通信原理PPT第6章

1、1通信原理第第6章數(shù)字調(diào)制章數(shù)字調(diào)制2數(shù)字調(diào)制l定義定義數(shù)字調(diào)制：用數(shù)字調(diào)制：用數(shù)字基帶信號數(shù)字基帶信號控制控制載波載波的的某參量。某參量。常用的載波信號為正弦信號 ，其中 為載波振幅， 為載波的角頻率， 為載波的初始相位。)cos(nctwAAcn3數(shù)字調(diào)制的分類n振幅鍵控(ASK):用數(shù)字消息控制載波的幅度n移頻鍵控(FSK):用數(shù)字消息控制載波的頻率n移相鍵控(PSK):用數(shù)字消息控制載波的相位n數(shù)字調(diào)制又可分為二進制和M進制4二進制振幅鍵控(2ASK)l2ASK的時域表達式及波形的時域表達式及波形l2ASK的產(chǎn)生與解調(diào)的產(chǎn)生與解調(diào)l2ASK的功率譜密度的功率譜密度l2ASK的抗噪聲性能

2、的抗噪聲性能52ASK的時域表達式l定義：用二進制的數(shù)字信號去控制載波的振幅。定義：用二進制的數(shù)字信號去控制載波的振幅。l時域表達式：時域表達式： tnTtgatASKcnsncos)()(2g(t)是持續(xù)時間為是持續(xù)時間為Ts的矩形脈沖，的矩形脈沖，an取值服從取值服從PPan1,0,1概率為概率為單極性矩形脈沖序列單極性矩形脈沖序列。nsnnTtgatb)()(ttbtASKccos)()(262ASK的波形特點當傳“1”信號時，發(fā)送載波當傳“0”信號時，發(fā)送0電平72ASK信號的實現(xiàn)（1）相乘器法相乘器法82ASK信號的實現(xiàn)（2）l當基帶信號b(t) 為高電平時，開關電路如圖所示;當基帶

3、信號b(t) 為低電平時，開關處于斷開狀態(tài)。此時二進制振幅鍵控信號又常稱為通-斷鍵控信號(OOK信號)。 92ASK的動畫演示102ASK的解調(diào)（1）非相干解調(diào)非相干解調(diào)(包絡檢波法包絡檢波法)帶 通濾 波 器全 波整 流 器低 通濾 波 器抽 樣判 決 器定 時脈 沖輸 出)(2teASKabcd112ASK的解調(diào)（2）帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時脈沖輸出)(2teASKtccos相干解調(diào)相干解調(diào)(同步檢測法同步檢測法)http:/ b(t)的功率譜密度P2ASK (f) 2ASK信號的功率譜密度則由上式可得則由上式可得bP13142ASK的功率譜密度特點l2ASK信號的功率譜由

4、連續(xù)譜和離散譜兩部分信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成組成 l2ASK信號的帶寬信號的帶寬 是數(shù)字基帶信號帶寬的兩倍是數(shù)字基帶信號帶寬的兩倍 RsBASK22式中式中 Rs = 1/Ts即，即，2ASK信號的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍信號的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍152ASK的抗噪聲性能l非相干解調(diào)非相干解調(diào)l相干解調(diào)相干解調(diào)這里的這里的r指的是信噪比指的是信噪比,r116習題1已知某已知某OOK系統(tǒng)的碼元傳輸速率系統(tǒng)的碼元傳輸速率103B，所用的載，所用的載波信號為：波信號為：（1）所設傳送的數(shù)字信息為）所設傳送的數(shù)字信息為0 1 1 0 0 1，試畫出相，試畫出相應的應的OOK信號波形示

