CH11-數(shù)字信號的頻帶傳輸系統(tǒng)

1、2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系通通 信信 原原 理理 蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院M.P:M.P86mail: Email: oror AddressAddress：Department of Electronics & Information Science, School of Information Science&Engineering, Lanzhou University, Tianshui Southern Road 222#， Gansu Provinc

2、e，P.R.ChinaPrinciples of Communications2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系2 第十一章第十一章 數(shù)字信號的頻帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字信號的頻帶傳輸系統(tǒng) 主要內(nèi)容提要：主要內(nèi)容提要： 引言引言 二進(jìn)制數(shù)字信號正弦型載波調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字信號正弦型載波調(diào)制（2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK） 現(xiàn)代多進(jìn)制數(shù)字頻帶調(diào)制簡介現(xiàn)代多進(jìn)制數(shù)字頻帶調(diào)制簡介四相移相鍵控（QPSK）正交幅度調(diào)制（QAM）恒包絡(luò)連續(xù)相位調(diào)制（MSK、GMSK）2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系3 本章的教學(xué)基本要求本章的教學(xué)基本要求

3、 本章要求本章要求掌握掌握二進(jìn)制數(shù)字信號正弦型二進(jìn)制數(shù)字信號正弦型載波調(diào)制的相關(guān)技術(shù)，包括二進(jìn)制幅移鍵載波調(diào)制的相關(guān)技術(shù)，包括二進(jìn)制幅移鍵控控ASK、二進(jìn)制頻移鍵控、二進(jìn)制頻移鍵控FSK、二進(jìn)制相、二進(jìn)制相移鍵控移鍵控PSK、二進(jìn)制差分相移鍵控、二進(jìn)制差分相移鍵控DPSK及其解調(diào)技術(shù)；要求及其解調(diào)技術(shù)；要求理解理解四相移相鍵控四相移相鍵控（QPSK）、正交幅度調(diào)制（）、正交幅度調(diào)制（QAM）的基）的基本工作原理；同時(shí)要求本工作原理；同時(shí)要求了解了解恒包絡(luò)連續(xù)相恒包絡(luò)連續(xù)相位調(diào)制的位調(diào)制的MSK（最小頻移鍵控）及（最小頻移鍵控）及GMSK（高斯濾波最小頻移鍵控）的工作原理。（高斯濾波最小頻移鍵控

4、）的工作原理。2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系4 1. 引引 言言上一章介紹的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)，只是將信源上一章介紹的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)，只是將信源發(fā)出的信息碼經(jīng)發(fā)出的信息碼經(jīng)碼型變換碼型變換及及波形形成波形形成后直接傳后直接傳送至接收端。雖然碼型變換及波形形成可使其送至接收端。雖然碼型變換及波形形成可使其頻譜結(jié)構(gòu)發(fā)生某些變化，但分布的范圍仍然在頻譜結(jié)構(gòu)發(fā)生某些變化，但分布的范圍仍然在基帶基帶范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 數(shù)字基帶信號不可能在諸如無線信道、光纖信數(shù)字基帶信號不可能在諸如無線信道、光纖信道等道等(帶通型信道帶通型信道)傳輸媒質(zhì)中直接傳輸。與模傳輸媒質(zhì)中直接傳

5、輸。與模擬信號一樣，必須經(jīng)擬信號一樣，必須經(jīng)調(diào)制調(diào)制后才能在無線信道、后才能在無線信道、光纖信道等媒質(zhì)中傳輸。光纖信道等媒質(zhì)中傳輸。 數(shù)字調(diào)制傳輸系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制傳輸系統(tǒng)定義：用數(shù)字基帶信號調(diào)制定義：用數(shù)字基帶信號調(diào)制載波的一種傳輸系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)也稱為數(shù)字頻載波的一種傳輸系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)也稱為數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)。帶傳輸系統(tǒng)。 2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系5 1. 引引 言言 載波的形式載波的形式載波的波形是任意的，但大多數(shù)的數(shù)字調(diào)制載波的波形是任意的，但大多數(shù)的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)都選擇系統(tǒng)都選擇單頻信號單頻信號（正弦波或余弦波）作（正弦波或余弦波）作為載波，因?yàn)楸阌诋a(chǎn)

