第六章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)ppt課件

1、第六章第六章 正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)n6.1 引言引言n6.2 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理n6.3 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n6.4 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n6.5 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)n6.6 改進(jìn)的數(shù)字調(diào)制方式改進(jìn)的數(shù)字調(diào)制方式6.1 引言引言正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)的傳輸方式數(shù)字信號(hào)的傳輸方式基帶傳輸基帶傳輸 頻帶傳輸頻帶傳輸 調(diào)制的功能：調(diào)制的功能： 使信號(hào)更適合于信道傳輸。使信號(hào)更適合于信道傳輸。 實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用提高通信系統(tǒng)的有效性。實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用提高

2、通信系統(tǒng)的有效性。 提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力提高通信系統(tǒng)的可靠性。提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力提高通信系統(tǒng)的可靠性。數(shù)字調(diào)制的三種數(shù)字調(diào)制的三種最簡(jiǎn)單最基本方式最簡(jiǎn)單最基本方式 2ASK2FSK2PSK/2DPSK MASKMFSKMPSK/MDPSK 改進(jìn)型改進(jìn)型 擴(kuò)展擴(kuò)展頻帶傳輸：可實(shí)現(xiàn)信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸。傳輸信道是高頻帶通型。頻帶傳輸：可實(shí)現(xiàn)信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸。傳輸信道是高頻帶通型。 傳輸必須經(jīng)過(guò)數(shù)字調(diào)制，將編碼波形的功率譜經(jīng)傳輸必須經(jīng)過(guò)數(shù)字調(diào)制，將編碼波形的功率譜經(jīng) 數(shù)字調(diào)制變換到信道傳輸頻帶內(nèi)。數(shù)字調(diào)制變換到信道傳輸頻帶內(nèi)。信源格式化信源格式化信源編碼信源編碼信道編碼信道編碼擾碼加密擾碼加密多路

3、復(fù)用多路復(fù)用數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制擴(kuò)頻調(diào)制擴(kuò)頻調(diào)制多址連接多址連接發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備信道信道噪聲源噪聲源接收設(shè)備接收設(shè)備多址連接多址連接受信者受信者信源譯碼信源譯碼信道譯碼信道譯碼解擾解密解擾解密解復(fù)用解復(fù)用數(shù)字解調(diào)數(shù)字解調(diào)擴(kuò)頻解調(diào)擴(kuò)頻解調(diào)數(shù)學(xué)調(diào)制系統(tǒng)數(shù)學(xué)調(diào)制系統(tǒng)1 0 1 1 0 1t1 0 1 1 0 1t數(shù)學(xué)調(diào)制系統(tǒng)數(shù)學(xué)調(diào)制系統(tǒng)6.2 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理6.2.1 二進(jìn)制振幅鍵控二進(jìn)制振幅鍵控 2ASK1.信號(hào)定義及表示信號(hào)定義及表示 定義：用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)控制正弦載波的振幅，定義：用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)控制正弦載波的振幅， 使其一一對(duì)應(yīng)變換。使其一一對(duì)應(yīng)變換。 “1” AC

4、OSct=e1(t) “0” 0COSct=e2(t) 1 1 0 1 0 0 1 1 1 t2ASK信號(hào)表示為：信號(hào)表示為： e2ASK(t)= S(t)COSct其中其中S(t)是單極性不歸零矩形脈沖信號(hào)。是單極性不歸零矩形脈沖信號(hào)。2ASK信號(hào)的平均功率為當(dāng)信號(hào)的平均功率為當(dāng)“0”“1等概時(shí)）：等概時(shí)）： PA2/42ASK信號(hào)的互相關(guān)系數(shù)信號(hào)的互相關(guān)系數(shù) 兩個(gè)碼元波形兩個(gè)碼元波形e1(t)、e2(t)的互相關(guān)系數(shù)的互相關(guān)系數(shù) ST1202212e (t)e (t)dt0 e (t)0,E0E E 信號(hào)波形互相關(guān)系數(shù)的物理意義：信號(hào)波形互相關(guān)系數(shù)的物理意義：描述信號(hào)波形的相似程度。描述信

5、號(hào)波形的相似程度。101 兩個(gè)波形完全相關(guān)。兩個(gè)波形完全相關(guān)。 兩個(gè)波形不相關(guān)或兩個(gè)波形是正交的。兩個(gè)波形不相關(guān)或兩個(gè)波形是正交的。 兩個(gè)波形不相關(guān)且極性相反或兩個(gè)波形超正交。兩個(gè)波形不相關(guān)且極性相反或兩個(gè)波形超正交。 ccosts(t)2ASKe(t)模擬調(diào)制法原理框圖模擬調(diào)制法原理框圖2.調(diào)制方式調(diào)制方式與與門門多諧振蕩器多諧振蕩器c帶通濾波器帶通濾波器c2ASKBs(t)2ASKe(t)鍵控法原理框圖鍵控法原理框圖3.3.解調(diào)方式非相干檢測(cè)、同步檢測(cè)）解調(diào)方式非相干檢測(cè)、同步檢測(cè)）帶通濾波器帶通濾波器c2ASKB半波或全波整流半波或全波整流低通濾波器低通濾波器抽樣抽樣 判決判決 再生再生

