数字调制系统(数字频带传输系统)

1、第六章 数字调制系统（数字频带传输系统）6.1 引 言 在实际通信中，有不少信道都不能直接传送基带信号，而必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓调制。 数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在收端对载波信号的离散调制参量进行检测。数字调制信号也称键控信号。基带脉冲输入调制器调制器调制器基带脉冲输出噪声干扰数字调制系统的基本结构图在二进制时，有 ASK 振幅键控 FSK 移频键控 PSK 移相键控 正弦载波的三种键控波形 见樊书P129，图61 6.2 二进制数字调制原理6.2.1 二进制振幅键控（2ASK） 一、一般原理及实现

2、方法基带信号形成器带通滤波器2ASK信号2ASK调制的方框图2ASK是用“0”，“1”码基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。最早使用的载波电报就是这种情况。转换成 数字序列 单极性基带脉冲序列 与相乘，频谱搬移到附近，实现2ASK。 带通滤波器滤出所需已调信号，防止带外辐射，影响邻台。二、2ASK信号的功率谱及带宽 1 0 1 1 0 1，2ASK信号的一个样本波形 为的功率谱，可见，知道了即可知道。 由前面，二进制随机序列的功率谱： 式中，根据矩形波形的的频谱特性，对于 的整数有，故的功率谱： 的功率谱： 的功率谱： ，得，的功率谱：（见下面图形） 由图可见，2ASK信号

3、的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。 连续谱取决于经线性调制后的双边带谱。 离散谱由载波分量决定。（注：是考虑的单极性脉冲随机序列，无） 2ASK信号的频带宽度是基带脉冲带宽的两倍。这与模拟AM、DSB一样。 若只计及基带脉冲频谱的主瓣，其带宽： 6.2.2 二进制移频键控（2FSK）一、2FSK信号的产生及波形 （见樊书P133 图6-5）10 一种是模拟调频法，加在变容二极管上（LC谐振回路）直接调频。 VCO相位连续相位不连续cosc1tcosc2ts(t)电子开关一种是采用键控法，用矩阵脉冲序列控制开关电路对两个不同的频率源进行选通。图6-5（c）P133是一个实现、一个实现（样本）。

4、2FSK的解调有：2个ASK信号相干解调、鉴频器方法、过零检测、差分检测等方法。解调（1） 包络检波BPF1BPF2整流LPF整流LPF位同步抽样判决fc1fc2a(t)b(t)条件：。 判决准则：（1）相干解调BPF1BPF2LPFLPF位同步抽样判决a(t)b(t)载波同步cosc1t载波同步cosc2t判决准则同（1）（2）过零检测g限幅微分整流单稳低通抽样判决位同步器abcdefcp(t) 波形图见P134图6-7，但还要对f（t）进行样判决处理。f(t)cp(t)AB 判决准则：二、2FSK信号的功率谱及带宽 由樊书P133图6-5（b）知，（、是载波） ， 是的反码键控法产生的信号

5、：第n个信号码元的初相位与序列n无关，改变时相位不连续。 模拟调频法产生的信号： 改变时相位连续，与序列n有关，频谱分析较繁。 下面仅分析键控法产生的频谱，且令=0 樊书P136，公式（6.2-23） 2FSK单边功率谱图形：分析讨论： FSK谱由连续谱和离散谱组成，连续谱是的ASK功率谱和ASK功率谱两者之和：。的中心位置在，的中心位置在离散谱出现在两个载频位置上。3.4K3.4K9K10K15K16K7.8K2.6K保护带2.4K13.8K 2FSK带宽（相位不连续2FSK）： 举例子：2FSK多路传输，6.2.3 二进制移相键控（2PSK）及二进制差分相位键控（2DPSK） 2PSK方式

6、是用二进制数字脉冲序列去控制连续载波的相位。6.3 二进制数字调制系统的抗噪性能 通信系统的抗噪声性能是指系统克服加性噪声影响的能力。 在数字通信中，信道的加性噪声可能使传输码元产生错误，错误程度通常用误码率来衡量。 与数字基带系统一样，分析数字调制系统（数字频带系统）的抗噪性能，也就是要找出系统用加性噪声产生的总误码率。6.3.1 2ASK系统的抗噪声性能 接收端输入波形可表示为输入带通输出抽样判决低通滤波包络检波定时脉冲（a）包络解调（非相干方式）（b）相干解调（同步解调）输入带通输出抽样判决器低通定时脉冲 为了分析简便，也可表示： 下面讨论两种不同的解调方法的性能。一、包络检波法的系统性

