第7章__数字带通传输系统.

1、1通信原理第第7章章 数字带通传输系统数字带通传输系统 2第7章数字带通传输系统l数字调制数字调制：数字基带信号数字带通信号 （已调信号）l数字带通传输系统数字带通传输系统：包括调制和解调过程的数字传输系统 正弦载波调制正弦载波调制l数字调制的方法：n模拟调制法模拟调制法实现数字式调制；n键控法：键控法：通过开关键控载波。3第7章数字带通传输系统l振幅键控、频移键控、相移键控振幅键控、频移键控、相移键控l二进制调制和多进制调制 振幅键控振幅键控(ASK) 频移键控频移键控(FSK) 相移键控相移键控(PSK)Amplitude Shift Keying Frequency Shift Keyi

2、ng Phase Shift Keying4每小节基本包括四个内容：1、时域表达式、时域表达式2、产生方法（调制方法）、产生方法（调制方法）3、解调方法、解调方法4、频谱、频谱p7.1.1 二进制振幅键控(2ASK)p7.1.2 二进制移频键控(2FSK)p7.1.3 二进制移相键控(2PSK) 二进制差分相位键控(2DPSK)7.1 二进制数字调制原理57.1.1 二进制振幅键控(2ASK）2ASK: 载波幅度是随着调制信号变化的。载波幅度是随着调制信号变化的。波形图基带信号载波2ASK6其中 数字基带信号，调制信号数字基带信号，调制信号 Ts 码元持续时间； g(t) 基带脉冲波形，通常设

3、为矩形脉冲； an 第n个符号的电平取值OOK（通断键控（通断键控On-Off Keying ）信号）信号 ttstec cos)(2ASK nsnnTtgats)()(P0P1an1,概率为概率为2ASK信号的一般表达式2ASK可以表示成可以表示成单极性矩形脉冲序列单极性矩形脉冲序列与与正弦载波正弦载波相乘。相乘。7u模拟调制法模拟调制法（相乘器法）（相乘器法）u键控法键控法乘法器)(2teASK二进制不归零信号tccos)(tstccos)(ts)(2teASK开关电路2ASK信号产生方法8u非相干解调非相干解调(包络检波法包络检波法) u相干解调相干解调(同步检测法同步检测法) 带通滤波

4、器全波整流器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2teASKabcd带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2teASKtccos2ASK信号解调方法9p非相干解调过程的时间波形非相干解调过程的时间波形 10u 2ASK信号： s(t) 二进制单极性随机矩形脉冲单极性随机矩形脉冲序列u2ASK信号的功率谱密度：信号的功率谱密度： Ps (f) s(t)的功率谱密度u2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱信号的功率谱是基带信号功率谱Ps (f)的线性搬移的线性搬移线性调制线性调制 ttstec cos)(2ASK )()(41)(2ASKcscsffPffPfP 功率谱密度2ASK信号

5、是信号是随机的、功率型随机的、功率型的信号的信号11由由6.1.2节，节，单极性的随机脉冲序列单极性的随机脉冲序列功率谱为功率谱为p由例由例6-1知，知，单极性全占空（单极性全占空（NRZ）矩形脉冲序列）矩形脉冲序列的功的功率谱为（率谱为（P=1/2时）：时）：代入代入则则2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度为为 msssssmffmfGPffGPPffP)()()1()()1()(22 )()(41)(2ASKcscsffPffPfP )(41)(4)(2ffTSaTfPSSS 222)()(sin)()(sin16)(scscscscsASKTffTffTffTffTfP )()(16

6、1ccffff 122ASK信号的功率谱密度连续谱：双边带谱连续谱：双边带谱离散谱：载波分量离散谱：载波分量 2ASK信号的带宽：信号的带宽：其中其中 fs = 1/Ts2ASK信号的传输带宽是码元速率的两倍。信号的传输带宽是码元速率的两倍。sASKfB22 13 ”时时发发送送“”时时发发送送“0),cos(A1),cos(A)(212FSKnnttte 7.1.2 二进制频移键控（2FSK）)cos()()cos()()(212FSKnnsnnnsntnTtgatnTtgate 14式中式中 g(t) 单个矩形脉冲，单个矩形脉冲， Ts 脉冲持续时间；脉冲持续时间；u2FSK信号的表达式可

