通信理論與系統(tǒng)

1、2ASK、2FSK與2PSK性能比較 通信理論與系統(tǒng)學(xué)生姓名： 石 安 偉 學(xué)生學(xué)號(hào)： 2 學(xué)生班級(jí)： 研 132 班 任課教師： 毛 雪 松 2ASK、2FSK與2PSK性能比較通信的目的是遠(yuǎn)距離傳遞信息，雖然基帶數(shù)字信號(hào)可以再傳輸距離不遠(yuǎn)的情況下直接傳送，但如果要遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，特別是在無(wú)線或光纖信道上傳輸時(shí)，則必須經(jīng)過(guò)調(diào)制將信號(hào)頻譜搬移到高頻處 才能在信道中傳輸。實(shí)際上,是把數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜搬移到載頻附近,形成數(shù)字頻帶調(diào)制信號(hào)。數(shù)字信號(hào)的傳輸如同模擬信號(hào)的傳輸一樣,也有三種基本的調(diào)制方式:幅度鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)和移相鍵控(PSK)。幅度鍵控(ASK)是用數(shù)字基帶信號(hào)單獨(dú)

2、控制載波的幅度,從而產(chǎn)生數(shù)字調(diào)制信號(hào);移頻鍵控(FSK)是用數(shù)字基帶信號(hào)單獨(dú)控制載波的頻率,從而產(chǎn)生數(shù)字調(diào)制信號(hào);移相鍵控(PSK)是用數(shù)字基帶信號(hào)單獨(dú)控制載波的相位,從而產(chǎn)生數(shù)字調(diào)制信號(hào)。調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制序列時(shí)的數(shù)字頻帶調(diào)制稱為二進(jìn)制數(shù)值調(diào)制。由于被調(diào)載波有幅度、頻率、相位三個(gè)獨(dú)立的可控參量，當(dāng)用二進(jìn)制信號(hào)分別調(diào)制這三種參量時(shí)，就形成了二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)、二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK）、二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)三種最基本的數(shù)字頻帶調(diào)制信號(hào)，而每種調(diào)制信號(hào)的受控參量只有兩種離散變換狀態(tài)。1、振幅鍵控2ASK二進(jìn)制ASK信號(hào)是利用載波幅度的變化表征被傳輸信息狀態(tài)的,被調(diào)載波的幅度隨二進(jìn)制信

3、號(hào)序列的1,0狀態(tài)變化,即用載波幅度的有無(wú)來(lái)代表傳1或0。通常又稱其為通斷鍵控(00K)信號(hào)。二進(jìn)制幅度調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生如圖3-1所示，a表示模擬法，b表示鍵控法。二進(jìn)制ASK信號(hào)可用下式描述:式中,對(duì)于單極性基帶信號(hào)取值為1或者0,對(duì)于雙極性基帶信號(hào)取為土 1。多進(jìn)制數(shù)字調(diào)幅(MASK)是二進(jìn)制2ASK的推廣,是用M進(jìn)制基帶信號(hào)去調(diào)制載波形成。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為-MASK信號(hào)有與2ASK信號(hào)完全相同的功率譜結(jié)構(gòu),其譜零點(diǎn)帶寬是M電平基帶信號(hào)的符號(hào)速率的2倍。2ASK系統(tǒng)的解調(diào)方法：相干解調(diào)（同頻同相相乘）BPF:保證信號(hào)順利通過(guò)，濾除帶外噪聲；LPF：平滑信號(hào)。非相干解調(diào)（包絡(luò)檢測(cè)）2ASK在MA

4、TLAB下的仿真如圖所示：2、移頻鍵控FSK移頻鍵控是用不同頻率的載波來(lái)傳遞數(shù)字信息的。二進(jìn)制移頻鍵控是用兩個(gè)不同頻率的載波來(lái)代表數(shù)字信號(hào)中的兩個(gè)電平,即傳“1”時(shí),發(fā)送頻率為fl的余弦信號(hào);表示空號(hào)“0”時(shí),則發(fā)送頻率為f2的余弦信號(hào),二進(jìn)制頻率調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生如圖3-1所示，a表示模擬法，b表示鍵控法。 2FSK可表示為：對(duì)于二進(jìn)制和多進(jìn)制的FSK信號(hào)可統(tǒng)一表示為：式中,M進(jìn)制對(duì)應(yīng)有M種頻率, 可能有M種不同相位,本文采用相同的相位值。2FSK的解調(diào)方式有：相干檢測(cè)法：一路2FSK視為兩路2ASK信號(hào)的合成。包絡(luò)檢波法：一路2FSK視為兩路2ASK信號(hào)的合成。鑒頻法：模擬法、FM解調(diào)。過(guò)零檢

5、測(cè)法：2FSK特有。單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)經(jīng)過(guò)零點(diǎn)的次數(shù)多少，可以用來(lái)衡量頻率的高低。差分檢波法：差分相干的方法。但本地載波來(lái)自輸入信號(hào)本身的延遲。2FSK在MATLAB下的仿真如圖所示：3、移相鍵控PSK移相鍵控有兩種方式:一種是絕對(duì)移相鍵控,即PSK,它是利用載波的不同相位直接表示基帶信號(hào)的方式;另一種是相對(duì)移相鍵控,即DPSK,它是利用前后碼元載波的相位變化來(lái)表示數(shù)字信息,故又稱為差分移相。PSK信號(hào)一般表達(dá)式為：將上式展開(kāi)后可得到因此，PSK信號(hào)等效于正交雙邊帶調(diào)制。2PSK只可相干解調(diào)，不可包檢。2PSK在MATLAB下的仿真如圖所示：4、二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較1） 誤碼率&