6、生與接收。為載波，因?yàn)楸阌诋a(chǎn)生與接收。我們在分析過程中，為了方便，經(jīng)常將載波我們在分析過程中，為了方便，經(jīng)常將載波簡寫為余弦波簡寫為余弦波 cosc ct 2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系6 2. 二進(jìn)制數(shù)字信號正弦型載波調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字信號正弦型載波調(diào)制本節(jié)主要內(nèi)容：本節(jié)主要內(nèi)容： 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理 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 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)比較二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)比較 2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系7 2.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理正弦載波正弦載波

7、Acos(c ct+0 0)調(diào)制參量：調(diào)制參量：振幅、頻率、相位振幅、頻率、相位數(shù)字載波調(diào)制數(shù)字載波調(diào)制幅移鍵控幅移鍵控ASK：Amplitude Shift Keying頻移鍵控頻移鍵控FSK：Frequency Shift Keying相移鍵控相移鍵控PSK：Phase Shift Keying正交幅度調(diào)制正交幅度調(diào)制QAM：Quadrature AmplitudeModulation2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系8 1、二進(jìn)制幅移鍵控（、二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK、OOK）用二進(jìn)制的數(shù)字信號去調(diào)制等幅的載波用二進(jìn)制的數(shù)字信號去調(diào)制等幅的載波SASk(t

8、)= Acosc ct , 發(fā)送消息發(fā)送消息“1” 0 , 發(fā)送消息發(fā)送消息“0”2ASK調(diào)制實(shí)現(xiàn)模型調(diào)制實(shí)現(xiàn)模型S(t)SASK(t)載波開關(guān)電路cosctSASK(t)S(t)圖圖1 2ASK調(diào)制的實(shí)現(xiàn)模型調(diào)制的實(shí)現(xiàn)模型單極性單極性NRZOn-Off Keying2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系9 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制后的波形示意圖二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制后的波形示意圖2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系10 二進(jìn)制幅移鍵控（二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK、OOK）2ASK頻譜特性頻譜特性 其中其中Ps(f)是基帶信號的功率譜密度是基帶信號的功

9、率譜密度頻帶寬度：頻帶寬度：B=2/TB（Hz）頻帶利用率：頻帶利用率： ASK =1/2（bits/s /Hz）)ff (P)ff (P41)f (PcscsASKPASK(f)fc-fc0f頻帶寬度BPs(f)-1/TB1/TB0f離散譜由離散譜由載波分量載波分量決定決定 2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系11 二進(jìn)制幅移鍵控（二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK、OOK）2ASK的解調(diào)的解調(diào)非相干解調(diào)非相干解調(diào)相干解調(diào)相干解調(diào) 利用與接收信號的載波同頻同相的恢復(fù)載波利用與接收信號的載波同頻同相的恢復(fù)載波來進(jìn)行的解調(diào)來進(jìn)行的解調(diào)全波或半波整流BPF包絡(luò)檢包絡(luò)檢波器波器

10、LPF抽樣判決SASK(t)輸出數(shù)字序列輸出數(shù)字序列BPFLPF抽樣判決cosctSASK(t)輸出數(shù)字序列輸出數(shù)字序列恢復(fù)載波恢復(fù)載波2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系12 2ASK信號非相干解調(diào)過程信號非相干解調(diào)過程2ASK信號信號整流整流低通濾波低通濾波抽樣判決抽樣判決2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系13 二進(jìn)制幅移鍵控（二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK、OOK）2ASK的解調(diào)的解調(diào)相干解調(diào)相干解調(diào)BPF匹配濾匹配濾波器波器抽樣判決SASK(t)輸出數(shù)字序列輸出數(shù)字序列等效為s1=Acosct抽樣判決輸出數(shù)字序列輸出數(shù)字序列1

