1、7 7.1.1 二进制数二进制数字调制原理字调制原理7 7.2.2 二进制数二进制数字调制系统的抗噪字调制系统的抗噪声性能声性能7 7.3.3 二进制数二进制数字调制系统的性能字调制系统的性能比较比较7 7.4.4 多多进制数字调制原理进制数字调制原理7 7.5.5 多多进制数字调制系统的抗噪进制数字调制系统的抗噪声性能声性能7.6 7.6 小结小结第第7章数字带通传输系统章数字带通传输系统1 1、基带传输、基带传输2 2、频带传输、频带传输数字调制传输系统定义：用数字基数字调制传输系统定义：用数字基带信号调制载波的一种传输系统，带信号调制载波的一种传输系统，这个系统也称为这个系统也称为数字带
2、通传输系统数字带通传输系统。数字信号数字信号的传输方式的传输方式 7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理实现数字调制技术有两种方法：实现数字调制技术有两种方法：1 1、利用模拟调制方法、利用模拟调制方法 把数字基带信号当成模拟信号把数字基带信号当成模拟信号2 2、利用开关键控方法、利用开关键控方法 数字基带信号的离散取值类似于数字基带信号的离散取值类似于开关开关7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理数字调制分类数字调制分类:1 1、振幅键控（振幅键控（ASKASK）2 2、频移键控（频移键控（FSKFSK）3 3、相移键控（相移键控（PSKPSK）ttt111111000 振幅键控振幅
3、键控 频移键控频移键控 相移键控相移键控7.1二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，OOK)1 1、基本概念基本概念（1 1）时间表达式及波形）时间表达式及波形 coscos011ASKcnscnnsts tta g tnTtPaP其 中概 率 为为 空 号概 率 为为 传 号7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理s(t)为随机的单极性矩形脉冲为随机的单极性矩形脉冲序列。序列。时间波形时间波形 ：也也称通断键控称通断键控OOK。7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理a a、模拟调制法：模拟调制法：b b、数字键控法：数字键控法：（2 2
4、）调制方法）调制方法7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理a a、非相干非相干接收（包络解调）接收（包络解调）各点波形见下图各点波形见下图b b、相干接收相干接收（3 3）解调方法）解调方法7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理2 2、功率谱密度、功率谱密度 （1 1）功率谱密度表达式）功率谱密度表达式 214ASKscscPfP ffP ff7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理222)()(sin)()(sin16)(scscscscsASKTffTffTffTffTfP)()(161ccffff（2 2）功率谱图和带宽）功率谱图和带宽
5、7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理总结：总结：2ASK信号功率谱密度的特信号功率谱密度的特点如下：点如下：a、由连续谱和离散谱两部分构成；、由连续谱和离散谱两部分构成；连续谱由传号的波形连续谱由传号的波形g(t)经线性调经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定。制后决定，离散谱由载波分量决定。b、已调信号的带宽是基带脉冲波、已调信号的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍，即形带宽的二倍，即B2ASK2fs1 1、基本概念基本概念7.1.2 二进制频移键控二进制频移键控(2FSK)（1 1）时间）时间表达式及波形表达式及波形 ”时发送“”时发送“0),co
6、s(A1),cos(A)(212FSKnntttePPan1,0,1概率为概率为PPan概率为概率为,01,17.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理2 2FSKFSK信号可看成由两个信号可看成由两个2 2ASKASK信号信号相加构成。相加构成。7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理a a、模拟调制法：模拟调制法：b b、数字键控法：数字键控法：（2 2）调制方法）调制方法 7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理a a、非相干法（包络解调）非相干法（包络解调）（3 3）解调方法（）解调方法（5 5种）种）7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理b b、相干法解调相干法解调7.1二进
7、制数字调制原理二进制数字调制原理c c、过零检测法过零检测法7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理d d、鉴频器法鉴频器法e e、差分相干法差分相干法7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理（1 1）功率谱密度表达式）功率谱密度表达式2 2、功率谱密度、功率谱密度 )()(41)()(41)(221122211ffPffPffPffPfPssssFSK令概率令概率P=，只需将只需将2ASK信号频信号频谱中的谱中的fc分别替换为分别替换为f1和和f2，然后代然后代入上式，即可得到入上式，即可得到7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理2112112FSK)()(sin)()(sin16)
