chap7数字频带传输系统

1、2022-3-16通信原理1chap7 数字频带传输系统2022-3-162本章纲要n7.1 引言引言n7.2 二进制数字调制与解调原理二进制数字调制与解调原理n7.3 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n7.4 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n7.5 多进制数字调制系统多进制数字调制系统n作业作业2022-3-163引言n 数字信号的传输方式数字信号的传输方式 n数字信号共有两种传输方式：数字信号共有两种传输方式：n基带传输（已经在第五章介绍）：数字信基带传输（已经在第五章介绍）：数字信号直接传送的方式，适用于低通信道。号直接传送的方式，适

2、用于低通信道。n频带传输（将在本章介绍）：用数字基带频带传输（将在本章介绍）：用数字基带信号经载波调制后的传送方式，适用于带信号经载波调制后的传送方式，适用于带通信道。通信道。 n 大多数的数字调制系统都选择单频信号大多数的数字调制系统都选择单频信号（正弦波或余弦波）作为载波。（正弦波或余弦波）作为载波。 因此也称因此也称为正弦载波数字调制。为正弦载波数字调制。2022-3-164引言n与模拟调制相比与模拟调制相比n相同点相同点载波相同载波相同n都是以正弦载波进行调制；都是以正弦载波进行调制；n调制目的都是频谱搬移；调制目的都是频谱搬移；n由于正弦波有振幅、频率和相位三个参量，由于正弦波有振幅

3、、频率和相位三个参量，因而相应地有：因而相应地有：n振幅调制振幅调制ASK（AM）；）；n频率调制频率调制FSK（FM）；）；n相位调制相位调制PSK（PM）。）。2022-3-165引言n不同点不同点调制信号不同调制信号不同n模拟调制：模拟调制：n调制信号是模拟信号（连续取值）；调制信号是模拟信号（连续取值）；n调制过程：以调制信号对载波参量作连续调制；调制过程：以调制信号对载波参量作连续调制；n解调过程：对已调载波的参量作连续估值。解调过程：对已调载波的参量作连续估值。n数字调制：数字调制：n调制信号是数字信号（离散取值）；调制信号是数字信号（离散取值）；n调制过程：以载波参量的离散状态来

4、表征数字调制过程：以载波参量的离散状态来表征数字信息；信息；n解调过程：对已调载波的离散参量进行检测。解调过程：对已调载波的离散参量进行检测。2022-3-166二进制数字调制与解调原理7.2.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK、OOK）nASK概念概念n用二进制的数字信号去控制载波的幅度。用二进制的数字信号去控制载波的幅度。n即传即传“1”信号时，发送载波；传信号时，发送载波；传“0”信信号时，送号时，送0电平。电平。1.也称这种调制为通（也称这种调制为通（on）、断）、断(off)键控键控OOK（on-off keying）。）。 2022-3-167二进制数字调制与解调原理n2

5、ASK的时域表达式的时域表达式式中，式中，s(t)是是单极性单极性信号信号ttstscASKcos)()(2”时时发发“”时时发发“0 01 cos cos)()(2ttnTtgatscncsnASKnsnnTtgats)()()(),( 11)(),( 02211GtgPGtgPan频频域域为为传传号号，时时域域波波形形为为频频域域为为空空号号，时时域域波波形形为为其其中中2022-3-168二进制数字调制与解调原理载波信号2ASK信号s(t)1011Tb001ttt2022-3-169二进制数字调制与解调原理n2ASK信号的产生信号的产生n模拟调制法（相乘法）；模拟调制法（相乘法）；n键控

6、法。键控法。乘法器coscte2ASK(t)(a)cosct开关电路s(t)e2ASK(t)(b)s(t)2022-3-1610二进制数字调制与解调原理n2ASK信号的解调信号的解调n非相干解调（包络检波）非相干解调（包络检波） 由于由于s2ASK(t)就是一种就是一种AM波形，因而可以波形，因而可以采用包络检波器进行解调。采用包络检波器进行解调。2022-3-1611二进制数字调制与解调原理2ASK2ASK信号非相干解调过程的时间波形信号非相干解调过程的时间波形11100000101abcd2022-3-1612二进制数字调制与解调原理n相干解调：相干解调： 与与AM波形一样，对波形一样，对