7、简化为信号的表达式可简化为其中其中二进制二进制单极性随机矩形脉冲单极性随机矩形脉冲序列序列)cos()()cos()()(212FSKnnsnnnsntnTtgatnTtgate PPan1, 0, 1概概率率为为概概率率为为 PPan概概率率为为概概率率为为, 01, 1 ttsttste22112FSKcoscos)( nsnnTtgats)(1 nsnnTtgats)(215u模拟调频模拟调频电路：信号在相邻码元之间的相位连续变化。电路：信号在相邻码元之间的相位连续变化。u键控法键控法：相邻码元之间的相位不一定连续。：相邻码元之间的相位不一定连续。振荡器1f1反相器振荡器2f2选通开关选

8、通开关相加器基带信号)(2teFSK2FSK信号的产生方法16u非相干解调非相干解调2FSK信号的解调方法带宽带宽2fsr1(t)r2(t)r1(t) r2(t)，判为，判为1r1(t) r2(t)，判为，判为1r1(t) r2(t)，判为，判为019限幅微分整流脉冲展宽输出低通)(2teFSKabcdef过零检测法过零检测法20u相位不连续的相位不连续的2FSK信号，可看成由两个不同载频的信号，可看成由两个不同载频的2ASK信号的叠加信号的叠加s1(t)和和s2(t)为两路二进制基带信号。为两路二进制基带信号。u2FSK信号的信号的功率谱密度功率谱密度：ttsttsteFSK22112cos

9、)(cos)()( )()(41)()(41)(221122211ffPffPffPffPfPssssFSK 功率谱密度212112112FSK)()(sin)()(sin16)(sssssTffTffTffTffTfP222222)()(sin)()(sin16sssssTffTffTffTffT)()()()(1612211ffffffffP = ，f1f0ff2f0 = (f1 +f2) / 2fsf1 + fsf2 - fsf0f0 = (f1 +f2) / 2ff2f12fsf1 + fsf2 - fsf1f0f2f1 + fsf2 - fsf0.8fs22p连续谱连续谱由两个中心位

10、于由两个中心位于f1和和f2处的双边谱叠加而成处的双边谱叠加而成p离散谱离散谱位于两个载频位于两个载频f1和和f2处处p若若| f1 f2 | fs ，连续谱和在，连续谱和在 f1和和f2处出现处出现双峰双峰；p2FSK信号的带宽信号的带宽其中其中，fs = 1/Ts为基带信号的带宽。为基带信号的带宽。sfffB2122FSK 功率谱密度237.1.3 二进制相移键控（2PSK）2PSK: 载波相位随着调制信号变化。载波相位随着调制信号变化。“0”对应对应0相位相位,“1”对应对应 相位相位 (或相反或相反)基基带带信信号号2PSK10010011( (绝对移相绝对移相) )24n2PSK信号

11、的表达式：信号的表达式： n表示第表示第n个符号的绝对相位个符号的绝对相位：)cos(A)(2PSKnctte ”时时发发送送“”时时发发送送“，1,00 n PtPttecc1,cosA,cosA)(2PSK概概率率为为概概率率为为 7.1.3 二进制相移键控（2PSK）252PSK信号可看作一个信号可看作一个双极性全占空矩形脉冲双极性全占空矩形脉冲序列与一个序列与一个正弦载波的相乘：正弦载波的相乘：g(t)是脉宽为是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，的单个矩形脉冲，p发送二进制符号发送二进制符号“0”时（时（an取取+1），），e2PSK(t)取取0相位；相位；p发送二进制符号发送二进制符号“1”

12、时（时（ an取取 -1），）， e2PSK(t)取取 相位。相位。二进制二进制绝对相移绝对相移方式（方式（2PSK） ttstec cos)(2PSK nsnnTtgats)()( PPan1, 1, 1概率为概率为概率为概率为 PtPttecc1,cosA,cosA)(2PSK概概率率为为概概率率为为 26p模拟调制的方法模拟调制的方法 p键控法键控法 tccos)(ts)(2tePSK开关电路移相018002PSK信号的调制器27带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2tePSKtccosabcde2PSK信号的解调器相干解调l“倒倒”现象现象l解决办法：解决办法：差分相移

13、键控差分相移键控DPSKr (t) 0，判为，判为0r(t) 0，判为，判为0r(t) b时，判为时，判为“1”x b时，判为时，判为“0”l当发送当发送“1”时，错误接收为时，错误接收为“0”的概率的概率l发送发送“0”时，错误接收为时，错误接收为“1”的概率的概率 bdxxfbxPP)()()1/0(1 naberfc 2211 bdxxfbxPP)()()0/1(0 nberfc 22143p同步检测时同步检测时2ASK系统的系统的总误码率总误码率为为当当P(1) 、 P(0)及及f1(x)、f0(x)一定时，系统的误码率一定时，系统的误码率Pe与与判决门限判决门限b 的选择密切相关。的