8、(sssssTffTffTffTffTfP222222)()(sin)()(sin16sssssTffTffTffTffT)()()()(1612211ffffffff7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理(2)(2)功率谱密度示意图和带宽功率谱密度示意图和带宽7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理sfffB2122FSK总结：总结：a a、相位不连续相位不连续2 2FSKFSK信号的信号的功率谱由连续谱和离散谱组成；功率谱由连续谱和离散谱组成；b b、连续谱的形状连续谱的形状若若|f f1 1f f2 2|f fs s，则出现双峰；则出现双峰；c c、若以功率谱第一个零点之间的频若以
9、功率谱第一个零点之间的频率间隔计算率间隔计算2 2FSKFSK信号的带宽，则其信号的带宽，则其带宽近似为带宽近似为7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理1 1、基本概念基本概念7.1.3 7.1.3 二进制相移键控二进制相移键控(2(2PSK)PSK)（1 1）时间）时间表达式及波形表达式及波形 PtPttecc1,cosA,cosA)(2PSK概率为概率为以载波的不同相位直接去表示相应以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对相移二进制绝对相移方式。方式。7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理时间波形：时间波形：(a)A方式方
10、式(b)B方式方式 矢量图表示：矢量图表示：7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理a a、模拟调制法：模拟调制法：b b、数字键控法：数字键控法：（2 2）调制方法）调制方法7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理（3 3）解调方法）解调方法7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理)()(41)(2cscsPSKffPffPfP222)()(sin)()(sin4)(scscscscsPSKTffTffTffTffTfP若若P P=1/2=1/2，则则2 2PSKPSK信号的功率谱密信号的功率谱密度为：度为：（1 1）功率谱密度表达式）功率谱密度表达式2 2、功率谱密度和带宽、功率谱密
11、度和带宽7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理（2 2）功率谱图和带宽）功率谱图和带宽7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理总结：总结：2PSK信号功率谱密度的特点信号功率谱密度的特点如下：如下：a、由连续谱和离散谱两部分构成；、由连续谱和离散谱两部分构成；连续谱由传号的波形连续谱由传号的波形g(t)经线性调制经线性调制后决定，若后决定，若0、1等概，则没有离散等概，则没有离散谱。谱。b、已调信号的带宽是基带脉冲波、已调信号的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍，即形带宽的二倍，即B2PSK2fs2PSK2PSK缺陷：缺陷：（1 1）在）在2 2PSK
12、PSK信号的载波恢复过程信号的载波恢复过程中存在着的相位模糊，称中存在着的相位模糊，称“倒倒”现象或现象或“反相工作反相工作”。（2）信号波形有可能出现长时间）信号波形有可能出现长时间连续的正弦波形，连续的正弦波形，定时信息无法定时信息无法提取提取。7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理1 1、基本概念基本概念7.1.4 7.1.4 二进制差分相移键控（二进制差分相移键控（2 2DPSKDPSK）（1 1）表达方法及波形）表达方法及波形2 2DPSKDPSK是利用前后相邻码元的载波是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，又称相对相位变化传递数字信息，又称相对相移键控相对相移键控。
13、”表示数字信息“，”表示数字信息“10,07.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理 0 0 0 00 0 0 0 0 02DPSK01 1 0 0 1 0 1 1或信号相位：二进制数字信息：时间波形：时间波形：7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理2 2DPSKDPSK信号的矢量图：信号的矢量图：(a)A方式(b)B方式 在在B B方式中，在相邻码元之间必定有方式中，在相邻码元之间必定有相位突跳相位突跳。在接收端检测此相位突。在接收端检测此相位突跳就能确定每个码元的起止时刻。跳就能确定每个码元的起止时刻。7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理先进行差分编码，即绝对码变换成先进行差分编
