数字调制系统

数字调制系统第1页，课件共106页，创作于2023年2月第六章正弦载波数字调制系统6.1引言6.2二进制数字调制原理6.3二进制数字调制系统的抗噪声性能6.4二进制数字调制系统的性能比较6.5多进制数字调制系统6.6改进的数字调制方式第2页，课件共106页，创作于2023年2月6.1引言正弦载波数字调制系统数字信号的传输方式基带传输频带传输调制的功能：①使信号更适合于信道传输。②实现信道复用提高通信系统的有效性。③提高通信系统的抗干扰能力提高通信系统的可靠性。数字调制的三种最简单最基本方式

2ASK2FSK2PSK/2DPSKMASKMFSKMPSK/MDPSK改进型扩展第3页，课件共106页，创作于2023年2月频带传输：可实现信号远距离传输。传输信道是高频带通型。传输必须经过数字调制，将编码波形的功率谱经数字调制变换到信道传输频带内。信源格式化信源编码信道编码扰码加密多路复用数字调制扩频调制多址连接发送设备信道噪声源接收设备多址连接受信者信源译码信道译码解扰解密解复用数字解调扩频解调数学调制系统101101t101101t数学调制系统第4页，课件共106页，创作于2023年2月6.2二进制数字调制原理第5页，课件共106页，创作于2023年2月6.2.1二进制振幅键控2ASK1.信号定义及表示定义：用二进制数字基带信号控制正弦载波的振幅，使其一一对应变换。“1”→ACOSωct=e1(t)“0”→0COSωct=e2(t)110100111…t2ASK信号表示为：

e2ASK(t)=S(t)COSωct其中S(t)是单极性不归零矩形脉冲信号。2ASK信号的平均功率为（当“0”“1”等概时）：P＝A2/4第6页，课件共106页，创作于2023年2月2ASK信号的互相关系数ρ

两个码元波形e1(t)、e2(t)的互相关系数ρ

信号（波形）互相关系数的物理意义：描述信号（波形）的相似程度。两个波形完全相关。两个波形不相关或两个波形是正交的。两个波形不相关且极性相反或两个波形超正交。第7页，课件共106页，创作于2023年2月模拟调制法原理框图2.调制方式与门多谐振荡器带通滤波器键控法原理框图第8页，课件共106页，创作于2023年2月3.解调方式（非相干检测、同步检测）带通滤波器半波或全波整流低通滤波器抽样判决再生110100111…ttt110100111…t第9页，课件共106页，创作于2023年2月带通滤波器低通滤波器抽样判决再生同步检测原理框图3.解调方式（非相干检测、同步检测）解调原理第10页，课件共106页，创作于2023年2月4.2ASK信号的频谱特性模拟调制法原理框图S(t)是单极性不归零矩形脉冲信号,它的功率谱特性为2ASK信号的功率谱特性为第11页，课件共106页，创作于2023年2月f0第12页，课件共106页，创作于2023年2月6.2.2二进制频率键控2FSK1.信号定义及表示定义：用二进制数字基带信号控制正弦载波的频率，使其一一对应变换。“1”→ACOSω1t=e1(t)“0”→ACOSω2t=e2(t)如果二进制数字基带信号S(t)是单极性不归零矩形脉冲信号，2FSK信号可以表示为2FSK信号相当于两个2ASK信号之和。110100111…t第13页，课件共106页，创作于2023年2月2.FSK信号的功率谱密度函数f0第14页，课件共106页，创作于2023年2月FSK信号的频带宽度f0fa曲线fb曲线第15页，课件共106页，创作于2023年2月2FSK信号的互相关系数