11、0()dSASK(t)相關(guān)解調(diào)器相關(guān)解調(diào)器2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系14 2、二進(jìn)制頻移鍵控（、二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）用二進(jìn)制的數(shù)字信號去調(diào)制載波的頻率用二進(jìn)制的數(shù)字信號去調(diào)制載波的頻率SFSk(t)= Acos1 1t , 發(fā)送消息發(fā)送消息“1” Acos2 2t , 發(fā)送消息發(fā)送消息“0”2FSK調(diào)制過程調(diào)制過程2FSK看作是兩個(gè)看作是兩個(gè)2ASK疊加后得到的結(jié)果疊加后得到的結(jié)果 SASk1(t)= Acos1 1t SFSk(t)=SASk1(t)+SASk2(t) SASk2(t)= Acos2 2t調(diào)頻器調(diào)頻器SFSk(t)S(t)cos

12、1tSASK1(t)S1(t)cos2tSASK2(t)S2(t)+SFSK(t)2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系15 2FSK看做是兩個(gè)看做是兩個(gè)2ASK的疊加的疊加S1(t)S2(t)1 0 1 1 0 0 1 信息序列信息序列載波載波 f1載波載波 f22ASK12ASK22FSK2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系16 二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）2FSK頻譜特性頻譜特性頻帶寬度：頻帶寬度：B=|f2-f1|+2/TB （Hz）12( )( )( )FSKASKASKPfPfPfPs(f)-1/TB1/T

13、B0fPFSK(f)f1-f1-f2f20f頻帶寬度B1122112211()()()()44ssssPffPffPffPff2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系17 二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）2FSK的解調(diào)的解調(diào)非相干解調(diào)非相干解調(diào)相干解調(diào)相干解調(diào)2BPF包絡(luò)檢波器BPF包絡(luò)檢波器抽樣判決SFSk(t)1V2 (t)V1 (t)BPFLPFBPFLPF抽樣判決SFSk(t)cos1tcos2t12V2 (t)V1 (t)2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系18 二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）2FSK的

14、另一種非相干解調(diào)的另一種非相干解調(diào)過零檢測法過零檢測法2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系19 3、二進(jìn)制相移鍵控（、二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）絕對移相鍵控絕對移相鍵控SPSk(t)= Acos(c ct+0) , 發(fā)送消息發(fā)送消息“1” Acos(c ct +) , 發(fā)送消息發(fā)送消息“0”2PSK的實(shí)現(xiàn)過程的實(shí)現(xiàn)過程碼脈沖碼脈沖變換變換cosctSPSk(t)S(t)S(t)雙極性雙極性不歸零碼BNRZ1 11 1 02022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系20 二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）頻域特性頻域特性其中其中Ps

15、，(f)是雙極性基帶信號的功率譜密度是雙極性基帶信號的功率譜密度頻帶寬度：頻帶寬度：B=2/TB（Hz）頻帶利用率：頻帶利用率： PSK =1/2（bits/s Hz）,1( )()()4PSKccssPfPffPffPPSK(f)fc-fc0f頻帶寬度BPs(f)-1/TB1/TB0f與2ASK功率譜的區(qū)別是2PSK無離散譜，而2ASK存在離散譜2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系21 二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）絕對相移鍵控信號絕對相移鍵控信號只能采用相干接收只能采用相干接收但本地恢復(fù)載波的相位一般是不確定的但本地恢復(fù)載波的相位一般是不確定的（

16、可能與接收的（可能與接收的2PSK信號同頻同相，也信號同頻同相，也可能同頻反相）。因此，解調(diào)后所得的可能同頻反相）。因此，解調(diào)后所得的數(shù)字信號的符號也容易發(fā)生全部顛倒，數(shù)字信號的符號也容易發(fā)生全部顛倒，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為0、相位模糊相位模糊 （或（或“倒倒” ）現(xiàn)象現(xiàn)象。BPFLPF抽樣判決本地接收載波本地接收載波cosctSPSK(t)2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系22 二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）用用前后相鄰碼元的載波相對相位變化前后相鄰碼元的載波相對相位變化來表來表示數(shù)字信息示數(shù)字信息0和和10 相鄰碼元載波相位相差相鄰