7、s2ASK(t)亦可采用相干亦可采用相干解调（同步解调）。解调（同步解调）。抽样判决器的判决电平应取为其输入（解调）信号的抽样判决器的判决电平应取为其输入（解调）信号的高电平值之半（低电平为零）。由于接收信号电平可高电平值之半（低电平为零）。由于接收信号电平可能变化，应要求判决电平作相应变化，这正是能变化，应要求判决电平作相应变化，这正是2ASK缺点之一。缺点之一。2022-3-1613二进制数字调制与解调原理n2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度n由于二进制的随机脉冲序列是一个随机由于二进制的随机脉冲序列是一个随机过程过程, 所以调制后的二进制数字信号也所以调制后的二进制数字信号也是一个

8、随机过程，因此在频率域中只能是一个随机过程，因此在频率域中只能用功率谱密度表示。用功率谱密度表示。n二进制振幅键控信号的功率谱密度二进制振幅键控信号的功率谱密度P2ASK(f)：cscsASKffPffPfP41)(2式中，式中，PS(f)是基带信号是基带信号s(t)的功率谱。的功率谱。2022-3-1614二进制数字调制与解调原理若若s(t)为为单极性单极性NRZ码码（幅值为（幅值为+1、0），且等概，），且等概，则基带信号的功率谱密度为：则基带信号的功率谱密度为：)(414)(2ffTSaTfPsss)()(161)()(sin)()(sin16)(222ccSccScScSASKffff

9、TffffTffTffTfP 所以经过所以经过2ASK调制后信号的功率谱密度为：调制后信号的功率谱密度为：2022-3-1615二进制数字调制与解调原理2022-3-1616二进制数字调制与解调原理n结论：结论：n2ASK信号的功率谱是基带信号信号的功率谱是基带信号s(t)功率功率谱的平移，并乘以系数谱的平移，并乘以系数1/4，因而，因而2ASK属于线性调制；属于线性调制；n由于由于s(t)是单极性信号，有直流，因而调是单极性信号，有直流，因而调制后有载波分量。这样，制后有载波分量。这样，2ASK信号的功信号的功率谱包含连续谱和离散谱；率谱包含连续谱和离散谱；n带宽带宽 频带利用率频带利用率s

10、ssASKTffB1 22)(5 . 02HzsbitffBRssbb2022-3-1617例7-1设发送数字信息序列为设发送数字信息序列为11010010，码元速率，码元速率为为1000Bd：（1）请画出当载频为）请画出当载频为2kHz时的时的2ASK信号波信号波形（形（2ASK规则是：规则是：“1”有载波；有载波；“0”无载波）。无载波）。（2）计算该）计算该2ASK信号的带宽和频带利用率。信号的带宽和频带利用率。2022-3-1618二进制数字调制与解调原理7.2.2 二进制移频键控（二进制移频键控（2FSK）n概念概念n 用数字基带信号去控制载波的频率；用数字基带信号去控制载波的频率；

11、n传传“0”信号时，发送频率为信号时，发送频率为f1的载波；传的载波；传“1”信号时，发送频率为信号时，发送频率为f2的载波。的载波。n可见，可见，FSK是用不同频率的载波来传递是用不同频率的载波来传递数字消息的。数字消息的。1.2FSK信号波形可看作两个信号波形可看作两个2ASK信号波信号波形的合成。形的合成。2022-3-1619二进制数字调制与解调原理n2FSK信号的时域表达式信号的时域表达式个码元的初相位个码元的初相位是第是第和和的反码；的反码；是是发送概论为发送概论为，发送概论为发送概论为，”时”时发“发“”时”时发“发“n 110 1)cos(0)cos( )cos( )()cos

12、( )( )cos()()cos()()(2121212nnnnnnnnnsnnnsnnnFSKaaPPatttnTtgatnTtgattsttsts2022-3-1620二进制数字调制与解调原理n2FSK信号的产生信号的产生n模拟调频法，产生相位连续的模拟调频法，产生相位连续的2FSK信号信号n键控法，产生相位不连续的键控法，产生相位不连续的2FSK信号信号S( t ) e0( t ) 压控压控 VCO 直接调频直接调频2022-3-1621二进制数字调制与解调原理aak1011001ts(t)ts(t)bttcdettfgt2FSK信号2022-3-1622二进制数字调制与解调原理n2FS

13、K信号的解调信号的解调n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 2022-3-1623二进制数字调制与解调原理n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2 包络检波包络检波 带通带通1 2 fs 包络检波包络检波 2022-3-1624二进制数字调制与解调原理n三个三个BPF的参数的参数n通过通过2FSK信号，因而中心频率

