通信原理(第7章)

1、第七章第七章 数字带通传输系统数字带通传输系统二进制数字调制原理二进制数字调制原理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多进制数字调制原理多进制数字调制原理多进制数字调制系统的抗噪声性能多进制数字调制系统的抗噪声性能 引言引言 将数字消息变换为相应的数字信号，以适合在带通型信道将数字消息变换为相应的数字信号，以适合在带通型信道中传送。因此，需要用数字信号对载波进行调制，已调信号是中传送。因此，需要用数字信号对载波进行调制，已调信号是高频的窄带信号，即已调信号的带宽远远小于载波的频率。高频的窄带信号，即已调信号的带宽远

2、远小于载波的频率。 方法方法:用数字消息控制载波的一个或几个参数。常用的载波用数字消息控制载波的一个或几个参数。常用的载波信号为正弦型信号信号为正弦型信号:其中其中A为载波的振幅为载波的振幅,wc为载波的角频率为载波的角频率, n为载波的初始相位。为载波的初始相位。 幅度键控幅度键控(ASK):用数字消息控制载波的振幅。用数字消息控制载波的振幅。 移频键控移频键控(FSK):用数字消息控制载波的用数字消息控制载波的(角角)频率。频率。 移相键控移相键控(PSK):用数字消息控制载波的相位。用数字消息控制载波的相位。 数字消息的状态数字消息的状态(取值取值)是离散的，可数的是离散的，可数的(有限

3、的有限的),相应相应的数字已调信号的的数字已调信号的可取形式也是离散的可取形式也是离散的。可分为二进制数字调。可分为二进制数字调制和多进制数字调制。制和多进制数字调制。 本章本章重点讨论重点讨论二进制数字调制系统的原理及其控噪声性能，二进制数字调制系统的原理及其控噪声性能，并简要介绍多进制数字调制以及由三种基本数字调制形式派生并简要介绍多进制数字调制以及由三种基本数字调制形式派生出的几种数字调制的原理。出的几种数字调制的原理。cos()cnAw t7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理7.1.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）一、一、2ASK信号的时域表达式与波形信号的时域表达

4、式与波形1、2ASK信号的时域表达式信号的时域表达式 设信息源发出消息代码设信息源发出消息代码Dx是由二进制符号是由二进制符号1、0组成的序组成的序列，假定符号列，假定符号1出现的概率为出现的概率为P，符号，符号0出现概率为出现概率为1-P，它，它们彼此独立。即们彼此独立。即1g(t)=0s，0tT， t其他 其中为码元宽度，则单极性不归零脉冲序列，则根据幅其中为码元宽度，则单极性不归零脉冲序列，则根据幅度调制的原理，一个二进制的振幅键控信号可以表示成一度调制的原理，一个二进制的振幅键控信号可以表示成一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦型载波的相乘，即个单极性矩形脉冲序列与一个正弦型载波的相乘，即

5、7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理2、2ASK的波形的波形二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)信号的波形示意图信号的波形示意图7.1.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）一、一、2ASK信号的时域表达式与波形信号的时域表达式与波形7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理1、2ASK信号的产生信号的产生 2ASK信号的产生有两种方法信号的产生有两种方法: （1）、相乘电路法）、相乘电路法:7.1.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）二、二、 2ASK信号的产生与解调信号的产生与解调7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理（2）、通）、通-断键控法断键控法: 图

6、中，当基带信号为高电平时，开关电路如图所示，当图中，当基带信号为高电平时，开关电路如图所示，当基带信号为低电平时，开关处于断开状态，二进制振幅键控基带信号为低电平时，开关处于断开状态，二进制振幅键控信号状态为零，此时二进制振幅键控信号又常称为通信号状态为零，此时二进制振幅键控信号又常称为通-断键控断键控信号信号(OOK信号信号)。7.1.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）二、二、 2ASK信号的产生与解调信号的产生与解调7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理2、2ASK(OOK)信号的解调信号的解调2ASK(OOK)信号的解调通常有两种方法信号的解调通常有两种方法:（1）、非相

7、干解调法）、非相干解调法(包络检波法包络检波法) 二进制振幅键控信号的非相干接收系统方框图二进制振幅键控信号的非相干接收系统方框图7.1.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）二、二、 2ASK信号的产生与解调信号的产生与解调7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理（2）、相干解调法）、相干解调法二进制振幅键控信号的相干接收系统方框图二进制振幅键控信号的相干接收系统方框图 二进制振幅调制二进制振幅调制2ASK是数字调制中最简单的一种，但因其是数字调制中最简单的一种，但因其抗噪声性能较差，故在实际系统中很少采用，但我们可以从抗噪声性能较差，故在实际系统中很少采用，但我们可以从2ASK的

8、原理引出其他的数字调制方式。的原理引出其他的数字调制方式。 在光纤通信系统中，对光载波的调制可采用在光纤通信系统中，对光载波的调制可采用ASK,典型的做典型的做法是法是:在给定的频率下，以光的出现和消失来表示二进制数字。在给定的频率下，以光的出现和消失来表示二进制数字。7.1.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）二、二、 2ASK信号的产生与解调信号的产生与解调7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理二进制振幅键控信号的时域表达式为二进制振幅键控信号的时域表达式为其中：其中：(7.1-1)7.1.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）三、三、2ASK信号的功率谱密度信号的功