7、能 带通滤波器的输出波形及概率密度函数 的包络： 根据本讲义2.7，2.9. 窄带过程，正弦波加窄带过程的内容， 窄带过程的包络的一维概率密度函数服从瑞利分布，正弦波加窄带过程的包络一维概率密度函数服从广义瑞利分布（莱斯分布），因此，它们的概率密度分别表示：（参见下图：2ASK包络检测误码率几何表示图） 平稳随机过程若是电压电流信号，均值表示直流分量， 方差表示交流分量的平均功率，噪声只有方差，为交流信号。 误码率的推导 显然，包络经抽样判决，(门限值)判为 “1”码,V b判为 “0”码。 门限b的选取与判决的正确程度密切相关，选什么样的b值，会有不同的误码率。 我们规定判决准则如下： 0

8、b a ,通常取b=a/2，V为抽样时刻的包络值。无噪声时：此时判决器输出就不会出错（见ad图）。 若有噪声（肯定会有），y（t）的包络函数V（t）是一个随机过程，固定任一时刻t（如抽样时刻）观察，它是一个随机变量，且其值分布在0 。为此判决器输出很可能出错。如下图（e）（f）（g）（h）（第二个码元判错）所示。深入讨论： 信号和噪声混在一起，两者相加后在抽样判决时刻，发“1”码时，收到的是: 1 0 1 0abV(t)（t）1 0 1 0（a）发送信号（b）判决器输入（c）抽样脉冲（d）判决器输出1 0 1 0abV(t)（t）1 1 1 0（e）发送信号（f）判决器输入（g）抽样脉冲（h）

9、判决器输出 这样，抽样判决时刻的瞬时值V（t）是一随机变量，（随机电平），理论上讲该随机电平为0 范围内变化。但在0 范围内出现的概率是不同的。显然，对于收到的“1”码来讲，抽样判决瞬时值出现在a附近的概率比远离a值的概率大得多，应该在0 a之间选择适当的门限值b。 发“1”码时的错误接收概率即是包络值V b的概率。（结合参考2ASK包络检测误码率几何表示图） 发“1”码概率发“0”码概率 发“0”码时，错判“1”： 在0 a之间选择一个什么样的b（门限）？使误码率最小？这个门限b就是最佳门限。（结合2ASK误码率几何表示 图） 设两条概率密度曲线总误码率是与两个阴影面积之和有关，当b=b*时

10、，两个阴影面积之和最小，总误码率最小，b*称最佳门限。 大约发1万个左右码元，错1个码元。二、相干检测法的系统性能 （同步检测） 注释： 上式可见无论发“1”，发“0”，判决器的输入x（t）都是信号噪声的混合物，其瞬时值的概率密度是高斯分布（），只是均值不同，发“1”均值 = a，发“0”均值 = 0 。 注释： 相干检测法的总误码率： 在大信噪比下，设，最佳门限输入信噪比 总误码率： 一般来讲，在相同的大信噪比下，2ASK相干检测的误码率优于（低于）包络法（但也在同一数量级上），原因是相乘后，抵消了噪声的项。 但相干检测需要插入相干载波，且要稳定，设备要复杂一些，而包络法不要。 6.4 二进

11、制数字调制系统的性能比较 见樊书P156.图6-18 在每一对相干和非相干的键控系统中，误码性能（抗噪性能）相干方式优于非相干方式（如ASK的相干检测法优于ASK的包络法）抗噪性能的优劣排序（同一条件下）： PSK、FSK、ASK 优 差 一般来讲，相干法的设备复杂于非相干法。 2ASK要严格工作在最佳门限电平上困难，抗信道振幅衰落的性能差，2FSK、2PSK的最佳电平为零，易设置，均有较强的抗振幅衰落性能。 另外，当信道存在严重衰落时，通常选择非相干接收方式。 码元宽度为时，2ASK、2PSK系统的频谱带宽近似为，而2FSK系统的频谱宽近似为： 因此，2FSK系统的频带宽，频带利用率最差。第六章 总结复习 数字频带传