14、选择密切相关。 最佳判决门限最佳判决门限b*)0/1()0()1/0()1(PPPPPe bbdxxfPdxxfP)()0()()1(01)1()0(ln22*PPaabn 44p若发送若发送“1”和和“0”的概率相等，则最佳判决门限为的概率相等，则最佳判决门限为 b* = a / 2p此时，此时，2ASK信号采用信号采用相干解调（同步检测）相干解调（同步检测）时系统时系统的误码率为的误码率为式中式中 为解调器为解调器输入端的信噪比输入端的信噪比。 p当当r 1，大信噪比时，大信噪比时， 421rerfcPe222nar 4/r1 erPe )1()0(ln22*PPaabn 45包络检波法的

15、系统性能输出信道BPF包络检波 器LPF抽样判决器输入定时脉冲 ”时时发发送送“”时时发发送送“001)()(tutsTT tTttAtuScT其其它它00cos)( ”时时发发“”时时发发“0sin)(cos)(1sin)(cos)()(ttnttnttnttnatycscccscc ”时时发发送送“”时时发发送送“0)()(1)()()(2222tntntntnatVscsc46p发发“1”时的抽样值是时的抽样值是广义瑞利型广义瑞利型随机变量：随机变量：p发发“0”时的抽样值是时的抽样值是瑞利型瑞利型随机变量：随机变量：2222/ )(2021)(naVnneaVIVVf 222/20)(

16、nVneVVf ”时时发发送送“”时时发发送送“0)()(1)()()(2222tntntntnatVscsc47l设设判决门限为判决门限为b ，规定判决规则为，规定判决规则为抽样值抽样值V b 时，判为时，判为“1”抽样值抽样值V b 时，判为时，判为“0”l发送发送“1”时错判为时错判为“0”的概率为的概率为其中，其中， 信噪比信噪比 b0 =b / n 为归一化门限值。为归一化门限值。 bbdVVfdVVfbVPP)(1)()()1/0(101 baVnndVeaVIVn2222/ )(2021 ),(1)1/0(nnbaQP ),2(10brQ 222nar 48当发送当发送“0”时错

17、判为时错判为“1”的概率为的概率为系统的总误码率系统的总误码率当当P(1) = P(0)时，有时，有 bdVVfbVPP)()()0/1(02/2/2/2202222bbbVneedVeVnn )0/1()0()1/0()1(PPPPPe 2/020)0(),2(1)1(bePbrQP 2/02021),2(121beebrQP 49p b0*为为归一化归一化最佳判决门限值。最佳判决门限值。 最佳门限最佳门限 b0*)()(*0*1bfbf时时121, 2/*rrabn时时121,2/*0rrrbbn50p实际中，系统总是工作在大信噪比的情况下，实际中，系统总是工作在大信噪比的情况下，p最佳门

18、限最佳门限应取应取 或或p总误码率总误码率为为p当当r 时，上式的下界为时，上式的下界为u同步检测法的抗噪声性能优于包络检波法。同步检测法的抗噪声性能优于包络检波法。u包络检波法包络检波法不需要相干载波不需要相干载波，因而设备比较简单。，因而设备比较简单。u包络检波法存在包络检波法存在门限效应门限效应，同步检测法无门限效应。，同步检测法无门限效应。2*0rb 2*ab 421441reererfcP 421reeP 包络检波法的系统性能51l例例7.2.1 2ASK信号传输系统，信号传输系统，码元速率码元速率为为RB = 4.8 106波特，波特，发发“1”和发和发“0”的概率相等，接收端分别

19、采用的概率相等，接收端分别采用同步检测法同步检测法和和包络包络检波法检波法解调。已知接收端解调。已知接收端输入信号的幅度输入信号的幅度a = 1 mV，信道中加性，信道中加性高斯白噪声的高斯白噪声的单边功率谱密度单边功率谱密度n0 = 2 10-15 W/Hz。试求。试求(1) 同步检测法解调时系统的误码率；同步检测法解调时系统的误码率；(2) 包络检波法解调时系统的误码率。包络检波法解调时系统的误码率。【解】【解】(1) 2ASK信号所需的带宽近似为码元速率的两倍，所以信号所需的带宽近似为码元速率的两倍，所以接收端带通滤波器带宽为接收端带通滤波器带宽为带通滤波器输出噪声平均功率为带通滤波器输

20、出噪声平均功率为信噪比为信噪比为Hz016 . 926 BRBW0192. 1n802 Bn 1261092. 1210128622 nar 52p同步检测法同步检测法解调时系统的误码率为解调时系统的误码率为p包络检波法包络检波法解调时系统的误码率为解调时系统的误码率为p在大信噪比的情况下，包络检波法解调性能接近同步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能。检测法解调性能。45 . 641066. 1261416. 311eerPr/e45 . 64105 . 72121eePre53u同步检测法同步检测法的系统性能的系统性能带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出