9、率谱密度7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理 则则b(t)为一随机的单极性矩形脉冲序列，设为一随机的单极性矩形脉冲序列，设b(t)的功率的功率谱密度为谱密度为Pb()，S2ASK(t)的功率谱密度为的功率谱密度为P2ASK()，则，则有有 由上式可知，由上式可知，P2ASK()可由可由Pb()确定。确定。因因b(t)是单极性的随机矩形脉冲序列，得到是单极性的随机矩形脉冲序列，得到b(t)的功率谱密的功率谱密度度Pb()为为:(7.1-2)(7.1-3)7.1.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）三、三、2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度7.1二进制数字调制原理二进制数字调

10、制原理 设设g(t)的傅立叶变换为的傅立叶变换为G(f)，根据矩形波，根据矩形波g(t)的频谱特点，的频谱特点， 对于对于i0的所有整数有的所有整数有G(ifs)=0，所以，所以 将式将式(7.1-4)代入式代入式(7.1-2)得矩形波调幅时得矩形波调幅时2ASK的功的功率谱密度为率谱密度为(7.1-4)7.1.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）三、三、2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理当概率当概率P=1/2时，上式可写成时，上式可写成又因为又因为g(t)的频谱为的频谱为所以所以（7.1-5）（7.1-6）7.1.1 二进制振幅键控（

11、二进制振幅键控（2ASK）三、三、2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理将式将式(7.2-6)、式、式(7.2-7)和式和式(7.2-8)代入式代入式(7.2-5)，可得，可得（7.1-7）（7.1-8）7.1.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）三、三、2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理2ASK信号的功率谱密度示意图信号的功率谱密度示意图2ASK信号的功信号的功率谱的特点：率谱的特点：1、2ASK信号的信号的功率谱由连续谱功率谱由连续谱和离散谱两部分和离散谱两部分组成组成 2、2ASK信号的

12、信号的带宽是基带脉冲带宽是基带脉冲波形带宽的两倍波形带宽的两倍 7.1.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）三、三、2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理7.1.2、二进制频移键控（、二进制频移键控（2FSK）一、一、2FSK信号的时域表达式信号的时域表达式 在二进制频移键控（在二进制频移键控（2FSK）中，当传送）中，当传送“1”码时对码时对应于载波频率应于载波频率f1，传送，传送“0”码时对应于载波频率码时对应于载波频率f0。 令令 为为 的反码，即的反码，即则则2FSK信号可表示为信号可表示为:（7.1-3）由式由式(7.1-3)可知

13、，相位不连续的可知，相位不连续的2FSK信号可以看成是信号可以看成是两个两个2ASK调幅信号之和。调幅信号之和。（7.1-1）（7.1-2）7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理2FSK波形波形7.1.2、二进制频移键控（、二进制频移键控（2FSK）二、二、2FSK信号的波形信号的波形7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理可将可将2FSK信号表示成两个信号表示成两个2ASK信号的和，令信号的和，令: 则相位不连续的则相位不连续的2FSK信号可表示为信号可表示为7.1.2、二进制频移键控（、二进制频移键控（2FSK）三、三、2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度7.1二进制数字调制原理

14、二进制数字调制原理1、相位不连续的、相位不连续的2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度相位不连续的相位不连续的2FSK信号的功率谱密度，可以利用信号的功率谱密度，可以利用2ASK的功率的功率谱密度。假定谱密度。假定“1”“”“0”码等概率出现，且前后码独立，则码等概率出现，且前后码独立，则2FSK(初始相位为初始相位为0)的功率谱密度是载频为的功率谱密度是载频为f1和和f2的两个的两个2ASK信号功率谱密度之和信号功率谱密度之和:7.1.2、二进制频移键控（、二进制频移键控（2FSK）三、三、2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度根据式根据式(7.1-1)、式、式(7.1-2)及式及式(7

15、.1-4)可以求得可以求得Pb1(f)及及Pb0(f)，并将它们代入式并将它们代入式(7.1-4)，便可得到这种，便可得到这种2FSK信号的功率谱密信号的功率谱密度的表达式度的表达式 ：7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理（7.1-5）7.1.2、二进制频移键控（、二进制频移键控（2FSK）三、三、2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理假设信息码假设信息码Dn为为1和和0的概率相等，则的概率相等，则P=1/2 ，当，当g（t）为矩形波时，又有为矩形波时，又有（7.1-6）根据式（根据式（7.1-6），可求得），可求得7.1.2、二进制频移键控（

16、、二进制频移键控（2FSK）三、三、2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理将以上关系式代入式将以上关系式代入式(7.1-5)得到相位不连续得到相位不连续2FSK信号的功率谱密度为信号的功率谱密度为（7.1-7）7.1.2、二进制频移键控（、二进制频移键控（2FSK）三、三、2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理2、2FSK信号的功率谱密度的特点信号的功率谱密度的特点 u 2FSK信号的功率谱密度也由连续谱和离散谱组成。其中，信号的功率谱密度也由连续谱和离散谱组成。其中，连续谱由两个双边带谱叠加而成，而离散谱