两个码元波形的互相关系数

的正整数的正整数如果第16页，课件共106页，创作于2023年2月2.调制方式与非门反相器BPF多谐振荡器f1多谐振荡器f2与非门与非门S(t)e2fsk(t)模拟FM器S(t)e2fsk(t)多谐振荡器f可变分频器NBPFS(t)“1”→N1“0”→N2e2fsk(t)f/N1=f1

f/N2=f2

第17页，课件共106页，创作于2023年2月3.解调方式（包络检波、同步检测、过零检测、差分检测）BPF低通滤波器BPF低通滤波器抽样判决再生BPF第18页，课件共106页，创作于2023年2月过零检测1010t带通限幅微分器整流器脉冲展宽LPF抽样判决再生e2fsk(t)S(t)tttt第19页，课件共106页，创作于2023年2月差分检波法BPFLPF抽样判决再生e2FSK(t)位同步信号延迟器输出信号为乘法器输出第20页，课件共106页，创作于2023年2月设计使第21页，课件共106页，创作于2023年2月6.2.3二进制移相键控2PSK及二进制差分移相键控2DPSK1.定义、信号表示及波形、互相关系数ρ、信号平均功率。0110Tst信号表示及波形:一.二进制移相键控2PSK定义：2PSK是用已调信号相位相对未调载波相位的变化来表示二进制数字基带信号。第22页，课件共106页，创作于2023年2月信号的互相关系数ρ:信号平均功率:第23页，课件共106页，创作于2023年2月2.调制方式、解调方式（相干解调）

S(t)×e2psk(t)多谐振荡器反相器数据选择器BPFe2psk(t)

2fsS(t)调制原理框图×LPFfs

抽样判决位同步恢复S(t)e2psk(t)解调原理框图第24页，课件共106页，创作于2023年2月3.2PSK解调存在的倒π现象(相位模糊现象)正常解调二进制差分移相键控2DPSK可解决倒π问题。倒π现象判决准则：抽样值>=0,判：“0”抽样值<0,判：“1”第25页，课件共106页，创作于2023年2月1.定义：利用相邻码元的正弦载波相位差ΔΦ表示数字信息。绝对码an“0”an“1”相邻码元对应的正弦载波相位差ΔΦ＝0ΔΦ＝πΔΦ＝Φn－Φn-1

二.二进制差分移相键控2DPSKbn

0

0

10110an011101Tst波形：第26页，课件共106页，创作于2023年2月调制过程：an→bn→2PSK信号表示：存在倒π问题消除倒π问题解调过程：2DPSKbnan第27页，课件共106页，创作于2023年2月2DPSK调制方式S(t)多谐振荡器反相器数据选择器BPF2fs差分编码e2Dpsk(t)

×差分编码

S(t)e2Dpsk(t)第28页，课件共106页，创作于2023年2月2DPSK解调方式（同步检测、差分相干检测）×LPFfs抽样判决位同步恢复S(t)差分译码e2Dpsk(t)×LPFfs抽样判决位同步恢复S(t)e2Dpsk(t)延迟TsBPF第29页，课件共106页，创作于2023年2月差分相干检测分析S(t)e2Dpsk(t)×LPFfs抽样判决位同步恢复延迟TsLPF输出任意码元周期2DPSK信号延迟器输出乘法器输出抽样判决值判决为“1”判决为“0”BPF第30页，课件共106页，创作于2023年2月如果P=1/2,2PSK、2DPSK频谱相同2PSK、2DPSK信号频谱0ffc2fs-fc2fsP(f)第31页，课件共106页，创作于2023年2月6.3二进制数字调制系统的抗噪声性能第32页，课件共106页，创作于2023年2月6.3二进制数字调制系统的抗噪声性能第33页，课件共106页，创作于2023年2月6.3.12ASK系统的抗噪声性能2ASK调制高斯信道BPFB=2fs包络检波抽样判决一.非相干解调1．建立模型分析解调过程Y(t)V(t)Pe第34页，课件共106页，创作于2023年2月第35页，课件共106页，创作于2023年2月2.抽样时刻信号加噪声的一维概率密度函数f1(V)，f0(V)

