數(shù)字載波調(diào)制傳輸

1、成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”第八章第八章 數(shù)字載波調(diào)制傳輸數(shù)字載波調(diào)制傳輸 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”8.1 8.1 概述概述8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制 8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 8.4 數(shù)字相位調(diào)制數(shù)字相位調(diào)制 8.5 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能比較數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能比較 *8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù) 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”8.1 對(duì)于大多數(shù)的數(shù)字傳輸系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于對(duì)于大多數(shù)的數(shù)字傳輸系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于數(shù)字基帶信號(hào)數(shù)字基帶信號(hào)往往往往具有豐富的具有豐富的低頻成分低頻成分，而實(shí)際的通信信道又具有，而實(shí)際的通信信道又具有帶通特性帶通特性，因，因此，必須用

2、此，必須用數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)來(lái)來(lái)調(diào)制某一較高頻率調(diào)制某一較高頻率的的正弦或脈沖載波正弦或脈沖載波，使已調(diào)信號(hào)能通過(guò)帶限信道傳輸。使已調(diào)信號(hào)能通過(guò)帶限信道傳輸。2 2、什么叫數(shù)字調(diào)制與數(shù)字解調(diào)、頻帶傳輸系統(tǒng)？、什么叫數(shù)字調(diào)制與數(shù)字解調(diào)、頻帶傳輸系統(tǒng)？數(shù)字調(diào)制：數(shù)字調(diào)制：用用基帶數(shù)字信號(hào)基帶數(shù)字信號(hào)控制控制高頻載波高頻載波，把基帶數(shù)字信號(hào)變，把基帶數(shù)字信號(hào)變換為換為頻帶數(shù)字信號(hào)頻帶數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。的過(guò)程。數(shù)字解調(diào)：數(shù)字解調(diào)：已調(diào)信號(hào)通過(guò)信道傳輸?shù)浇邮斩?，在已調(diào)信號(hào)通過(guò)信道傳輸?shù)浇邮斩?，在接收端接收端通過(guò)通過(guò)解解調(diào)器調(diào)器把把頻帶數(shù)字信號(hào)頻帶數(shù)字信號(hào)還原成還原成基帶數(shù)字信號(hào)基帶數(shù)字信號(hào)的的反變換反變換。

3、頻帶傳輸系統(tǒng)：頻帶傳輸系統(tǒng)：包括包括數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制和和數(shù)字解調(diào)數(shù)字解調(diào)過(guò)程的傳輸系統(tǒng)。過(guò)程的傳輸系統(tǒng)。 1 1、為什么選取數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)？、為什么選取數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)？成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”3 3、載波的選擇？、載波的選擇？ 從原理上來(lái)說(shuō)，受調(diào)制載波的波形可以是任意的，只要已從原理上來(lái)說(shuō)，受調(diào)制載波的波形可以是任意的，只要已調(diào)信號(hào)適合于信道傳輸就可以了。但實(shí)際上，調(diào)信號(hào)適合于信道傳輸就可以了。但實(shí)際上，在大多數(shù)數(shù)字通在大多數(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)中信系統(tǒng)中，都選擇，都選擇正弦信號(hào)作為載波正弦信號(hào)作為載波。這是因?yàn)椤＿@是因?yàn)檎倚盘?hào)形式正弦信號(hào)形式簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單，便于產(chǎn)生及接收便于產(chǎn)生及接收。4、數(shù)字調(diào)制技術(shù)

4、類型、數(shù)字調(diào)制技術(shù)類型 一般可分為一般可分為兩種類型兩種類型：(1) (1) 利用利用模擬方法模擬方法去實(shí)現(xiàn)去實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制，即把數(shù)字基帶信號(hào)當(dāng)作模擬信號(hào)的特殊情況來(lái)處理；即把數(shù)字基帶信號(hào)當(dāng)作模擬信號(hào)的特殊情況來(lái)處理；(2) (2) 利用利用數(shù)字信號(hào)的離散取值特點(diǎn)鍵控載波數(shù)字信號(hào)的離散取值特點(diǎn)鍵控載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制鍵鍵控法控法。鍵控法的特點(diǎn)：鍵控法的特點(diǎn)：數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，調(diào)制變換速率快，調(diào)整數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，調(diào)制變換速率快，調(diào)整測(cè)試方便，體積小和設(shè)備可靠性高。測(cè)試方便，體積小和設(shè)備可靠性高。8.1 概述概述 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”5 5、數(shù)字調(diào)制類型的分類、數(shù)字調(diào)制