17、出现在连续谱由两个双边带谱叠加而成，而离散谱出现在f1和和f0的的两个载频位置上。两个载频位置上。 u 若两个载频之差较小，如小于若两个载频之差较小，如小于fs，则连续谱呈现单峰；，则连续谱呈现单峰；如载频之差增大，则连续谱将出现双峰。如图所示：如载频之差增大，则连续谱将出现双峰。如图所示：7.1.2、二进制频移键控（、二进制频移键控（2FSK）三、三、2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理u 相位不连续的相位不连续的2FSK信号的带宽约为信号的带宽约为 u 相位不连续的相位不连续的2FSK信号存在载波谱线，浪费功率，信号存在载波谱线，浪费功率，只用

18、于设备要求简单的通信场合。只用于设备要求简单的通信场合。7.1.2、二进制频移键控（、二进制频移键控（2FSK）三、三、2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理方法一：方法一： 用一个矩形脉冲用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频。序列对一个载波进行调频。方法二方法二:键控法键控法7.1.2、二进制频移键控（、二进制频移键控（2FSK）四、四、2FSK信号的产生信号的产生7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理1、 非相干解调非相干解调: 对于对于2FSK信号，实际中常采用非相干解调的方法。非相干解信号，实际中常采用非相干解调的方法。非相干解调如下图所

19、示。调如下图所示。抽样判决规则：抽样判决规则：若若1(t)2(t)，则判，则判 ;若若1(t)1)情况情况下，下，*=d/2;Pe=1/2e-r/4 在小信噪比（在小信噪比（1)情况下情况下,上式近似为上式近似为(7.2.25)7.2.1 、2ASK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能二、二、2ASK相干解调法的误码率相干解调法的误码率7.2二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结论：结论：1 从式从式(7.2-13)和式和式(7.2-24)，我们可以看出，我们可以看出:在相在相同的信噪比下，同的信噪比下，2ASK信号相干解调时的总误码率低于包络信号相干解调时的总误码率低于包

20、络检波法时的总误码率，但两者的误码性能相差并不大，且两检波法时的总误码率，但两者的误码性能相差并不大，且两者的最佳判决门限电平都依赖于接收信号的包络值，这个特者的最佳判决门限电平都依赖于接收信号的包络值，这个特性使得性使得2ASK不适用于变参信道，只能用在像电缆一类的恒不适用于变参信道，只能用在像电缆一类的恒参信道中。参信道中。2 包络检波法由于不需要稳定的本地相干载波信号，实包络检波法由于不需要稳定的本地相干载波信号，实现起来比相干解调法简单。现起来比相干解调法简单。7.2.1 、2ASK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能二、二、2ASK相干解调法的误码率相干解调法的误码率7.2二进制数字调制

21、系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能在分析在分析2FSK系统的抗噪声性能时，通常认为信道加性噪声系统的抗噪声性能时，通常认为信道加性噪声只对信号的接收产生影响，所以在计算系统的总误码率时，只对信号的接收产生影响，所以在计算系统的总误码率时，只考虑接收部分。这里我们所说的加性噪声，既包括实际信只考虑接收部分。这里我们所说的加性噪声，既包括实际信道中的噪声，也包括了接收设备噪声折算到信号中的等效噪道中的噪声，也包括了接收设备噪声折算到信号中的等效噪声。声。 2FSK系统中发送码元信号可表示为系统中发送码元信号可表示为:其中其中7.2.2、2FSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能一、一、2

22、FSK包络检波法的误码率包络检波法的误码率7.2二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在包络检波法中，用两个带通滤波器来区分中心频率为在包络检波法中，用两个带通滤波器来区分中心频率为f1和和f0的信息码元，解调器的信息码元，解调器(带通滤波器带通滤波器)输入端的信号为输入端的信号为:其中其中n(t)为高斯白噪声，其双边带功率谱密度为为高斯白噪声，其双边带功率谱密度为Pn()=n0/2，假设带通滤波器刚好使相应的信号无失真通过，则带通滤波假设带通滤波器刚好使相应的信号无失真通过，则带通滤波器的输出信号器的输出信号xi(t)为为:其中其中7.2.2、2FSK系统的抗噪声性能系

23、统的抗噪声性能一、一、2FSK包络检波法的误码率包络检波法的误码率7.2二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假设在区间（假设在区间（0，Ts）内发送的码元为）内发送的码元为“1”，它们的概率密度，它们的概率密度函数可表示为函数可表示为u 抽样判决规则抽样判决规则:7.2.2、2FSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能一、一、2FSK包络检波法的误码率包络检波法的误码率7.2二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u 抗噪声性能用系统总误码率来衡量抗噪声性能用系统总误码率来衡量我们用我们用P(0)表示发送信息码表示发送信息码“0”(Dn=0)的概率的概率

24、,用用P(1)表示发表示发送信息码送信息码“1”(Dn=0)的概率，用的概率，用P(1/0)表示发送信息码表示发送信息码“0”而比较判决器的输出为而比较判决器的输出为“1”的概率的概率;用用P(0/1)表示发送信息码表示发送信息码“1”而比较判决器的输出为而比较判决器的输出为“0”的概率，则的概率，则2FSK系统总的系统总的误码率为误码率为(7.2-9)7.2.2、2FSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能一、一、2FSK包络检波法的误码率包络检波法的误码率7.2二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同前面的分析，可求出，同前面的分析，可求出，2FSK相干解调法的总误码率为