6、s(t)e(t)2ASK 1 1 0 1 0 0 1 1 1 ttt 1 1 0 1 0 0 1 1 1 t帶通濾波器帶通濾波器c2ASKB低通濾波器低通濾波器抽樣抽樣 判決判決 再生再生s(t)e(t)2ASKccost同步檢測(cè)原理框圖同步檢測(cè)原理框圖3.3.解調(diào)方式非相干檢測(cè)、同步檢測(cè)）解調(diào)方式非相干檢測(cè)、同步檢測(cè)）ccc1s(t)21s(t)costcosts(t)cos2t2解調(diào)原理解調(diào)原理4. 2ASK信號(hào)的頻譜特性信號(hào)的頻譜特性ccosts(t)2ASKe(t)模擬調(diào)制法原理框圖模擬調(diào)制法原理框圖ccostiP ( )oP ( )oiicc1P ( )P ()P ()4 S(t)是

7、單極性不歸零矩形脈沖信號(hào)是單極性不歸零矩形脈沖信號(hào),它的功率譜特性它的功率譜特性 為為 SP (f)SSS2T1P (f)SaT f(f)442ASK信號(hào)的功率譜特性信號(hào)的功率譜特性 為為EP (f)SESS22ccccTP (f)SaTffSaTff161 ffff16 fcfScffScffS2fEP (f)0SESS22ccccTP (f)SaTffSaTff161 ffff166.2.2 二進(jìn)制頻率鍵控二進(jìn)制頻率鍵控 2FSK1.信號(hào)定義及表示信號(hào)定義及表示 定義：用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)控制正弦載波的頻率，定義：用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)控制正弦載波的頻率， 使其一一對(duì)應(yīng)變換。使其一一對(duì)應(yīng)變換

8、。 “1” ACOS1t = e1(t) “0” ACOS2t = e2(t)如果二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)如果二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)S(t)是單極性不歸零矩形脈沖信號(hào)，是單極性不歸零矩形脈沖信號(hào)，2FSK信號(hào)可以表示為信號(hào)可以表示為2FSK12e(t)s(t)costs(t)cost 2FSK信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)2ASK信號(hào)之和。信號(hào)之和。 1 1 0 1 0 0 1 1 1 t2. FSK信號(hào)的功率譜密度函數(shù)信號(hào)的功率譜密度函數(shù)SESSSSS222211112222TP (f)SaTffSaTff161 ffff16T SaTffSaTff161 ffff16fS2 fEP(f )01fS2f

9、fS2ff2fS1ffS1ffFSK信號(hào)的頻帶寬度信號(hào)的頻帶寬度f(wàn)EP (f)0S2f2fS2ffS2ff1fS1ffS1ff1S2Bff2foffofSo1fffSo2fffa曲線曲線fofSo1ff0.4fSo2ff0.4fb曲線曲線2FSK信號(hào)的互相關(guān)系數(shù)信號(hào)的互相關(guān)系數(shù) SST1201221SSS21S12ST01212ccA costA costdt e (t)e ( E Esin2ffTsin4 f T2T2ffTt)dtE4 f T0E 兩個(gè)碼元波形的互相關(guān)系數(shù)兩個(gè)碼元波形的互相關(guān)系數(shù) 21Skff2Tk0的正整數(shù)的正整數(shù)1212SbbEEE2EA =A =A =Tn0,1的正整

10、數(shù)的正整數(shù)21CSffnf24T假設(shè)假設(shè)2. 調(diào)制方式調(diào)制方式與非門與非門反相器反相器BPF多諧振蕩器多諧振蕩器f1多諧振蕩器多諧振蕩器f2與非門與非門與非門與非門S(t)e2fsk(t) 模擬模擬FM器器S(t)e2fsk(t) 多諧振蕩器多諧振蕩器f可變分頻器可變分頻器 N BPFS(t)“1”N1 “0”N2 e2fsk(t) f/N1=f1 f/N2=f2 3. 解調(diào)方式解調(diào)方式（包絡(luò)檢波、同步檢測(cè)、過(guò)零檢測(cè)、差分檢測(cè)）（包絡(luò)檢波、同步檢測(cè)、過(guò)零檢測(cè)、差分檢測(cè)） BPF低通濾波器低通濾波器s(t)1cost1fBPF低通濾波器低通濾波器抽樣抽樣 判決判決 再生再生2f2costBPF1