5、意圖；信號波形示意圖；（2）求）求OOK信號的帶寬。信號的帶寬。17習題2若采用若采用OOK方式傳送二進制數(shù)字信息，已知方式傳送二進制數(shù)字信息，已知碼元傳輸速率，接收端解調(diào)器輸入信號的碼元傳輸速率，接收端解調(diào)器輸入信號的振幅，信道加性噪聲為高斯白噪聲，且其振幅，信道加性噪聲為高斯白噪聲，且其單邊功率譜密度。試求：單邊功率譜密度。試求：（1）非相干接收時，系統(tǒng)的誤碼率；）非相干接收時，系統(tǒng)的誤碼率；（2）相干接收時，系統(tǒng)的誤碼率。）相干接收時，系統(tǒng)的誤碼率。18習題3 若采用若采用OOK方式傳送二進制數(shù)字信息。已方式傳送二進制數(shù)字信息。已知發(fā)送端發(fā)出的信號振幅為知發(fā)送端發(fā)出的信號振幅為5V，輸入

6、接收，輸入接收端解調(diào)器的高斯噪聲功率，今要求誤碼率。端解調(diào)器的高斯噪聲功率，今要求誤碼率。試求：試求：（1）非相干接收時，由發(fā)送端到解調(diào)器輸入）非相干接收時，由發(fā)送端到解調(diào)器輸入端的衰減應為多少？端的衰減應為多少？（2）相干接收時，由發(fā)送端到解調(diào)器輸入端）相干接收時，由發(fā)送端到解調(diào)器輸入端的衰減應為多少？的衰減應為多少？19二進制移頻鍵控2FSKl2FSK的時域表達式及波形的時域表達式及波形l2FSK的產(chǎn)生與解調(diào)的產(chǎn)生與解調(diào)l2FSK的功率譜密度的功率譜密度l2FSK的抗噪聲性能的抗噪聲性能202FSK的時域表達式l定義：用二進制的數(shù)字信號控制載波的頻率。定義：用二進制的數(shù)字信號控制載波的頻率

7、。l時域表達式：時域表達式： PPaaPPannnn概率為概率為的反碼概率為概率為個信號碼元第, 11, 0, 1, 1, 0)cos()()cos()()(221nnsnnnsntnTtgatnTtgatFSK.,個信號碼元的初相位分別是第nnnttbttbtFSK22112cos)(cos)()(212FSK的波形特點2fl當傳送“1”時，發(fā)送載波頻率l當傳送“0”時，發(fā)送載波頻率1f222FSK的產(chǎn)生232FSK的動畫演示242FSK信號的解調(diào)方法（1)p非相干解調(diào)252FSK信號的解調(diào)方法（2)p相干解調(diào)帶通濾波器帶通濾波器抽樣判決器輸出低通濾波器低通濾波器12)(2teFSK定時脈沖

8、相乘器相乘器t1cost2cos262FSK的功率譜密度ttbttbtFSK22112cos)(cos)()()()(41)()(41)(221122211ffPffPffPffPfPbbbbFSK不難寫出這種2FSK信號的功率譜密度的表示式：信號帶寬信號帶寬sffff212272ASK的抗噪聲性能l非相干解調(diào)非相干解調(diào)l相干解調(diào)相干解調(diào)這里的這里的r指的是信噪比指的是信噪比221reerP28二進制移相鍵控2PSKl2PSK的時域表達式及波形的時域表達式及波形l2PSK的產(chǎn)生與解調(diào)的產(chǎn)生與解調(diào)l2PSK的功率譜密度的功率譜密度l2PSK的抗噪聲性能的抗噪聲性能292PSK的概念l定義：用二進

9、制的數(shù)字信號去控制載波的相定義：用二進制的數(shù)字信號去控制載波的相位。位。l時域表達式：時域表達式：l當當b(t)=1時，對應的是時，對應的是l當當b(t)=0時，對應的是時，對應的是ttbtScPSKcos)(21)(2)cos(costtcc)0cos(costtcc302PSK的波形特點傳傳“1”信號時，發(fā)起始相位為信號時，發(fā)起始相位為的載波；的載波； 傳傳“0”信號時，發(fā)起始相位為信號時，發(fā)起始相位為0的載波。的載波。312PSK的實現(xiàn)322PSK的動畫演示332PSK的解調(diào) 2PSK通常采用相干解調(diào)342PSK的功率譜已調(diào)信號的帶寬是基帶信號的倍 352PSK抗噪聲性能2PSK采用相干