25、：相干解调法的总误码率为：在大信噪比情况下，上式可近似为在大信噪比情况下，上式可近似为（7,.2-10）7.2.2、2FSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能二、二、2FSK相干解调法的误码率相干解调法的误码率7.2二进制数字调制系统的抗噪声性能结论：u 从式(7.2-9)和式(7.2-10)，我们可以看出:在大信噪比下，2FSK的包络检波系统和相干解调系统相比，在性能上相差很小。uu 包络检波法由于不需要稳定的本地相干载波信号，实现起来比相干解调法简单。所以实际的2FSK系统常采用包络检波法。7.2.2、2FSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能二、二、2FSK相干解调法的误码率相干解调法的误码

26、率7.2二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假设发送端发出的信号为假设发送端发出的信号为（7.2-5） 这里，当用这里，当用b(t)表示绝对移相信号时，上式中的表示绝对移相信号时，上式中的“1”和和“0”就是原始的信息码就是原始的信息码(绝对码绝对码);当用当用b(t)表示相对移相信号表示相对移相信号时，上式中的时，上式中的“1”和和“0”不再是原始的信息码不再是原始的信息码(绝对码绝对码)，而是由绝对码变换成相对码后的而是由绝对码变换成相对码后的“1”和和“0”。 通常采用相干解调法和差分相干解调法对式通常采用相干解调法和差分相干解调法对式(7.2-5)中移中移相信号

27、进行解调，以下我们就详细讨论采用这两种解调方法相信号进行解调，以下我们就详细讨论采用这两种解调方法下系统的抗噪声性能。下系统的抗噪声性能。 7.2.3、2PSK及及2DPSK 的抗噪声性能的抗噪声性能7.2二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 设抽样判决器的判决门限电平为设抽样判决器的判决门限电平为0 0电平，则在一个码元电平，则在一个码元的持续时间内，低通滤波器的输出信号为的持续时间内，低通滤波器的输出信号为则则2PSK2PSK系统总的误码率为系统总的误码率为在大信噪比情况下，左在大信噪比情况下，左式可近似表示为式可近似表示为7.2.3、2PSK及及2DPSK 的抗噪

28、声性能的抗噪声性能一、一、2PSK相干解调法的误码率相干解调法的误码率7.2二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 差分相干解调与相干解调的主要区别在于前者的参考信号差分相干解调与相干解调的主要区别在于前者的参考信号不像后者具有固定的载频和相位，因此假定在一个码元间隔内不像后者具有固定的载频和相位，因此假定在一个码元间隔内发送是发送是“1”，且令前一个码元也为，且令前一个码元也为“1”(也可以令其为也可以令其为“0”),则图则图7-2-24中乘法器的输入信号为中乘法器的输入信号为（7.2-7）（7.2-8）将将n1i(t)、n2i(t)分别用其正交分量和同相分量表示，即分

29、别用其正交分量和同相分量表示，即(7.2-9)(7.2-10)7.2.3、2PSK及及2DPSK 的抗噪声性能的抗噪声性能二、二、2DPSK差分相干解调法的误码率差分相干解调法的误码率7.2二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将式将式(7.(7.2 2-9)-9)、(7.(7.2 2-10)-10)代入式代入式(7.(7.2 2-7)-7)、式、式(7.(7.2 2-8)-8)，得到，得到 乘法器的输出信号为乘法器的输出信号为上式中的信号通过低通滤波器后的输出为上式中的信号通过低通滤波器后的输出为7.2.3、2PSK及及2DPSK 的抗噪声性能的抗噪声性能二、二、2DP

30、SK差分相干解调法的误码率差分相干解调法的误码率7.2二进制数字调制系统的抗噪声性能上式中的信号送到抽样判决器，抽样判决规则为则2DPSK差分相干解调法的总误码率7.2.3、2PSK及及2DPSK 的抗噪声性能的抗噪声性能二、二、2DPSK差分相干解调法的误码率差分相干解调法的误码率7.2二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在在2DPSK2DPSK的相干解调法中，误码的相干解调法中，误码( )( )事件为两个不事件为两个不相容事件相容事件A、B之和：之和：A)B)不难看出不难看出: :所以所以2DPSK2DPSK系统总的误码率为系统总的误码率为: :将式将式(7.(7.

31、2 2-6)-6)代入上式，得到代入上式，得到2DPSK2DPSK采用相干解调法的总的误码率为采用相干解调法的总的误码率为7.2.3、2PSK及及2DPSK 的抗噪声性能的抗噪声性能三、三、2DPSK相干解调法的误码率相干解调法的误码率7.3 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名名 称称已调信号的频带宽度已调信号的频带宽度2ASK2ASK2FSK2FSK2PSK2PSK2DPSK2DPSK二进制数字调制系统已调信号的频带宽度比较表二进制数字调制系统已调信号的频带宽度比较表其中，其中，Ts为码元间隔。为码元间隔。7.3.1 已调信号的频带宽度已调信号的频带宽度7.3 二进制

