一对线路上只能传输一路信号，对信道的利用是很不经济的 机械工业出版社 2004年1月6.1概述：调制和解调概述：调制和解调原始信号原始信号调制器调制器调制：发送端把基带信号频谱调制：发送端把基带信

4、号频谱搬移到给定信道通带内的过程搬移到给定信道通带内的过程原始信号原始信号解调器解调器解调：在接收端把已搬到给定信道解调：在接收端把已搬到给定信道通带内的频谱还原为基带信号的过程通带内的频谱还原为基带信号的过程机械工业出版社 2004年1月6.1.1调制在通信系统中的作用调制在通信系统中的作用n调制把基带信号频谱搬移到一定的频带范围以调制把基带信号频谱搬移到一定的频带范围以适应信道的要求适应信道的要求n容易辐射容易辐射n实现频率分配实现频率分配n实现多路复用实现多路复用n减少噪声和干扰的影响，提高系统抗干扰能力减少噪声和干扰的影响，提高系统抗干扰能力机械工业出版社 2004年1月6.1.2调制

5、的基本特征和分类调制的基本特征和分类调制器调制器m (t )C (t )sm (t )单音正弦波单音正弦波连续变化的模拟量：连续变化的模拟量：模拟调制模拟调制离散的数字量：离散的数字量：二进制数字脉冲二进制数字脉冲数字调制数字调制单频正弦波单频正弦波连续波形连续波形连续载波调制连续载波调制脉冲波形脉冲波形脉冲载波调制脉冲载波调制矩形周期脉冲矩形周期脉冲机械工业出版社 2004年1月6.1.2调制的基本特征和分类调制的基本特征和分类调制器调制器m (t )C (t )sm (f )线性调制线性调制非线性调制非线性调制m (f )sm (f )m(t)改变载波信号改变载波信号C(t)的不同参数的不

6、同参数幅度调制：幅度调制：AM、PAM、ASK sm (t )相位调制：相位调制：PM、PPM、PSK频率调制：频率调制：PM、FM、FSK频谱之间呈线性搬移关系：频谱之间呈线性搬移关系：AM、ASK频谱之间没有线性对应关系：频谱之间没有线性对应关系：FM、PM、FSK 机械工业出版社 2004年1月本章研究的问题本章研究的问题1 0 0 1( )s t2FSKt2PSKt调制器调制器m (t )C (t )sm (t )数字基带数字基带信号信号正弦载波正弦载波2ASKt机械工业出版社 2004年1月6正弦载波数字调制正弦载波数字调制n6.1概述概述n6.2二进制数字调制原理二进制数字调制原理

7、n6.3二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n6.4二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n6.5多进制数字调制系统多进制数字调制系统n6.6恒包络调制恒包络调制机械工业出版社 2004年1月6.2二进制数字调制原理二进制数字调制原理n6.2.12ASK（Amplitude shift-keying)n6.2.22FSK(Frequency shift-keying)n6.2.32PSK(Phase shift-keying)机械工业出版社 2004年1月6.2.1二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）1 1 1100 0ttt载波信号2ASK信号

8、bT( )s t振幅键控是正弦振幅键控是正弦载波的幅度随数载波的幅度随数字基带信号而变字基带信号而变化的数字调制化的数字调制 nbnnTtgats)()(0,1,npap发送概率为发送概率为1-1,0( )0,btTg t 其它2( )() cosASKnbcneta g tnTt数字基带信号数字基带信号数字调制信号数字调制信号机械工业出版社 2004年1月6.2.12ASK：调制原理图：调制原理图(a)(b)乘法器cos( )ctcos( )ct2( )ASKet2( )ASKet( )s t( )s t二进制不归零信号单极性的随机单极性的随机矩形脉冲序列矩形脉冲序列 22( )(1)( )

9、(1) ()()sbbbbmP ff PP G ffP G mffmf2()( ) 4 1/2bbT SafTfP设21( )()()4ASKscscPfP ffP ff222211()() (0) ()()1616sccsccfG ffG fffGffff机械工业出版社 2004年1月6.2.12ASK：功率谱：功率谱222sin()sin()( )16()()bcbcbASKcbcbTff Tff TPfff Tff T1()()16ccffff2( )ASKPfcffcbffcbffcfcbffcbff0连续谱：由基带信号波形连续谱：由基带信号波形g(t)确定确定 离散谱：由载波离散谱：

10、由载波分量确定分量确定 第一旁瓣峰值比主第一旁瓣峰值比主峰衰减峰衰减14dB B2ASK是基带信号是基带信号波形带宽的两倍波形带宽的两倍 B2ASK机械工业出版社 2004年1月6.2二进制数字调制原理二进制数字调制原理n6.2.12ASK（Amplitude shift-keying)n6.2.22FSK(Frequency shift-keying)n6.2.32PSK(Phase shift-keying)机械工业出版社 2004年1月6.2.2二进制频率键控（二进制频率键控（2FSK）ttttttt2FSK信号ka1111000( )s t( )s tabcdefg机械工业出版社 20