21、t1cos2发送端信道)(tsT)(tni)(tyi)(1ty)(1txeP带通滤波器相乘器低通滤波器t2cos2)(2ty)(2tx127.2.2 2FSK系统的抗噪声性能 时时发送发送时时发送发送0cos1cos21tAtAsT ”符符号号发发送送“”符符号号发发送送“0),(1),()(111tntnatxcc ”时时发发送送“”时时发发送送“0)(1)(cos)(1111tntntaty ”时时发发送送“”时时发发送送“0)(cos1)()(2222tntatnty ”符符号号发发送送“”符符号号发发送送“0),(1),()(222tnatntxcc54p假设在时间假设在时间(0, T

22、s)内内发送发送“1”符号符号（对应（对应 1），），p经过相干解调后，经过相干解调后， 上支路上支路 下支路下支路n抽样判决：抽样判决：当当x1x2时，判决器输出时，判决器输出“0”其中，其中，z = x1 x2，是，是高斯型随机变量高斯型随机变量， 均值为均值为a，方差为，方差为 z2 = 2 n2 。 )()(11tnatxc )()(22tntxc 22112)(exp21)(nnaxxf 22222exp21)(nnxxf )0()0()()1/0(2121 zPxxPxxPPdzaxdzzfzPPzz 02202)(exp21)()0()1/0( 221rerfc55p同理，同理，

23、发送发送“0”错判为错判为“1”的概率的概率 由于上下支路的对称性，以上两个错误概率相等。由于上下支路的对称性，以上两个错误概率相等。p同步检测时同步检测时2FSK系统的总误码率为系统的总误码率为在在大信噪比大信噪比条件下，条件下， 221)()0/1(21rerfcxxPP 221ererfcP221reerP 56带通滤波器带通滤波器抽样判决器输出包络检波器包络检波器12)(2teFSK定时脉冲包络检波法的系统性能 ”时时发发送送“”时时发发送送“0)(1)(cos)(1111tntntaty ”时时发发送送“”时时发发送送“0)(cos1)()(2222tntatnty ”时时发发送送“

24、1)()()(22222tntntVsc ”时时发发送送“1)()()(21211tntnatVsc 57p发送发送“1”时，两路包络检波器的输出时，两路包络检波器的输出上支路：上支路： 广义瑞利分布广义瑞利分布 下支路：下支路： 瑞利分布瑞利分布u发送发送“1”时，若时，若V1小于小于V2，则发生判决错误。，则发生判决错误。)()()(21211tntnatVsc )()()(22222tntntVsc 22212/ )(210211)(naVnneaVIVVf 2222/222)(nVneVVf 212121)()()()1/0(dVdVVfVfVVPPc 1022112)()(dVdVV

25、fVfVV 222121102r/zee/P 58同理，同理，发送发送“0”时判为时判为“1”的错误概率的错误概率p2FSK信号信号包络检波时系统的总误码率包络检波时系统的总误码率为为u在大信噪比条件下，在大信噪比条件下，2FSK信号包络检波时的系统性能与同信号包络检波时的系统性能与同步检测时的性能相差不大；步检测时的性能相差不大；u同步检测法的设备复杂得多。因此，在满足信噪比要求的同步检测法的设备复杂得多。因此，在满足信噪比要求的场合，多采用包络检波法场合，多采用包络检波法 22121)()0/1(reVVPP 221reeP 59l例例7.2.2 采用采用2FSK方式在等效带宽为方式在等效

26、带宽为2400Hz的传输信道上传输的传输信道上传输二进制数字。二进制数字。2FSK信号的频率分别为信号的频率分别为f1 = 980 Hz，f2 = 1580 Hz，码元速率码元速率RB = 300 B。接收端输入（即信道输出端）的信噪比为。接收端输入（即信道输出端）的信噪比为6dB。试求：。试求：（1）2FSK信号的信号的带宽带宽；（2）包络检波法包络检波法解调时系统的误码率；解调时系统的误码率；（3）同步检测法同步检测法解调时系统的误码率。解调时系统的误码率。【解】（【解】（1）该）该2FSK信号的带宽为信号的带宽为（2）由于）由于FSK接收系统中上、下支路接收系统中上、下支路带通滤波器的带