5、類型的分類（1 1）數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制可分為可分為二進(jìn)制調(diào)制二進(jìn)制調(diào)制和和多進(jìn)制調(diào)制多進(jìn)制調(diào)制兩種。兩種。 （2 2）根據(jù)）根據(jù)已調(diào)信號(hào)的結(jié)構(gòu)形式已調(diào)信號(hào)的結(jié)構(gòu)形式可分為可分為線性調(diào)制線性調(diào)制和和非線性調(diào)制非線性調(diào)制兩兩種。種。（3 3）數(shù)字調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制方式分為分為調(diào)幅調(diào)幅、調(diào)頻調(diào)頻和和調(diào)相調(diào)相三種基本形式。三種基本形式。8 8、頻帶傳輸系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、頻帶傳輸系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)原始數(shù)字序列基帶信號(hào)形 成器ans(t)鍵控器載波信號(hào)數(shù)字調(diào)制信號(hào)信 道噪 聲接 收濾波器解調(diào)器)(ts8.1 概述概述成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制 8.2.1 二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控二進(jìn)制數(shù)

6、字振幅鍵控(2ASK)(2ASK)1. 1. 一般原理與實(shí)現(xiàn)方法一般原理與實(shí)現(xiàn)方法振幅鍵控振幅鍵控( (也稱也稱幅移鍵控幅移鍵控) )，記作，記作ASKASK(Amplitude Shift (Amplitude Shift Keying)Keying)，或稱其為，或稱其為開關(guān)鍵控開關(guān)鍵控( (通斷鍵控通斷鍵控) )，記作，記作OOKOOK(On Off (On Off Keying)Keying)。二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控通常記作通常記作2ASK2ASK。 對(duì)于對(duì)于振幅鍵控振幅鍵控這樣的這樣的線性調(diào)制線性調(diào)制來(lái)說(shuō)，在二進(jìn)制里，來(lái)說(shuō)，在二進(jìn)制里，2ASK2ASK是是利用代表數(shù)字信息

7、利用代表數(shù)字信息“0 0”或或“1 1”的基帶矩形脈沖去鍵控一個(gè)連續(xù)的基帶矩形脈沖去鍵控一個(gè)連續(xù)的載波，使載波時(shí)斷時(shí)續(xù)地輸出。的載波，使載波時(shí)斷時(shí)續(xù)地輸出。有載波輸出時(shí)有載波輸出時(shí)表示發(fā)送表示發(fā)送“1 1”， 無(wú)載波輸出時(shí)無(wú)載波輸出時(shí)表示發(fā)送表示發(fā)送“0 0”。成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”根據(jù)根據(jù)線性調(diào)制的原理線性調(diào)制的原理，一個(gè)一個(gè)二進(jìn)制的振幅鍵控信號(hào)二進(jìn)制的振幅鍵控信號(hào)可以表示成可以表示成一個(gè)單極性矩形脈沖序列一個(gè)單極性矩形脈沖序列與與一個(gè)正弦型載波一個(gè)正弦型載波的的相乘相乘，即，即 tnTtgatenncs0cos)()(8-1) 式中式中, ,g g( (t t) )是持續(xù)時(shí)間為是持續(xù)