11、04年1月6.2.22FSK：时域表达式：时域表达式212( )() cos()() cos()FSKnbnnbnnneta g tnTta g tnTt0, 1, 1-nPaP发送概率为发送概率为0, 1-1 nPaP发送概率为，发送概率为 n和和 n不携带不携带信息，通常可信息，通常可令令 n和和 n为零为零 212( )() cos() cosFSKnbnbnneta g tnTta g tnTt机械工业出版社 2004年1月6.2.22FSK：信号的实现：信号的实现振荡器1选通开关反相器振荡器2选通开关基带信号反相器1f2f( )s t2( )FSKet( )s t图图6-6 数字键控

12、法实现二进制移频键控信号的原理图数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图 在某一个码元在某一个码元Tb期间只期间只输出输出f1或或f2两个载波中两个载波中的一个的一个 2FSK信号的常用解调方法是非相干解调和相干解调法。其解调原理是将二进制信号的常用解调方法是非相干解调和相干解调法。其解调原理是将二进制频移键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号，分别进行解调，通过对上频移键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号，分别进行解调，通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号，此时可以不专门设置门限电平。下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号，此时可以不专门设置门限电平。相加器相加器机械工业

13、出版社 2004年1月6.2.22FSK：功率谱分析：功率谱分析212( )() cos() cosFSKnbnbnneta g tnTta g tnTt相位不连续的相位不连续的2FSK信号，可以看成由两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加，信号，可以看成由两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加，其中一个频率为其中一个频率为f1，另一个频率为，另一个频率为f2。 1122( )cos( )coss tts tt11222112211( )()()()()44FSKssssPfPffPffPffPff2211211sin()sin()( )16()()bbbFSKbbTff Tff TPfff

14、Tff TP=1/2 222222sin ()sin ()16()()bbbbbTff Tff Tff Tff T11221 ()()()()16ffffffff机械工业出版社 2004年1月6.2.22FSK：功率谱：功率谱2bfcffcbff2cbffcbff2cbff122cfff1bbfT02212FSKbBfff连续谱连续谱离散谱离散谱若载频之差大于若载频之差大于fb，则连，则连续谱将出现双峰续谱将出现双峰 若两个载波频差较小，比若两个载波频差较小，比如小于如小于fb，则连续谱在，则连续谱在fc处出现单峰处出现单峰0.8bf机械工业出版社 2004年1月6.2.22FSK：CPFSK

15、与与DPFSK表表6-1 2FSK信号的带宽信号的带宽h=f1-f2 /fb0.50.60.70.81.01.5BCP2FSKfb1.5 fb2.5 fb3.0 fbBDP2FSK2.5 fb（2.62.7）fb（2.83.0）fb3.5 fbu偏移率偏移率h较小时，两种较小时，两种2FSK信号的带宽差别较大；偏移率信号的带宽差别较大；偏移率h较大时，两者较大时，两者差别不大，大于差别不大，大于2以后，可认为两者近似相等。以后，可认为两者近似相等。u偏移率偏移率h小于小于0.7时，相位连续的时，相位连续的2FSK信号的带宽比信号的带宽比2ASK信号的带宽还信号的带宽还窄。所以，不能笼统说窄。所

16、以，不能笼统说2FSK信号的带宽比信号的带宽比2ASK信号的宽。信号的宽。机械工业出版社 2004年1月6.2二进制数字调制原理二进制数字调制原理n6.2.12ASK（Amplitude shift-keying)n6.2.22FSK(Frequency shift-keying)n6.2.32PSK(Phase shift-keying)机械工业出版社 2004年1月6.2.3二进制相位键控（二进制相位键控（2PSK）1 0 0 10 1 1 02PSKt2( )() cosPSKnscneta g tnTt1, 1 1-nPaP发送概率为发送概率为，若若g(t)是脉宽为是脉宽为Tb，高度为

17、，高度为1的矩形脉冲的矩形脉冲 2cos, ( )cos, 1-CPSKCtPettP发送概率为发送概率为100 180 n发送 符号发送 符号，这种以载波的不同相位直这种以载波的不同相位直接去表示相应数字信息的接去表示相应数字信息的相位键控，通常被称为绝相位键控，通常被称为绝对移相方式对移相方式 机械工业出版社 2004年1月6.2.32PSK：信号实现：信号实现码型变换乘法器(a)(b)( )s tcosct2( )PSKetcosct移相双极性不归零0S2( )PSKet( )s t问题：在问题：在2PSK信号的解调系统中，同步载波恢复会有信号的解调系统中，同步载波恢复会有180的相位模

18、糊的相位模糊问题（在第问题（在第9、10章中专门给予说明），对章中专门给予说明），对2PSK系统误码性能影响很大，系统误码性能影响很大，所以所以2PSK方式在实际中很少采用。方式在实际中很少采用。解决方法：二进制差分相位键控（解决方法：二进制差分相位键控（2DPSK） differential机械工业出版社 2004年1月6.2.32PSK：2DPSK定义定义0 0 1，表示数字信息“ ”，表示数字信息“”相对移相：以前后相邻码相对移相：以前后相邻码元的载波相位的相对变化元的载波相位的相对变化来表示数字信息的来表示数字信息的 数字信息数字信息11010011102DPSK相位相位0 00 0

