通信原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理

1、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)通信教研室張偉明理 工 大 學(xué) 通 信 工 程 學(xué) 院理 工 大 學(xué) 通 信 工 程 學(xué) 院5正弦載波數(shù)字調(diào)制正弦載波數(shù)字調(diào)制n5.1概述概述n5.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理n5.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能n5.4二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較n5.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)5.1.1概述：基本概念概述：基本概念 什么是調(diào)制？什么是數(shù)字調(diào)制？什么是正弦載波什么是調(diào)制？什么是數(shù)字調(diào)制？什么是正弦載波數(shù)字調(diào)制？數(shù)字調(diào)制？基帶信號基帶信號：頻譜（功率譜）集中在零頻率附近。：頻譜（功率譜）集中在零頻率附近。帶

2、通信道帶通信道：傳輸特性帶通型的，如短波信道、衛(wèi)星：傳輸特性帶通型的，如短波信道、衛(wèi)星 信道等。信道等。問題問題：基帶信號能否在帶通型信道上直接傳輸？：基帶信號能否在帶通型信道上直接傳輸？20001X(f)調(diào)制調(diào)制解調(diào)解調(diào)-7500)()(21ccffXffX-7500)()(21ccffXffX750001/25000100001H(f)75000f(Hz)-750020001X(f)0750000f(Hz)f(Hz)f(Hz)f(Hz)5.1.1概述：基本概念概述：基本概念5.1.1概述：基本概念概述：基本概念調(diào)制調(diào)制：發(fā)送端把基帶信號頻譜搬移到給定信道通帶內(nèi)：發(fā)送端把基帶信號頻譜搬移到給

3、定信道通帶內(nèi)的過程。的過程。解調(diào)解調(diào)：在接收端把已搬到給定信道通帶內(nèi)的頻譜還原：在接收端把已搬到給定信道通帶內(nèi)的頻譜還原為基帶信號的過程。為基帶信號的過程。調(diào)制實現(xiàn)方法調(diào)制實現(xiàn)方法：用：用基帶信號基帶信號控制控制載波載波的參量，使載的參量，使載波的參量隨著基帶信號變化。波的參量隨著基帶信號變化。5.1.2調(diào)制的分類調(diào)制的分類調(diào)制器s (t )C (t )sm (t )：基帶信號為數(shù)字信號：基帶信號為數(shù)字信號模擬調(diào)制模擬調(diào)制：基帶信號為模擬信號：基帶信號為模擬信號數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制正弦載波調(diào)制正弦載波調(diào)制：載波為正弦波（余弦波）信號：載波為正弦波（余弦波）信號脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制：載波為脈沖信號：載波

4、為脈沖信號5.1.3調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用n調(diào)制把基帶信號頻譜搬移到一定的頻帶范圍以調(diào)制把基帶信號頻譜搬移到一定的頻帶范圍以適應(yīng)信道的要求適應(yīng)信道的要求n有效輻射，有效輻射，盡可能地減小天線的尺寸；n通過頻率分配，滿足多用戶通信的需要（實現(xiàn)通過頻率分配，滿足多用戶通信的需要（實現(xiàn)多路復(fù)用）；多路復(fù)用）；n減少噪聲和干擾的影響，提高系統(tǒng)抗干擾能力減少噪聲和干擾的影響，提高系統(tǒng)抗干擾能力本章研究的問題本章研究的問題1 0 0 1( )s t2FSKt2PSKt調(diào)制器s (t )Acos (t +)sm (t )2ASKt1、波形；、波形；2、調(diào)制原理；、調(diào)制原理；3、功率譜及

5、帶寬；、功率譜及帶寬；4、解調(diào)及抗噪性能。、解調(diào)及抗噪性能。學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)內(nèi)容5正弦載波數(shù)字調(diào)制正弦載波數(shù)字調(diào)制n5.1概述概述n5.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理n5.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能n5.4二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較n5.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)5.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理n5.2.12ASK（Amplitude shift-keying)n5.2.22FSK(Frequency shift-keying)n5.2.32PSK(Phase shift-keying) 用二進(jìn)制數(shù)字基

