ch5 基本的数字调制系统

第5章基本的数字调制系统内容5.1二进制振幅调制5.2二进制频率调制5.3二进制绝对相位调制5.4二进制相对相位调制5.5二进制数字调制系统性能比较5.6多进制调制系统5.7二进制数字调制系统的仿真

5.1二进制振幅调制一、正弦波数字调制作用

为了使数字信息在带通信道上传输应把数字基带信号的频谱搬移到合适的带通频带上。二、正弦波数字调制概念

用基带数字信号控制高频正弦载波，把基带数字信号变换成频带数字信号，这就是正弦波数字调制三、三种基本数字调制四、模拟调制与数字调制的比较

（1）载波相同（2）调制目的相同（3）调制参数相同

不同点有：（1）调制信号不同（2）调制过程不同（3）解调过程不同相同点有：一、二进制幅度键控2ASK

1．2ASK信号的表达式和波形B(t)----单极性NRZ2．2ASK信号的产生方法(a)相乘法(b)键控法演示二、2ASK信号的功率谱及带宽B(t)--单极性NRZ三、2ASK信号的解调及系统误码率BPF包络检波判决输出1、非相干解调法00100111001原始信息整流后波形LPF后波形判决后波形演示2、相干解调法BPFLPF判决输出演示3、2ASK的抗噪声性能

相干解调法设则其中而经LPF后：抽样器的输出为：

抽样器的输出为：

发“1”时概率密度函数为：

发“0”时概率密度函数为：A为信号振幅为噪声方差。

其中：包络检波法当发“1”时

其概率密度函数为

其中

服从广义瑞利分布式中为零阶修正贝塞尔函数。当发“0”时最佳门限值可近似为

此时包络检波器的输入只有窄带噪声5.2二进制频率调制1．2FSK信号的表达式和波形B(t)----单极性NRZ演示一、二进制频率键控2FSK2．2FSK信号的产生方法（a）模拟调频法(b)

键控法FM二、2FSK信号的功率谱及带宽0演示（a）非相干解调（b）相干解调演示演示三、2FSK信号的解调及系统误码率（c）2FSK的抗噪声性能

1．相干解调法当发“1”时，其中：下支路信号为：判决器输入为：

上支路信号为：同理可得：总误码率为：2．非相干解调法当发“1”时，上支路信号为：下支路信号为：当y2>y1时，造成误码。当给定一个y1的值时：

发送“1”而错判成“0”的概率为

同理可得：总误码率为：

【例5-1】

设发送数字信息序列为1101101100，码元速率为1000Baud，现采用键控法产生2FSK信号，并设f1=1kHz，对应“1”；f2=1.5kHz，对应“0”。若两振荡器输出振荡初相均为0，画出2FSK信号波形，并计算其带宽和频带利用率。

5.3二进制绝对相位调制1．2PSK信号的表达式和波形000011112．2PSK信号的产生方法演示一、二进制绝对相位键控2PSK二、2PSK信号的功率谱及带宽三、二进制绝对相移信号解调及系

统误码率演示相干载波的提取和相位模糊输出相位有多个可能值，为的整数倍相位模糊-----载波提取方法：2PSK的抗噪声性能

2PSK相干解调设则当“1”、“0”等概率，最佳门限为

，此时

得5.4二进制相对相位调制1．2DPSK信号波形第一种情况的波形如下：一、二进制相对相位键控2DPSK2．DPSK信号的产生方法例：基带信号00111001的2DPSK信号产生过程如下：演示二、2DPSK信号的功率谱及带宽2DPSK信号的带宽与2PSK信号的带宽相同，即2DPSK信号与2PSK信号功率谱密度是相同的，其表达如三、DPSK信号的解调及系统误码率DPSK的相干解调演示

差分相干解调演示③2DPSK的抗噪声性能DPSK差分相干解调系统的误码率为：DPSK相干解调-码反变换法系统的误码率为5.5二进制调制系统的性能比较

一、频带宽度

二、误码率的比较

【例5-2】

采用二进制数字调制通信系统传输0、1等概出现的数字信息，若设发射机输出端已调信号振幅A=10V，信道传输的（功率）衰减为60dB，接收机解调器输入端噪声功率Ni=5μW，求下列情况下的误码率Pe:（1）2ASK相干解调；（2）2ASK非相干解调；（3）2PSK相干解调；（4）2DPSK相干解调；（5）2DPSK差分相干解调。【例5-3】