27、宽带通滤波器的带宽为为它是信道等效带宽的它是信道等效带宽的1/4，故噪声功率也减小，故噪声功率也减小 为为1/4，因而带通滤波器输出端的信噪比比输入信噪比提高了因而带通滤波器输出端的信噪比比输入信噪比提高了4倍。倍。1200Hz300298015802122FSK sfffB600Hz22 BsRfB60由于接收端输入信噪比为由于接收端输入信噪比为6dB，即，即100.64，故带通滤波，故带通滤波器输出端的信噪比应为器输出端的信噪比应为包络检波法解调时系统的误码率包络检波法解调时系统的误码率（3）同步检测法解调时系统的误码率同步检测法解调时系统的误码率 1644 r482107 . 12121

28、 eePre5821039. 3e32121 reerP617.2.3 2PSK和2DPSK系统的抗噪声性能带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出tccos2发送端信道)(tsT)(tni)(tyi)(ty)(txePu2PSK相干解调系统性能相干解调系统性能 tAtAtsccT coscos)(发送发送1时时发送发送0时时 ”时时发发送送“，”时时发发送送“0sin)(cos)(1,sin)(cos)()(ttnttnattnttnatycscccscc ”符号”符号发送“发送“”符号”符号发送“发送“0),(1),()(tnatnatxcc62x(t)的一维概率密度函数为的一维概

29、率密度函数为最佳判决门限最佳判决门限b* = 0。发发“1”而错判为而错判为“0”的概率为的概率为发送发送“0”而错判为而错判为“1”的概率的概率 时时发发送送“ 12)(exp21)(221 nnaxxf ”时”时发送“发送“02)(exp21)(220 nnaxxf 01)()0()1/0(dxxfxPP rerfc21 00)()0()0/1(dxxfxPP rerfc21 ”符号”符号发送“发送“”符号”符号发送“发送“0),(1),()(tnatnatxcc632PSK信号信号相干解调相干解调时系统的总误码率为时系统的总误码率为大信噪比条件下，上式可近似为大信噪比条件下，上式可近似为

30、)1/0()0()1/0()1(PPPPPe rerfc21 reerP 2164带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(DPSK2tetccos码反变换器abcdef2DPSK信号相干解调系统性能reerP 21只须再考虑只须再考虑码反变换所码反变换所造成的误码率造成的误码率65码反变换器对误码的影响码反变换器对误码的影响 1001010110111001101nnab 1001011011100101 nnab 100111101110101 nnab 0101110101nnab（无误码时）（无误码时） （1个错码时）个错码时） （连续（连续2个错码时）个错码时） （连续（连

31、续n个错码时）个错码时） 1 nnnbba66u误码率误码率Pn为为 bn序列连续出现序列连续出现n个错码的概率，它是个错码的概率，它是“n个码元同个码元同时出错，而其两端都有时出错，而其两端都有1个码元不错个码元不错”这一事件的概率。这一事件的概率。得到得到 nePPPP22221eeeeePPPPPP21)1()1()1( 2222)1()1()1(eeeeePPPPPP neeeneenPPPPPP2)1()1()1( 代入上式代入上式)()1 ( 222 neeeeePPPPP)1 ()1 ( 222 neeeeePPPPPeP码反变换器eP相对码绝对码 nb na67因为误码率总小于

32、因为误码率总小于1，所以下式必成立，所以下式必成立可得可得p若若Pe很小，则有很小，则有Pe / Pe 2p若若Pe很大，即很大，即Pe 1/2，则有，则有Pe / Pe 1 p反变换器总是使误码率增加，增加的系数在反变换器总是使误码率增加，增加的系数在12之间之间变化。变化。eneeePPPP 11)1(2)1()1(222 neeeeeePPPPPPeeePPP)1(2 68将将2PSK信号相干解调时系统的总误码率信号相干解调时系统的总误码率代入代入2DPSK信号采用信号采用相干解调加码反变换器相干解调加码反变换器方式时的系统误方式时的系统误码率为码率为当当Pe 0，则判为，则判为“0”正

33、确接收正确接收若若x 0 ，则判为，则判为“1”错误接收错误接收p将将“0”错判为错判为“1”的错误概率的错误概率为为推导可得推导可得p同理，可以求得同理，可以求得将将“1”错判为错判为“0”的概率的概率，即，即p2DPSK信号信号差分相干解调系统的总误码率差分相干解调系统的总误码率为为0)(210)0/1(2121 ssccnnnanaPxPPreP 21)0/1(rePP 21)1/0()0/1(reeP 2171例7.2.3 假设采用2DPSK方式在微波线路上传送二进制数字信息。已知码元速率码元速率RB = 106 B，信道中加性高斯白噪声的单边功率单边功率谱密度谱密度n0 = 2 10