10、解調(diào)362PSK“倒”現(xiàn)象 l2PSK發(fā)送端是以某一個相位作基準的發(fā)送端是以某一個相位作基準的 ，如，如果這個參考相位發(fā)生變化（果這個參考相位發(fā)生變化（0相位變相位變相位相位或或相位變相位變0相位相位 ），會在接收端得到完全），會在接收端得到完全相反的數(shù)字信號，這種現(xiàn)象稱為相反的數(shù)字信號，這種現(xiàn)象稱為 2PSK“倒倒”現(xiàn)象現(xiàn)象 。37二進制差分相移鍵控（二進制差分相移鍵控（2DPSK）1. 一般原理及實現(xiàn)方法一般原理及實現(xiàn)方法2DPSK方式是利用前后相鄰碼元相位之差來傳送方式是利用前后相鄰碼元相位之差來傳送數(shù)字信息的。數(shù)字信息的。1 0 1 1 0 0 12PSK2DPSK圖5-24 2DPS

11、K信號的波形絕對碼an0 1 1 0 1 1 1 0相對碼bn相位 0 0382DPSK產(chǎn)生的步驟l將絕對碼變換成相對碼將絕對碼變換成相對碼l對相對碼進行絕對移相鍵控（對相對碼進行絕對移相鍵控（2PSK）392DPSK的解調(diào)l相干解調(diào)相干解調(diào)相干載波BPFLPF抽判按2PSK解調(diào)碼 反變 換s2DPSK(t)anbn1nnnbab1nnnbbal碼反變換碼反變換402DPSK的功率譜密度l無論是無論是2PSK還是還是2DPSK信號，就波形本身而信號，就波形本身而言，它們都可以等效成雙極性信號作用下的調(diào)言，它們都可以等效成雙極性信號作用下的調(diào)幅信號，無非是一對倒相信號的序列。有以下幅信號，無非是

12、一對倒相信號的序列。有以下結(jié)論：結(jié)論： l（1）2DPSK與與2PSK有相同的功率譜；有相同的功率譜；l（2）它們的帶寬和頻帶利用率均相同。）它們的帶寬和頻帶利用率均相同。bbsASKPSKDPSKfTBBBB222222)/(21222HzBaudASKPSKDPSK412DPSK的抗噪聲性能l2DPSK相干解調(diào)的總誤碼率相干解調(diào)的總誤碼率ePe21r為解調(diào)輸入的信噪比為解調(diào)輸入的信噪比42習題1l設載頻為設載頻為1800Hz，碼元速率為，碼元速率為1200Baud，發(fā)送數(shù)字信息為發(fā)送數(shù)字信息為011010（設定參考載波相（設定參考載波相位為位為sin3600t).若相位偏移若相位偏移0度代

13、表數(shù)字信號度代表數(shù)字信號“0”,180度代表度代表數(shù)字信號數(shù)字信號 “1”,試畫出這時的試畫出這時的2DPSK信號波信號波形；形；43多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)l多進制數(shù)字振幅鍵控多進制數(shù)字振幅鍵控(MASK)l多進制數(shù)字頻率鍵控多進制數(shù)字頻率鍵控(MFSK)l多進制數(shù)字相位鍵控多進制數(shù)字相位鍵控(MPSK)44多進制振幅鍵控(MASK)lM進制振幅鍵控信號的時域表達式為進制振幅鍵控信號的時域表達式為 其中， 為基帶信號波形， 4546MASK波形圖47MASK與2ASK帶寬比較MASK信號的功率譜與2ASK信號的完全相同。它相當于 電平基帶信號對載波進行雙邊帶調(diào)幅，因此MASK信號的帶寬是 電平基帶