32、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二进制数字调制系统误码率公式比较表二进制数字调制系统误码率公式比较表名名 称称相干相干2ASK2ASK包络检波包络检波2ASK2ASK相干相干2FSK2FSK包络检波包络检波2FSK2FSK相干相干2PSK2PSK相干相干2DPSK2DPSK差分相干差分相干2DPSK2DPSK7.3.2 误码率误码率7.3 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l 在每一对相干和非相干的调制系统中，相干方式略优于在每一对相干和非相干的调制系统中，相干方式略优于非相干方式。它们基本上是非相干方式。它们基本上是 和和 之间的关系，之间的关系，而且

33、随着而且随着 ，它们将趋于同一极限值。，它们将趋于同一极限值。 从表从表6-26-2中可以看出中可以看出: : l 三种相干三种相干( (或非相干或非相干) )方式之间，在相同误码率情况下，方式之间，在相同误码率情况下，在信噪比要求上在信噪比要求上2PSK2PSK比比2FSK2FSK小小3dB,2FSK3dB,2FSK比比2ASK2ASK小小3dB3dB。 l 在抗加性高斯白噪声方面，相干在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK2PSK性能最好，性能最好，2FSK2FSK次之，次之，2ASK2ASK最差。最差。 7.3.2 误码率误码率7.3 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

34、较图图7-3-17-3-1是按照表是按照表6-26-2画出的误码率曲线。从图中可以看画出的误码率曲线。从图中可以看出，在相同信噪比出，在相同信噪比下，相干下，相干2PSK的误码率最低。的误码率最低。7.3.2 误码率误码率7.3 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l 2ASK系统中，抽样判决器的最佳判决门限为系统中，抽样判决器的最佳判决门限为r*=d/2，(发发“1”和发和发“0”的概率相等时的概率相等时),最佳判决门限与接收机输入信最佳判决门限与接收机输入信号的幅度有关。当信号特性发送变化时，接收机输入信号的幅号的幅度有关。当信号特性发送变化时，接收机输入信号的幅度将随

35、着发生变化，同时也会引起最佳判决门限的相应变化。度将随着发生变化，同时也会引起最佳判决门限的相应变化。这时，接收机不容易保持在最佳判决门限状态，从而导致误码这时，接收机不容易保持在最佳判决门限状态，从而导致误码率增大。所以，就对信道特性变化的敏感性而言，率增大。所以，就对信道特性变化的敏感性而言，2ASK的性的性能最差。能最差。 l 2FSK系统中，是通过比较两路解调输出的信号的大小作系统中，是通过比较两路解调输出的信号的大小作出判决，不需要人为地设置判决门限，最佳判决门限与接收机出判决，不需要人为地设置判决门限，最佳判决门限与接收机输入信号的幅度无关。输入信号的幅度无关。 l 2PSK系统中

36、，抽样判决器的最佳判决门限电平为零，与系统中，抽样判决器的最佳判决门限电平为零，与接收机输入信号的幅度无关，因此，它不随信道特性的变化而接收机输入信号的幅度无关，因此，它不随信道特性的变化而变化，此时接收机容易保持在最佳门限电平。变化，此时接收机容易保持在最佳门限电平。7.3.3对信道特性变化的敏感性对信道特性变化的敏感性7.3 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 当信道存在严重的衰落时，通常采用非当信道存在严重的衰落时，通常采用非相干接收，因为这时在接收端不容易得到相相干接收，因为这时在接收端不容易得到相干解调所需的相干载波。当发射机有严格的干解调所需的相干载波。当发射

37、机有严格的功率限制时，可适当考虑采用相干接收。因功率限制时，可适当考虑采用相干接收。因为在给定的码元传输速率及误码率的条件下，为在给定的码元传输速率及误码率的条件下，相干接收所要求的信噪比较非相干接收小。相干接收所要求的信噪比较非相干接收小。 目前，用得最多的数字调制方式是相干目前，用得最多的数字调制方式是相干2DPSK2DPSK和非相干和非相干2FSK2FSK。相干。相干2DPSK2DPSK主要用在高主要用在高速数据传输速数据传输; ;非相干非相干2FSK2FSK则主要用在中、低则主要用在中、低速数据传输。速数据传输。结论结论7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理 M进制振幅键控系统中，

38、载波的幅度有进制振幅键控系统中，载波的幅度有M种取值，种取值，每个符号间隔每个符号间隔Ts内发出一种幅度的载波信号。内发出一种幅度的载波信号。M进制进制振幅键控信号的时域表达式为振幅键控信号的时域表达式为(7.4-1)其中，其中，7.4.1 多进制振幅键控多进制振幅键控7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理 由式由式7-4-1可知，可知，MASK信号的功率谱与信号的功率谱与2ASK信号的完信号的完全相同。它相当于全相同。它相当于M电平基带信号对载波进行双边带调幅，电平基带信号对载波进行双边带调幅，因此因此MASK信号的带宽是信号的带宽是M电平基带信号的两倍。由于电平基带信号的两倍。由于M电