34、-10 W/Hz。要求误码率不大于10-4。试求(1)采用差分相干解调差分相干解调时，接收机输入端所需的信号功率； (2)采用相干解调相干解调-码反变换码反变换时，接收机输入端所需的信号功率。【解】【解】(1)接收端带通滤波器的接收端带通滤波器的带宽带宽为为 其输出的噪声功率为其输出的噪声功率为 2DPSK采用差分相干接收的误码率为采用差分相干接收的误码率为 求解可得求解可得 因为因为 信号功率信号功率Hz01226 BRB2106402 102 104 10Wnn B 41021 reeP25 . 8 r222/nar W104 . 310452. 852. 823422 na 72（2）相

35、干解调相干解调-码反变换码反变换的的2DPSK系统，系统，根据题意有根据题意有 因而因而即即查误差函数表，可得查误差函数表，可得由由r = a2 / 2 n2，可得接收机输入端所需的信号功率为，可得接收机输入端所需的信号功率为 )(12rerfPPee 410 eP410)(1 rerf9999. 0101)(4 rerf56. 7 rW1002. 310456. 756. 723422 na 73l误码率误码率2DPSK2PSK2FSK2ASK非相干解调非相干解调相干解调相干解调 421rerfc421re 221rerfc221re rerfc21 rerfcre 217.3 二进制数字调

36、制系统的性能比较74n误码率曲线误码率曲线75n频带宽度频带宽度u2ASK系统和系统和2PSK(2DPSK)系统的频带宽度系统的频带宽度u 2FSK系统的频带宽度系统的频带宽度sPSKASKTBB222 sFSKTffB2122 76n对信道特性变化的敏感性对信道特性变化的敏感性u在在2FSK系统中，不需要人为地设置判决门限，因系统中，不需要人为地设置判决门限，因而对信道的变化不敏感。而对信道的变化不敏感。 u在在2PSK系统中，判决器的最佳判决门限为零，与系统中，判决器的最佳判决门限为零，与接收机输入信号的幅度无关。因此，接收机总能保接收机输入信号的幅度无关。因此，接收机总能保持工作在最佳判

37、决门限状态。持工作在最佳判决门限状态。 u对于对于2ASK系统，判决器的最佳判决门限与接收机系统，判决器的最佳判决门限与接收机输入信号的幅度有关，对信道特性变化敏感，性能输入信号的幅度有关，对信道特性变化敏感，性能最差。最差。777.4多进制数字调制原理n多进制数字调制：基带信号是多进制多进制数字调制：基带信号是多进制n二进制数字调制：基带信号是二进制二进制数字调制：基带信号是二进制n多进制系统的特点多进制系统的特点（1）相同码元速率相同码元速率下，多进制系统的下，多进制系统的传信率高传信率高。（2）相同传信率相同传信率下，多进制码元的下，多进制码元的传码率低传码率低，码元的，码元的宽度长，码

38、元的能量大，可减小信道引起的码间干扰。宽度长，码元的能量大，可减小信道引起的码间干扰。MRRBb2log SBTR1 78n各种键控体制的误码率都决定于各种键控体制的误码率都决定于信噪比信噪比r码元能量码元能量E和噪声单边功率谱密度和噪声单边功率谱密度n0之比之比nM进制码元，一个码元包含进制码元，一个码元包含k比特信息：比特信息： k = log2 M n若码元能量若码元能量E平均分配给每个比特平均分配给每个比特nr b 每比特信噪比每比特信噪比 7.4多进制数字调制原理002020222)2/(12/2/2nEnTaTnaBnaarssn bbrkrknEnE 0079u多进制振幅键控又称

39、多进制振幅键控又称多电平调制多电平调制u优点：优点：MASK信号的带宽和信号的带宽和2ASK信号的信号的带宽相同带宽相同，故，故单位频带的信息传输速率高，即频带利用率高。单位频带的信息传输速率高，即频带利用率高。u举例：举例：p基带信号是基带信号是多进制单极性不归零脉冲多进制单极性不归零脉冲 7.4.1 多进制振幅键控(MASK)(b) MASK信号信号(a) 基带多电平单极性不归零信号基带多电平单极性不归零信号0010110101011110000t0t010110101011110080p基带信号是多进制基带信号是多进制双极性双极性不归零脉冲不归零脉冲 010110101011110000