8、時(shí)間為T Ts s的矩形脈沖，的矩形脈沖，c c為載波頻率，為載波頻率，a an n為二進(jìn)制數(shù)字。為二進(jìn)制數(shù)字。 PPan1, 0, 1出現(xiàn)概率出現(xiàn)概率為(8-2) 8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”若令 nnnTtgats)()(s(8- 3) 則式(8-1)變?yōu)?ttsteoccos)()(8- 4) 基帶信號(hào)形 成器相乘器帶 通濾波器s(t)e(t)2ASK信號(hào)ancosct圖 8.2.1 數(shù)字線性調(diào)制方框圖 8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”圖 8.2.1 2ASK信號(hào)的產(chǎn)生及波形模型 圖72載波發(fā)生器e(t)s(t)S開關(guān)(a)t

9、1011001s(t)Tbtt2ASK信號(hào)載波信號(hào)(b)8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”幾種典型電路：幾種典型電路：橋式調(diào)制器產(chǎn)生2ASK信號(hào) 基帶脈沖輸入R4V1R2R1R3V2V4V3調(diào)幅信號(hào)輸出載波振蕩8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理” 簡(jiǎn)單的三極管調(diào)幅器 R2R1EbV基帶脈沖輸入載波振蕩8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理” 2ASK信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法 N&ab帶通濾波器周期方波源s(t)基帶信號(hào) E1 E2cdee(t)8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”2. 2ASKASK信號(hào)的功率

10、譜及帶寬信號(hào)的功率譜及帶寬若用若用G G( (f f) )表示二進(jìn)制序列中一個(gè)表示二進(jìn)制序列中一個(gè)寬度寬度為為T Tb b、高度高度為為 1 1 的的門函數(shù)門函數(shù)g g( (t t) )所對(duì)應(yīng)的所對(duì)應(yīng)的頻譜函數(shù)頻譜函數(shù)，P Ps s( (f f) )為為s s( (t t) )的的功率譜密度功率譜密度，P Pe e( (f f) )為已調(diào)信號(hào)為已調(diào)信號(hào)e e( (t t) )的的功率譜密度功率譜密度，則有，則有 )()(41)(cscseffPffPfP2ASK2ASK信號(hào)功率譜示意圖如下圖信號(hào)功率譜示意圖如下圖 所示所示。 8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”圖 8

11、.2.3 2ASK信號(hào)的功率譜 G()O(a)Ps()2BgOP2A SK() cc2B2ASKO(b)(c)8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”功率譜分析：功率譜分析： （1 1）2ASK2ASK信號(hào)信號(hào)的的功率譜密度功率譜密度P Pe e( (f f) )由由連續(xù)譜連續(xù)譜和和離散譜離散譜兩部?jī)刹糠纸M成。其由相應(yīng)的單極性數(shù)字基帶信號(hào)功率譜密度分組成。其由相應(yīng)的單極性數(shù)字基帶信號(hào)功率譜密度P Ps s( (f f) )形形狀不變地平移至狀不變地平移至f fc c處形成的。處形成的。 （2 2）2ASK2ASK信號(hào)信號(hào)的的帶寬帶寬B B2ASK2ASK是是單極性數(shù)字基帶

12、信號(hào)單極性數(shù)字基帶信號(hào)B Bg g的的兩倍兩倍。當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)的基本脈沖是矩形不歸零脈沖時(shí)，當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)的基本脈沖是矩形不歸零脈沖時(shí)，B Bg g=1/=1/T Tb b。于是于是 2ASK2ASK信號(hào)的帶寬為信號(hào)的帶寬為bbgASK2222fTBB因?yàn)橄到y(tǒng)的因?yàn)橄到y(tǒng)的傳碼率傳碼率R RB B=1/=1/T Tb b(Baud)(Baud)，故，故2ASK2ASK系統(tǒng)系統(tǒng)的的頻帶利用率頻帶利用率為為 )Hz/Baud(212)2()1 (bbffTTrbbB8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”2ASK2ASK的特點(diǎn)：的特點(diǎn)： （1 1）頻帶利用率低頻帶利用率低，即在