已知2FSK信号的两个载频为f1=2225Hz（对应“1”），f2=2025Hz（对应“0”），信息速率Rb=300bit/s，信道频率范围为300~3300Hz，信道输出端信噪比rc=3dB，试计算：该2FSK信号带宽；采用非相干解调时的误码率Pe;采用相干解调时的误码率Pe;与上例的误码率进行比较。【例5-3】解答：（4）与上例的误码率计算结果按递减顺序排列

三、对信道特性变化的敏感性比较

在2FSK系统中，不需要人为地设置判决门限，它是直接比较两路解调输出的大小来做出判决。2PSK系统中，判决器的最佳判决门限为零，接收机容易保持在最佳判决门限状态。但2ASK系统中，判决器的最佳判决门限为a/2，它与接收机输入信号的幅度有关。当信道特性发生变化时，接收机输入信号的幅度将随着发生变化，从而导致最佳判决门限也将随之而变。这时，接收机难以保持在最佳判决门限状态，因此2ASK对信道特性变化敏感，性能最差。

四、设备的复杂程度比较

发送端设备的复杂程度相差不多，而接收端的复杂程度则与所选用的调制和解调方式有关。对于同一种调制方式，相干解调的设备要比非相干解调时复杂；而同为非相干解调时，2DPSK的设备最复杂，2FSK次之，2ASK最简单。5.6多进制数字调制系统一、多进制数字振幅调制系统

b(t)：多进制数字基带信号g(t)：基本门函数1．时域表达式及波形图2．MASK信号的产生方法

一、多进制数字振幅调制系统

3．MASK信号的带宽及频带利用率

4．MASK信号的解调方法（相干解调及非相干解调）【例5-4】

若四进制代码与电平的对应关系为：画出当信码为11100100001010001110时的四进制基带信号波形和4ASK信号波形。二、多进制数字频率调制系统

1．MFSK系统方框图2．MFSK信号的带宽及频带利用率二、多进制数字频率调制系统

频带利用率不高三、多进制数字相位调制系统

1.多相制的表示式及相位配置π/4体系

π/2体系

2.四进制绝对移相(4PSK或QPSK)

三、多进制数字相位调制系统

4PSK信号的波形图

4PSK信号的产生方法

相位选择法正交调制法三、多进制数字相位调制系统

4PSK信号的解调

三、多进制数字相位调制系统

【例5-5】

若4PSK系统采用π/4体系，画出当信码为00110100100000011011时的4PSK信号波形。3.差分四进制移相(DQPSK)三、多进制数字相位调制系统

DQPSK信号的波形图

DQPSK信号的产生方法：

绝对码变成相对码，再对相对码进行绝对调相双比特码进行差分编码

方法一：方法二：模4加

双比特码进行差分编码

三、多进制数字相位调制系统

DQPSK信号的解调

相干解调——码反变换法三、多进制数字相位调制系统

四、正交幅度调制（QAM）

1、16QAM星座图2、一般表达式四、正交幅度调制（QAM）

3、16QAM信号的产生4、16QAM信号解调

四、正交幅度调制（QAM）

5.7二进制频移键控系统的仿真

2FSK系统的仿真模型参数基带信号码元速率：100波特；

载波Ⅰ、载波Ⅱ信号频率：1000Hz、2000Hz；采样频率：20000Hz；仿真点数：3500；仿真时间：0~174.95e-3s；采样间隔：50e-6s；

5.7二进制频移键控系统的仿真

调制信号和已调信号的波形图调制信号和2FSK信号的频谱图

5.7二进制数字调制系统的仿真

调制信号的波形2ASK抽样时钟、待抽样信号和抽样保持信号的波形图信号的波形两路抽样保持信号的波形图

5.7二进制数字调制系统的仿真

调制信号和解调信号的波形图小结

1．数字调制数字调制是指：调制信号是数字信号，载波是正弦波的调制。由于数字信号可视作模拟信号的特例（取值离散），因而数字调制也可视作模拟调制的特例。2．二进制数字调制系统比较小结

3．多进制调制小结

与二进制调制相比，多进制数字调制的优点是：可以提高频带利用率，这样，在传输带宽B相同时，可提高信息传输速率；或者，在信息传输速率相同时，可减小传输带宽B。两者均表明：提高了有效性。在三种多进制数字调制系统中，MASK的可靠性更差、MFSK的频带利用率增大有限（由于带宽也相应增大），因而仅MPSK（实为MDPSK，下同）获得广泛应用。但由于可靠性的限制，MPSK只用到了4PSK、8PSK。4．QAM小结

当M>=16时，常采用MQAM。由于MASK、MPSK信号占据相同的频率范围，于是想到同时利用振幅、相位来传输信息，这就是APK