6、#160;  在數(shù)字通信中，誤碼率是衡量數(shù)字通信系統(tǒng)最重要性能指標(biāo)之一。表列出了各種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)誤碼率公式。名稱2PSK2FSK2SAK相干檢測(cè)相干檢測(cè)(r>>1)非相干檢測(cè)帶寬備注應(yīng)用這些公式時(shí)要注意的一般條件是：接收機(jī)輸入端出現(xiàn)的噪聲是均值為0的高斯白噪聲；未考慮碼間串?dāng)_的影響；采用瞬時(shí)抽樣判決；要注意的特殊條件已在表的備注中注明。表中所有計(jì)算誤碼率的公式都僅是的函數(shù)。式中，是解調(diào)器輸入端的信號(hào)噪聲功率比。對(duì)二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能做如下兩個(gè)方面的比較：（1）同一調(diào)制方式不同檢測(cè)方法的比較 對(duì)表做縱向比較，可以看出，對(duì)于同一調(diào)制方式不同檢測(cè)方法，

7、相干檢測(cè)的抗噪聲性能優(yōu)于非相干檢測(cè)。但是，隨著信噪比的增大，相干與非相干誤碼性能的相對(duì)差別越不明顯。另外，相干檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備比非相干的要復(fù)雜。（2）同一檢測(cè)方法不同調(diào)制方式的比較 對(duì)表5-1做橫向比較，可以看出： 1）相干檢測(cè)時(shí)，在相同誤碼率條件下，對(duì)信噪比的要求是：2PSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB； 2）非相干檢測(cè)時(shí)，在相同誤碼率條件下，對(duì)信噪比的要求是：2DPSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB。  反過(guò)來(lái)，若信噪比一定，2PSK系統(tǒng)的誤碼率低于2FSK系統(tǒng)，2FSK系統(tǒng)的誤碼率低于2ASK系統(tǒng)。 因此，從抗加性白噪聲上講，相干2PS

8、K性能最好，2FSK次之，2ASK最差。2） 頻帶寬度     各種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的頻帶寬度也示于表5-1中，其中為傳輸碼元的時(shí)間寬度。 從表可以看出，2ASK系統(tǒng)和2PSK（2DPSK）系統(tǒng)頻帶寬度相同，均為，是碼元傳輸速率的二倍；2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度近似為，大于2ASK系統(tǒng)和2PSK（2DPSK）系統(tǒng)的頻帶寬度。因此，從頻帶利用率上看，2FSK調(diào)制系統(tǒng)最差。3）對(duì)信道特性變化的敏感性信道特性變化的靈敏度對(duì)最佳判決門限有一定的影響。在2FSK系統(tǒng)中，是比較兩路解調(diào)輸出的大小來(lái)做出判決的，不需人為設(shè)置的判決門限。在2PSK系統(tǒng)中，判決器的

9、最佳判決門限為0，與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度無(wú)關(guān)。因此，判決門限不隨信道特性的變化而變化，接收機(jī)總能工作在最佳判決門限狀態(tài)。對(duì)于2ASK系統(tǒng)，判決器的最佳判決門限為（當(dāng)時(shí)），它與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度有關(guān)。當(dāng)信道特性發(fā)生變化時(shí)，接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度將隨之發(fā)生變化，從而導(dǎo)致最佳判決門限隨之而變。這時(shí)，接收機(jī)不容易保持在最佳判決門限狀態(tài)，誤碼率將會(huì)增大。因此，從對(duì)信道特性變化的敏感程度上看，2ASK調(diào)制系統(tǒng)最差。當(dāng)信道有嚴(yán)重衰落時(shí)，通常采用非相干解調(diào)或差分相干解調(diào)，因?yàn)檫@時(shí)在接收端不易得到相干解調(diào)所需的相干參考信號(hào)。當(dāng)發(fā)射機(jī)有嚴(yán)格的功率限制時(shí)，則可考慮采用相干解調(diào)，因?yàn)樵诮o定的傳碼率及誤碼率情況下，相干解調(diào)所要求的信噪比比非相干解調(diào)小。4） 設(shè)備的復(fù)雜程度就設(shè)備的復(fù)雜度而言，2ASK、2PSK及2FSK發(fā)端設(shè)備的復(fù)雜度相差不多，而接收端的復(fù)雜程度則和所用的調(diào)制和解調(diào)方式有關(guān)。對(duì)于同一種調(diào)制方式，相干解調(diào)時(shí)的接收設(shè)備比非相干解調(diào)的接收設(shè)備復(fù)雜；同為非相干解調(diào)時(shí)，2DPSK的接收設(shè)備最復(fù)雜，2FSK次之，2ASK的設(shè)備最簡(jiǎn)單。通過(guò)從以上幾個(gè)方面對(duì)各種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行比較可以看出，在選擇調(diào)制和解調(diào)方式時(shí)，要考慮的因素是比較多的。只有對(duì)系統(tǒng)要求做全面的考慮，并且抓住其中最主要的因素才能做出比較正確的選擇。如果抗噪聲性能是主要的，則應(yīng)考慮相干2PSK和2DPSK，而