13、給定信道帶寬的條件，即在給定信道帶寬的條件下，它的單位頻帶內(nèi)所能傳送的數(shù)碼率較低。為了下，它的單位頻帶內(nèi)所能傳送的數(shù)碼率較低。為了提高頻帶利用率，可以用單邊帶調(diào)幅，由于具體技提高頻帶利用率，可以用單邊帶調(diào)幅，由于具體技術(shù)的限制，要實(shí)現(xiàn)理想的單邊帶調(diào)幅是極為困難的。術(shù)的限制，要實(shí)現(xiàn)理想的單邊帶調(diào)幅是極為困難的。因此，實(shí)際上廣泛應(yīng)用的是因此，實(shí)際上廣泛應(yīng)用的是殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制，其頻帶，其頻帶利用率略低于利用率略低于 1Baud/Hz1Baud/Hz。 （2 2）2ASK2ASK信號(hào)的主要優(yōu)點(diǎn)信號(hào)的主要優(yōu)點(diǎn)是是易于實(shí)現(xiàn)易于實(shí)現(xiàn)，其，其缺點(diǎn)缺點(diǎn)是是抗干擾能力不強(qiáng)抗干擾能力不強(qiáng)，主要應(yīng)用在，主要

14、應(yīng)用在低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)退贁?shù)據(jù)傳輸中。中。 8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”3.2ASK3.2ASK信號(hào)的解調(diào)及系統(tǒng)誤碼率信號(hào)的解調(diào)及系統(tǒng)誤碼率 2ASK2ASK信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào)由由振幅檢波器振幅檢波器完成，具體方法主要有兩種：完成，具體方法主要有兩種：包絡(luò)解調(diào)法包絡(luò)解調(diào)法和和相干解調(diào)法相干解調(diào)法。 2ASK信號(hào)的包絡(luò)解調(diào) 低 通濾波器v(t)定時(shí)脈沖帶 通濾波器包 絡(luò)檢波器抽 樣判決器y(t)yi(t)s(t)(ts8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”相干解調(diào)原理方框圖如下圖所示。相干解調(diào)原理方框圖如下圖所示。解調(diào)原理：解調(diào)原理： tt

15、ststtsttsttytzccc2c2cos)(21)(212cos1 21)(cos)(cos)()( 2ASK信號(hào)的相干解調(diào) 低 通濾波器x(t)定時(shí)脈沖帶 通濾波器抽 樣判決器y(t)yi(t)z(t)cos ct)(ts8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”包絡(luò)解調(diào)時(shí)包絡(luò)解調(diào)時(shí)2ASK2ASK系統(tǒng)的誤碼率分析：系統(tǒng)的誤碼率分析： 設(shè)信號(hào)的幅度為設(shè)信號(hào)的幅度為A A，信道中存在著高斯白噪聲，當(dāng)帶通濾波器，信道中存在著高斯白噪聲，當(dāng)帶通濾波器恰好讓恰好讓ASKASK信號(hào)通過(guò)時(shí)，因?yàn)榘l(fā)信號(hào)通過(guò)時(shí)，因?yàn)榘l(fā)“1 1”時(shí)包絡(luò)的一維概率密度函數(shù)時(shí)包絡(luò)的一維概率密度函數(shù)為萊斯

16、分布，為萊斯分布， 其主要能量集中在其主要能量集中在“1 1”附近，而發(fā)附近，而發(fā)“0 0”時(shí)包絡(luò)的時(shí)包絡(luò)的一維概率密度函數(shù)為瑞利分布，信號(hào)能量主要集中在一維概率密度函數(shù)為瑞利分布，信號(hào)能量主要集中在“0 0”附近，附近，但是這兩種分布在但是這兩種分布在A/2A/2附近產(chǎn)生重疊。若發(fā)附近產(chǎn)生重疊。若發(fā)“1 1”的概率為的概率為P(1)P(1)，發(fā)發(fā)“0 0”的概率為的概率為P(0)P(0)，并且當(dāng)，并且當(dāng)P P(0)=(0)=P P(1)=1/2(1)=1/2時(shí)，取樣判決器的時(shí)，取樣判決器的判決門限電平取為判決門限電平取為A/2A/2，當(dāng)包絡(luò)的抽樣值，當(dāng)包絡(luò)的抽樣值A(chǔ)/2A/2時(shí)，判為時(shí)，判為