6、帶信號控制載波的振幅，使載波用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號控制載波的振幅，使載波的振幅隨著二進(jìn)制數(shù)字基帶信號變化。的振幅隨著二進(jìn)制數(shù)字基帶信號變化。5.2.1二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）一、一、2ASK波形波形5.2.1二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）二、二、2ASK調(diào)制（調(diào)制（開關(guān)法開關(guān)法和和相乘法相乘法）載波發(fā)生器開關(guān)開關(guān))(2tSASK)(ts)(tcs(t)c(t)sASK(t)相乘器相乘器基帶信號：單極性的全占空隨機(jī)矩形脈沖序列基帶信號：單極性的全占空隨機(jī)矩形脈沖序列 5.2.1二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1 1 1100 0ttt載波信號2ASK信號bT

7、( )s tnbnnTtgats)()(0,1,npap發(fā)送概率為發(fā)送概率為1-1,0( )0,btTg t 其它2( )() cosASKnbcneta g tnTt數(shù)字基帶信號數(shù)字基帶信號數(shù)字調(diào)制信號數(shù)字調(diào)制信號22( )(1)( )(1) ()()sbbbbmP ff PP G ffP G mffmf2()( ) 4 1/2bbT SafTfP設(shè)21( )()()4ASKscscPfP ffP ff222211()() (0) ()()1616sccsccfG ffG fffGffff三、三、2ASK信號的功率譜及帶寬信號的功率譜及帶寬)()()(2tctstsASKtftsc2cos)

8、(5.2.1二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）5.2.12ASK：功率譜和帶寬：功率譜和帶寬222( )()()16bASKacbacbTPfsff Tsff T1()()16ccffff)/1( 22bbbASKTffB5.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理n5.2.12ASK（Amplitude shift-keying)n5.2.22FSK(Frequency shift-keying)n5.2.32PSK(Phase shift-keying)5.2.2二進(jìn)制頻率鍵控（二進(jìn)制頻率鍵控（2FSK） 用二進(jìn)數(shù)字基帶信號控制載波的頻率，使載波的用二進(jìn)數(shù)字基帶信號控制載波的頻率，使

9、載波的頻率隨著數(shù)字基帶信號變化。頻率隨著數(shù)字基帶信號變化。波形特點波形特點：載波頻率攜帶信息。：載波頻率攜帶信息。5.2.2二進(jìn)制頻率鍵控（二進(jìn)制頻率鍵控（2FSK）2FSK信號可信號可分解成兩個分解成兩個2ASK信號信號5.2.22FSK：時域表達(dá)式：時域表達(dá)式212( )() cos()() cos()FSKnbnnbnnneta g tnTta g tnTt0, 1, 1-nPaP發(fā)送概率為發(fā)送概率為0, 1-1 nPaP發(fā)送概率為，發(fā)送概率為 n和和 n不攜帶不攜帶信息，通?？尚畔?，通?？闪盍?n和和 n為零為零 212( )() cos() cosFSKnbnbnneta g tnT

10、ta g tnTt5.2.22FSK：信號的實現(xiàn)：信號的實現(xiàn)數(shù)字鍵控法實現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號的原理圖 反相器二進(jìn)制單極性全占空)12cos(2)(1tfbTt)22cos(2)(2tfbTt2FSK信號)(ts)(ts圖6.3.2 2FSK信號調(diào)制器abcdefg相乘法實現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號的原理圖 5.2.22FSK：信號的實現(xiàn)：信號的實現(xiàn)5.2.22FSK：功率譜分析：功率譜分析212( )() cos() cosFSKnbnbnneta g tnTta g tnTt相位不連續(xù)的相位不連續(xù)的2FSK信號，可以看成由兩個不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號的疊加，信號，可以看成由兩個不同載波的二進(jìn)制

11、振幅鍵控信號的疊加，其中一個頻率為其中一個頻率為f1，另一個頻率為，另一個頻率為f2。 1122( )cos( )coss tts tt11222112211( )()()()()44FSKssssPfPffPffPffPff2211211sin()sin()( )16()()bbbFSKbbTff Tff TPfff Tff TP=1/2 222222sin ()sin ()16()()bbbbbTff Tff Tff Tff T11221 ()()()()16ffffffff5.2.22FSK：功率譜：功率譜2bfcffcbff2cbffcbff2cbff122cfff1bbfT02212