14、为信号，因而中心频率为 ，带宽为带宽为BBPFB2FSK；nBPF1用来通过用来通过2ASK1（对应（对应f1）信号，因而）信号，因而其中心频率其中心频率f0=f1，带宽，带宽BBPF2fs；nBPF2用来通过用来通过2ASK2（对应（对应f2）信号，因而）信号，因而其中心频率其中心频率f0=f2，带宽，带宽BBPF2fs。2210fff2022-3-1625二进制数字调制与解调原理n过零点检测法过零点检测法n特点：特点：“1”、“0” 码元对应的载波频率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。目不同，利用此特点，

15、还原基带信号。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判决判决 低通低通 2022-3-1626e0 ( 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判决判决 abcdef0 1 1 0 1 0 0 2022-3-1627二进制数字调制与解调原理n2FSK信号的功率谱信号的功率谱 可视为可视为2个个2ASK的功率谱相叠加的功率谱相叠加)()(41 )()(41)(221122211ffPffPffPffPfPssssFSKf0)f(PEf2f1f1f0sfsf )f(P1s2022-3-

16、1628二进制数字调制与解调原理n结论：结论：n2FSK的功率谱包含连续谱和离散谱（的功率谱包含连续谱和离散谱（f1和和f2）；）；n若若| f1 -f2 |fs，则为单峰曲线；而随着，则为单峰曲线；而随着| f1 -f2 |的增大，逐渐出现双峰；的增大，逐渐出现双峰；带宽带宽B2FSK = 2 fs + | f1 - f2 |2022-3-1629二进制数字调制与解调原理nFSK的用途的用途nCCITT规定，低于规定，低于1200bit/s的速率时，的速率时，使用使用FSK方式；方式；n在微波通信系统中传输监控信息，以实在微波通信系统中传输监控信息，以实现中继站的无人值守。现中继站的无人值守

17、。n目前广泛使用的单片调制解调器，如目前广泛使用的单片调制解调器，如MC6800L,适用于适用于600波特以下的传输速率，波特以下的传输速率，中心频率中心频率1170Hz，传，传“1”时，载频为时，载频为1270Hz，传，传“0”时，载频为时，载频为1070Hz，频，频偏为偏为100Hz，带宽为，带宽为BFSK=| f1 -f2 |+2fs|1270-1070|+2600=1400Hz。 2022-3-1630例7-2设发送数字信息序列为设发送数字信息序列为11010010，码元速率，码元速率为为1000Bd，现采用键控法产生，现采用键控法产生2FSK信号，信号，并设并设f1=2kHz，对应，

18、对应“1”；f2=1kHz，对应，对应“0”。若两振荡器输出振荡初相均为。若两振荡器输出振荡初相均为0，画，画出出2FSK信号波形，并计算其带宽。信号波形，并计算其带宽。2022-3-1631二进制数字调制与解调原理7.2.3 二进制移相键控二进制移相键控n移相调制的概念移相调制的概念n用数字基带信号控制载波的相位用数字基带信号控制载波的相位1.载波初相载波初相：每个码元起始时刻对应的载波：每个码元起始时刻对应的载波相位相位0 00 121 20 00 12022-3-1632二进制数字调制与解调原理n移相键控在数据传输中移相键控在数据传输中,尤其是在中速和中尤其是在中速和中高速的数传机高速的

19、数传机( 2400-4800bit/s)中得到了中得到了广泛的应用。广泛的应用。n移相键控有很好的抗干扰性移相键控有很好的抗干扰性,在有衰落的信在有衰落的信道中也能获得很好的效果。道中也能获得很好的效果。 n移相信号可分为两种：移相信号可分为两种：n(1)绝对相移；绝对相移；n(2)相对相移相对相移(差分相移差分相移) 2022-3-1633二进制数字调制与解调原理n绝对移相键控（绝对移相键控（2PSK或或BPSK）n传传“1”信号时，发起始相位为信号时，发起始相位为的载波；的载波； 传传“0”信号时，发起始相位为信号时，发起始相位为0的载波。的载波。 (或取相反的形式或取相反的形式)。202

20、2-3-16342PSK ：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： 2 2 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 2 2 2 2 2 2 2 A 方式：方式： B 方式：方式： 2022-3-1635二进制数字调制与解调原理n2PSK信号的时域表达式信号的时域表达式n信号的产生信号的产生PtPttnTtgatscccnsnPSK1 cos coscos)()(2以以概概率率以以概概率率PPaFSKASKann111，、不不