17、“1 1”； 抽抽樣值樣值A(chǔ) A/2/2時(shí)，時(shí)， 判為判為“0 0”。 發(fā)發(fā)“1 1”錯(cuò)判為錯(cuò)判為“0 0”的概率為的概率為P P(0/1), (0/1), 發(fā)發(fā)“0 0”錯(cuò)判為錯(cuò)判為“1 1”的概率為的概率為P P(1/0)(1/0)，則系統(tǒng)的總誤碼率為，則系統(tǒng)的總誤碼率為 )0/1 () 1/0(21)0/1 ()0() 1/0() 1 (ePPPPPPP8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”采用采用包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波的接收系統(tǒng)，通常是工作在的接收系統(tǒng)，通常是工作在大信噪比大信噪比的情況下，的情況下， 這時(shí)可近似地得出這時(shí)可近似地得出系統(tǒng)誤碼率為系統(tǒng)誤碼率為 4-ee

18、21rP 式中，式中，r r= =A A2 2/(2/(22 2n n) )為為輸入信噪比輸入信噪比。由此可見，包絡(luò)解調(diào)。由此可見，包絡(luò)解調(diào)2ASK2ASK系系統(tǒng)的誤碼率隨輸入信噪比統(tǒng)的誤碼率隨輸入信噪比r r的增大，近似地按指數(shù)規(guī)律下降。的增大，近似地按指數(shù)規(guī)律下降。 f0(x)f1(x)P(0/1)P(1/0)OA/2ba8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”相干解調(diào)時(shí)相干解調(diào)時(shí)2ASK2ASK系統(tǒng)的誤碼率分析：系統(tǒng)的誤碼率分析： 考慮經(jīng)過(guò)帶通濾波器、乘法器以及低通濾波器以后，信號(hào)考慮經(jīng)過(guò)帶通濾波器、乘法器以及低通濾波器以后，信號(hào)和噪聲均已檢出并輸入抽樣判決器，無(wú)論

19、是發(fā)送和噪聲均已檢出并輸入抽樣判決器，無(wú)論是發(fā)送“1 1”還是還是“0 0”，判決器輸入信號(hào)與噪聲的混合物，其瞬時(shí)值的概率密度都是正判決器輸入信號(hào)與噪聲的混合物，其瞬時(shí)值的概率密度都是正態(tài)分布的，只是均值不同而已。當(dāng)態(tài)分布的，只是均值不同而已。當(dāng)P P(0)=(0)=P P(1)=1/2 (1)=1/2 時(shí)，假設(shè)判時(shí)，假設(shè)判決門限電平為決門限電平為A A/2, /2, x x A A/2/2判為判為“1 1”，x xA A/2/2判為判為“0 0”，發(fā)，發(fā)“1 1”判為判為“0 0”的概率為的概率為P P(0/1)(0/1)，發(fā)，發(fā)“0 0”判為判為“1 1”的概率為的概率為P P(1/0)(

20、1/0)，這時(shí)這時(shí), , 相干檢測(cè)時(shí)相干檢測(cè)時(shí)2ASK2ASK系統(tǒng)系統(tǒng)的誤碼率為：的誤碼率為： 2erfc21)0/1 ()0() 1/0() 1 (erPPPPP8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”當(dāng)信噪比非常大時(shí)當(dāng)信噪比非常大時(shí)，系統(tǒng)的誤碼率系統(tǒng)的誤碼率可進(jìn)一步近似為可進(jìn)一步近似為 4-eer1rP 上式表明，隨著輸入信噪比的增加，系統(tǒng)的誤碼率將更迅上式表明，隨著輸入信噪比的增加，系統(tǒng)的誤碼率將更迅速地按指數(shù)規(guī)律下降。速地按指數(shù)規(guī)律下降。 2ASK2ASK信號(hào)包絡(luò)非相干解調(diào)與相干解調(diào)相比較：信號(hào)包絡(luò)非相干解調(diào)與相干解調(diào)相比較：(1) (1) 相干解調(diào)比非相干解調(diào)容易

