第6章 数字调制技术++.

1、1主要内容：主要内容：数字调制系统的组成框数字调制系统的组成框图图三大类数字调制方法三大类数字调制方法各种接收系统的原理各种接收系统的原理抗噪声性能的分析方法抗噪声性能的分析方法重点：重点：数字调制系统的组成框图数字调制系统的组成框图各种已调信号的性能和参各种已调信号的性能和参数计算数计算各种接收系统的差别各种接收系统的差别信噪比公式信噪比公式23调制的实质是把调制的实质是把调制信号的频谱调制信号的频谱搬移搬移到到所希望的频率所希望的频率范范围，从而将调制信号转换成适合信道传输或便于信道围，从而将调制信号转换成适合信道传输或便于信道多多路复用路复用的已调信号，的已调信号，提高提高系统传输的系统

2、传输的有效性和可靠性有效性和可靠性。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 基本基本改进改进ASKQAMFSKMFSK、MSKPSK、DPSKQPSK46.2.3 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 幅度键控幅度键控6.2 6.2 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 5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 幅度键控幅度键控（ 2ASK ）2 2、频谱结构、频谱结构 3 3、调制方法、调制方法4 4、

3、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 tcos)t(S)t(ec0 )ff(P)ff(P41)f(PcscsE 61.2ASK 信号表达式信号表达式_nn)t(S)t(S )t(Sn)nTt(gs_1)nTt(gs_2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_nsn)nTt (ga)t (S 0 0 以概率以概率 1-p1-p其中：其中： an =1 1 以概率以概率 ptcos

4、)nTt(gatcos)t(S)t(ecnsnc0_ 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72. 2ASK 频谱结构频谱结构设设 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 ) tcos)t(S)t(ec0 非严格推导：非严格推导：tcos)t (S)t (ec2220 )ff()ff(41)ff()ff(21)ff()ff(21tcos)ff()ff(21tcos)f(P)t (S)f(P)t (eccccccc2cccs2E20 )ff(P)ff(P41

5、)f(PcscsE 取决于取决于 NRZ Ps ( f ) 关于关于( f ) 8 )f(f)2(f)2sin()2()(2sin2sin2)ee(j1tde1Flimlimlimlimlimjjtj kt)ktsin(klim)t (k 定义式：定义式：说明：说明：)(21 )f(1 9 S( t ) 是是 NRZ 信号信号 )Tf(ST41)f(41)f(Ps2ssa sc2sc2sccET)ff(ST)ff(S16T)ff()ff(161)f(Paa 当当 p = 时时, 10f0sfsf )f(PssT3. 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

6、 S( t )载波载波2ASK- fcfc + fsfc - fsf0cf)f(PEB2ASK = 2 fs114. 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 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112非相干非相干解调解调5. 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

7、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 t136.2.2 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 + | 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 包络检波法包络检波法、过零检测法过零检测法、差分检波法、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：142FSK 信号表达式信号表达式 )tcos()nTst(ga)tcos(

8、)nTst(ga)t(en2nnn1nn0 其中其中: :na是是 an 的反码的反码 =na1 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：tcos)t(Stcos)t(S2111 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 2ASK 信号的合成信号的合成S1( t )为单极性信号为单极性信号15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 tcos)t(Stcos)t

9、(S)t(e21110 且且 S1( t )、 均为均为 NRZ 信号，信号，脉宽为脉宽为Ts )t (S1 )ff(P)ff(P41)ff(P)ff(P41)f(P221s1sE1s1s11 )ff()ff()ff()ff(161T)ff(SaT)ff(Sa161T)ff(SaT)ff(Sa161)f(P2211s22s22s12s12E 当当 p = 时时, 16f0sfsf )f(P1s2FSK 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)f(P1sB

10、2FSK = 2 fs + | f1 - f2 |f1f0)f(PEf2f1172FSK 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 t182FSK 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：|

11、f1 - f2 | 2 fs 192FSK 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 202FSK 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。内载波的过零点数目不同，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 )

12、abcdef判决判决 低通低通 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判决判决 abcdef0 1 1 0 1 0 0 222FSK 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t )cos(A)t(ec0 )(t )(2cos2A)cos(2Acc2c2 )t)(cos(t )cos(A)t (e)t (ecc200 sinsincoscos2A)cos(2A)t (ecc2c2 若控制若控制，使，使 0cosc 1sinc 则则2

13、3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, ,判决后实现还原。性能受判决后实现还原。性能受 控制控制 当当 较小时较小时 sin2A2 sin2A22c 2c sinsin2A)t (ec2 sin 2A2 2A22c 2c )t (e)t (e )t(Sk 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246.2.3 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 6.2.3.2 移相信号移相信号25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

14、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值去表示不同的数字信号数字信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 0 00 121 20 00 126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

15、定义及波形2PSK 2DPSK 比较比较tcos)t(S)t(ec0 272PSK ：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： 28 2DPSK：相对移相信号：相对移相信号相对相对载波载波初相初相 ：后码元的载波初相：后码元的载波初相2与前相邻码与前相邻码元载波初相元载波初相1的差值的差值 = 2 - - 121 2

16、0 00 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： 2 2 或反之或反之波形波形291 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30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312PSK 、 2

17、DPSK 频谱结构频谱结构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 tcos)t (S)t (ec0 )ff(P)ff(P41)f(PcscsE )Tf(ST)21p(| )f(G|f| )f(G| )p1(pf4)mff(| )mf(G)1p2(f|)f(Ps2s2s2ss2msssa sc2sc2sET)ff(ST)ff(S4T)f(Paa 频谱图频谱图32f0sfsf )f(Ps2PSK 频谱图频谱图B2PSK = 2 fs- fcfc + fsfc - fsf0cf)f(PE3

18、3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 t34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 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35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T

19、s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361 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Tsabcde376.3 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 6.3.1 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386.3.1 6.3.1

20、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39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 ) dV 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 ” e21Pe结论：结论：系统总误码率系统总误码率例子例子61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，信道加性噪声的单波特，信道加性噪声的单边功率谱密度为边功率谱密度为