40、0t(c) 基带多电平双极性不归零信号基带多电平双极性不归零信号00000t01011010101111(d) 抑制载波抑制载波MASK信号信号7.4.1 多进制振幅键控(MASK)81u4FSK信号波形举例信号波形举例 uMFSK信号的带宽：信号的带宽： B = fM - f1 + f(a) 4FSK信号波形信号波形f3f1f2f4TTTTtf1f2f3f400011011(b) 4FSK信号的取值信号的取值7.4.2 多进制频移键控(MFSK)82MFSK非相干解调器的原理方框图非相干解调器的原理方框图 V1(t)抽样判决带通滤波f1包络检波带通滤波fM包络检波输入输出VM(t)定时脉冲带

41、通滤波f2包络检波.837.4.3 多进制相移键控(MPSK)p M进制数字相位调制系统进制数字相位调制系统:利用载波的利用载波的M种相位来表征种相位来表征数字信息。数字信息。p以以4PSK为例：先对输入的序列分为由为例：先对输入的序列分为由00 01 11 10 组成的序列，再用四种相位去表征。组成的序列，再用四种相位去表征。pMPSK也可分为也可分为绝对移相绝对移相和和相对移相相对移相。84uMPSK信号码元：信号码元： k 一组一组间隔均匀间隔均匀的受调制相位的受调制相位通常通常M取取2的某次幂：的某次幂： M = 2n， n = 正整数正整数 u其带宽和其带宽和MASK信号的带宽相同。

42、信号的带宽相同。MktAtskk, 2 , 1)cos()(0 MkkMk, 2 , 1),1(2 tbtattskkkk000sincos)cos()( kka cos kkb sin 7.4.3 多进制相移键控(MPSK)85当当n = 3时，时，8PSK信号相位信号相位8, 2 , 1),1(82 kkk 86u4PSK常称为正交相移键控常称为正交相移键控(QPSK)u4PSK信号每个码元含有信号每个码元含有2 比特比特的信息，用的信息，用ab表示。表示。u两个比特有两个比特有4种组合，即种组合，即00、01、10和和11。它们和相位。它们和相位 k之间的关系通常都按之间的关系通常都按格

43、雷码格雷码的规律安排。的规律安排。 QPSK信号的编码信号的编码 ab k0090 010 11270 10180 正交相移键控(QPSK)01001011参考相位QPSK信号的矢量图信号的矢量图87多位格雷码的编码方法：多位格雷码的编码方法：格雷码又称反射码。格雷码又称反射码。 序号 格雷码 二进码00 0 0 0000010 0 0 1000120 0 1 100103 0 0 1 000114 0 1 1 001005 0 1 1 101016 0 1 0 101107 0 1 0 001118 1 1 0 010009 1 1 0 1 100110 1 1 1 1 101011 1 1

44、 1 0101112 1 0 1 0110013 1 0 1 1110114 1 0 0 1111015 1 0 0 01111 格雷码编码规则格雷码编码规则88u两种产生方法两种产生方法:p相乘电路法相乘电路法 -sinct相干载波产生相乘电路相乘电路/2相移串/并变换相加电路cosctA(t)s(t)第一种第一种QPSK信号产生方法信号产生方法abQPSK调制调制二进制双极性不归零矩形脉冲二进制双极性不归零矩形脉冲“1” 双极性脉冲双极性脉冲“+1”“0” 双极性脉冲双极性脉冲 “-1”89码元串并变换：码元串并变换：012345(a) 输入基带码元输入基带码元t024(b) 并行支路并行

45、支路a码元码元t135(c) 并行支路并行支路b码元码元t90矢量图：矢量图：二进制码元二进制码元“1” 双极性脉冲双极性脉冲“+1”二进制码元二进制码元“0” 双极性脉冲双极性脉冲“-1”01110010a(1)a(0)b(1)b(0)QPSK矢量的产生矢量的产生)2cos(sincos)2cos(sincos ttttttbacccccc91p选择法选择法 串/并变换相位选择带通滤波4相载波产生器1432ab92载波提取相乘低通抽判/2相乘低通抽判并/串A(t)s(t)abcosct-sinct定时提取QPSK信号解调原理方框图信号解调原理方框图QPSK解调解调93uQPSK体制的体制的缺

46、点缺点：它的相邻码元：它的相邻码元最大相位差达到最大相位差达到180，在频带受限的系统中会引起信号包络的很大，在频带受限的系统中会引起信号包络的很大起伏。起伏。u偏置偏置QPSK的改进：为了减小相位突变，将两个正交的改进：为了减小相位突变，将两个正交分量的两个比特分量的两个比特a和和b在时间上错开半个码元，使之在时间上错开半个码元，使之不可能同时改变。这样相邻码元不可能同时改变。这样相邻码元相位差的最大值仅相位差的最大值仅为为90，从而减小了信号振幅的起伏。，从而减小了信号振幅的起伏。偏置偏置QPSK(OQPSK)94OQPSK信号的波形与信号的波形与QPSK信号波形的比较信号波形的比较 a2