39、电平信号每个码元间隔内可以传送平信号每个码元间隔内可以传送log2M比特信息，码元速率比特信息，码元速率下降为信息速率的下降为信息速率的1/log2M倍，因此倍，因此MASK信号的带宽在相信号的带宽在相同信息速率时是同信息速率时是2ASK的的1/log2M倍。倍。 所以多电平数字振幅调制是一种高效传输方式，但其抗所以多电平数字振幅调制是一种高效传输方式，但其抗干扰性差，特别抗衰落能力差，所以只适于在恒参信道中应干扰性差，特别抗衰落能力差，所以只适于在恒参信道中应用。用。 近些年，采用高稳定自动增益，分集接收技术，自适应近些年，采用高稳定自动增益，分集接收技术，自适应均衡等一系列措施，使其也可在

40、微波中继线路中应用。均衡等一系列措施，使其也可在微波中继线路中应用。 几种实用的多电平调制几种实用的多电平调制: : 多电平残留边带调制、多电平多电平残留边带调制、多电平相干编码单边带调制、多电平正交幅度调制。相干编码单边带调制、多电平正交幅度调制。7.4.1 多进制振幅键控多进制振幅键控7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理 多进制数字频率调制是二进制数字频率健控方式的推广。多进制数字频率调制是二进制数字频率健控方式的推广。本节只简单介绍一个多进制频率调制系统的调制和解调的原本节只简单介绍一个多进制频率调制系统的调制和解调的原理。下图中给出了理。下图中给出了MFSK调制器的方框图，调制是

41、采用频率调制器的方框图，调制是采用频率选择法实现，选择法实现，M种频率由种频率由log2M位输入信息确定。位输入信息确定。 图图7-4-6 7-4-6 多进制频率调制系统的调制方框图多进制频率调制系统的调制方框图7.4.2 多进制频移调制多进制频移调制7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理 在图中，串并变换电路和逻辑电路将输入的二进制码转换在图中，串并变换电路和逻辑电路将输入的二进制码转换成多进制码。当某组二进制码到来时，逻辑电路的输出仅打开成多进制码。当某组二进制码到来时，逻辑电路的输出仅打开相应的一个门电路，将和该门电路相应的载波发送出去相应的一个门电路，将和该门电路相应的载波发送出去

42、;其他频其他频率对应的门电路此时是关闭的。当一组组二进制码元输入时，率对应的门电路此时是关闭的。当一组组二进制码元输入时，通过相加器输出的就是一个多进制频率键控的波形。通过相加器输出的就是一个多进制频率键控的波形。多进制频率调制系统的解调方框图多进制频率调制系统的解调方框图7.4.2 多进制频移调制多进制频移调制7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理 多进制频率调制系统的解调方框图如图多进制频率调制系统的解调方框图如图7-6-7所示，解调器所示，解调器由由M个带通滤波器、个带通滤波器、M个包络检波器及一个抽样判决器和相关的个包络检波器及一个抽样判决器和相关的逻辑电路组成。各带通滤波器的中心

43、频率分别是逻辑电路组成。各带通滤波器的中心频率分别是M个载频的频个载频的频率。当某一载频输入时，只有一个带通滤波器有信号及噪声通率。当某一载频输入时，只有一个带通滤波器有信号及噪声通过，而其他带通滤波器只有噪声通过。抽样判决器通过比较在过，而其他带通滤波器只有噪声通过。抽样判决器通过比较在抽样时刻上各包络检波器的输出电压，选出最大值作为输出。抽样时刻上各包络检波器的输出电压，选出最大值作为输出。多进制频率调制信号的带宽为多进制频率调制信号的带宽为: : 其中其中fM为最高选用载频，为最高选用载频，f1为最低选用载频。为最低选用载频。f单个码单个码元信号的带宽。多进制频率调制系统的带宽不如多电平

44、调制元信号的带宽。多进制频率调制系统的带宽不如多电平调制的高，但抗干扰性比多电平调制系统强。的高，但抗干扰性比多电平调制系统强。7.4.2 多进制频移调制多进制频移调制7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理 M进制数字相位调制系统，载波的相位有进制数字相位调制系统，载波的相位有M种取值，种取值，MPSK系统是利用载波的系统是利用载波的M种相位来表征数字信息。种相位来表征数字信息。M进制相位调制信进制相位调制信号的时域表达式为号的时域表达式为 (7.(7.4 4-9)-9) 由式由式(7.4-9)(7.4-9)可以看出，多进制相位调制的波形可以看作是可以看出，多进制相位调制的波形可以看作是两

45、个正交载波进行多电平双边带调制所得信号之和。也就是说，两个正交载波进行多电平双边带调制所得信号之和。也就是说，多进制相位调制信号的带宽和多电平双边带调制时的相同。多进制相位调制信号的带宽和多电平双边带调制时的相同。实际中，多进制相位调制系统中使用的最广泛的是四相制和八实际中，多进制相位调制系统中使用的最广泛的是四相制和八相制。相制。7.4.3 多进制相移键控多进制相移键控7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理 QPSK QPSK利用载波的四种不同相位来表征数字信息。因此，对利用载波的四种不同相位来表征数字信息。因此，对输入的二进制数字序列应该先分组，将每两个比特编为一组输入的二进制数字序列