19、00或或 0 000 0 数字信息与数字信息与之间的关系也可以定义为之间的关系也可以定义为0 11 0，表示数字信息“”，表示数字信息“ ”机械工业出版社 2004年1月6.2.32PSK：2DPSK波形波形1 0 0 12PSKt0 1 1 01 1 1 0 0 1 0 02DPSKt绝对码相对码单纯从波形上看，单纯从波形上看，2DPSK与与2PSK是无是无法分辨的法分辨的 解调解调2DPSK信号时并不信号时并不依赖于某一固定的载波依赖于某一固定的载波相位参考值，只要前后相位参考值，只要前后码元的相对相位关系不码元的相对相位关系不破坏，则鉴别这个相位破坏，则鉴别这个相位关系就可正确恢复数字关

20、系就可正确恢复数字信息，这就避免了信息，这就避免了2PSK方式中的倒方式中的倒 现象现象发生发生 机械工业出版社 2004年1月6.2.32PSK：2DPSK波形的画法波形的画法n画2DPSK波形有两种方法：n1：先按“1变0不变”规则由信码得到相对码，然后针对相对码采用“1同0不同”规则（与载波比较）画出2DPSK波形。n2: 把“1变0不变”规则直接运用于前后相邻码元对应的已调载波相位上，即：若信码为“1”，则本码元（初相）与前一码元（末相）相位相反（出现突变点）；若信码为“0”，则相位相同（无突变点）。机械工业出版社 2004年1月6.2.32PSK：2DPSK实现实现cosct移相0S

21、2( )DPSKet( )s t码变换开关2PSK相干解调码变换2( )DPSKet绝对码相对码( )s t(a)(b)222sin ()sin ()( )4()()bcbcbPSKcbcbTff Tff TPfff Tff T条件：条件：1、0等概等概222sin()sin()( )16()()bcbcbASKcbcbTff Tff TPfff Tff T1()()16ccffff机械工业出版社 2004年1月6.2.32PSK：功率谱：功率谱2( )PSKPfcffcbffcbffcfcbffcbff0机械工业出版社 2004年1月小结n1. 一个2ASK信号，可看成是一个有直流的数字基带

22、信号s(t)与载波相乘的结果；一个2FSK信号可看成两个2ASK信号之和；一个2PSK信号可看成为一个无直流的数字基带信号s(t)与载波相乘的结果，这样，就可以以2ASK信号为基础来理解2FSK、2PSK信号（包括表达式、功率谱、带宽、产生、解调方法等）。n2. 一个2DPSK信号，对于相对码而言就是一个2PSK信号。因而，除了增加一个差分编（译）码器外，2DPSK信号与2PSK信号的表达式、功率谱、带宽等基本相同；由于2DPSK信号克服了2PSK信号的相位模糊问题，因而（取代2PSK）获得了广泛应用，尽管它的误码率性能稍差。机械工业出版社 2004年1月习题n设发送的数字基带信号序列为011

23、011100010，信息传输速率为1000bit/s，载波频率为1000Hz。n（1）分别画出2ASK、2PSK、2DPSK信号的波形；n（2）分别求出2ASK、2PSK、2DPSK信号的谱零点带宽；n（3）若载波频率为1.5kHz，分别画出2ASK、2PSK、2DPSK信号的波形。机械工业出版社 2004年1月HomeworknP210n第1题 第2题机械工业出版社 2004年1月6正弦载波数字调制正弦载波数字调制n6.1概述概述n6.2二进制数字调制原理二进制数字调制原理n6.3二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n6.4二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系

24、统的性能比较n6.5多进制数字调制系统多进制数字调制系统n6.6恒包络调制恒包络调制机械工业出版社 2004年1月6.3二进制数字调制系统的抗噪二进制数字调制系统的抗噪声性能声性能n6.3.1相干解调系统的抗噪声性能相干解调系统的抗噪声性能n6.3.2非相干解调系统的抗噪声性能非相干解调系统的抗噪声性能n6.3.3其它解调系统其它解调系统机械工业出版社 2004年1月6.3.1相干解调系统的抗噪声性能相干解调系统的抗噪声性能1 0 0 1( )s t2FSKt2PSKt2ASKt无论是哪一种调制，在某一个码元间隔内，无论是哪一种调制，在某一个码元间隔内，实际只有一种确定的波形输出实际只有一种确

25、定的波形输出 在某一个码元时间内，要么在某一个码元时间内，要么输出载波，要么输出输出载波，要么输出0 要么输出频率为要么输出频率为f1的载波，的载波，要么输出要么输出f2的载波的载波 要么输出要么输出0相载波，相载波，要么输出要么输出 相载波相载波 因此二进制调制信号实际因此二进制调制信号实际上就是上就是5.4节所讨论的二节所讨论的二元确知信号，即频率及相元确知信号，即频率及相位均精确已知的信号位均精确已知的信号 我们可以利用二元我们可以利用二元确知信号相同的分确知信号相同的分析方法和结论析方法和结论机械工业出版社 2004年1月6.3.1相干解调系统的抗噪声性能：二进相干解调系统的抗噪声性能

