7交大通信技術(shù)基礎(chǔ)課件4ac

1、第四章 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng) 第一節(jié) 二進(jìn)制數(shù)字幅度調(diào)制2ASK 第二節(jié) 二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制2FSK 第三節(jié) 二進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制2PSK和2DPSK 第四節(jié) 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能分析 第五節(jié) 其他數(shù)字調(diào)制方式原理1、QPSK和QDPSK的原理2、MSK的原理3、APK的原理頻帶傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) （1）頻帶傳輸方式把基帶信號頻譜搬移到最合適的高頻段上傳送，從而不再受信道、天線等的限制。 （2）頻帶傳輸方式可以把多路具有重疊頻率成分的基常信號，搬移到頻率互不重疊的頻段上傳輸，從而避免多路傳輸中的相互干擾。 （3）可提高傳輸數(shù)字信號的可靠性，也就是說頻帶傳輸抗噪聲的能力比基帶傳輸要高些。調(diào)制器基帶脈沖

2、輸入基帶脈沖輸出信道解調(diào)器干擾數(shù)字調(diào)制的種類 數(shù)字調(diào)制可以利用數(shù)字基帶信號具有的特征（時(shí)間離散、幅度離散等）來控制載波的某些參數(shù)來獲得。 載波一般選擇正弦載波。 正弦載波： 數(shù)字基帶信號正弦載波的振幅、頻率和相位，就可以獲得幅度鍵控ASK，頻移鍵控FSK和相移鍵控PSK。 數(shù)字基帶信號可以是多進(jìn)制，也可以是二進(jìn)制的。 若是二進(jìn)制的數(shù)字信號，那么對應(yīng)的三種調(diào)制方式為：2ASK、2FSK、2PSK如下圖所示。)cos()(tAtf第一節(jié) 二進(jìn)制數(shù)字幅度調(diào)制2ASK 當(dāng)載波振蕩的幅度受載荷信息的數(shù)字基帶信號控制時(shí)，稱為數(shù)字幅度調(diào)制，又稱為振幅鍵控（ASK），在通信中還常稱作開關(guān)鍵控（OOK）。雖然幅

3、度調(diào)制在實(shí)際中很少采用，但它是研究數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)。 1、2ASK信號的產(chǎn)生方法 2、2ASK信號的功率譜 3、2ASK信號的解調(diào)方法1、2ASK信號的產(chǎn)生方法平衡調(diào)制器2ASK信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式 一個(gè)二進(jìn)制的ASK信號可視為一個(gè)單極性脈沖序列 與另一個(gè)載波 的乘積，即： 式中 為單極性基帶信號， 是持續(xù) 時(shí)間為 的矩形脈沖， 序列的取值服從于下述關(guān)系：)(tstCcosttstnTtgateCCnsnASKcos)(cos )()(nsnnTtgats)()(nasT)(tgppan1, 1, 0概率為概率為2、2ASK信號的功率譜 的自相關(guān)函數(shù)為 的功率譜密度 為 由于 是單極性的隨機(jī)矩形脈沖

4、序列，當(dāng) 時(shí)，其功率譜為:)(teASKCsCASKASKASKRtstsEteteERcos21)(cos21)()()()()()(teASK)(EP)()(41)(21)(2121)()cos21()()(CsCsccscsEPPPFPP)(ts2/1) 1 ()0( pp)(41)sin(41)(2ffTfTTPssss2ASK信號的功率譜表示式)(161)(161)()(sin161)()(sin161)(22ccscscsscscsffffTffTffTTffTffTPs3、2ASK信號的解調(diào)方法半波或全波整流器帶通濾波器低通濾波器抽樣判決器抽樣脈沖輸出相乘器)cos(1Lt帶通濾

5、波器低通濾波器抽樣判決器抽樣脈沖輸出輸入輸入(a)(b)一、包絡(luò)檢波法二、同步檢波法 設(shè)本地產(chǎn)生的正弦波為 接收到的ASK信號為 那么，乘法器輸出為 經(jīng)低通濾波器后輸出為 當(dāng) 時(shí)，此時(shí)輸出為最大，即)cos()(21)2cos()(21)cos()cos()()()(LiLiCLCiCLitsttstttstete)cos()()(iCittste)cos()(LCLtte)cos()(21)(Liotste0Li)(21)(tsteo第二節(jié) 二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制2FSK 數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（FSK），它的基本原理是利用載波振蕩的頻率變化來傳遞數(shù)字比特。 數(shù)字頻率調(diào)制是在數(shù)字通信中使用比較

6、早的一種調(diào)制方式。由于它實(shí)現(xiàn)比較容易，解調(diào)時(shí)也可以不需要同頻同相的相干載波，因而設(shè)備也不算太復(fù)雜。同時(shí)，數(shù)字調(diào)頻系統(tǒng)抗干擾性能優(yōu)于幅度調(diào)制系統(tǒng)。 在鐵路信號控制系統(tǒng)中也得到應(yīng)用，我國鐵路信號系統(tǒng)中應(yīng)用的“移頻自動(dòng)閉塞”和“調(diào)頻式調(diào)度集中”就是利用頻率調(diào)制原理。 頻率調(diào)制的不足之處是占用信道頻帶較寬，故信道頻帶利用率較低。因此，數(shù)字調(diào)頻主要用于衰落信道和頻帶較寬的信道。1、2FSK信號的產(chǎn)生方法 實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率調(diào)制的方法一般有二種：直接調(diào)頻法和頻率轉(zhuǎn)換法。 直接調(diào)頻：用數(shù)字基帶信號去控制一個(gè)振蕩器的某些參數(shù)而達(dá)到改變振蕩頻率的目的，所得2FSK信號是相位連續(xù)的波形。 頻率轉(zhuǎn)換法：用數(shù)字基帶信號控制