14、码，即绝对码变换成相对码（差分码）相对码（差分码），然后再根据相，然后再根据相对码进行绝对调相。对码进行绝对调相。（2 2）调制方法）调制方法7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理a a、相干解调相干解调(极性比较法极性比较法)加码反加码反变换法变换法各点波形图如下各点波形图如下（3 3）解调方法）解调方法 7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理b b、差分相干解调差分相干解调(相位比较）法相位比较）法各点波形图如下各点波形图如下7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理2 2DPSKDPSK可以与可以
15、与2 2PSKPSK具有相同形式的具有相同形式的表达式。因此，表达式。因此，2 2DPSKDPSK信号和信号和2 2PSKPSK信号的功率谱密度是完全一样的。信号的功率谱密度是完全一样的。信号带宽为信号带宽为sfB2B2PSKDPSK22 2、功率谱密度和带宽、功率谱密度和带宽 7.1二进制数字调制原理二进制数字调制原理分析条件分析条件假设信道特性是恒参信道，在信号假设信道特性是恒参信道，在信号的频带范围内具有理想矩形的传输的频带范围内具有理想矩形的传输特性特性(可取其传输系数为可取其传输系数为K)；信道噪信道噪声是加性高斯白噪声。并且认为噪声是加性高斯白噪声。并且认为噪声只对信号的接收带来影
16、响。声只对信号的接收带来影响。7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能1 1、同步检测法的系统性能、同步检测法的系统性能7.2.1 2ASK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能a a、分析模型分析模型7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能b b、计算计算”时发送“”时发送“0)(1)()()(tntntutyiiii在每一段时间在每一段时间T Ts s内，接收端的输内，接收端的输入波形为入波形为()()cos()sinccscn tn ttn ttn(t)为窄带高斯噪声，其均值为为窄带高斯噪声，其均值为0 0，方差为方差为 n2，且可表示为且可
17、表示为7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能()cos()sin1()()cos()sin0ccscccsca n tt n tty tn tt n tt发“”时发“”时接收波形为接收波形为”符号发送“”符号发送“0),(1),()(tntnatxcc2212)(exp21)(nnaxxf2202exp21)(nnxxf7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能接收波形的一维概率密度函数图接收波形的一维概率密度函数图7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能nbaberfcdxxfbxPP2211)()()1/0(1n
18、bberfcdxxfbxPP221)()()0/1(0若取判决门限为若取判决门限为b，规定判决规则，规定判决规则x b时，判为时，判为“1”x b时，判为时，判为“0”7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能同步检测时同步检测时2ASK系统的总误码率为系统的总误码率为)1/0()0()1/0()1(PPPPPebbdxxfPdxxfP)()0()()1(01最佳门限最佳门限(1)图形求解：图形求解：取取P(1)f1(x)与与P(0)f0(x)两条曲线交点两条曲线交点b*时，阴影面积最小。时，阴影面积最小。7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性
19、能0bPe0)()0()()1(*0*1bfPbfP)1()0(ln22*PPaabn（2）从公式求解）从公式求解若发若发“1”和和“0”等等概，则最佳判决概，则最佳判决门限为门限为b*=a/2此时，系统误码率为此时，系统误码率为7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能421rerfcPe222nar式中，式中，r为解调器输入端的定义信为解调器输入端的定义信噪比噪比当当r 1，即大信噪比时，上式可，即大信噪比时，上式可近似表示为近似表示为4/r1erPe7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能2 2、包络检波法的系统性能、包络检波法的系统性能
20、a、分析模型、分析模型b、计算、计算7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能)()()(22tntnatVsc)()()(22tntntVsc包络包络发发“1”时时发发“0”时时一维概率密度函数分别为一维概率密度函数分别为2222/)(2021)(naVnneaVIVVf222/20)(nVneVVf7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能接收波形的一维概率密度函数图接收波形的一维概率密度函数图7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能bbdVVfdVVfbVPP)(1)()()1/0(101baVnndVeaVIVn
21、2222/)(2021),2(10brQbdVVfbVPP)()()0/1(02/2/2/2202222bbbVneedVeVnn7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能故系统的总误码率为故系统的总误码率为)0/1()0()1/0()1(PPPPPe2/020)0(),2(1)1(bePbrQP时时121,2/*rrabn421441reererfcP最佳门限最佳门限实际情况，系统总是工作在大信噪实际情况，系统总是工作在大信噪比下比下7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能当当r 时，上式的下界为时，上式的下界为421reeP结论：结论：在相