14、信號的兩倍。由于 電平信號每個碼元間隔內(nèi)可以傳送 比特信息，碼元速率下降為信息速率的 倍，因此MASK信號的帶寬在相同信息速率時是2ASK的 倍。48MFSK的產(chǎn)生串并變換電路和邏輯電路將輸入的二進制碼轉(zhuǎn)換成多進制碼。當某組二進制碼到來時，邏輯電路的輸出僅打開相應的一個門電路，將和該門電路相應的載波發(fā)送出去;其他頻率對應的門電路此時是關閉的 49MFSK的帶寬鍵控法產(chǎn)生的MFSK信號，可以看作由 個幅度相同、載頻不同、時間上互不重疊的2ASK信號疊加的結(jié)果。設MFSK信號碼元的寬度為 ，即傳輸速率 （Baud），則 頻制信號的帶寬為 式中 為最高選用載頻， 為最低選用載頻。50MPSK 進制數(shù)

15、字相位調(diào)制系統(tǒng)，載波的相位有 種取值，MPSK系統(tǒng)是利用載波的 種相位來表征數(shù)字信息。 時域表達式為 為受調(diào)的載波相位; ; 51多進制相位調(diào)制系統(tǒng)中使用的最廣泛的是四相制和八相制。本節(jié)以四相制為例來講述多進相位調(diào)制系統(tǒng)的原理 。52QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) lQPSK利用載波的四種相位來表征數(shù)字信息。利用載波的四種相位來表征數(shù)字信息。因此，對輸入的二進制序列應該先分組，將因此，對輸入的二進制序列應該先分組，將每兩個比特編為一組，然后用四種不同的每兩個比特編為一組，然后用四種不同的載波相位去表征他們。載波相位去表征他們。53l如果輸入的二進制數(shù)字信

16、息序列為如果輸入的二進制數(shù)字信息序列為1001001110.,則可將它們分成則可將它們分成10，01，00，11，.由于每個載波相位代表兩個比特信由于每個載波相位代表兩個比特信息，所以每個四進制碼元又被稱作雙比特息，所以每個四進制碼元又被稱作雙比特碼元，我們把組成雙比特碼元的前一個信碼元，我們把組成雙比特碼元的前一個信息比特用息比特用a表示，后一個信息用表示，后一個信息用b表示，雙表示，雙比特碼元中兩個信息比特比特碼元中兩個信息比特ab通常按格雷碼通常按格雷碼排列。排列。54格雷碼（RBC)l格雷碼是一種循環(huán)碼，第一次循環(huán)的碼元格雷碼是一種循環(huán)碼，第一次循環(huán)的碼元因子是因子是(0110),第二

17、次循環(huán)的碼元因子是第二次循環(huán)的碼元因子是(00111100),第三次循環(huán)的碼元因子是第三次循環(huán)的碼元因子是(0000111111110000),以此類推。以此類推。55雙比特碼元與載波相位的關系56QPSK的波形l輸入二進制序列輸入二進制序列0001101157QPSK的產(chǎn)生58QPSK的解調(diào)59習題l設發(fā)送數(shù)字信息序列為設發(fā)送數(shù)字信息序列為01011000110100，畫出相應的畫出相應的4PSK信號的所有可能波形。信號的所有可能波形。60l設一個設一個2FSK傳輸系統(tǒng)的兩個載頻分別等于傳輸系統(tǒng)的兩個載頻分別等于10 MHz和和10.4 MHz，碼元傳輸速率為，碼元傳輸速率為 Bd，接收端解調(diào)器輸入信號的峰值振幅接收端解調(diào)器輸入信號的峰值振幅，加性高斯白噪聲的單邊功率譜密度，加性高斯白噪聲的單邊功率譜密度 W/Hz 。試求：。試求：采用非相干解調(diào)（包絡檢波）時的誤碼率；采用非相干解調(diào)（包絡檢波）時的誤碼率；6102 V 40A180106n61（1） 2FSK信號采用非相干解調(diào)時的誤碼率。信號采用非相干解調(diào)時的誤碼率。信號帶寬為信號帶寬為 因此因此 221re