21、同同于于2022-3-1636二进制数字调制与解调原理n2PSK解调解调相干解调相干解调n2PSK信号以相位传输信息，其振幅、频信号以相位传输信息，其振幅、频率恒定，因而只能采用相干解调。率恒定，因而只能采用相干解调。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抽样抽样判决判决带通带通e0 ( t )S( t )鉴相器鉴相器2022-3-1637二进制数字调制与解调原理n相位模糊相位模糊倒倒现象现象n在接收端由在接收端由2PSK信号中提取相干载波时，信号中提取相干载波时，有可能得到两种反相的相干载波，即有可能得到两种反相的相干载波，即coswct应改

22、为应改为coswct，于是，于是LPF输出将输出将为为s(t)，抽样判决结果出现反码，这就，抽样判决结果出现反码，这就是相位模糊问题（对是相位模糊问题（对2PSK又称为又称为倒倒现现象象）。）。n相位模糊现象是不允许的，因而相位模糊现象是不允许的，因而2PSK实实际上不用，而是采用际上不用，而是采用2DPSK。2022-3-1638二进制数字调制与解调原理n差分移相键控（差分移相键控（2DPSK或或BDPSK）n相对载波初相相对载波初相 ：后码元的载波初相：后码元的载波初相2与与前相邻码元载波初相前相邻码元载波初相1的差值。的差值。n = 2 - 121 20 00 1A 方式：方式： 0 表

23、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： 2 2 或反之或反之2022-3-16391 0 0 1 0 1 1+ E S( t )- - E A 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0002 2 2 2 000 001 1 1 0 0 1 0码变换码变换2022-3-1640二进制数字调制与解调原理n2DPSK信号的产生信号的产生2022-3-1641二进制数字调制与解调原理 码变换电路的功能码变换电路的功能:将绝对码将绝对码ak变成相对码变成相对码bk。 具体变换关系为：具体变换关系为： 例如：例如： 绝对

24、码绝对码ak: 0 0 1 1 1 0 0 1 相对码相对码bk: 0 0 0 1 0 1 1 1 01kkkbab2022-3-1642比较比较1 0 0 1 0 1 1+ E S( t )- - E0 0 00 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2022-3-1643二进制数字调制与解调原理n2DPSK信号的解调信号的解调n相干解调相干解调-码变换码变换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2022-3-1644二进制数字调制与

25、解调原理n差分相干检波差分相干检波抽样抽样判决判决带通带通低通低通e0 ( t )S( t )延时延时Ts2022-3-16451 0 0 1 0 1 1 S( t )+ E- - Eabc = a bde1 0 0 1 0 1 1判判 0 000抽样抽样判决判决带通带通低通低通e0 ( t )S( t )延时延时Tsabcde2022-3-1646二进制数字调制与解调原理n2PSK和和2DPSK信号的功率谱信号的功率谱n对于对于2DPSK，虽然定义方式与，虽然定义方式与2PSK不一不一样样, 但已调信号的波形是一样的，即说但已调信号的波形是一样的，即说明它们的频率成分是相同的，因此明它们的频

26、率成分是相同的，因此2PSK与与2DPSK信号具有相同的功率谱密度信号具有相同的功率谱密度。二者的区别在于二者的区别在于0、1符号的分布略有变符号的分布略有变化，但是总的来讲是近似相同的。化，但是总的来讲是近似相同的。 nsPSK(t)相当于一个相当于一个双极性不归零双极性不归零随机矩形随机矩形脉冲序列与一载波构成双边带幅度调制。脉冲序列与一载波构成双边带幅度调制。2022-3-1647二进制数字调制与解调原理22222222)()(sin)()(sin421)()()0()21 (41)()()1 ()()(41)(scscscscsccsccscscsPSKTffTffTffTffTPff

27、ffGPfffGffGPPfffPffPfP 双极性双极性NRZ矩形脉冲的功率谱为矩形脉冲的功率谱为fTSaTfPsss2)(2022-3-1648二进制数字调制与解调原理f0sfsf )f(PsB2PSK = 2 fs- fcfc + fsfc - fsf0cf)f(PE2022-3-1649二进制数字调制与解调原理n功率谱密度特点总结：功率谱密度特点总结：n由连续谱与离散谱两部分组成；由连续谱与离散谱两部分组成；n带宽是绝对脉冲序列的二倍，带宽是绝对脉冲序列的二倍， BPSK2fs(Hz)；n与与2ASK功率谱的区别：功率谱的区别：n当当P1/2时，时，P2PSK与与P2ASK类似；类似；