26、：二进制调制信号的统一表示制调制信号的统一表示10( )1( )0,( )0bs te ttTs t发送符号“”时发送符号“ ”时0011: ( )( )( )0: ( )( )( )bHr ts tn ttTHr ts tn t 接收波形接收波形发送波形发送波形接收机：你发的接收机：你发的到底是到底是0还是还是1？ ( )s t( )n t( )r t接收机接收机均值为均值为0，双边，双边功率谱密度为功率谱密度为n0/2的的 AWGN假设完全与二元确知信号一样，直接采用其结论。假设完全与二元确知信号一样，直接采用其结论。机械工业出版社 2004年1月6.3.1相干解调系统的抗噪声性能：最佳相

27、干解调系统的抗噪声性能：最佳接收机结构接收机结构0( )bTdt0( )bTdt1( )s t0( )s t判决dV相关接收最佳检测y( )s t( )n t( )r t ka1、0等概等概等能量等能量001(/2)ln()/()dVnp Hp H0(1)122beEperfcn100( )( )bTbs t s t dtE220100( )( )bbTTbESt dtSt dt相关系数相关系数信号能量信号能量0124beEperfcn1、0等概等概不等能量不等能量001(1)ln2bdp HEVnp H机械工业出版社 2004年1月6.3.1相干解调系统的抗噪声性能：相干解调系统的抗噪声性能

28、：2ASK1( )coscs tt0( )bTdt判决dV( )r t1( )coscs tt ka( )n t2( )ASKet1、0等概等概不等能量不等能量0( )0s t 001(1)ln2bdp HEVnp H001ln2bdp HEVnp H =0 等概等概 2bdEV0124beEperfcn机械工业出版社 2004年1月6.3.1相干解调系统的抗噪声性能：相干解调系统的抗噪声性能：2FSK0( )bTdt0( )bTdt2cos2f t1cos2f t判决dV相干解调最佳检测y( )s t( )n t( )r t ka2( )FSKet12( )cos2s tf t01( )co

29、s2s tf t一般选择两频率正交，即满足一般选择两频率正交，即满足 =0 0122beEperfcn001(/2)ln()/()dVnp Hp H0dV1、0等概等概 0(1)122beEperfcn =0机械工业出版社 2004年1月0( )bTdt0( )bTdt2cos2f t1cos2f t判决dV相干解调最佳检测y( )s t( )n t( )r t ka2( )FSKet6.3.1相干解调系统的抗噪声性能：相干解调系统的抗噪声性能：2PSK1( )cos2cs tf t0(1)122beEperfcn2( )cos2cs tf t = 1 012beEperfcn0dV机械工业出

30、版社 2004年1月结论结论n在信号能量相同的情况下，二进在信号能量相同的情况下，二进制调制信号采用相干解调方式时，制调制信号采用相干解调方式时，2PSK信号的抗噪声性能最好，信号的抗噪声性能最好，2FSK信号其次（差信号其次（差3dB），），2ASK信号最差（比信号最差（比2FSK差差3dB）。）。n如果我们以如果我们以“1”“0”码元内平均码元内平均能量相等来衡量的话，则能量相等来衡量的话，则2ASK与与2FSK性能相同，但均比性能相同，但均比2PSK信号差信号差3dB。20124be ASKEperfcn20122be FSKEperfcn2012be PSKEperfcn6.3.1相干

31、解调系统的抗噪声性能：相干解调系统的抗噪声性能：2DPSK2PSK相干解调码反变换器epep( )iy t输出问题：当已知问题：当已知2PSK相干解调误码率相干解调误码率Pe时，时，Pe与与Pe之间的关系如何？之间的关系如何？0 0 1 0 1 1 0 1 1 10 0 0 1 1 0 1 1 0 1 00 0 1 1 0 1 1 0 1 00 1 0 1 1 0 1 1 10 0 1 0X 0 1 1 0 1 00 1 1X 0X 1 0 1 1 10 0 1 0X 1X 1 1 0 1 00 1 1X 1 0X 0 1 1 10 0 1 0X 1X 0X 0X 1X 1 00 1 1X 1

32、 1 0 1 0X 1发送绝对码发送相对码无错：接收相对码绝对码错1：接收相对码绝对码绝对码错2：接收相对码错5：接收相对码绝对码(a)(b)(c)(d)若码反若码反变换器变换器输入相输入相对码信对码信号序列号序列中出现中出现连续连续n个个错码，错码，则输出则输出绝对码绝对码信号序信号序列中也列中也只有两只有两个错码个错码 机械工业出版社 2004年1月6.3.1相干解调系统的抗噪声性能：相干解调系统的抗噪声性能：2DPSKnePPPP222212PSK相干解调码反变换器epep( )iy t输出Pn为码反变换器输入端相对码序为码反变换器输入端相对码序列连续出现列连续出现n个错码的概率个错码的