7、二個(gè)獨(dú)立的振蕩器，所得2FSK信號是相位不連續(xù)的波形。二、頻率轉(zhuǎn)換法2、2FSK信號的功率譜 相位不連續(xù)的2FSK信號是兩個(gè)互相獨(dú)立的2ASK信號之和，故有 令 則 )cos( )()cos( )()(2211tnTtgatnTtgatensnnsnFSKppan1, 0, 1概率為概率為ppan1, 1, 0概率為概率為nsnnsnnTtgatsnTtgats)()(, )()(21)cos()()cos()()(222111ttsttsteFSK 和 是隨機(jī)脈沖序列，相應(yīng)不連續(xù)2FSK信號的功率譜可直接由下式確定。 若采用幅度和寬度都相同的兩個(gè)單極性隨機(jī)脈沖序列 和 其功率譜密度的表達(dá)式是

8、相同的。當(dāng) 時(shí)，有)(1ts)(2ts)()(41)()(41)(22221111ssssEPPPPP) 1 ()0(pp)(1ts)(2ts)(161)(161)()(sin161)()(sin161)(161)(161)()(sin161)()(sin161)(2222222211211211ffffTffTffTTffTffTffffTffTffTTffTffTPsssssssssssss2FSK的功率譜的結(jié)論 2FSK的功率譜對稱于 的兩個(gè)2ASK功率譜的總和。 相位不連續(xù)的2FSK信號的功率譜與2ASK信號的功率譜相似，同樣由連續(xù)譜和離散譜組成。 若二個(gè)載頻之差較大，則連續(xù)譜將出現(xiàn)雙

9、峰，峰值對應(yīng)于這二個(gè)載頻位置。如逐漸減小頻率差，則雙峰隨之靠近，最后并為單峰。 如果僅計(jì)及2FSK信號頻譜第一個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間隔，相讓不連續(xù)的2FSK信號的頻帶寬度B可按下式計(jì)算：式中 為碼元速率。 實(shí)際中為了節(jié)約頻帶和提高系統(tǒng)抗噪聲的能力，要求所選取的兩個(gè)載頻和滿足正交特性。2)(210sfffB212ssTf1 所謂正交特性就是要求所選取的兩個(gè)載頻和在一個(gè)碼元周期內(nèi)滿足下式： 這實(shí)質(zhì)上是要求所選取的兩個(gè)載頻之間的間隔應(yīng)為 的整數(shù)倍。即 那么 。當(dāng)ml時(shí)，2FSK信號具有最小頻帶寬度 。這時(shí)系統(tǒng)頻帶利用率為 仍比2ASK系統(tǒng)的頻帶利用率低。 ssfmfB20)cos()cos(02211d

10、tttsTssTf1為正整數(shù)mmfffs,12sfB3HzBBR/3/1/3、2FSK信號的解調(diào)方法 數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)，從原理上講也可以分成相干解調(diào)與非相干解調(diào)兩類。 雖然相干解調(diào)具有最佳的抗干擾性，可是相干解調(diào)要求接收端恢復(fù)出具有準(zhǔn)確頻率和相位的相干載波。這將使技術(shù)上增加難度和接收設(shè)備的復(fù)雜化。因此，目前數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)以非相干解調(diào)為主。 所謂非相干解調(diào)，就是在接收端不需要相干載波，而根據(jù)已調(diào)信號本身的特點(diǎn)來解調(diào)。 數(shù)字調(diào)頻信號的非相干解調(diào)方法最常用的是普通鑒頻法、零交點(diǎn)法（過零檢測法）、差分檢波法等。 普通鑒頻法在高頻電路中討論過，下面主要討論零交點(diǎn)法（過零檢測法）、差分檢波法的基本原理。帶通濾波器帶通濾波器包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器1輸入2抽樣判決器抽樣脈沖輸出相乘器相乘器t1cost2cos帶通濾波器帶通濾波器低通濾波器低通濾波器1輸入2抽樣判決器抽樣脈沖輸出(a)(b) 一、零交點(diǎn)法 二、差分檢波法 差分檢波法，或稱延遲檢波法。輸入調(diào)頻信號分為兩路，同時(shí)加到平衡調(diào)制器上，其中一路經(jīng)過延遲為 的網(wǎng)絡(luò)。在平衡調(diào)制器上將這兩個(gè)信號作乘積處理，輸出經(jīng)低通濾波器除去高頻部分，即可取出基帶信號。差分檢波法的數(shù)學(xué)證明 設(shè)帶通濾波器輸出的2FSK信號的表示式為 經(jīng)延遲 之后的信號表示為 則平衡調(diào)制器的輸出是 低通濾波器的輸出為 如果選擇 那么 當(dāng)