46、应该先分组，将每两个比特编为一组; ;然后用四种不同的载波相位去表征它们。然后用四种不同的载波相位去表征它们。 例如例如 ：如果输入的二进制数字信息序列为：如果输入的二进制数字信息序列为1 0 0 1 0 0 1 1 1 0则则可以将它们分成可以将它们分成10,01,00,11，由于每一个载波相位代表两个比特信，由于每一个载波相位代表两个比特信息，所以每个四进制码元又被称为双比特码元。我们把组成双比特息，所以每个四进制码元又被称为双比特码元。我们把组成双比特码元的前一个信息比特用码元的前一个信息比特用a表示，后一个信息比特用表示，后一个信息比特用b表示。双比特表示。双比特码元中两个信息比特码元

47、中两个信息比特ab通常按格雷码排列，它与载波相位的关系如通常按格雷码排列，它与载波相位的关系如表表7-6-1所示，矢量图如图所示，矢量图如图7-6-9所示，其中图所示，其中图7-6-9(a)表示表示A方式时方式时QPSK信号的矢量图，图信号的矢量图，图7-6-9(b)表示表示B方式时方式时QPSK信号的矢量图。信号的矢量图。QPSK信号对应的载波相位信号对应的载波相位n在（在（0,2）内等间隔地取四种相位。）内等间隔地取四种相位。由于正弦和余弦函数的互补特性，对应于由于正弦和余弦函数的互补特性，对应于n的四种取值，例如的四种取值，例如45、135、225、315，其幅度，其幅度an和和bn只有

48、两种取值，即只有两种取值，即2/2。这时，式这时，式(7.6-9)表示两个正交的二项调制信号的合成。表示两个正交的二项调制信号的合成。7.4.3 多进制相移键控多进制相移键控一、四相绝对移相键控一、四相绝对移相键控(QPSK)7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理双比特码元与载波相位的关系双比特码元与载波相位的关系QPSKQPSK信号的矢量图信号的矢量图7.4.3 多进制相移键控多进制相移键控一、四相绝对移相键控一、四相绝对移相键控(QPSK)7.4多进制数字调制原理（1） 四相绝对移相键控(QPSK)的产生#调相法调相法产生QPSK的方框图7.4.3 多进制相移键控多进制相移键控一、四相

49、绝对移相键控一、四相绝对移相键控(QPSK)7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理 QPSK信号的调相法产生方框图如图信号的调相法产生方框图如图7-6-10所示。图中，输入所示。图中，输入的二进制信息序列通过串的二进制信息序列通过串-并变换器变成两个并行的双极性码元序并变换器变成两个并行的双极性码元序列，用列，用ab表示，双极性的脉冲序列表示，双极性的脉冲序列a和和b通过两个平衡调制器分别通过两个平衡调制器分别对同相载波及正交载波进行二相调制，得到图对同相载波及正交载波进行二相调制，得到图7-6-11中虚线矢量。中虚线矢量。将两路输出叠加，即可得到如图将两路输出叠加，即可得到如图7-6-1

50、1中实线所示的四相移相信号，中实线所示的四相移相信号，其相位编码逻辑关系如表其相位编码逻辑关系如表6-6-2所示。所示。QPSKQPSK信号矢量图信号矢量图7.4.3 多进制相移键控多进制相移键控一、四相绝对移相键控一、四相绝对移相键控(QPSK)7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理QPSKQPSK信号相位编码逻辑关系信号相位编码逻辑关系7.4.3 多进制相移键控多进制相移键控一、四相绝对移相键控一、四相绝对移相键控(QPSK)7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理# #相位选择法相位选择法 图图7-6-127-6-12中给出了中给出了QPSKQPSK的相位选择法方框图，图中的四的相

51、位选择法方框图，图中的四相载波发生器产生四种相位的载波，经逻辑选相电路，根据输相载波发生器产生四种相位的载波，经逻辑选相电路，根据输入信息，每次选择其中一种作为输出，然后经带通滤波器滤除入信息，每次选择其中一种作为输出，然后经带通滤波器滤除通频带以为的信号，得到通频带以为的信号，得到QPSKQPSK信号。信号。相位选择法的方框图相位选择法的方框图7.4.3 多进制相移键控多进制相移键控一、四相绝对移相键控一、四相绝对移相键控(QPSK)7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理QDPSK利用前后码元之间的相对相位变化来表征数字信息。利用前后码元之间的相对相位变化来表征数字信息。假设以前一码元相

52、位作为参考，并令本码元与前一码元的初始假设以前一码元相位作为参考，并令本码元与前一码元的初始相位差为相位差为n，则信息编码与载波相位变化关系如表，则信息编码与载波相位变化关系如表7-4-3所示。所示。双比特码元与载波相位变化的关系双比特码元与载波相位变化的关系7.4.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控一、四相差分相移键控一、四相差分相移键控(QDPSK)7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理QPSK信号的矢量图信号的矢量图QDPSK信号的矢量图如图所示信号的矢量图如图所示7.4.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控一、四相差分相移键控一、四相差分相移键控(QDPSK)7.4多进制数字

53、调制原理多进制数字调制原理1、四相绝对移相键控、四相绝对移相键控(QDPSK)的产生的产生-码变换加调相法码变换加调相法QDPSK信号的产生可采用类似信号的产生可采用类似2DPSK的方法的方法,先将输入的双比特经先将输入的双比特经码型变换，再用码变换器输出的双比特码进行四相绝对移相，则得码型变换，再用码变换器输出的双比特码进行四相绝对移相，则得到的输出信号就是四相相对移相到的输出信号就是四相相对移相(QDPSK)信号。码变换加调相法产信号。码变换加调相法产生生QDPSK的方框图：的方框图：7.4.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控一、四相差分相移键控一、四相差分相移键控(QDPSK)7.4