33、概率 n个码元同时出错与在该一串个码元同时出错与在该一串错码两端都有一码元不错错码两端都有一码元不错 neeeneenPPPPPP2)1 ()1 ()1 (222(1) ()neeeeePPPPP222(1)(1)neeeeePPPPP2111eeePPPeeePPP)1 (22121rerfPePe1 002bEZn411244rerPeerfc412rePe信噪声比信噪声比Eb/n01 机械工业出版社 2004年1月6.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：非相干解调系统的抗噪声性能：2ASK412rePe包络解调包络解调相干解调相干解调0124beEperfcn在相同的信噪比条件下，在相同的

34、信噪比条件下，2ASK相干解调法的误码性能优于包相干解调法的误码性能优于包络解调法的性能；络解调法的性能；在大信噪比条件下，包络解在大信噪比条件下，包络解调法的误码性能将接近相干调法的误码性能将接近相干解调法的性能。另外，包络解调法的性能。另外，包络解调法存在门限效应，相干解调法存在门限效应，相干解调法无门限效应解调法无门限效应6.3.2非相干解调系统的抗噪声性能：非相干解调系统的抗噪声性能：2ASK试求（试求（1）相干解调法解调时系统总的误码率；（相干解调法解调时系统总的误码率；（2）包络解调法解调时系统总）包络解调法解调时系统总的误码率。的误码率。 例例6-2设某设某2ASK系统中二进制码

35、元传输速率为系统中二进制码元传输速率为9600波特，发送波特，发送“1”符符号和号和“0”符号的概率相等，接收端分别采用相干解调法和包络解调法对该符号的概率相等，接收端分别采用相干解调法和包络解调法对该2ASK信号进行解调。已知接收端输入信号幅度信号进行解调。已知接收端输入信号幅度a=1mV，信道等效加性高斯白噪声的，信道等效加性高斯白噪声的双边功率谱密度双边功率谱密度n0/2=4 10 13W/Hz。解：（解：（1）对于）对于2ASK信号，码元传输速率为信号，码元传输速率为9600波特，则码元间隔为波特，则码元间隔为1/1/9600bBTR23201022 9600bbA TE2313010

36、165.12 9600 8 10bErn16.276941115.97 10243.1416 65.1rerPerfceer（2）包络解调法解调时系统总的误码率）包络解调法解调时系统总的误码率16.27684114.27 1022rePee机械工业出版社 2004年1月6.3二进制数字调制系统的抗噪二进制数字调制系统的抗噪声性能声性能n6.3.1相干解调系统的抗噪声性能相干解调系统的抗噪声性能n6.3.2非相干解调系统的抗噪声性能非相干解调系统的抗噪声性能n6.3.3其它解调系统其它解调系统机械工业出版社 2004年1月6.3.3其它解调系统其它解调系统除上述确知信号的最佳接收及随相信号的最佳

37、接除上述确知信号的最佳接收及随相信号的最佳接收方法之外，各种数字调制都还有一些其它的解收方法之外，各种数字调制都还有一些其它的解调方法，尽管它们与最佳接收相比性能相差较大，调方法，尽管它们与最佳接收相比性能相差较大，但鉴于这些方法简单易行，而且当信噪比很大时，但鉴于这些方法简单易行，而且当信噪比很大时，它们的性能接近于最佳接收的性能，但实现起来它们的性能接近于最佳接收的性能，但实现起来却容易得多，因此也得到了广泛的应用却容易得多，因此也得到了广泛的应用 n2FSK信号过零检测法及差分检测法信号过零检测法及差分检测法n2DPSK信号差分检测法信号差分检测法 机械工业出版社 2004年1月6.3.

38、3其它解调系统： 2FSK信号过零检测法及差分检测法限幅微分整流脉冲形成低通输出（a）（b）2( )FSKetabcdefabcdef图6-19过零检测法原理图和各点时间波形基本原理：二进制频移键控信号的过零点数随载波频率不同而异，因而通过检测过零点数就可以得到频率的变化。 机械工业出版社 2004年1月6.3.3其它解调系统：其它解调系统： 2FSK信号过零检信号过零检测法及差分检测法测法及差分检测法带通延迟低通抽样( )iy t( )y t( )z t( )x t( )s t()y t图图6-20差分检测法原理方框图差分检测法原理方框图00( )coscosz tAt At22000cos

39、 2cos22AAt 20( )cos2Ax t 2( )sin2Ax t 0 = /2 1 2( )2Ax t 当满足条件当满足条件cos 0 =0及及1为整数）。为整数）。n每个码元可以携带每个码元可以携带log2M比特信息，因此在信比特信息，因此在信道频带受限时可以增加信息的传输速率（即比道频带受限时可以增加信息的传输速率（即比特率），提高频带的利用率。特率），提高频带的利用率。n多进制数字调制就是为了适应移动通信技术的多进制数字调制就是为了适应移动通信技术的这一发展要求而提出来的。这一发展要求而提出来的。机械工业出版社 2004年1月6.5多进制数字调制系统多进制数字调制系统6.5.1