21、設(shè)置相干解調(diào)比非相干解調(diào)容易設(shè)置最佳判決門限電平最佳判決門限電平。 因?yàn)橐驗(yàn)橄喔山庹{(diào)時(shí)相干解調(diào)時(shí)最佳判決門限最佳判決門限僅是僅是信號(hào)幅度的函數(shù)信號(hào)幅度的函數(shù)，而，而非相干非相干解調(diào)時(shí)解調(diào)時(shí)最佳判決門限最佳判決門限是是信號(hào)和噪聲的函數(shù)信號(hào)和噪聲的函數(shù)。 8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”(2) (2) 最佳判決門限時(shí)，最佳判決門限時(shí)，r r一定，一定，P Pe e相相 P Pe e非非，即，即信噪比一定信噪比一定時(shí)，時(shí)，相干解調(diào)的誤碼率小于非相干解調(diào)的誤碼率相干解調(diào)的誤碼率小于非相干解調(diào)的誤碼率；P Pe e一定時(shí)，一定時(shí)，r r相相 r r非非，即，即系統(tǒng)誤碼率一定時(shí)

22、系統(tǒng)誤碼率一定時(shí)，相干解調(diào)比非相干解調(diào)對(duì)信相干解調(diào)比非相干解調(diào)對(duì)信號(hào)的信噪比要求低號(hào)的信噪比要求低。由此可見，。由此可見，相干解調(diào)相干解調(diào) 2ASK2ASK系統(tǒng)的抗噪聲系統(tǒng)的抗噪聲性能優(yōu)于非相干解調(diào)系統(tǒng)性能優(yōu)于非相干解調(diào)系統(tǒng)。這是由于相干解調(diào)利用了相干載。這是由于相干解調(diào)利用了相干載波與信號(hào)的相關(guān)性，起了增強(qiáng)信號(hào)抑制噪聲作用的緣故。波與信號(hào)的相關(guān)性，起了增強(qiáng)信號(hào)抑制噪聲作用的緣故。 (3) (3) 相干解調(diào)相干解調(diào)需要需要插入相干載波插入相干載波，而，而非相干解調(diào)非相干解調(diào)不需要。不需要。 可見，可見，相干解調(diào)時(shí)相干解調(diào)時(shí)設(shè)備要復(fù)雜一些設(shè)備要復(fù)雜一些，而，而非相干解調(diào)時(shí)非相干解調(diào)時(shí)設(shè)備要設(shè)備要

23、簡(jiǎn)單一些簡(jiǎn)單一些。 8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”8.2.2 多進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控多進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控(MASK)(MASK)在多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，在每個(gè)符號(hào)間隔在多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，在每個(gè)符號(hào)間隔T Tb b內(nèi)，可能發(fā)送內(nèi)，可能發(fā)送的符號(hào)有的符號(hào)有M M種，在實(shí)際應(yīng)用中，通常取種，在實(shí)際應(yīng)用中，通常取M M=2=2n n，n n為大于為大于 1 1 的正的正整數(shù)，也就是說(shuō)，整數(shù)，也就是說(shuō)，M M是一個(gè)大于是一個(gè)大于 2 2 的數(shù)字。這種狀態(tài)數(shù)目大的數(shù)字。這種狀態(tài)數(shù)目大于于 2 2 的調(diào)制信號(hào)稱為多進(jìn)制信號(hào)。將多進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制信號(hào)稱為多進(jìn)制信號(hào)。將多進(jìn)制數(shù)字信號(hào)( (