11、2ff2o2FSKe(t)過(guò)零檢測(cè)過(guò)零檢測(cè) 1 0 1 0 t帶通帶通限幅限幅微微分分器器整整流流器器脈沖脈沖展寬展寬LPF抽樣抽樣判決判決再生再生e2fsk(t)S(t)tttt差分檢波法差分檢波法BPFLPF抽樣判決再生抽樣判決再生e2FSK(t)位同步信號(hào)位同步信號(hào)2FSK0e(t)Acos()t 0A cos()(t) 延遲器輸出信號(hào)為延遲器輸出信號(hào)為 12oo1 0 00Acos()t Acos()(t) 乘法器輸出乘法器輸出 0000022AcoAcos()t Acos()(t)s(Acos 2()t()22 00022VAcAoscossinsin2cos()2 設(shè)計(jì)使設(shè)計(jì)使02

12、, 1 2AV2 221,VA200,VA20 6.2.3 二進(jìn)制移相鍵控二進(jìn)制移相鍵控2PSK及二進(jìn)制差分移相鍵控及二進(jìn)制差分移相鍵控2DPSK1. 定義、信號(hào)表示及波形、互相關(guān)系數(shù)定義、信號(hào)表示及波形、互相關(guān)系數(shù)、信號(hào)平均功率。、信號(hào)平均功率。0 1 1 0Tst信號(hào)表示及波形信號(hào)表示及波形: :一一.二進(jìn)制移相鍵控二進(jìn)制移相鍵控2PSK2PSKccccccnnAcos(t0)Acost 0e(t)S(t)cosAcos(t)Acost 1 Acos(t) 0; . 定義：定義：2PSK是用已調(diào)信號(hào)相位相對(duì)未調(diào)載波相位的變化來(lái)表示是用已調(diào)信號(hào)相位相對(duì)未調(diào)載波相位的變化來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信

13、號(hào)。二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)。Tscc02Tsc01A costA cost dtEATs cos2tdtE21 信號(hào)的互相關(guān)系數(shù)信號(hào)的互相關(guān)系數(shù):2AE2Ts信號(hào)平均功率信號(hào)平均功率: :2. 調(diào)制方式、解調(diào)方式相干解調(diào)）調(diào)制方式、解調(diào)方式相干解調(diào)） S(t)e e2psk2psk(t)(t)ccost多諧振蕩器多諧振蕩器反相器反相器數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)選選擇擇器器BPFe2psk(t) 2fsS(t)c調(diào)制原理框圖調(diào)制原理框圖LPFfs 抽樣抽樣判決判決位同步位同步恢復(fù)恢復(fù)S(t)e e2psk2psk(t)(t)ccost解調(diào)原理框圖解調(diào)原理框圖3. 2PSK解調(diào)存在的倒解調(diào)存在的倒現(xiàn)象現(xiàn)象(相位模糊現(xiàn)象

14、相位模糊現(xiàn)象)正常解調(diào)正常解調(diào)二進(jìn)制差分移相鍵控二進(jìn)制差分移相鍵控 2DPSK可解決倒可解決倒問(wèn)題。問(wèn)題。倒倒現(xiàn)象現(xiàn)象2PSKcnncnnnccn0 0e(t)cos(t) 111cos(t)coscos(2t)221 021cos12 1ost2c cnnccn1cos(t1cos)cos(t)cos 2)22(t 判決準(zhǔn)則：判決準(zhǔn)則：抽樣值抽樣值=0, 判：判：“0” 抽樣值抽樣值0, 判：判：“1”1.1.定義：利用相鄰碼元的正弦載波相位差定義：利用相鄰碼元的正弦載波相位差表示數(shù)字信息。表示數(shù)字信息。絕對(duì)碼絕對(duì)碼an“0”an“1”相鄰碼元對(duì)應(yīng)的相鄰碼元對(duì)應(yīng)的正弦載波相位差正弦載波相位差

15、0 0nnn-1 n-1 二二. .二進(jìn)制差分移相鍵控二進(jìn)制差分移相鍵控 2DPSK2DPSKbn 0 0 1 0 1 1 0 an 0 1 1 1 0 1Tst波形：波形：調(diào)制過(guò)程：調(diào)制過(guò)程： anbn2PSK2DPSKbnce(t)S(t)cost信號(hào)表示：信號(hào)表示：存在倒存在倒問(wèn)題問(wèn)題消除倒消除倒問(wèn)題問(wèn)題解調(diào)過(guò)程：解調(diào)過(guò)程： 2DPSK bn an2DPSK調(diào)制方式調(diào)制方式S(t)多諧振蕩器多諧振蕩器反相器反相器數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)選選擇擇器器BPF2fs差分差分編碼編碼e2Dpsk(t)c 差分差分編碼編碼 S(t)e2Dpsk(t)ccost2DPSK解調(diào)方式同步檢測(cè)、差分相干檢測(cè)）解調(diào)方式同步