40、多进制数字振幅调制系统多进制数字振幅调制系统6.5.2多进制数字频率调制系统多进制数字频率调制系统6.5.3多进制数字相位调制系统多进制数字相位调制系统6.5.4振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统机械工业出版社 2004年1月6.5.1多进制数字振幅调制系统：原理多进制数字振幅调制系统：原理n多进制数字振幅调制又称多电平调制，它是二进制数多进制数字振幅调制又称多电平调制，它是二进制数字振幅键控方式的推广。字振幅键控方式的推广。n在最近几年它成了十分引人注目的一种高效率的传输在最近几年它成了十分引人注目的一种高效率的传输方式。所谓高效率，指它在单位频带内有高的信息传方式。所谓高效率，指它在

41、单位频带内有高的信息传输速率。输速率。n其传输速率高的根本原因是：第一，它可以比二进制其传输速率高的根本原因是：第一，它可以比二进制系统有高得多的信息传输速率；第二，可以证明，在系统有高得多的信息传输速率；第二，可以证明，在相同的码元传输速率下，多电平调制信号的带宽与二相同的码元传输速率下，多电平调制信号的带宽与二电平的相同。电平的相同。n对于二进制系统，其最高的信道频带利用率为对于二进制系统，其最高的信道频带利用率为2bit/s/Hz。显然，对于多电平系统而言，其最高的。显然，对于多电平系统而言，其最高的信道频带利用率将超过信道频带利用率将超过2bit/s/Hz。 机械工业出版社 2004年

42、1月6.5.1多进制数字振幅调制系统：原理多进制数字振幅调制系统：原理n定义：定义：M进制幅度键控（进制幅度键控（MASK）使用）使用M种可能的取值对载波幅度进行键控，在种可能的取值对载波幅度进行键控，在每个码元间隔每个码元间隔TS内发送其中一种幅度的内发送其中一种幅度的载波信号。载波信号。n在相同信道传输速率下在相同信道传输速率下M电平调制与二电平调制与二电平调制具有相同的信号带宽。电平调制具有相同的信号带宽。机械工业出版社 2004年1月6.5.1多进制数字振幅调制系统：原理多进制数字振幅调制系统：原理tA2A3AbT( )s t0ttt tnTtgatecnsnMASKcos基带基带信号

43、信号波形波形 码元码元间隔间隔 1122,nMMAPAPaAP发送概率为发送概率为发送概率为11MiiP机械工业出版社 2004年1月6.5.1多进制数字振幅调制系统：原理多进制数字振幅调制系统：原理在一个码元间隔内，只能发射某一特定幅度的信号在一个码元间隔内，只能发射某一特定幅度的信号 ( )( )cos 2iics tAg tf tAi表示与表示与M=2k个可能的个可能的k个比特码元对应的个比特码元对应的M个可能的离散幅值个可能的离散幅值 如果相邻幅值之间的差值为如果相邻幅值之间的差值为2d 21,1,iAiM diM 单个码元内信号的能量单个码元内信号的能量 22220011( )( )

44、22ssTTiiiigEst dtAgt dtA EMASK信号的平均能量信号的平均能量 2216MEd认为认为g(t)具具有单位能量有单位能量 22212222dddEM2 22212.56MEddM4 在相邻幅值间在相邻幅值间距相等的情况距相等的情况下，平均能量下，平均能量随进制数的增随进制数的增加而增加加而增加 机械工业出版社 2004年1月6.5.1多进制数字振幅调制系统：原理多进制数字振幅调制系统：原理2216MEd(a)(b)(c)0100011110000001011010110 110 101100在平均能量相等的情况下，进制数越大，则相在平均能量相等的情况下，进制数越大，则相

45、邻幅值的间距越小，间距越小，就意味着在传邻幅值的间距越小，间距越小，就意味着在传输过程中受到相同大小的噪声干扰时更容易出输过程中受到相同大小的噪声干扰时更容易出现差错；因此在相同信噪比条件下，进制数越现差错；因此在相同信噪比条件下，进制数越大，误码率也越大大，误码率也越大Gray编码：使相邻的两个幅值编码：使相邻的两个幅值只相差一个二进制数字，只相差一个二进制数字，M进制振幅调制信号可以看成由进制振幅调制信号可以看成由M个时间上不重叠的二进制振幅调制信号叠加。因个时间上不重叠的二进制振幅调制信号叠加。因而而M进制数字振幅调制信号的功率谱就是这进制数字振幅调制信号的功率谱就是这M个信号的功率谱密

46、度之和。于是我们个信号的功率谱密度之和。于是我们得到，尽管叠加后的谱结构是很复杂的，但就信号的带宽而言，在符号速率（码元得到，尽管叠加后的谱结构是很复杂的，但就信号的带宽而言，在符号速率（码元速率）相等的情况下，速率）相等的情况下，M电平已调信号的带宽与二电平的相同电平已调信号的带宽与二电平的相同 机械工业出版社 2004年1月6.5.1多进制数字振幅调制系统：抗噪声多进制数字振幅调制系统：抗噪声性能性能n多进制数字振幅调制信号的解调与多进制数字振幅调制信号的解调与2ASK信号信号解调相似，可以采用相干解调方式，也可以采解调相似，可以采用相干解调方式，也可以采用非相干解调方式。用非相干解调方式