22、同的信噪比条件下，在相同的信噪比条件下，同步检测法的抗噪声性能优于包络同步检测法的抗噪声性能优于包络检波法，但在大信噪比时，两者性检波法，但在大信噪比时，两者性能相差不大。然而，包络检波法不能相差不大。然而，包络检波法不7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能Example 7-1：设有一设有一2ASK信号传信号传输系统，其码元速率为输系统，其码元速率为RB=4.8106波特，发波特，发“1”和发和发“0”的概率相等，的概率相等，接收端分别采用同步检测法和包络接收端分别采用同步检测法和包络检测法解调。检测法解调。7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的
23、抗噪声性能需要相干载波，因而设备比较简单。需要相干载波，因而设备比较简单。另外，包络检波法存在门限效应，另外，包络检波法存在门限效应，同步检测法无门限效应。同步检测法无门限效应。7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能已知接收端输入信号的幅度已知接收端输入信号的幅度a=1mV，信道中加性高斯白噪声的单边功率信道中加性高斯白噪声的单边功率谱密度谱密度n0=210-15W/Hz。试求：。试求：（1）同步解调时系统的误码率；）同步解调时系统的误码率；（2）包络解调时系统的误码率。）包络解调时系统的误码率。7.2.2 2FSK7.2.2 2FSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性
24、能 1 1、同步检测法的系统性能、同步检测法的系统性能 a、系统模型、系统模型7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能式中，式中，n1(t)和和n2(t)分别为两个带通分别为两个带通滤波器的输出噪声滤波器的输出噪声窄带高斯噪窄带高斯噪声声b b、计算、计算 ”时发送“”时发送“0)(1)(cos)(1111tntntaty”时发送“”时发送“0)(cos1)()(2222tntatnty7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能ttnttntnsc11111sin)(cos)()(ttnttntnsc22222sin)(cos)()(ttntt
25、natysc11111sin)(cos)()(ttnttntysc22222sin)(cos)()(上支路上支路 下支路下支路)()(11tnatxc)()(22tntxc7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能x1(t)和和x2(t)抽样值的一维概率密度抽样值的一维概率密度函数分别为函数分别为22112)(exp21)(nnaxxf22222exp21)(nnxxf)0()0()()1/0(2121zPxxPxxPP7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能2212)(exp21)()0()1/0(0220rerfcdzaxdzzfzPPzz
26、同理可得同理可得221)()0/1(21rerfcxxPP采用同步检测时采用同步检测时2FSK系统的总误系统的总误码率为码率为221rerfcPe在大信噪比条件下，上式可以近似在大信噪比条件下，上式可以近似表示为表示为221reerP7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能2、包络检波法的系统性能、包络检波法的系统性能a、分析模型、分析模型7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能两路包络检波器的输出两路包络检波器的输出上支路：上支路：下支路：下支路：b b、计算、计算 )()()(21211tntnatVsc)()()(22222tntntV
27、sc22212/)(210211)(naVnneaVIVVf2222/222)(nVneVVf7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能212121)()()()1/0(dVdVVfVfVVPPc1022212102122expdV/aV-aVIVnnn221re同理同理22121)()0/1(reVVPP2FSK信号包络检波时系统的总误码信号包络检波时系统的总误码率为率为221reeP7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能结论结论:将上式与将上式与2FSK同步检波时同步检波时
28、系统的误码率公式比较可见，在大系统的误码率公式比较可见，在大信噪比条件下，信噪比条件下，2FSK信号包络检信号包络检波时的系统性能与同步检测时的性波时的系统性能与同步检测时的性能相差不大，但同步检测法的设备能相差不大，但同步检测法的设备却复杂得多。因此，在满足信噪比却复杂得多。因此，在满足信噪比要求的场合，多采用包络检波法。要求的场合，多采用包络检波法。Example 7-2：采用采用2FSK方式在等效方式在等效带宽为带宽为2400Hz的传输信道上传输二的传输信道上传输二进制数字。进制数字。2FSK信号的频率分别为信号的频率分别为f1=980Hz，f2=1580Hz，码元速率，码元速率RB=3