17、碼元載波相位相差01 相鄰碼元載波相位相差相鄰碼元載波相位相差2DPSK的實(shí)現(xiàn)過程的實(shí)現(xiàn)過程差分碼差分碼變換變換cosctSPSk(t)S(t)S(t)雙極性不歸雙極性不歸零差分碼零差分碼S(t)為解決為解決0、相位模糊相位模糊 （或（或“倒倒” ）問題）問題2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系23 2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系24 2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系25 二進(jìn)制差分相移鍵控二進(jìn)制差分相移鍵控 （2DPSK）2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)

18、系26 二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）2DPSK的解調(diào)的解調(diào)差分相干解調(diào)（相位比較法）abcde2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系27 2PSK和和2DPSK的補(bǔ)充例題的補(bǔ)充例題假設(shè)碼元寬度等于載波周期的假設(shè)碼元寬度等于載波周期的1.5倍倍 2PSK信號的相位與信息代碼的關(guān)系是：前后碼元相異時(shí)，2PSK信號相位變化180，相同時(shí)2PSK信號相位不變，可簡稱為“異變同不變異變同不變”。2DPSK信號的相位與信息代碼的關(guān)系是：碼元為“1”時(shí)，2DPSK信號的相位變化180。碼元為“0”時(shí)，2DPSK信號的相位不變，可簡稱為“1變變0不變不變”

19、。 2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系28 抗噪聲性能分析的前提：抗噪聲性能分析的前提： 假設(shè)信道特性是假設(shè)信道特性是恒參信道恒參信道，在信號的，在信號的頻帶范圍內(nèi)其具有理想矩形的傳輸特頻帶范圍內(nèi)其具有理想矩形的傳輸特性性(可取傳輸系數(shù)為可取傳輸系數(shù)為K)。噪聲為等效。噪聲為等效加性高斯白噪聲加性高斯白噪聲，其均值為零，方差，其均值為零，方差為為2 。2.2 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2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系29 2.2 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1

20、、2ASK的解調(diào)與誤碼率分析的解調(diào)與誤碼率分析非相干解調(diào)非相干解調(diào) 當(dāng)發(fā)送消息“1”時(shí) SASK(t)=Acosct (kTBt (k+1)TB) BPF輸出端信號r(t)為余弦波加窄帶高斯白噪聲余弦波加窄帶高斯白噪聲 r(t) = SASK(t)+ni(t) = Acosct+nc(t)cosct -ns(t)sinct =A+nc(t)cosct -ns(t)sinct =V(t)cosct +(t) 經(jīng)包絡(luò)檢波器和LPF后，抽樣判決器輸入端信號 服從萊斯分布萊斯分布 )2AV(exp)AV(IV) 1s |V(p) t (n)t (nAV(t)2222022s2cBPF包絡(luò)檢包絡(luò)檢波器波

21、器LPF抽樣判決SASK(t)+n(t)SASK(t)+ni(t)= r(t)V(t)2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系30 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2ASK的解調(diào)與誤碼率分析的解調(diào)與誤碼率分析非相干解調(diào)非相干解調(diào) 當(dāng)發(fā)送消息“0”時(shí) SASK(t)=0 (kTBt (k+1)TB) BPF輸出端信號r(t)為窄帶高斯白噪聲窄帶高斯白噪聲 r(t) = SASK(t)+ni(t) = nc(t)cosct -ns(t)sinct 經(jīng)包絡(luò)檢波器和LPF后，抽樣判決器輸入端信號 服從瑞利分布瑞利分布 2exp)0S|V(p) t