16、檢測(cè)、差分相干檢測(cè)）LPFfs抽樣抽樣判決判決位同步位同步恢復(fù)恢復(fù)S(t)差分差分譯碼譯碼e2Dpsk(t)ccostLPFfs抽樣抽樣判決判決位同步位同步恢復(fù)恢復(fù)S(t)e2Dpsk(t)延遲延遲TsBPF差分相干檢測(cè)分析差分相干檢測(cè)分析S(t)e2Dpsk(t)LPFfs抽樣抽樣判決判決位同步位同步恢復(fù)恢復(fù)延遲延遲TsLPF輸出輸出任意碼元周期任意碼元周期2DPSK信號(hào)信號(hào) ckcost 延遲器輸出延遲器輸出 ck 1cost 乘法器輸出乘法器輸出 kckk 1k11c1octs2o2s 2 抽樣判決值抽樣判決值 kk 111cos0122cos112cos0022 判決為判決為“1”判決

17、為判決為“0”BPF如果如果P=1/2, 2PSK、2DPSK頻譜相同頻譜相同2PSK、 2DPSK信號(hào)頻譜信號(hào)頻譜2PSKce(t)S(t)cost22scscsTsP(f)Sa T (ff )Sa T (ff )4B2f0ffc2fs-fc2fsP(f)6.3 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)的抗噪聲性能本本節(jié)節(jié)對(duì)對(duì)下下列列系系統(tǒng)統(tǒng)的的抗抗噪噪聲聲性性能能進(jìn)進(jìn)行行了了分分析析 2 2A AS SK K 系系統(tǒng)統(tǒng)包包絡(luò)絡(luò)檢檢波波的的抗抗噪噪聲聲性性能能 2 2A AS SK K 系系統(tǒng)統(tǒng)同同步步檢檢測(cè)測(cè)的的抗抗噪噪聲聲性性能能 2 2F FS SK K 系系統(tǒng)統(tǒng)包包絡(luò)絡(luò)檢檢波

18、波的的抗抗噪噪聲聲性性能能 2 2F FS SK K 系系統(tǒng)統(tǒng)同同步步檢檢測(cè)測(cè)的的抗抗噪噪聲聲性性能能 2 2P PS SK K 系系統(tǒng)統(tǒng)同同步步檢檢測(cè)測(cè)的的抗抗噪噪聲聲性性能能 2 2D DP PS SK K 系系統(tǒng)統(tǒng)同同步步檢檢測(cè)測(cè)的的抗抗噪噪聲聲性性能能 2 2D DP PS SK K 系系統(tǒng)統(tǒng)差差分分檢檢測(cè)測(cè)的的抗抗噪噪聲聲性性能能 6.3 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)的抗噪聲性能分析方法：分析方法： 1. 建立模型分析解調(diào)過(guò)程建立模型分析解調(diào)過(guò)程 模型；解調(diào)器輸出端信號(hào)加噪聲關(guān)系式；抽樣判決準(zhǔn)則；模型；解調(diào)器輸出端信號(hào)加噪聲關(guān)系式；抽樣判決準(zhǔn)則； 分析誤碼情況和概

19、率表示分析誤碼情況和概率表示Pe = P(1)P(0/1)+P(0)P(1/0) 2. 信號(hào)加噪聲的一維概率密度函數(shù)信號(hào)加噪聲的一維概率密度函數(shù) f1(x) ;f0(x) 3. 求錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)移概率求錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)移概率 10(0/1)( ) , P(1/0)=( )bbPfx dxfx dx 4.誤碼率誤碼率 Pe 及結(jié)論及結(jié)論 6.3.1 2ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能2222( )cos( )cos( )sin ( )( )cos() 1( )( )cos( )sin ( )( )cos() 0cccsccscccsccscY tatnttnttantnttY tnttnttntntt2