29、00B。接收端输入（即信道输出。接收端输入（即信道输出端）的信噪比为端）的信噪比为6dB。试求：。试求：7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能（1）2FSK信号的带宽；信号的带宽；（2）包络检波法解调时系统的误码）包络检波法解调时系统的误码率；率；（3）同步检测法解调时系统的误码）同步检测法解调时系统的误码率。率。7.2.3 2PSK7.2.3 2PSK和和2DPSK2DPSK系统的抗噪声系统的抗噪声性能性能1 1、2PSK2PSK相干解调系统性能相干解调系统性能 a、分析模型、分析模型7.2二进制数
30、字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能b、分析计算、分析计算”时发送“，”时发送“0sin)(cos)(1,sin)(cos)()(ttnttnattnttnatycscccscc经过相干解调后，送入抽样判决器经过相干解调后，送入抽样判决器的输入波形为的输入波形为”符号发送“”符号发送“0),(1),()(tnatnatxcc7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能时发送“12)(exp21)(221nnaxxf”时发送“02)(exp21)(220nnaxxfx(t)的一维概率密度函数为的一维概率密度函数为rerfcdxxfxPP21)()0()1/0
31、(017.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能rerfcdxxfxPP21)()0()0/1(00故故2PSK信号相干解调时系统的总信号相干解调时系统的总误码率为误码率为在大信噪比条件下，上式可近似为在大信噪比条件下，上式可近似为rerfcPPPPPe21)1/0()0()1/0()1(reerP217.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能2 2、2DPSK2DPSK信号相干检测信号相干检测码变换码变换方法的误码率方法的误码率 a、分析模型、分析模型b、分析计算、分析计算 7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能只需
32、在只需在2PSK信号相干解调误码率公信号相干解调误码率公式基础上再考虑码反变换器对误码式基础上再考虑码反变换器对误码率的影响即可，其简化模型如下率的影响即可，其简化模型如下码反变换器对误码的影响码反变换器对误码的影响7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能 100111101110101nnab 0101110101nnab（连续（连续2 2个错码时）个错码时）（连续（连续n n个错码时）个错码时）设设Pe为码反变换器输入端为码反变换器输入端bn的误的误码率，码率，Pe 为输出端绝对码序列为输出端绝对码序列an的误码率，由以上分析可得的误码率，由以上分析可得7.2二进
33、制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能nePPPP22221)1()1(2)()1(22222neeeeeneeeeePPPPPPPPPP7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能式中式中Pn为码反变换器输入端为码反变换器输入端bn序序列连续出现列连续出现n个错码的概率，进一步个错码的概率，进一步讲，它是讲，它是“n个码元同时出错，而其个码元同时出错，而其两端都有两端都有1个码元不错个码元不错”这一事件概这一事件概率。率。总误码率总误码率eeePPP)1(22)(121rerfPe当当Pe 0，则判为，则判为“1”1”正确接正确接收收若若x 0，则判为
34、，则判为“0”0”错误接错误接收收利用恒等式利用恒等式 2212212212212121)()()()(41yyxxyyxxyyxx7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能2212211)()2(ssccnnnnaR2212212)()(ssccnnnnR令令由随机过程的知识，由随机过程的知识，R1的一维分布的一维分布服从广义瑞利分布，服从广义瑞利分布，R2的一维分布的一维分布服从瑞利分布，最终得到服从瑞利分布，最终得到102212112)()()1/0(dRdRRfRfRRPPRRraRnnedReaRIRn212104/)42(2102122217.2二进制数字调
35、制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能同理，同理，rePP21)1/0()0/1(reeP21因此，因此，2DPSK信号差分相干解调系信号差分相干解调系统的总误码率为统的总误码率为7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能Example 7-3：假设采用假设采用2DPSK方方式在微波线路上传送二进制数字信式在微波线路上传送二进制数字信息。已知码元速率息。已知码元速率RB=106Baud，信，信道中加性高斯白噪声的单边功率谱道中加性高斯白噪声的单边功率谱密度密度n0=210-10W/Hz。今要求误
36、码。今要求误码率不大于率不大于10-4。试求。试求7.2二进制数字调制系统二进制数字调制系统的抗噪声性能的抗噪声性能(1)采用差分相干解调时，接收机输采用差分相干解调时，接收机输入端所需的信号功率；入端所需的信号功率；(2)采用相干解调采用相干解调-码反变换时，接码反变换时，接收机输入端所需的信号功率。收机输入端所需的信号功率。7.3 二进制数字调制系二进制数字调制系统的性能比较统的性能比较1、带宽、带宽(码元时间宽度为码元时间宽度为Ts时时)2ASK、2PSK、2DPSK相同，均为相同，均为2/Ts；2FSK为为|f2f1|2/Ts 2、误码率、误码率 2ASK、2FSK、2PSK在不同接收