24、也可也可由基帶二進(jìn)制信號(hào)變換而成由基帶二進(jìn)制信號(hào)變換而成) )對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，在接收端進(jìn)行對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，在接收端進(jìn)行相反的變換，這種過(guò)程就叫相反的變換，這種過(guò)程就叫多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)，或簡(jiǎn)稱，或簡(jiǎn)稱為為多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。 分類：分類：M M進(jìn)制振幅鍵控進(jìn)制振幅鍵控( (MASKMASK) )、M M進(jìn)制頻移鍵控進(jìn)制頻移鍵控( (MFSKMFSK) )以及以及M M進(jìn)進(jìn)制相移鍵控制相移鍵控( (MPSKMPSK或或MDPSKMDPSK) )8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”與二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)相比，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)特點(diǎn)：與二進(jìn)制數(shù)

25、字調(diào)制系統(tǒng)相比，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)特點(diǎn)：(1) (1) 在碼元速率在碼元速率( (傳碼率傳碼率) )相同條件下相同條件下，可以提高信息速率可以提高信息速率( (傳傳信率信率) )。當(dāng)碼元速率相同時(shí)，。當(dāng)碼元速率相同時(shí)，M M進(jìn)制數(shù)傳系統(tǒng)的信息速率是二進(jìn)進(jìn)制數(shù)傳系統(tǒng)的信息速率是二進(jìn)制的制的lbMlbM倍。倍。(2) (2) 在信息速率相同條件下，在信息速率相同條件下，可降低碼元速率可降低碼元速率，以提高傳輸?shù)囊蕴岣邆鬏數(shù)目煽啃钥煽啃?。?dāng)信息速率相同時(shí)，。當(dāng)信息速率相同時(shí)，M M進(jìn)制的碼元寬度是二進(jìn)制的進(jìn)制的碼元寬度是二進(jìn)制的lbMlbM倍，這樣可以增加每個(gè)碼元的能量和減小碼間串?dāng)_的影響。倍，這樣

26、可以增加每個(gè)碼元的能量和減小碼間串?dāng)_的影響。(3) (3) 在接收機(jī)輸入信噪比相同條件下，在接收機(jī)輸入信噪比相同條件下，多進(jìn)制數(shù)傳系統(tǒng)的誤碼多進(jìn)制數(shù)傳系統(tǒng)的誤碼率比相應(yīng)的二進(jìn)制系統(tǒng)要高。率比相應(yīng)的二進(jìn)制系統(tǒng)要高。(4) (4) 設(shè)備復(fù)雜。設(shè)備復(fù)雜。 8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”1.MASKMASK信號(hào)的波形及表示式信號(hào)的波形及表示式多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制又稱為又稱為多電平調(diào)制。多電平調(diào)制。M M進(jìn)制振幅鍵控進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)中，載波振幅有信號(hào)中，載波振幅有M M種取值，每個(gè)符號(hào)間隔種取值，每個(gè)符號(hào)間隔T Tb b內(nèi)發(fā)送一種內(nèi)發(fā)送一種幅度的載波信號(hào)，其

27、結(jié)果由多電平的隨機(jī)基帶矩形脈沖序列幅度的載波信號(hào)，其結(jié)果由多電平的隨機(jī)基帶矩形脈沖序列對(duì)余弦載波進(jìn)行振幅調(diào)制而成。對(duì)余弦載波進(jìn)行振幅調(diào)制而成。 已調(diào)波的表示式為已調(diào)波的表示式為 tnTtgattstenbncccos )(cos)()(8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”其中其中 1210man出現(xiàn)概率為出現(xiàn)概率為P P 出現(xiàn)概率為出現(xiàn)概率為P P1 1 出現(xiàn)概率為出現(xiàn)概率為P P2 2 出現(xiàn)概率為出現(xiàn)概率為P Pm m-1-1 且且 11210mPPPPg g( (t t) )是高度為是高度為 1 1、寬度為、寬度為T Tb b的門函數(shù)。的門函數(shù)。 8.2 數(shù)字振幅調(diào)