20、ASK調(diào)制調(diào)制高斯高斯信道信道BPFB=2fs包絡(luò)包絡(luò)檢波檢波抽樣抽樣判決判決一一.非相干解調(diào)非相干解調(diào)1建立模型分析解調(diào)過(guò)程建立模型分析解調(diào)過(guò)程Y(t)V(t)Pe2. 抽樣時(shí)刻信號(hào)加噪聲的一維概率密度函數(shù)抽樣時(shí)刻信號(hào)加噪聲的一維概率密度函數(shù)f1(V)，f0(V) 發(fā)發(fā)1時(shí)，時(shí)，正弦信號(hào)加窄帶高斯過(guò)程的包絡(luò)正弦信號(hào)加窄帶高斯過(guò)程的包絡(luò)V(t)服從廣義瑞利分布。服從廣義瑞利分布。發(fā)發(fā)0時(shí)，窄帶高斯過(guò)程的包絡(luò)時(shí)，窄帶高斯過(guò)程的包絡(luò)V(t)服從瑞利分布。服從瑞利分布。2n其中：其中：V 解調(diào)器輸出信號(hào)解調(diào)器輸出信號(hào)(信號(hào)加噪聲信號(hào)加噪聲)a 解調(diào)器輸入信號(hào)幅度解調(diào)器輸入信號(hào)幅度 零均值窄帶高斯過(guò)程

21、的平均功率零均值窄帶高斯過(guò)程的平均功率I0() 零階修正貝塞爾函數(shù)零階修正貝塞爾函數(shù)2222( )( )( ) ( )()exp102222VaVVaV ta n tn tf VIcsnnn222( )e22( )xp02( )( )nVVf VnV tn tn tcs)22( )()exp (102222VaVVaf VInnnV02()exp()2202VVfVnn誤碼率誤碼率Pe=P(1)P(0/1)+P(0)P(1/0)=P(1)P(Vb)+P(0)P(Vb) Pe=P(1)P(0/1)+P(0)P(1/0)=P(1)P(V1大輸入信噪比，最佳判決門限大輸入信噪比，最佳判決門限ba/2

22、,二二. 2ASK系統(tǒng)采用相干解調(diào)的抗噪聲性能系統(tǒng)采用相干解調(diào)的抗噪聲性能 21( ),1xerfc xex6.3.2 2FSK系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能1 建立模型分析解調(diào)過(guò)程建立模型分析解調(diào)過(guò)程 載波載波 恢復(fù)恢復(fù) Y1(t) X1(t) Pe Y2(t) X2(t) 位同步恢復(fù)位同步恢復(fù) 載波載波 恢復(fù)恢復(fù) 假設(shè)在任意假設(shè)在任意 Ts 發(fā)“發(fā)“1” ，有” ，有 11111122222( )cos( )cos( )sin( )( )cos( )sincscsY tatnttnttY tnttntt BPF f1,2fs 相干相干 解調(diào)解調(diào) 抽樣判決抽樣判決 BPF f2,2fs 相

23、干相干 解調(diào)解調(diào) X1(t) X2(t) 判“判“1” X1(t) X2(t) 判“判“0” 假設(shè)在任意假設(shè)在任意 Ts 發(fā)“發(fā)“1” ，有” ，有 11111122222( )cos( )cos( )sin( )( )cos( )sincscsY tatnttnttY tnttntt 相干解調(diào)輸出有相干解調(diào)輸出有 1122( )( )( )( )ccx tantx tnt 如果抽樣值有如果抽樣值有x1x2, 判決“判決“1” ，則正確接收?！?，則正確接收。 但如果抽樣值有但如果抽樣值有x1x2, 判決“判決“0” ，則錯(cuò)誤接收?！?，則錯(cuò)誤接收。 誤“誤“1”的概率為”的概率為 P(1,0

24、)=P(1)P(0/1)=P(1)P(x1x2) P(1/0)P(0/1)2. 信號(hào)加噪聲的一維概率密度函數(shù)信號(hào)加噪聲的一維概率密度函數(shù)01212-PeP(x x )=P(x -x 0)=P(z0)Pef(z)f(z)dz= X1是均值為是均值為 a，方差為，方差為n n2 2的高斯隨機(jī)變量。的高斯隨機(jī)變量。 X2是均值為是均值為 0，方差為，方差為n n2 2的高斯隨機(jī)變量。的高斯隨機(jī)變量。 令令 Z=X1X2，Z 是均值為是均值為 a，方差為，方差為z z2 2的高斯隨機(jī)變量。的高斯隨機(jī)變量。 21222112222222()( )( ) ( )2( )( )( ) 2znnncccccc

25、zantntntnt ntnt Z 是均值為是均值為 a，方差為，方差為z z2 2的高斯隨機(jī)變量。的高斯隨機(jī)變量。 Z 的一維概率密度函數(shù)為的一維概率密度函數(shù)為 22()21( )2z azzf ze 0 a z 3. 求錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)移概率求錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)移概率z0022znn2202u-azzz2(z-a)-2zz-P(z0)=f(z)dz=1-f(z)dz=1-z-a (u= dz= 2 du,)2 1edz2-a121eduerfc() 222 =1-=1-a( =2 r=)21 =erfc 2 ( r 2) 0-P(z0)=f(z)dzPe 4. 2FSK系統(tǒng)相干解調(diào)的誤碼率及結(jié)論系統(tǒng)相干解調(diào)