54、多进制数字调制原理多进制数字调制原理 QDPSK信号产生的方框图，与信号产生的方框图，与QPSK相比，只是在串相比，只是在串-并变换器后多了一个码变换器。码变换器的作用是将输入的并变换器后多了一个码变换器。码变换器的作用是将输入的双比特码元双比特码元ab转换成双比特码元转换成双比特码元cd，要求由，要求由cd产生的产生的QPSK信号与由信号与由ab产生的产生的QDPSK信号完全相同，关于调相信号完全相同，关于调相法产生法产生QPSK信号的原理，前面已经讨论过，这里，只需讨信号的原理，前面已经讨论过，这里，只需讨论码变换器的工作原理。论码变换器的工作原理。双比特码元双比特码元cd与载波相位的关系

55、与载波相位的关系7.4.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控一、四相差分相移键控一、四相差分相移键控(QDPSK)7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理 QDPSK信号相位编码逻辑关系信号相位编码逻辑关系7.4.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控一、四相差分相移键控一、四相差分相移键控(QDPSK)7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理四相相对调相码四相相对调相码变换的逻辑关系变换的逻辑关系7.4.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控一、四相差分相移键控一、四相差分相移键控(QDPSK)7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理2、四相绝对移相键控、四相绝对移相键控(QDPSK

56、)的解调的解调QDPSK信号可以看作是两路信号可以看作是两路2DPSK信号的合成，解调时信号的合成，解调时实际上就是解两路实际上就是解两路2DPSK信号，所以，和信号，所以，和2DPSK信号的解调信号的解调类似，有差分相干解调法和相干解调法两种，分别如图下图和类似，有差分相干解调法和相干解调法两种，分别如图下图和下页图所示。下页图所示。QDPSK信号的差分相干解调方框图信号的差分相干解调方框图7.4.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控一、四相差分相移键控一、四相差分相移键控(QDPSK)7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理 上图所示上图所示QDPSK信号的差分相干解调法适用于接收表信

57、号的差分相干解调法适用于接收表7-4-6中中所示的相位关系的所示的相位关系的QDPSK信号。它是利用延迟电路将前一时刻的信号。它是利用延迟电路将前一时刻的码元信号延迟一个码元周期后，分别相移码元信号延迟一个码元周期后，分别相移/4，-/4，作为上、下，作为上、下支路的相干载波。支路的相干载波。QDPSK信号的差分相干解调法比较简单，不用信号的差分相干解调法比较简单，不用码反变换器，因为码反变换器，因为QDPSK信号的信息包含在前后码元相位差中。信号的信息包含在前后码元相位差中。但其对延迟精度要求比较高，其中但其对延迟精度要求比较高，其中Ts是双比特码元宽度，是双比特码元宽度，Ts=2Tb。QD

58、PSK信号的相干解调方框图信号的相干解调方框图7.4.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控一、四相差分相移键控一、四相差分相移键控(QDPSK)7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理 QDPSK的相干解调实际上是由的相干解调实际上是由QPSK信号的解调和码变换器两信号的解调和码变换器两部分组成。发送的部分组成。发送的QDPSK信号依照表信号依照表7-4-5中的关系，解调器中上、中的关系，解调器中上、下两个支路的两个相干载波分别为下两个支路的两个相干载波分别为cos(ct-45)和和cos(ct+45)。暂不考虑信道和噪声的影响，解调器输入端的接收信号在一个码元暂不考虑信道和噪声的影响，解

59、调器输入端的接收信号在一个码元持续时间内可用下式表示持续时间内可用下式表示:上支路乘法器的输出通过低通滤波器后，上支路乘法器的输出通过低通滤波器后，滤除高频分量，得到滤除高频分量，得到下支路乘法器的输出通过低通滤波器后，下支路乘法器的输出通过低通滤波器后，滤除高频分量，得到滤除高频分量，得到7.4.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控一、四相差分相移键控一、四相差分相移键控(QDPSK)7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理因此，上、下支路因此，上、下支路在在t=Ts时刻的抽样值可分别表示为时刻的抽样值可分别表示为 由上式分析可以得出表由上式分析可以得出表7-6-7的抽样判决规则。这里，

60、抽样判的抽样判决规则。这里，抽样判决器按极性判决，抽样值为正，判为决器按极性判决，抽样值为正，判为“1”，抽样值为负，判为，抽样值为负，判为“0”。表表7-4-7 QDPSK信号相干解调的判决规则信号相干解调的判决规则7.4.4多进制差分相移键控多进制差分相移键控一、四相差分相移键控一、四相差分相移键控(QDPSK)7.4多进制数字调制原理多进制数字调制原理码反变换器的工作原理码反变换器的工作原理 码反变换器的功能码反变换器的功能:将抽样判决器输出的相对码还原成绝对码。设将抽样判决器输出的相对码还原成绝对码。设码变换器当前时刻的输入为码变换器当前时刻的输入为cn、dn;前一时刻的输入为前一时刻