47、。n当信号的载波频率及相位均为已知时，可仿照当信号的载波频率及相位均为已知时，可仿照二元确知信号最佳接收机结构得到二元确知信号最佳接收机结构得到M元确知信元确知信号最佳接收机结构；号最佳接收机结构；n当信号载波频率已知但相位未知时，可仿照二当信号载波频率已知但相位未知时，可仿照二元随相信号最佳接收机结构得到元随相信号最佳接收机结构得到M元随相信号元随相信号最佳接收机结构。最佳接收机结构。机械工业出版社 2004年1月6.5.1多进制数字振幅调制系统：抗噪声多进制数字振幅调制系统：抗噪声性能性能对于对于M元确知信号的最佳接收可以描述为，在观察时间元确知信号的最佳接收可以描述为，在观察时间(0，T

48、b)内收到的波形内收到的波形r(t)将包含将包含M个信号个信号si(t)（i=1，2，M）中的一个，这些信号具有相等的先验概）中的一个，这些信号具有相等的先验概率、相同的能量，而且它们是正交的率、相同的能量，而且它们是正交的 0( ) ( )0bTiijEijs t s t dtij单个码元间隔内单个码元间隔内信号的能量信号的能量 利用二进制时的讨论结果，这时的判决规则可写成利用二进制时的讨论结果，这时的判决规则可写成 00( ) ( )( ) ( )bbTTijr t s t dtr t s t dt判为判为si出现出现 机械工业出版社 2004年1月6.5.1多进制数字振幅调制系统：抗噪声

49、多进制数字振幅调制系统：抗噪声性能性能( )s t( )n t( )r t选择最大者0( )bTdt0( )bTdt( )Mst1( )s t相关接收1rMr ka221 20122211122MxyyE nePedxedy 0avESNRnM=2k 0bkESNRn0bEn比特信噪比比特信噪比机械工业出版社 2004年1月6.5.1多进制数字振幅调制系统：抗噪声多进制数字振幅调制系统：抗噪声性能性能设这设这M个幅度相邻幅值之间的差值为个幅度相邻幅值之间的差值为2d，即，即Ai=(2i-1-M)d，i=1，2，M到达抽样判决器之前的可能电平为到达抽样判决器之前的可能电平为 d， 3d， （M-

50、1）d抽样判决器的门限电平应选择在抽样判决器的门限电平应选择在0， 2d， （M-2）d。发送发送M个电平的可能性相同时，个电平的可能性相同时，MASK相干解调时误码率为相干解调时误码率为13)1(2MrerfcMMPer=Eav/n0为信噪比为信噪比 051015202530r/dB10-610-510-410-310-2Pe10-11为得到相同的误为得到相同的误码率，多电平调码率，多电平调制需要比二进制制需要比二进制更高的信噪比更高的信噪比 多电平调制尽管提高了频带多电平调制尽管提高了频带利用率，但抗噪声性能却下利用率，但抗噪声性能却下降了，尤其抗衰落的能力不降了，尤其抗衰落的能力不强，因

51、而它一般只适宜在恒强，因而它一般只适宜在恒参信道中采用参信道中采用 机械工业出版社 2004年1月6.5多进制数字调制系统多进制数字调制系统6.5.1多进制数字振幅调制系统多进制数字振幅调制系统6.5.2多进制数字频率调制系统多进制数字频率调制系统6.5.3多进制数字相位调制系统多进制数字相位调制系统6.5.4振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统机械工业出版社 2004年1月6.5.2多进制数字频率调制系统多进制数字频率调制系统( )cos 2icsis taf ttT信号之间的频率间隔为信号之间的频率间隔为1/(2Ts)Hz，因此信号间彼此正交，因此信号间彼此正交 发送端发送端fc=nc

52、/(2Ts) nc是是某个固定的整数某个固定的整数 Ts是符是符号间隔号间隔M个频移键控信号具有相同的能量和相同的频率间隔个频移键控信号具有相同的能量和相同的频率间隔采用键控选频采用键控选频的方式，在一的方式，在一个码元期间个码元期间Ts内只有内只有M个频率个频率中的一个被选中的一个被选通输出通输出 机械工业出版社 2004年1月6.5.2多进制数字频率调制系统多进制数字频率调制系统12MsBffT多进制数字频率调制一般在调制速率不高的场合应用多进制数字频率调制一般在调制速率不高的场合应用 具有较宽的频带，因而它的信道频具有较宽的频带，因而它的信道频带利用率不高带利用率不高212reMPe相干

53、解调时相干解调时的误码率的误码率 r=E/n0为平均接收为平均接收信号的信噪比信号的信噪比 122eMrPerfc非相干解调时非相干解调时的误码率的误码率 05101520r(dB)10-610-510-410-310-210-1110-710-8-51024322eP实线为采用相干解实线为采用相干解调方式，虚线为采调方式，虚线为采用非相干解调方式用非相干解调方式信噪比信噪比r越大，则误码率越大，则误码率Pe越小；在信噪比一定越小；在信噪比一定的情况下，的情况下，M越大，则误码率越大，则误码率Pe也越大也越大 机械工业出版社 2004年1月6.5多进制数字调制系统多进制数字调制系统6.5.1多