22、 (n) t (n(t)V2n22n2s2c0BPF包絡(luò)檢包絡(luò)檢波器波器LPF抽樣判決SASK(t)+n(t)SASK(t)+ni(t)= r(t)V(t)2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系31 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2ASK的解調(diào)與誤碼率分析的解調(diào)與誤碼率分析非相干解調(diào)非相干解調(diào) 平均誤碼率 (在p(0)=p(1)=1/2時(shí)) 將Pb對VT求偏導(dǎo)并令為零，可求出0、1等概率出現(xiàn)時(shí)的最佳門限值VT 在 時(shí)，最佳門限值VTA/2, 此時(shí)平均誤碼率為 TTVb120V1pp(0|1)p(1)p(1|0)p(0)p(V|s )d

23、vp(V|s )dv2VTP(V|s=1)P(V|s=0)瑞利分布0122A2exp218exp218exp218410222222BRNEAAAerfcPbbb2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系32 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2ASK的解調(diào)與誤碼率分析的解調(diào)與誤碼率分析相干解調(diào) 當(dāng)發(fā)送消息“1”時(shí) SASK(t)=Acosct (kTBt (k+1)TB) BPF輸出端信號 r(t)= SASK(t)+nW(t) = Acosct+nc(t)cosct -ns(t)sinct =A+nc(t)cosct -ns(t)sinc

24、t 經(jīng)相干解調(diào)后，抽樣判決器輸入端信號y(t)=A+nc(t), 服從高斯分布BPFLPF抽樣判決cosctSASK(t)+n(t)SASK(t)+nW(t)= r(t)V(t)2)Ay(exp21)y(p)s |y(p222112022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系33 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2ASK的解調(diào)與誤碼率分析的解調(diào)與誤碼率分析相干解調(diào)（同步檢測法）相干解調(diào)（同步檢測法） 當(dāng)發(fā)送消息“0”時(shí) SASK(t)=0 (kTBt (k+1)TB) BPF輸出端信號r(t)= 0+nW(t) =0+nc(t)cosct -n

25、s(t)sinct 經(jīng)相干解調(diào)后，抽樣判決器輸入端信號y(t)=0+nc(t), 服從高斯分布平均誤碼率pb)2yexp(21)y(p)s |y(p22222BPFLPF抽樣判決cosctSASK(t)+n(t)SASK(t)+nW(t)= r(t)V(t)8Aerfc212yexp21)s |e(p)s |e(pp2AVp21)s (p)s (p22222/A221bTb21，則最小的最佳判決門限時(shí)，使在)s |e (p)s (p)s |e (p)s (pp2211b2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系34 2ASK誤碼率分析的結(jié)論誤碼率分析的結(jié)論：在相同的信

26、噪比條件下，在相同的信噪比條件下，相干解調(diào)（同相干解調(diào)（同步檢測法）的誤碼性能優(yōu)于包絡(luò)檢波法步檢測法）的誤碼性能優(yōu)于包絡(luò)檢波法的性能的性能；在在大信噪比條件大信噪比條件下，包絡(luò)檢波法的誤碼下，包絡(luò)檢波法的誤碼性能將接近同步檢測法的性能。性能將接近同步檢測法的性能。另外，包絡(luò)檢波法存在另外，包絡(luò)檢波法存在門限效應(yīng)門限效應(yīng)，同，同步檢測法無門限效應(yīng)步檢測法無門限效應(yīng)。 2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系35 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2、2FSK的解調(diào)及誤碼率分析的解調(diào)及誤碼率分析非相干解調(diào)非相干解調(diào) 發(fā)送端發(fā)送消息“1”時(shí)(kT

27、Bt (k+1)TB) SFSK(t)=Acos1t 上支路BPF輸出端信號r1 (t)= S1(t)+nW(t) = Acos1t+nc(t)cos1t -ns(t)sin1t =A+nc(t)cos1t -ns(t)sin1t 抽樣判決器輸入端信號 服從萊斯分布萊斯分布判決規(guī)則（比較判決）判決規(guī)則（比較判決）V1V2 判決為判決為“1” V1V2 判決為判決為“1” V1V2 判決為判決為“1” V1V2 判決為判決為“0”2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系40 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2FSK的解調(diào)及誤碼率分析的解調(diào)及