28、n当当P1/2时，时，2PSK无离散谱，而无离散谱，而2ASK存在存在离散谱。离散谱。 2022-3-1650例7-3设发送数字信息序列为设发送数字信息序列为11010010，码元速率，码元速率为为1000Bd：（1）请画出当载频为）请画出当载频为2kHz时的时的2PSK信号和信号和2DPSK信号的波形（信号的波形（2PSK相位规则是：相位规则是：“1” 0；“0” ；差分编码规则为；差分编码规则为“1变变0不不变变”，并设相对码参考码元为，并设相对码参考码元为“0”）。）。（2）计算该）计算该2PSK信号和信号和2DPSK信号的带宽。信号的带宽。2022-3-1651二进制数字调制系统的抗噪

29、性能7.3.1 2ASK系统的抗噪性能系统的抗噪性能n接收信号描述接收信号描述分析：一个码元宽度分析：一个码元宽度Ts的信号的信号发送信号发送信号 ST (t) = UT (t) = Acosc t 0 t 1）的情况下）的情况下4/4/2121)2(41rereePrererfcP 当当2022-3-1658P193例7-1解解 ： (1) 对于对于2ASK信号，信号功率主要集中在其频谱的主信号，信号功率主要集中在其频谱的主瓣。因此，接收端带通滤波器带宽可取瓣。因此，接收端带通滤波器带宽可取2ASK信号频谱的信号频谱的主瓣宽度，即主瓣宽度，即B=2RB=29600=19200 Hz带通滤波器

30、输出噪声平均功率为带通滤波器输出噪声平均功率为 n2=0.52B=410-13219200=1.53610-8W信噪比为信噪比为55.3210072. 310110536. 121012868622nar2022-3-1659P193例7-1 (2) (2) 包络检波法解调时系统总的误码率为包络检波法解调时系统总的误码率为 比较两种方法解调时系统总的误码率可以看出，在大信噪比较两种方法解调时系统总的误码率可以看出，在大信噪比的情况下，包络检波法解调性能接近同步检测法解调性比的情况下，包络检波法解调性能接近同步检测法解调性能。能。 4138. 841046. 12121eePre因为信噪比因为信

31、噪比r32.551r32.551， 所以同步检测法解调时系所以同步检测法解调时系统总的误码率为统总的误码率为5138. 841089. 255.321416. 311421eerrerfcPre2022-3-1660例7-4例：例：已知已知2ASK 的码元速率的码元速率 RB= 4.810 6 波特，解波特，解调器输入信号的幅度调器输入信号的幅度a = 1mv，信道加性噪，信道加性噪声的单边功率谱密度为声的单边功率谱密度为 n0=210-15 W/Hz ， 试求试求: 1）包络检波的误码率）包络检波的误码率 2）同步检波的误码率）同步检波的误码率解：解： Rb = RB = 4.810 6 b

32、it/s )(108 .416sTs2022-3-1661例7-4 带通滤波器的带宽带通滤波器的带宽 B = 2RB = 9.610 6 （Hz） 带通的输出噪声功率带通的输出噪声功率n2 = n0 B = 1.9210 - 8 (W) 解调器的输入信噪比解调器的输入信噪比 126)1092. 1 (21086222na 此系统为大信噪比工作此系统为大信噪比工作 1）包络检波）包络检波2）同步检波）同步检波44105 . 721ePe441067. 11ePe2022-3-1662二进制数字调制系统的抗噪性能7.3.2 2FSK系统的抗噪性能系统的抗噪性能1.同步检波的系统性能同步检波的系统性

33、能发送端信道带通滤波器 1相乘器抽样判决器输出Pe定时脉冲y1(t)yi(t)sT(t)ni(t)低通滤波器x1(t)带通滤波器 2相乘器低通滤波器y2(t)x2(t)2cos 1t2cos 2t2022-3-1663二进制数字调制系统的抗噪性能BPF1支路：支路：BPF2支路：支路：分别通过上下两个分别通过上下两个LPF的输出为的输出为”发发“”发发“0)(1)(cos)(1111tntntaty”发“”发“1)(0)(cos)(2222tntntaty)()()()(2211tntxtnatxcc判决规则：判决规则：x1 x2 判判 “ 1 ”x1 V2 判判 “ 1 ”V1 V2 判判