54、进制数字振幅调制系统多进制数字振幅调制系统6.5.2多进制数字频率调制系统多进制数字频率调制系统6.5.3多进制数字相位调制系统多进制数字相位调制系统6.5.4振幅相位联合键控系统振幅相位联合键控系统机械工业出版社 2004年1月6.5.3多进制数字相位调制系统：原多进制数字相位调制系统：原理理参考相位10参考相位10图图6-28 二进制数字相位调制信号矢量图二进制数字相位调制信号矢量图以以0载波相载波相位作为参考位作为参考相位相位 载波相位只载波相位只有有0和和 两种两种取值取值 载波相位只载波相位只有有 /2两两种取值种取值 参考相位0011参考相位00100110011145载波相位四载

55、波相位四种取值种取值 图图6-29 四进制数字相位调制信号矢量图四进制数字相位调制信号矢量图 机械工业出版社 2004年1月6.5.3多进制数字相位调制系统：原多进制数字相位调制系统：原理理参考相位111101011100000001010110图图6-30 八进制数字相位调制信号矢量图八进制数字相位调制信号矢量图( )()cos()MPSKscnnetg tnTt以载波相位的以载波相位的M种不同取值分别表示数字信息种不同取值分别表示数字信息 信号包络波形，通信号包络波形，通常为矩形波，幅度常为矩形波，幅度为为1 码元码元间隔间隔第第n个码元个码元对应的相对应的相位，共有位，共有M种取值种取值

56、 ( )()coscos()sinsinMPSKsncsncnnetg tnTtg tnTtM进制数字相位调制信号的正交形式进制数字相位调制信号的正交形式 () cos() sinnscnscnna g tnTtb g tnTt( )cos( )sinccI ttQ tt机械工业出版社 2004年1月6.5.3多进制数字相位调制系统：原多进制数字相位调制系统：原理理( )()nsnI ta g tnT( )()nsnQ tb g tnT( )( )cos( )sinMPSKccetI ttQ tt0 ,10 ,1nnnnabba 时时11nnab 对于四相调制：对于四相调制：1/Ts-200-

57、40-601/2Ts3/2Ts2/Tsf-fc功率谱密度/dB信息速率相同时，信息速率相同时，M越大，功率谱主越大，功率谱主瓣越窄，从而频带瓣越窄，从而频带利用率越高利用率越高 2PSK4PSK8PSK机械工业出版社 2004年1月一、一、QPSK（四进制绝对相位调制（四进制绝对相位调制4PSK）四进制信息有四种：四进制信息有四种：00、01、10、11载波相位四种：载波相位四种：可以是：可以是：4301411434547也可以是：也可以是：0223以第一种相位配置为例，设信息和载波相位的对应关以第一种相位配置为例，设信息和载波相位的对应关系为：系为：4471045006.5 多进制数字调制系

58、统多进制数字调制系统机械工业出版社 2004年1月4(11)43(01)45(00)47(10) 相位配置相位配置)42cos(tfAc)432cos(tfAc)452cos(tfAc)472cos(tfAcXY当数字基带信号为当数字基带信号为11时，载波为：时，载波为：当数字基带信号为当数字基带信号为01时，载波为：时，载波为：当数字基带信号为当数字基带信号为00时，载波为：时，载波为：当数字基带信号为当数字基带信号为10时，载波为：时，载波为：40(11)2(01)(00)23(10) 型相位配置型相位配置26.5 多进制数字调制系统多进制数字调制系统机械工业出版社 2004年1月 型QP

59、SK信号串串/并变并变换器换器单单/双极双极性变换性变换单单/双极双极性变换性变换 相移相移 900输入二进输入二进制序列制序列tfAc2cos22QPSK调制器方框图调制器方框图2cos2cos2coscos1、QPSK调制信号产生调制信号产生1变为正矩形脉冲变为正矩形脉冲0变为负矩形脉冲变为负矩形脉冲同相分量同相分量正交分量正交分量问题问题：如果输入二进制如果输入二进制序列的码元速率为序列的码元速率为2000波特，则波特，则QPSK信号的信号的带宽为多少？带宽为多少？接收到两位后送接收到两位后送到两个支路，每到两个支路，每个支路各送一位个支路各送一位446.5 多进制数字调制系统多进制数字

60、调制系统机械工业出版社 2004年1月2、 QPSK 信号的解调信号的解调相移相移 900tfc2cos低通滤波低通滤波低通滤波低通滤波抽样判决抽样判决抽样判决抽样判决并并/串变串变换换接收信接收信号号恢复的二进恢复的二进制序列制序列同相通道同相通道正交通道正交通道QPSK信号的解调方框图信号的解调方框图)(tzA)(tzB)(txA)(txB定时定时)cos()cos(coscos246.5 多进制数字调制系统多进制数字调制系统机械工业出版社 2004年1月设接收信号为：设接收信号为：)2cos()(nctftr4(11)43(01)45(00)47(10)XY上支路：上支路：tftftzc