28、誤碼率分析相干解調(diào) 抽樣判決器輸入端信號 V1(t)=A+nc1(t) EV1(t)=A DV1(t)=n2 V2(t)=nc2(t) EV2(t)=0 DV2(t)=n2 誤碼率 p(0|1)=p(V1V2) =p(A+nc1-nc2pbFSKPbPSK解調(diào)方式 pb非相干pb相干2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系48 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的比較二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的比較3、對信道特性變化的敏感性、對信道特性變化的敏感性FSK：比較判決，不需人為設(shè)置判決門限；PSK：判決門限=0；ASK：判決門限=A/2，其中A接收機(jī)輸入信號幅度；2ASK對信道特性變化敏感，性

29、能最差。4、設(shè)備復(fù)雜程度、設(shè)備復(fù)雜程度發(fā)送設(shè)備：各調(diào)制方式基本相當(dāng)；接收設(shè)備：相干解調(diào)設(shè)備比非相干解調(diào)設(shè)備復(fù)雜 在相干解調(diào)設(shè)備中，DPSK相干解調(diào)器復(fù)雜度最高，F(xiàn)SK次之，ASk相干解調(diào)器復(fù)雜度最低2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系49 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的比較二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的比較5、應(yīng)用、應(yīng)用相干2DPSK，用于高速數(shù)據(jù)傳輸； 非相干2FSK用于中、低速數(shù)據(jù)傳輸。 2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系50 3. 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制方式簡介現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制方式簡介關(guān)于多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制關(guān)于多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制采用多進(jìn)制數(shù)字基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制

30、。多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的特點(diǎn)： 傳輸效率高傳輸效率高：傳碼率（帶寬）相同時(shí)，傳信率高于二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)；傳信率相同時(shí)，傳碼率（帶寬）低于二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。 抗噪聲性能變差抗噪聲性能變差：解調(diào)器輸入信噪比相同時(shí)，誤碼率增大；誤碼率相同時(shí)，要求增大輸入信噪比。2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系51 MASK的例子：的例子：M=4MASK系統(tǒng)的誤碼率性能曲線4ASK調(diào)制信號的時(shí)間波形示意圖2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系52 2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系53 2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)

31、信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系54 例子例子假定兩個(gè)信號假定兩個(gè)信號其歸一化相關(guān)系數(shù)為：其歸一化相關(guān)系數(shù)為：12cos,costt120121coscosdBTtt tE E12121212sin2 ()sin2 ()2 ()2 ()BBBBff Tff Tff Tff T當(dāng) 時(shí) ，i=1 or 2 ,且k為某固定的正整數(shù) 則兩個(gè)信號正交。B2()ikiT=02022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系55 2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系56 2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系57 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)

32、制多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制1、四相相移鍵控調(diào)制、四相相移鍵控調(diào)制4PSK(即即QPSK)原理原理 00101101p當(dāng)傳00時(shí)，發(fā)送起始相位為0的載波p當(dāng)傳10時(shí)，發(fā)送起始相位為/2的載波p當(dāng)傳11時(shí)，發(fā)送起始相位為的載波p當(dāng)傳01時(shí)，發(fā)送起始相位為3/2的載波A方式： /2系統(tǒng)11010010 當(dāng)傳00時(shí)，發(fā)送起始相位為45的載波 當(dāng)傳10時(shí)，發(fā)送起始相位為135的載波 當(dāng)傳11時(shí)，發(fā)送起始相位為225的載波 當(dāng)傳01時(shí)，發(fā)送起始相位為315的載波 B方式：/4系統(tǒng)2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系58 MPSK的信號表達(dá)式的信號表達(dá)式M進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制信號為：進(jìn)制數(shù)