发’1’时，正弦信号加窄带高斯过程的包络V(t)服从广义瑞利分布。发’0’时，窄带高斯过程的包络V(t)服从瑞利分布。其中：V解调器输出信号(信号加噪声)a解调器输入信号幅度零均值窄带高斯过程的平均功率I0(∙)零阶修正贝塞尔函数第36页，课件共106页，创作于2023年2月V0第37页，课件共106页，创作于2023年2月误码率Pe=P(1)P(0/1)+P(0)P(1/0)=P(1)P(V<b)+P(0)P(V≥b)

3.求错误的转移概率第38页，课件共106页，创作于2023年2月0bV第39页，课件共106页，创作于2023年2月第40页，课件共106页，创作于2023年2月4.误码率Pe及结论2ASK系统采用包络检波的误码率Pe与先验概率P(1)、P(0)有关。Pe与解调器输入信噪比有关。Pe与判决门限有关。缺点只有判决门限b(b0)是接收端可以设置的。第41页，课件共106页，创作于2023年2月如果P(1)=P(0)=1/2,

如果再有r>>1大输入信噪比，最佳判决门限b＝a/2,第42页，课件共106页，创作于2023年2月二.2ASK系统采用相干解调的抗噪声性能第43页，课件共106页，创作于2023年2月6.3.22FSK系统的抗噪声性能第44页，课件共106页，创作于2023年2月第45页，课件共106页，创作于2023年2月第46页，课件共106页，创作于2023年2月2.信号加噪声的一维概率密度函数第47页，课件共106页，创作于2023年2月第48页，课件共106页，创作于2023年2月3.求错误的转移概率第49页，课件共106页，创作于2023年2月4.2FSK系统相干解调的误码率及结论第50页，课件共106页，创作于2023年2月三.二进制差分移相键控采用差分检测时系统抗噪声性能第51页，课件共106页，创作于2023年2月假设：前后两个符号均为“0”第52页，课件共106页，创作于2023年2月第53页，课件共106页，创作于2023年2月第54页，课件共106页，创作于2023年2月误码率及结论第55页，课件共106页，创作于2023年2月结论第56页，课件共106页，创作于2023年2月6.4二进制数字调制系统的性能比较第57页，课件共106页，创作于2023年2月第58页，课件共106页，创作于2023年2月6.例：P147.例6.3.1P150.例6.3.2P154.例6.3.3第59页，课件共106页，创作于2023年2月6.5多进制数字调制系统第60页，课件共106页，创作于2023年2月6.5.1MASK调制系统第61页，课件共106页，创作于2023年2月第62页，课件共106页，创作于2023年2月2.MASK系统第63页，课件共106页，创作于2023年2月3.MASK系统的抗噪声性能第64页，课件共106页，创作于2023年2月第65页，课件共106页，创作于2023年2月第66页，课件共106页，创作于2023年2月r，erfc(),Pe。L，erfc(),Pe。对于不同的L值，要保持相同Pe，要大致以的倍率增大r。如：4电平系统与2电平系统有相同的Pe时，4电平系统信噪比是2电平系统信噪比的5倍(7db)左右。如：16电平系统与2电平系统有相同的Pe时，16电平系统信噪比是2电平系统信噪比的85倍(19.3db)左右。5101520253035r(db)Pe110－110－210－310－410－510－64816第67页，课件共106页，创作于2023年2月6.5.3多进制数字相位调制的原理及抗噪声性能（相对于载波）第68页，课件共106页，创作于2023年2月000001010011100101110111第69页，课件共106页，创作于2023年2月2.四相绝对移相键控(4PSK，QPSK)第70页，课件共106页，创作于2023年2月第71页，课件共106页，创作于2023年2月第72页，课件共106页，创作于2023年2月第73页，课件共106页，创作于2023年2月3.四相差分移相键控第74页，课件共106页，创作于2023年2月4进差分编译关系第75页，课件共106页，创作于2023年2月第76页，课件共106页，创作于2023年2月4DPSK调制与解调方法4DPSK调制方法差分编加正交移相键控差分编加相位选择法4DPSK解调方法极性比较法相位比较法第77页，课件共106页，创作于2023年2月4DPSK调制Δcdk差分编加正交移相键控第78页，课件共106页，创作于2023年2月4DPSK解调Δk（极性比较法）第79页，课件共106页，创作于2023年2月串并转换4进差分编单/双π/4∑－π/4单/双BPFLPFπ/4－π/4抽样判决LPF抽样判决差分译并串转换abcdabcd…ab……ab…4DPSK信号4DPSK信号01000101101101100cd/1#/1#“0”→+“1”→-≥0→“0”<0→“1”第80页，课件共106页，创作于2023年2月BPFLPFπ/4－π/4抽样判决LPF抽样判决并串转换ab…ab…4DPSK信号≥0→“0”<0→“1”Ts4DPSK解调方法相位比较法第81页，课件共106页，创作于2023年2月6.5.4振幅相位联合键控APK