34、“ 0 ”221ev0)v(f0)v(f101vv 221e2022-3-1669例7-5FSKFSK的在有效带宽为的在有效带宽为2400Hz2400Hz的信道上传输，的信道上传输，f f1 1=980Hz,=980Hz,f f2 2=1580Hz,R=1580Hz,RB B=300B,=300B,输入信噪比为输入信噪比为6dB6dB。试求：。试求：（1 1）2FSK2FSK的带宽；（的带宽；（2 2）使用包络检波的误码率；）使用包络检波的误码率；（3 3）使用相干解调的误码率。）使用相干解调的误码率。解：解：（1 1）2FSK2FSK的带宽：的带宽：f=|ff=|f2 2-f-f1 1|+2

35、f|+2fs s= =|f|f2 2-f-f1 1|+2|+2R RB B=1200Hz=1200Hz（2 2）信道带宽信道带宽2400Hz2400Hz，接，接收收滤波器带宽滤波器带宽B=2RB=2RB B=600Hz=600Hz容量一样，所以输出时带宽减少容量一样，所以输出时带宽减少4 4倍，信噪比增大倍，信噪比增大4 4倍倍r=4r=44=164=1642)(1068. 121reeP检检波波5)(1017. 3221rerfcPe 相干相干2022-3-1670二进制数字调制系统的抗噪性能7.3.3 2PSK和和2DPSK系统的抗噪性能系统的抗噪性能n2PSK相干解调系统性能相干解调系统

36、性能发 送 端信 道带 通滤 波 器相 乘 器抽 样判 决 器输 出Pe定 时 脉冲x(t)y(t)yi(t)sT(t)ni(t)低 通滤 波 器2cosct s(t) 为双极性非归零信号为双极性非归零信号 判决器的输入信号为判决器的输入信号为x(t) = - a + nc( t ) 发发 “0”a + nc( t ) 发发 “1”xa0f1( x ) f0 ( x ) - - a2022-3-1671二进制数字调制系统的抗噪性能)0(1xPPedxxf00)( 发发 “1” 错判错判发发 “0” 错判错判)(21erfcdxxf01)()0(0 xPPe)(21erfc0121eeePPP2

37、PSK 系统总误码率系统总误码率 e21)(21erfc2022-3-1672二进制数字调制系统的抗噪性能n2DPSK相干解调系统性能相干解调系统性能带通滤波器相乘器2cosctyi(t)y(t)低通滤波器抽样判决器码反变换器输出PePe定时脉冲x(t)系统特征：在系统特征：在 2PSK 系统的基础上增加码反变换电路。系统的基础上增加码反变换电路。 码反变换电路自身不产生误码（与噪声无关），但其码反变换电路自身不产生误码（与噪声无关），但其输入相对码有误差时，必然会造成其输出绝对码与发输入相对码有误差时，必然会造成其输出绝对码与发端基带信号失真，因而系统总误码应为端基带信号失真，因而系统总误码

38、应为2PSK 系统的系统的误码加码反变换的误码积累。误码加码反变换的误码积累。2022-3-1673二进制数字调制系统的抗噪性能结论：结论：系统总误码率系统总误码率)1 (2eeePPPePe12图 7 30 码反变换器对错码的影响2022-3-1675+ E S( t )- - E 绝对码绝对码正确相对码正确相对码00 001 0 0 1 0 1 11 1 1 0 0 1 0码反变换码反变换错误相对码错误相对码1 0 1 0 0 1 0001111111 0 0 0 0 1 0011110001 0 0 1 0 1 011111001码反变换码反变换码反变换码反变换错误相对码错误相对码错误相

39、对码错误相对码2022-3-1676码反变换引入的误码规律：码反变换引入的误码规律：相对码中出现的相对码中出现的每一串错码每一串错码，反变换后产生，反变换后产生两位错码两位错码。设设 Pn 表示同步检波输出相对码中出现表示同步检波输出相对码中出现 n 个个连续连续错码错码事件的概率事件的概率 n321eP2P2P2P2PPe表示码反变换输出的总误码率表示码反变换输出的总误码率 “ n 个码元同时出错个码元同时出错 ”属同时发生事件属同时发生事件“该串错码两端都有一个正确码元该串错码两端都有一个正确码元”ne2enP)P1(P )P1(P2P11)P1(P2Peee2eee 321n、 e1P2

40、e2022-3-1677二进制数字调制系统的抗噪性能n2DPSK非相干解调的系统性能非相干解调的系统性能发送端信道带通滤波器相乘器抽样判决器输出Pe定时脉冲x(t)y1(t)yi(t)sT(t)ni(t)延迟 Tsy2(t)低通滤波器 y1( t ) = a + n1c ( t ) cosc t - n1s ( t )sinc ty2( t ) = a + n2c ( t ) cosc t - n2s ( t )sinc t)()()()(21)(2121tntntnatnatxsscc2022-3-1678二进制数字调制系统的抗噪性能判决规则：判决规则：若若x0， 则判决为则判决为“1”符号