33、字相位調(diào)制信號為：也可表示為正交形式：也可表示為正交形式：其中，其中，2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系59 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制QPSK的調(diào)制的調(diào)制正交調(diào)制法相位選擇法串/并變換Acosct/2+二進(jìn)制數(shù)碼流I(t)Q(t)SQPSK(t)串/并變換二進(jìn)制數(shù)碼流I(t)Q(t)SQPSK(t)選相電路BPF0/23/2四相載波發(fā)生器2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系60 信息速率相同時(shí)，信息速率相同時(shí)，2PSK、4PSK和和8PSK信號的單邊功率譜信號的單邊功率譜M越大，功率譜主瓣越窄，從而頻帶利用率越高。越大，功率

34、譜主瓣越窄，從而頻帶利用率越高。 2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系61 QPSK信號的相干解調(diào)信號的相干解調(diào)QPSK信號相干解調(diào)也會(huì)產(chǎn)生相位模糊問題，并信號相干解調(diào)也會(huì)產(chǎn)生相位模糊問題，并且是且是0、90、180、270四個(gè)相位模糊。四個(gè)相位模糊。解決方法：解決方法：4DPSK四相差分相移鍵控四相差分相移鍵控2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系62 QDPSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生4DPSK信號是利用前后碼元之間的相對相位變化來表示數(shù)字信息。若以前一雙比特碼元相位前一雙比特碼元相位作為參考，n為當(dāng)前雙比特碼元與前一雙比特碼元初相

35、差雙比特碼雙比特碼元元n000019011180102702022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系63 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制2、正交幅度調(diào)制、正交幅度調(diào)制QAM原理原理MASK的信號空間MPSK的信號空間當(dāng)M，MASK/MPSK信號矢量端點(diǎn)之間的歐氏距離d或以平均功率增大為代價(jià)引出聯(lián)合控制正弦波的幅度及相位的調(diào)制方式正交幅度調(diào)制正交幅度調(diào)制QAM 當(dāng)M時(shí)可以保持較大的d或者不增加平均功率 QAM：Quadrature Amplitude Modulation2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系64 MQAM信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生

36、MQAM信號的一般表達(dá)式：信號的一般表達(dá)式：令2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系65 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制正交幅度調(diào)制正交幅度調(diào)制QAM原理原理QAM信號矢量分布星座圖不同星座結(jié)構(gòu)的信號特性不同矩形分布十字形分布星形分布M=4M=16M=16M=322022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系66 2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系67 MQAM的誤碼率的誤碼率方形星座圖方形星座圖MQAM的誤碼率的誤碼率2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系68 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制多進(jìn)

37、制數(shù)字調(diào)制3、恒包絡(luò)（連續(xù)相位）調(diào)制技術(shù)、恒包絡(luò)（連續(xù)相位）調(diào)制技術(shù)泛指那些載波相位以連續(xù)形式變化（已調(diào)信泛指那些載波相位以連續(xù)形式變化（已調(diào)信號包絡(luò)恒定）的一大類頻率調(diào)制技術(shù)。號包絡(luò)恒定）的一大類頻率調(diào)制技術(shù)。連續(xù)相位調(diào)制信號的功率譜旁瓣衰減很快，抑制帶外干擾的性能更好；而恒包絡(luò)調(diào)制信號可用于丙類功率放大，功放效率高恒包絡(luò)連續(xù)相位調(diào)制方式能在非線性限帶信道中使用。簡要討論最小移頻鍵控MSK和GMSK（高斯濾波高斯濾波最小頻移鍵控最小頻移鍵控）的工作原理 2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系69 恒包絡(luò)連續(xù)相位調(diào)制恒包絡(luò)連續(xù)相位調(diào)制最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK目標(biāo)： 使已調(diào)信號(FSK)保持相位連續(xù)并具有最小頻差。 功率密度譜分布集中，提高傳輸效率，減小頻譜間串?dāng)_。假定兩個(gè)信號 ，計(jì)算其相關(guān)系數(shù)得若2FSK信號的兩個(gè)載頻之間的頻率間隔為1/(2TB)，即兩信號正交(=0)，此連續(xù)相位2FSK稱為最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK。12cos,costt12121212sin2 ()sin2 ()2 ()2 ()BBBBff Tff Tff Tff T2022年3月16日星期三蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系70 MSK的基本原