26、的誤碼率及結(jié)論三三. 二進(jìn)制差分移相鍵控采用差分檢測(cè)時(shí)系統(tǒng)抗噪聲性能二進(jìn)制差分移相鍵控采用差分檢測(cè)時(shí)系統(tǒng)抗噪聲性能 1. 建立模型分析解調(diào)過(guò)程建立模型分析解調(diào)過(guò)程 CKcos(t) X00X01 CK 1cos(t) KK 11Xcos()2 DPSK 調(diào)制調(diào)制 高斯高斯 信道信道 BPF fc, 2fs LPF fs 抽樣抽樣 判決判決 Ts 假設(shè)：前后兩個(gè)符號(hào)均為假設(shè)：前后兩個(gè)符號(hào)均為“0”111212222222cscsssss2annnnnn1X()()()() 8nn 均值為均值為 0,方差為方差為 2n2的高斯變量。的高斯變量。 均值為均值為 2a,方差為方差為 2n2的高斯變量。

27、的高斯變量。 如果當(dāng)前發(fā)“如果當(dāng)前發(fā)“0” ，而” ，而 xd,|d,就可能判錯(cuò)。就可能判錯(cuò)。 e213P(1)erfc(r)LL1r ，erfc ( ) , Pe 。L ，erfc ( ) , Pe 。對(duì)于不同的對(duì)于不同的L值，要保持相同值，要保持相同Pe，要大致以，要大致以 的倍率增大的倍率增大r。 如：如：4電平系統(tǒng)與電平系統(tǒng)與2電平系統(tǒng)有相同的電平系統(tǒng)有相同的Pe時(shí)，時(shí)，4電平系統(tǒng)信噪比是電平系統(tǒng)信噪比是 2電平系統(tǒng)信噪比的電平系統(tǒng)信噪比的5倍倍(7db)左右。左右。 如：如：16電平系統(tǒng)與電平系統(tǒng)與2電平系統(tǒng)有相同的電平系統(tǒng)有相同的Pe時(shí)，時(shí)，16電平系統(tǒng)信噪比是電平系統(tǒng)信噪比是 2

28、電平系統(tǒng)信噪比的電平系統(tǒng)信噪比的85倍倍(19.3db)左右。左右。2L1 /35 10 15 20 25 30 35r(db)Pe 11011021031041051064 8 166.5.3 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制的原理及抗噪聲性能多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制的原理及抗噪聲性能1 MPSK 基本原理基本原理 定義：用多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)定義：用多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)(多進(jìn)制碼波形多進(jìn)制碼波形)控制載波的相位，控制載波的相位，使其一一對(duì)應(yīng)變化。使其一一對(duì)應(yīng)變化。 MPSK 信號(hào)為信號(hào)為 KKKKKoMPSKckcckkcckke(t)g(tkTs)cos(t)g(tkTs)coscostg(tkTs)( sin

29、)sinta g(tkTs)costb g(tkTs)sint （相對(duì)于載波）（相對(duì)于載波）. MPSK 信號(hào)是幅度恒定相位受控的正弦型信號(hào)。信號(hào)是幅度恒定相位受控的正弦型信號(hào)。 信號(hào)的矢量圖為信號(hào)的矢量圖為 將將 2 2等分成等分成 M M 分分 k2(k1)M 每一矢量對(duì)應(yīng)一個(gè)多進(jìn)制碼元每一矢量對(duì)應(yīng)一個(gè)多進(jìn)制碼元. . MPSK 信號(hào)可以用兩個(gè)正交信號(hào)可以用兩個(gè)正交 正弦型信號(hào)，正弦型信號(hào)， cccccost , sint, cos(t ) cos(t ) 44 分別與多值波分別與多值波 KKkka g(tkTs) b g(tkTs) 相乘再相加構(gòu)成。相乘再相加構(gòu)成。 0000010100

30、111001011101112. 四相絕對(duì)移相鍵控四相絕對(duì)移相鍵控(4PSK， QPSK)4 進(jìn)制碼元與載波受控相位的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)制碼元與載波受控相位的對(duì)應(yīng)關(guān)系 載波受控相位載波受控相位K K 雙比雙比特格特格 雷碼雷碼 A 方式方式(/ /2)體系體系 B 方式方式(/ /4)體系體系 四四進(jìn)進(jìn) 制制數(shù)數(shù) a b 1# 2# 3# 4# 1# 2# 3# 4# 0 0 0 0 0 2 4 34 54 74 1 0 1 2 32 32 34 54 74 4 2 1 1 32 0 54 74 4 34 3 1 0 32 2 0 2 74 4 34 54 對(duì)于對(duì)于/4 體系，體系，4PSK 信號(hào)為信