两种调制方式正交调幅QAM复合移相键控以16QAM为例0001111000011110010000000101000101110011001001001010111010111111100111011000110016QAM星座图第82页，课件共106页，创作于2023年2月6.5.4振幅相位联合键控APK

两种调制方式正交调幅QAM复合移相键控以16QAM为例0001111000011110010000000101000101110011001001001010111010111111100111011000110016QAM信号星座图第83页，课件共106页，创作于2023年2月010000000101000101110011001001001010111010111111100111011000110016QAM星座图星座图：“矢量顶点的分布图”。“全部M个点的集合阵列称为信号空间的星座图，它是M元信号空间的直观表示”。第84页，课件共106页，创作于2023年2月16进制复合移相键控数字基带信号4PSK4PSK数字基带信号“大圆”“小圆”0100000001010001011100110010010010101110101111111001110110001100第85页，课件共106页，创作于2023年2月信号最小距离的定义及意义当两个信号最大振幅均为A时，16PSK信号的最小距离d1＝0.39A16APK信号的最小距离d2＝0.47Ad2比d1大1.2倍（1.64db）16PSK信号的平均功率＝A2/216APK信号的平均功率＝0.56×A2/2信号的最小距离：（也称欧几里得距离或欧氏距离）信号星座图中，两相邻信号点的最小距离。信号的欧氏距离越大，系统误码率越小。16APK信号与16PSK信号比较。设16PSK信号的振幅为A，第86页，课件共106页，创作于2023年2月010000000101000101110011001001001010111010111111100111011000110016QAM信号星座图16PSK信号星座图d1d2第87页，课件共106页，创作于2023年2月当两个信号平均功率相等时。（解调器输入信噪比相等）16PSK信号的最小距离d1＝0.39A16APK信号的最小距离d2＝0.63Ad2比d1大1.6倍（4.2db）

16APK系统的误码率小于16PSK系统的误码率。第88页，课件共106页，创作于2023年2月6.6改进的数字调制方式第89页，课件共106页，创作于2023年2月6.6.1最小移频键控（MSK）第90页，课件共106页，创作于2023年2月2.MSK是2FSK信号的特例即：具有最小的频差且相位连续。第91页，课件共106页，创作于2023年2月第92页，课件共106页，创作于2023年2月第93页，课件共106页，创作于2023年2月MSK信号在码元切换点相位连续相位常数的选择保证码元切换点相位连续。相位常数需满足

的初始相位为0相。所以ak=ak-1第94页，课件共106页，创作于2023年2月附近相位函数是直线方程0tTs3Ts5Ts7Ts一组与解调原理有关的数据在[0,2Ts]区间当数据为11或10，当数据为00或01，10011100第95页，课件共106页，创作于2023年2月3.MSK信号的产生方法与解调方法第96页，课件共106页，创作于2023年2月第97页，课件共106页，创作于2023年2月的产生方法：为奇数为奇数为偶数和各自经过2Ts才可能改变极性，且交错(k奇、k偶)。寻找或ak≠ak-1，且k为偶数或ak≠ak-1，且k为奇数第98页，课件共106页，创作于2023年2月