47、a4a1a3a5a7a6a8a1a3a5a7a2a6a4a8ab k00270 010 1190 10180 900 2700 00 900 900 00 2700 2700 00 900 900QPSKOQPSK95u 4相移相移QPSK信号是由信号是由两个相差两个相差 4的的QPSK星座图交星座图交替产生的，它也是一个替产生的，它也是一个4进制信号：进制信号：u优点：这种体制中相邻码元间总有相位改变、最大相优点：这种体制中相邻码元间总有相位改变、最大相移为移为 135，比，比QPSK的最大相移小。的最大相移小。 451110(a)星座图之一星座图之一(b)星座图之二星座图之二0100110

48、10010 /4相移相移QPSK96u4进制进制DPSK信号为例信号为例u4进制进制DPSK通常记为通常记为QDPSK。n QDPSK信号编码方式：信号编码方式：表表7-4abkA方式方式B方式方式0090 135 010 45 11270 315 10180 225 7.4.4 多进制差分相移键控(MDPSK)01001011参考相位01001011参考相位97p第一种方法第一种方法abcd码变换相加电路s(t)第一种QDPSK信号产生方法A(t)串/并变换-/4载波产生相乘电路相乘电路/4调制器调制器)4cos()4cos(10)4cos()4cos(11 ttttdccccc c(1)d

49、(0)d(1)c(0)00111001cd k000 01270 11180 1090 98u码变换器：输入码变换器：输入ab和输出和输出cd间的间的16种可能关系：种可能关系：当前输入的一对码元及当前输入的一对码元及要求的相对相移要求的相对相移前一时刻经过码变换后的前一时刻经过码变换后的一对码元及所产生的相位一对码元及所产生的相位当前时刻应当给出的当前时刻应当给出的变换后一对码元和相位变换后一对码元和相位ak bkkck-1 dk-1 k-1ck dk k0 00 0 00 11 11 00 270 180 90 0 00 11 11 00 270 180 90 0 1270 0 00 11

50、 11 00 270 180 90 0 11 11 00 0270 180 90 0 1 1180 0 00 11 11 00 270 180 90 1 11 00 00 1180 90 0 270 1 090 0 00 11 11 00 270 180 90 1 00 00 11 190 0 270 180 cd k000 01270 11180 1090 99p码变换器的电路码变换器的电路u第二种方法：选择法第二种方法：选择法和和QPSK信号的第二种产生方法（选择法）原理相同，只信号的第二种产生方法（选择法）原理相同，只是在串是在串/并变换后需要增加一个并变换后需要增加一个 “码变换器码变

51、换器”。只读存储器TTakbkckdkdk-1ck-1100p极性比较法极性比较法（A方式）方式）bacdA(t)-/4相乘电路相乘电路/4s(t)低通滤波低通滤波抽样判决抽样判决并/串变换逆码变换定时提取载波提取解调方法：有极性比较法和相位比较法两种。解调方法：有极性比较法和相位比较法两种。 101n设第设第k个接收信号码元可以表示为个接收信号码元可以表示为 n相干载波相干载波： 上支路：上支路： 下支路：下支路：n信号和载波相乘：信号和载波相乘：上支路：上支路：下支路：下支路：n低通滤波后：上支路：低通滤波后：上支路： 下支路：下支路：)cos()(kcktts TktkT)1( )4co

52、s( tc)4cos( tc)4cos(21)4(2cos21)4cos()cos( kkcckcttt)4cos(21)4(2cos21)4cos()cos( kkcckcttt)4cos(21 k)4cos(21 k102u低通滤波后：上支路：低通滤波后：上支路： 下支路：下支路：u判决规则：判决规则：“” 判为判为 “0” “” 判为判为 “1”表表76信号码元相位信号码元相位 k上支路输出上支路输出下支路输出下支路输出判决器输出判决器输出cd0 90 180 270 01100011)4cos(21 k)4cos(21 kcd k000 01270 11180 1090 调制器的规则调制器的规则103前一时刻输入的一对码元前一时刻输入的一对码元当前时刻输入的一对码元当前时刻输入的一对码元当前时刻应当给出的逆当前时刻应当给出的逆变换后的一对码元变换后的一对码元ck-1dk-1 k-1ck dk kakbkk000 001101100 270 180 90 001101100 270 180 90 01270 001101100 270 180 90 1001001190 0 -90 （ 270 ）180 11180 001101100 270 180 90 11001001180 90 0