31、號(hào)為 kkkkknnnnne (t)g(tnTs)cos(t)ocg(tnTs)costg(tnTs)()sintccg(tnTs)cossinabcostg(tnTs)sintcc k 4 34 54 74 kcos 22 22 22 22 ksin 22 22 22 22 等效數(shù)據(jù)等效數(shù)據(jù)分別是絕對(duì)值相等的兩種狀態(tài)，即雙極性信號(hào)。分別是絕對(duì)值相等的兩種狀態(tài)，即雙極性信號(hào)。 eo(t)是兩個(gè)正交矢量的和是兩個(gè)正交矢量的和。 4PSK 調(diào)制方式：調(diào)制方式：模擬法模擬法。數(shù)字相位選擇法。數(shù)字相位選擇法。 4PSK(/ /4 體系體系 2# #)調(diào)制調(diào)制 “00” “0” “10” “ak” “0

32、” “1” costc “01” “1” “11” eo(t)是兩個(gè)正交矢量是兩個(gè)正交矢量和。和。 sintc “bk” 串串/ /并并 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 單單/ /雙極雙極 性轉(zhuǎn)換性轉(zhuǎn)換 單單/ /雙極雙極 性轉(zhuǎn)換性轉(zhuǎn)換 2 4PSK 解解調(diào)調(diào)(/4 體體系系 2# #) 樣樣值值0 判判“1” Ya Xa 樣樣值值0 判判“0” costc “a” Yi 位位同同步步 sintc “b” Yb Xb ikkkkkkkkb357YAcos(t), (ab10),(00),(01),(11)c4444Ya(A/2)cos(A/2)cos(2t)cYb(A/2)sin(A/2)sin(2t)cXa(A/

33、2)cos, X(A/2)sin BPF 抽抽 樣樣 判判 決決 LPF LPF 串串/并并轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換 2抽抽 樣樣 判判 決決 3. 四相差分移相鍵控四相差分移相鍵控4DPSK 信號(hào)是利用已調(diào)信號(hào)相位差信號(hào)是利用已調(diào)信號(hào)相位差k 表示表示 4 進(jìn)制數(shù)字符號(hào)。進(jìn)制數(shù)字符號(hào)。 當(dāng)前碼元載波相位與前一碼元當(dāng)前碼元載波相位與前一碼元載波相位差載波相位差 4 進(jìn)制進(jìn)制 絕對(duì)碼絕對(duì)碼 4 進(jìn)制進(jìn)制 雙比特碼雙比特碼 格雷碼格雷碼 1# # 2# # 0 00 0 0 1 01 2 32 2 11 3 10 32 2 4進(jìn)差分編譯關(guān)系進(jìn)差分編譯關(guān)系4 進(jìn)制絕對(duì)碼進(jìn)制絕對(duì)碼 Xn、4 進(jìn)制差分碼進(jìn)制差分碼 Y

34、n，4 進(jìn)差分編譯進(jìn)差分編譯 nnn 1 mod4nnn 1 mod4y(xy) x(yy) 4 進(jìn)制差分雙比特格雷碼編譯。設(shè)：進(jìn)制差分雙比特格雷碼編譯。設(shè)：Xn(an bn), Yn(cn dn) 當(dāng)當(dāng)n 1n 1n 1n 1c d0 c d1 nnn 1nnn 1nnn 1nnn 1ca c cbcdbd da d nnn 1nnn 1nnn 1nnn 1ac c addbdd bc c 4 進(jìn)雙比特格雷碼差分編譯關(guān)系進(jìn)雙比特格雷碼差分編譯關(guān)系 an an bn cn cn-1 dn=1 bn bn an dn Ts Ts 4DPSK調(diào)制與解調(diào)方法調(diào)制與解調(diào)方法4DPSK調(diào)制方法調(diào)制方法差

35、分編加正交移相鍵控差分編加正交移相鍵控差分編加相位選擇法差分編加相位選擇法4DPSK解調(diào)方法解調(diào)方法極性比較法極性比較法相位比較法相位比較法4DPSK調(diào)制調(diào)制 “1” “0” cd“00” “0” “10” “0” “1” c cosct “01” “1” “11” a b e4Dpsk(t) d sinct 串串/ /并并 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 單單/ /雙極雙極 性轉(zhuǎn)換性轉(zhuǎn)換 單單/ /雙極雙極 性轉(zhuǎn)換性轉(zhuǎn)換 2 差分差分 編碼編碼 41#,2#cdk差分編加正交移相鍵控差分編加正交移相鍵控4DPSK解調(diào)解調(diào) cosK 抽樣值抽樣值0 判“判“1” 抽樣值抽樣值0 判 “判 “0” UA c cos(