41、符号正确判决正确判决若若x0， 则判决为则判决为“0”符号符号错误判决错误判决ePe21结论：结论：系统总误码率系统总误码率2022-3-1679P202例7-2若采用若采用2DPSK2DPSK方式传送二进制数字信息，已知发送端方式传送二进制数字信息，已知发送端发出的信号振幅为发出的信号振幅为5V5V，输入接收端解调器的高斯噪声，输入接收端解调器的高斯噪声功率功率2 2n n=3=31010-12-12W W，今要求误码率，今要求误码率P Pe e=10=10-5-5。试求：。试求：(1)(1)采用差分相干接收时，由发送端到解调器输入端采用差分相干接收时，由发送端到解调器输入端的衰减为多少？的

42、衰减为多少？ (2)(2)采用相干解调采用相干解调码反变换接收时，由发送端到解调码反变换接收时，由发送端到解调器输入端的衰减为多少？器输入端的衰减为多少？解：解：(1) 2DPSK(1) 2DPSK方式传输，采用差分相干接收，其误方式传输，采用差分相干接收，其误码率为码率为 Pe=ePe=e-r-r=10=10-5-5 可得可得 r=10.82r=10.82 又因为又因为 r=r=222na2022-3-1680P202例7-2衰减分贝数：衰减分贝数：k=20lg(5/a)=20lg58.06k=20lg(5/a)=20lg58.0610-6=115.9 10-6=115.9 dBdB（2 2

43、）采用相干解调）采用相干解调码反变换接收时误码率为码反变换接收时误码率为 Pe2P=erfc Pe2P=erfc =10 =10-5-5可得可得 r=9.8r=9.8 a= a=衰减分贝数衰减分贝数:k=20lg(5/a)=20lg =116.3 dB:k=20lg(5/a)=20lg =116.3 dB由分析结果可以看出，当系统误码率较小时，由分析结果可以看出，当系统误码率较小时，2DPSK2DPSK系统采用差分相干方式接收与采用相干解调系统采用差分相干方式接收与采用相干解调码反变换方式接收的性能很接近。码反变换方式接收的性能很接近。 rer1r61121067. 71088. 52rn61

44、076. 752022-3-1681二进制数字调制系统的性能比较信号信号解调方法解调方法频频 宽宽Pe门门限限用用 途途2ASK非相干非相干2fs有有相干相干有有2FSK非相干非相干| f2-f1 |+2fs中、低速数据传输中、低速数据传输相干相干2PSK2fs相干相干有有2DPSK非相干非相干2fs有有相干相干有有高速数据传输高速数据传输4ee12erfc21P 2ee212erfc21P e21erfc21Pe e1erfcPe e21Pe4ee21P 2ee21P 2022-3-1682二进制数字调制系统的性能比较n总结：总结：n抗噪声：相干抗噪声：相干2PSK、2DPSK优于优于2FS

45、K优优于于2ASKn带宽：带宽：2PSK、2DPSK、2ASK优于优于2FSKn最广的调制：最广的调制：n2DPSK：高速数据（可解决相位模糊）：高速数据（可解决相位模糊）n2FSK：低速数据，用于衰落信道：低速数据，用于衰落信道2022-3-1683多进制数字调制系统n实际的数字通信系统通常采用多进制数字调实际的数字通信系统通常采用多进制数字调制，在多进制数字调制系统中，在每个符号制，在多进制数字调制系统中，在每个符号间隔间隔(0,Ts)内可能发送的符号有内可能发送的符号有M种，通常选种，通常选取取M=2n，n为大于为大于1的正整数。的正整数。n在在M进制数字调制系统中，每个符号可以表进制数

46、字调制系统中，每个符号可以表示示log2M个二元消息符号，因此，在相同的码个二元消息符号，因此，在相同的码元传输速率下，元传输速率下，M进制数字调制系统的信息进制数字调制系统的信息传输速率比二进制系统的高。传输速率比二进制系统的高。2022-3-1684多进制数字调制系统7.4.1 MASK的原理及抗噪声性能的原理及抗噪声性能 n概念概念nMASK：多进制数字振幅调制。：多进制数字振幅调制。n以四进制为例以四进制为例n传传“0”信号时，发信号时，发0电平；电平；n传传“1”信号时，发幅度为信号时，发幅度为1的载波；的载波；n传传“2”信号时，发幅度为信号时，发幅度为2的载波；的载波； n传传“