37、在不同接收情况下的性能如下情况下的性能如下2DPSK2PSK2FSK2ASK非相干解调非相干解调相干解调相干解调421rerfc421re221rerfc221rererfc21rerfcre217.3 二进制数字调制系二进制数字调制系统的性能比较统的性能比较误码率曲线：误码率曲线：7.3 二进制数字调制系二进制数字调制系统的性能比较统的性能比较(1)(1)对于同一种调制方式，采用相对于同一种调制方式，采用相干接收比非相干接收性能好些；干接收比非相干接收性能好些；(2)(2)对于不同的调制方式，对于不同的调制方式，PSKPSK性能性能最好，最好，FSKFSK次之，次之，ASKASK最差。最差。
38、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 二进制数字调制系二进制数字调制系统的性能比较统的性能比较7.3 二进制数字调制系二进制数字调制系统的性能比较统的性能比较在在2FSK2FSK系统中，判决器是根据上系统中，判决器是根据上下两个支路解调输出样值的大小来下两个支路解调输出样值的大小来作出判决，不需要人为地设置判决作出判决，不需要人为地设置判决门限，因而对信道的变化不敏感。门限，因而对信道的变化不敏感。在在2PSK2PSK系统中，判决器的最佳判系统中，判决器的最佳判决门限为零，与接收机输入信号的决门限为零，与接收机输入信号的幅度无关。幅度无关。7.3 二进制数字调制系二进
39、制数字调制系统的性能比较统的性能比较因此，接收机总能保持工作在最佳因此，接收机总能保持工作在最佳判决门限状态。判决门限状态。对于对于2ASK系统，判决器的最佳系统，判决器的最佳判决门限与接收机输入信号的幅度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，性能有关，对信道特性变化敏感，性能最差。最差。4 4、设备的复杂程度、设备的复杂程度 发送端：设备复杂程度不相上下；发送端：设备复杂程度不相上下；接收端：相干比非相干复杂；接收端：相干比非相干复杂；非相干接收，非相干接收，2 2DPSKDPSK设备设备最复杂最复杂。5 5、应用、应用 相干相干2 2DPSKDPSK，用于高速用于高速数传
40、；数传；非相干非相干2 2FSKFSK用于中、低速数传。用于中、低速数传。7.3 二进制数字调制系二进制数字调制系统的性能比较统的性能比较概述：概述：b00brkrnkEnE7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理为了提高频带利用率，最有效的为了提高频带利用率，最有效的办法是使一个码元传输多个比特的办法是使一个码元传输多个比特的信息。信息。设多进制码元的进制数为设多进制码元的进制数为M，码，码元能量为元能量为E，每比特的能量，每比特的能量Eb等于等于E/k。故有。故有7.4.1 7.4.1 多进制数字振幅调制（多进制数字振幅调制（MASKMASK）1 1、概念、概念7.4 多进制数字调制原
41、理多进制数字调制原理多进制振幅键控又称多进制振幅键控又称多电平调制多电平调制优点：优点：MASK信号的带宽和信号的带宽和2ASK信号的带宽相同，故单位频带的信信号的带宽相同，故单位频带的信息传输速率高，即频带利用率高。息传输速率高，即频带利用率高。(b)MASK信号(a)基带多电平单极性不归零信号0010110101011110000t0t01011010101111002、举例、举例a、基带信号是多进制单极性不归、基带信号是多进制单极性不归零脉冲零脉冲7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理0101101010111100000t(c)基带多电平双极性不归零信号00000t0101101
42、0101111(d)抑制载波MASK信号b b、基带信号是多进制双极性不归、基带信号是多进制双极性不归零脉冲零脉冲7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理(a)4FSK(a)4FSK信号波形信号波形f3f1f2f4TTTTtf1f2f3f400011011(b)4FSK(b)4FSK信号的取值信号的取值7.4.2 7.4.2 多进制频移键控多进制频移键控(MFSK)(MFSK)1、4FSK信号波形举例信号波形举例7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理2、MFSK信号的带宽：信号的带宽：B=fM-f1+f式中式中f1最低载频最低载频fM最高载频最高载频 f单个码元的带宽单个码元的带宽7
43、.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理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)定时脉冲带通滤波f2包络检波.3、MFSK非相干解调器的原理方非相干解调器的原理方框图框图 7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理一个一个MPSK信号码元可以表示为信号码元可以表示为通常通常M取取2的某次幂：的某次幂：M=2k，k=正整数正整数MktAtskk,2,1)cos()(0MkkMk,2,1),1(27.4.3 7.4.3 多进制相移键控多进制相移键控(MPSK)(MPSK)1、基本原理、基本原理7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理图7-34 8PSK信