36、ct+K) cosct a 位同步位同步 sinct b UB d sin(K) K UA UB c d yn a b xn 45o 1 0 3 225o 0 1 1 1 1 2 135o 0 0 0 1 0 3 315o 1 1 2 1 1 2 315o 1 1 2 0 0 0 BPF 抽樣判決抽樣判決 LPF LPF 并并/串串 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 2 抽樣判決抽樣判決 差分差分 譯碼譯碼 41# ,2 #k（極性比較法）（極性比較法）串串并并轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換4進(jìn)進(jìn)差差分分編編單單/雙雙/4/4單單/雙雙BPFLPF/4/4抽樣抽樣判決判決LPF抽樣抽樣判決判決差分譯差分譯并并串串轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換abcdabcda

37、b ab tcosctcosc4DPSK信號(hào)信號(hào)4DPSK信號(hào)信號(hào)01000101101101100cdk/1#/1#2“0” +“1” -0“0”0 “1”BPFLPF/4/4抽樣抽樣判決判決LPF抽樣抽樣判決判決并并串串轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換ab ab 4DPSK信號(hào)信號(hào)0“0”104 四分之一碼率的整數(shù)倍四分之一碼率的整數(shù)倍 所以所以 MSK 信號(hào)的信號(hào)的兩種狀態(tài)為兩種狀態(tài)為 kkfs1Acos2 (fc)t4fs0Acos2 (fc)t4 kk 1kk 1k 1k 1kk 1kk 1k 1kmod2aakTskTs2Ts2Tsk(aa )2k aa MSK信號(hào)在碼元切換點(diǎn)相位連續(xù)信號(hào)在碼元切換點(diǎn)相位

38、連續(xù)相位常數(shù)的選擇保證碼元切換點(diǎn)相位連續(xù)。相位常數(shù)的選擇保證碼元切換點(diǎn)相位連續(xù)。相位常數(shù)需滿足相位常數(shù)需滿足 k的初始相位為的初始相位為0相。所以相。所以k0; ak= ak-1附近相位函數(shù)附近相位函數(shù) 是直線方程是直線方程(t)kkka(t)tt2Ts2Ts022 232t Ts 3Ts 5Ts 7Ts 一組與解調(diào)原理有一組與解調(diào)原理有關(guān)的數(shù)據(jù)關(guān)的數(shù)據(jù)在在0, 2Ts區(qū)間區(qū)間當(dāng)數(shù)據(jù)為當(dāng)數(shù)據(jù)為11或或10，當(dāng)數(shù)據(jù)為當(dāng)數(shù)據(jù)為00或或01，0(t) (t)0 1 0 0 1 1 1 0 0 3. MSK信號(hào)的產(chǎn)生方法與解調(diào)方法信號(hào)的產(chǎn)生方法與解調(diào)方法kkkMSKckcccckkk( a coas(

39、t)cos(tt)2Tstcoscost2Tstsinsint2Tsttcoscocoss)stsinsint2TsQTI2 s ccMSKkkkkkkktt(t)coscostsinsint2Ts2TsIcos IQcos aQs kIkQ222 tcos4TsccostMSK(t)skctI coscost2TskctQ sinsint2TskkI , Q的產(chǎn)生方法：的產(chǎn)生方法：為奇數(shù)為奇數(shù)為奇數(shù)為奇數(shù)為偶數(shù)為偶數(shù) 和和 各自經(jīng)過(guò)各自經(jīng)過(guò)2Ts才可能改變極性，且交錯(cuò)才可能改變極性，且交錯(cuò)(k奇、奇、k偶偶)。kIkQkkkkkk 1kk-1kk 1kk-1k 1kk-1kk 1kk-1k 1kk-1kk 1kk-1Icos, Qa cos, aak aa kI aaII aa kQ aa QQ aa k 尋覓尋覓kkkkIa ; Qa或或 akak-1，且，且k為為偶數(shù)偶數(shù)或或 akak-1，且，且k為為奇數(shù)奇數(shù) 和和 與與 的這種關(guān)系，可以通過(guò)差分編、串的這種關(guān)系，可以通過(guò)差分編、串/并變換、并變換、延時(shí)延時(shí)Ts實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)。ka差分碼具有經(jīng)差分碼具有經(jīng)2Ts，假設(shè)假設(shè) 則反碼則反碼(反相反相)的特性。的特性。kk 1aa 也具