47、3”信号时，发幅度为信号时，发幅度为3的载波。的载波。1. 4ASK中，每个双比特码元对应一种幅度中，每个双比特码元对应一种幅度的载波。的载波。2022-3-1685多进制数字调制系统OTBtA2A3A23012022-3-1686多进制数字调制系统n时域表达式时域表达式tnTtgatecnSnMASKcos)()(1010)()(MncnsnMASKPMPatCosnTtgatS其其中中：把把2ASK和和MASK波形进行比较，可以看出，它波形进行比较，可以看出，它可以由不同幅度的二电平调制波形叠加形成。可以由不同幅度的二电平调制波形叠加形成。 2022-3-1687多进制数字调制系统2022

48、-3-1688多进制数字调制系统n传输带宽传输带宽nM进制数字振幅调制信号每个符号可以进制数字振幅调制信号每个符号可以传送传送log2M比特信息。比特信息。n在信息传输速率相同时，码元传输速率在信息传输速率相同时，码元传输速率降低为降低为2ASK信号的信号的1/log2M倍。倍。nMASK信号的带宽在相同信息速率时是信号的带宽在相同信息速率时是2ASK的的1/log2M倍。倍。2022-3-1689多进制数字调制系统nMASK系统的解调系统的解调n与与2ASK信号解调相似，信号解调相似， 可以采用相干解可以采用相干解调方式，也可以采用非相干解调方式。调方式，也可以采用非相干解调方式。n系统的抗

49、噪性能系统的抗噪性能n系统的总误码率为系统的总误码率为1312MrerfcMMPe2022-3-1690多进制数字调制系统10110210310410510605101520r/dBPe125302022-3-1691多进制数字调制系统7.4.2 MFSK的原理及抗噪声性能的原理及抗噪声性能n概念概念n传传“0”信号信号(或或00)时，发送频率为时，发送频率为f1的载的载波；波；n传传“1”信号信号(或或10)时，发送频率为时，发送频率为f2的载的载波；波；n传传“2”信号信号(或或11)时，发送频率为时，发送频率为f3的载的载波；波；1.传传“3”信号信号(或或01)时，发送频率为时，发送频

50、率为f4的载的载波。波。2022-3-1692多进制数字调制系统n组成框图组成框图输入串/并变换M逻辑电路f1门电路121f2门电路相加器M2fM门电路信道抽样判决器输出逻辑电路检波器带 通 f1检波器带 通 f2检波器带 通 fM接收滤波器2022-3-1693多进制数字调制系统n传输带宽传输带宽 带宽为带宽为BMFSK|fM-f1|+f其中：其中：fM最高选用载频；最高选用载频； f1最低选用载频；最低选用载频； f单个单个M进制码元信号的有效带进制码元信号的有效带宽。宽。 2022-3-1694多进制数字调制系统n抗噪性能抗噪性能n非相干接收的误码率为非相干接收的误码率为:n相干接收误码

51、率为相干接收误码率为:212/002/ / )()21( )1 (1)(2222rMznaxeeMdzexaIxePn2)21( )21(1 (2112/)/(2122rerfcMdxdueePmxuaxen2022-3-1695多进制数字调制系统101102103104105106107505101520r/dB102432210812022-3-1696多进制数字调制系统n结论：结论：n无论是相干解调还是非相干解调，系统误无论是相干解调还是非相干解调，系统误码率码率Pe都仅与信噪比都仅与信噪比r及进制数及进制数M有关。有关。 n在在M一定的情况下，一定的情况下，r越大，则越大，则Pe越小；

52、在越小；在一定一定r下，下，M越大，则越大，则Pe越大。越大。 n相干解调与非相干解调性能之间的差异将相干解调与非相干解调性能之间的差异将随随M的增大而减小；而且，同一的增大而减小；而且，同一M下的每下的每一对相干和非相干曲线将随信噪比一对相干和非相干曲线将随信噪比r的增加的增加而趋于同一极限值。而趋于同一极限值。 2022-3-1697多进制数字调制系统7.4.3 MPSK的原理及抗噪声性能的原理及抗噪声性能n 4PSK（即（即QPSK）n概念概念n当传双比特码元当传双比特码元00时，发送起始相位为时，发送起始相位为0的载波；的载波；n当传双比特码元当传双比特码元10时，发送起始相位为时，发送起始相位为/2的载波；的载波；n当传双比特码元当传双比特码元11时，发送起始相位为时，发送起始相位为的