44、号相位在下图中示出当在下图中示出当k=3时，时，k取值的取值的一例。对于多进制一例。对于多进制PSK信号，需要信号，需要用两个正交的相干载波解调。用两个正交的相干载波解调。7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理tbtattskkkk000sincos)cos()(kkacoskkbsin7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理可以将可以将MPSK信号码元表示式展开信号码元表示式展开写成写成 式中式中带宽和带宽和MASK信号的带宽相同。信号的带宽相同。本节下面主要以本节下面主要以M=4为例，对为例，对4PSK作进一步的分析。作进一步的分析。2 2、正交相移键控、正交相移键控(QPSK)
45、(QPSK)a、4PSK常称为正交相移键控常称为正交相移键控(QPSK)b、格雷、格雷(Gray)码码4PSK信号每个码元含有信号每个码元含有2 比特的信比特的信息，现用息，现用ab代表这两个比特。两个代表这两个比特。两个比特有比特有4种组合。种组合。7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理ab k0090 010 11270 10180 QPSK信号的编码信号的编码 7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理格雷码的好处在于相邻相位所代表格雷码的好处在于相邻相位所代表的两个比特只有一位不同。这样编的两个比特只有一位不同。这样编码使一个比特误码的概率最大。码使一个比特误码的概率最大。01
46、001011参考相位图7-35 QPSK信号的矢量图c c、QPSKQPSK信号矢量图信号矢量图7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理(a)波形和相位连续TTd、码元相位关系、码元相位关系 k称为初始相位，而把称为初始相位，而把(0t+k)称为称为信号的瞬时相位。信号的瞬时相位。当码元中包含整数个载波周期时，初当码元中包含整数个载波周期时，初始相位相同的相邻码元的波形和瞬时始相位相同的相邻码元的波形和瞬时相位才是连续的，如下图：相位才是连续的，如下图：7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理-sin0t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cos0tA(t)s(t)图
47、7-37 第一种QPSK信号产生方法ab3、QPSK调制调制a、相乘电路法、相乘电路法7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理串/并变换相位选择带通滤波4相载波产生器1432ab图7-40 选择法产生QPSK信号b、选择法、选择法7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理载波提取相乘低通抽判/2相乘低通抽判并/串A(t)s(t)abcos0t-sin0t定时提取图7-41 QPSK信号解调原理方框图4 4、QPSKQPSK解调解调a、原理方框图、原理方框图7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理a、QPSK体制的缺点：相邻码元最体制的缺点：相邻码元最大相位差达到大相位差达到180，在
48、频带受限系，在频带受限系统中会引起信号包络的很大起伏。统中会引起信号包络的很大起伏。b、偏置、偏置QPSK的改进：为了减小此的改进：为了减小此相位突变，将两个正交分量的两个相位突变，将两个正交分量的两个比特比特a和和b在时间上错开半个码元，在时间上错开半个码元，使之不可能同时改变。使之不可能同时改变。5 5、偏置、偏置QPSK(OQPSK)QPSK(OQPSK)7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理c、OQPSK和和QPSK的唯一区别在的唯一区别在于：对于于：对于QPSK，上表中的两个比，上表中的两个比特特a和和b的持续时间原则上可以不同；的持续时间原则上可以不同；而对于而对于OQPSK
49、，a和和b的持续时间必的持续时间必须相同。须相同。7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理a1a3a5a7a2a6a4a8a2a4a1a3a5a7a6a8d、OQPSK信号的波形与信号的波形与QPSK信信号波形的比较号波形的比较 7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理7.4.4 7.4.4 多进制差分相移键控多进制差分相移键控(MDPSK)(MDPSK)1、基本原理、基本原理7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理MDPSK信号和信号和MPSK信号类似，信号类似，只需把只需把MPSK信号用的参考相位当信号用的参考相位当作是前一码元的相位，把相移作是前一码元的相位，把相移k当当作是
50、相对于前一码元相位的相移。作是相对于前一码元相位的相移。abkA方式方式B方式方式0090 135 010 45 11270 315 10180 225 QDPSK信号编码方式：信号编码方式：7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理abcd码变换相加电路s(t)图7-43 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/42、产生方法、产生方法a、第一种方法7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理只读存储器TTakbkckdkdk-1ck-1图7-44 码变换器码变换器的电路码变换器的电路b、第二种方法：、第二种方法：和和QPSK信号的选择法原理相同，信号