12、FSKbBfff0.8bf5.2.22FSK：CPFSK與與DPFSK表表6-1 2FSK信號的帶寬信號的帶寬h=f1-f2 /fb0.50.60.70.81.01.5BCP2FSKfb1.5 fb2.5 fb3.0 fbBDP2FSK2.5 fb（2.62.7）fb（2.83.0）fb3.5 fbu偏移率偏移率h較小時，兩種較小時，兩種2FSK信號的帶寬差別較大；偏移率信號的帶寬差別較大；偏移率h較大時，兩者差別不大，大于較大時，兩者差別不大，大于2以后，可認(rèn)為兩者近似相以后，可認(rèn)為兩者近似相等。等。u偏移率偏移率h小于小于0.7時，相位連續(xù)的時，相位連續(xù)的2FSK信號的帶寬比信號的帶寬比2

13、ASK信號的帶寬還窄。所以，不能籠統(tǒng)說信號的帶寬還窄。所以，不能籠統(tǒng)說2FSK信號的帶寬信號的帶寬比比2ASK信號的寬。信號的寬。5.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理n5.2.12ASK（Amplitude shift-keying)n5.2.22FSK(Frequency shift-keying)n5.2.32PSK(Phase shift-keying)5.2.3二進(jìn)制相位鍵控（二進(jìn)制相位鍵控（2PSK）二進(jìn)制數(shù)字基帶信號控制載波的相位，使載波相位改二進(jìn)制數(shù)字基帶信號控制載波的相位，使載波相位改變一個值。變一個值?！?”碼碼180“0”碼碼0規(guī)則：規(guī)則：“1”變，變，“0”不不變變

14、5.2.3二進(jìn)制相位鍵控（二進(jìn)制相位鍵控（2PSK）5.2.32PSK：信號實現(xiàn)：信號實現(xiàn)碼型變換乘法器(a)(b)( )s tcosct2( )PSKetcosct移相雙極性不歸零0S2( )PSKet( )s t問題：問題： 在在2PSK信號的解調(diào)系統(tǒng)中，同步載波恢復(fù)會有信號的解調(diào)系統(tǒng)中，同步載波恢復(fù)會有180的的相位模糊問題相位模糊問題，對，對2PSK系統(tǒng)誤碼性能影響很系統(tǒng)誤碼性能影響很大，所以大，所以2PSK方式在實際中很少采用。方式在實際中很少采用。解決方法：二進(jìn)制差分相位鍵控（解決方法：二進(jìn)制差分相位鍵控（2DPSK） differential PSK5.2.42DPSK的引入的引

15、入問題：問題：在在2PSK信號的解調(diào)系統(tǒng)中，同步載波恢復(fù)會有信號的解調(diào)系統(tǒng)中，同步載波恢復(fù)會有 180的的相位模糊問題相位模糊問題，所以在實際中很少采用。，所以在實際中很少采用。解決方法：二進(jìn)制差分相位鍵控（解決方法：二進(jìn)制差分相位鍵控（2DPSK） differential PSK5.2.42DPSK定義定義0 0 1，表示數(shù)字信息“ ”，表示數(shù)字信息“”原始數(shù)字信息原始數(shù)字信息1101001110相對碼相對碼010100010112DPSK相位相位0 00 0 00或或 0 000 0 用二進(jìn)制數(shù)字信息控制用二進(jìn)制數(shù)字信息控制相鄰兩個碼元內(nèi)的載波相位差相鄰兩個碼元內(nèi)的載波相位差，使載波相位差隨二進(jìn)制數(shù)字信息變化。使載波相位差隨二進(jìn)制數(shù)字信息變化。1nnn此處規(guī)則：此處規(guī)則：1變變0不變不變5.2.4 2DPSK調(diào)制實現(xiàn)調(diào)制實現(xiàn)Tb2PSK調(diào)制調(diào)制二進(jìn)制序列2DPSK信號bnan差分編碼器“1”碼碼:180n“0”碼碼0n5.2.4 2PSK/2DPSK：功率譜和帶寬：功率譜和帶寬222sin ()sin ()( )4()()