28、制數(shù)字振幅調(diào)制成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”圖圖( (a a) )、( (b b) )分別為四進(jìn)制數(shù)字序列分別為四進(jìn)制數(shù)字序列s s( (t t) )和已調(diào)信號(hào)和已調(diào)信號(hào)e e( (t t) )的波形圖。的波形圖。 圖圖( (b b) )波形可以等效為波形可以等效為 諸波形的疊加。諸波形的疊加。 多電平調(diào)制波形 t132012301(a)Os(t)t(b)e(t)ObTbT8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”多電平調(diào)制波形 te0(t)O(c)te1(t)Ote2(t)OOe3(t)t8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”顯然，顯然， 上上圖圖各個(gè)波

29、形可表示為各個(gè)波形可表示為 nmmnnntnTtgctetnTtgctetnTtgctetnTtgctecb11cb22cb11cb00cos)()(cos)()(cos)()(cos)()(其中其中 )1 (01)1 (02)1 (01101112221110mmmPPmcPPcPPcc概率為概率為概率為概率為概率為概率為概率為8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”e e1 1( (t t) )、e em m-1-1( (t t) )均為均為2ASK2ASK信號(hào)，但它們振幅互不相等，時(shí)信號(hào)，但它們振幅互不相等，時(shí)間上互不重疊，間上互不重疊，e e0 0( (t t)=0

30、 )=0 可以不考慮。因此，可以不考慮。因此，m m電平的電平的MASKMASK信信號(hào)號(hào)e e( (t t) )可以看作由振幅互不相等、時(shí)間上互不相容的可以看作由振幅互不相等、時(shí)間上互不相容的m m-1 -1 個(gè)個(gè) ASKASK信號(hào)疊加而成。即信號(hào)疊加而成。即 11)()(miitete2. MASK2. MASK信號(hào)的帶寬及頻帶利用率信號(hào)的帶寬及頻帶利用率 MASKMASK信號(hào)的帶寬信號(hào)的帶寬可表示為可表示為 bMASK2 fB其中，其中，f fb b=1/=1/T Tb b是是多進(jìn)制碼元速率。多進(jìn)制碼元速率。 8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”與二進(jìn)制與二進(jìn)制2A

31、SK2ASK信號(hào)相比較，二進(jìn)制碼元速率為信號(hào)相比較，二進(jìn)制碼元速率為f fb b。當(dāng)兩者。當(dāng)兩者碼元速率相等時(shí)，即碼元速率相等時(shí)，即f fb b= =f fb b，則，則兩者帶寬相等兩者帶寬相等，即，即 2ASKMASKBB(8- 18) 當(dāng)兩者的信息速率相等時(shí)當(dāng)兩者的信息速率相等時(shí)，則其，則其碼元速率的關(guān)系碼元速率的關(guān)系為為bbfkf或 kffbb (8- 19) 其中其中 k=lbm 由由8(8-18)8(8-18)和和(6-19)(6-19)可得可得 )2(1b2ASK2ASKMASKfBBkB(8- 20) (8- 21) 可見，可見，當(dāng)信息速率相等時(shí)當(dāng)信息速率相等時(shí)MASKMASK信

32、號(hào)的帶寬只是信號(hào)的帶寬只是2ASK2ASK信號(hào)帶寬的信號(hào)帶寬的 k18.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”當(dāng)以碼元速率考慮當(dāng)以碼元速率考慮頻帶利用率頻帶利用率r r時(shí)，有時(shí)，有 )Baud/Hz(212bbMASKbffBfr這與這與2ASK2ASK系統(tǒng)相同。系統(tǒng)相同。 但但通常是以信息速率來(lái)考慮頻帶利用率通常是以信息速率來(lái)考慮頻帶利用率的，的， 因此有因此有 )Hz/(22bbMASKbsbkfkfBkfr(8- 22) 它是它是2ASK2ASK系統(tǒng)的系統(tǒng)的k k倍倍。這說(shuō)明在信息速率相等的情況下，。這說(shuō)明在信息速率相等的情況下，MASKMASK系系統(tǒng)的頻帶利用率高于統(tǒng)

33、的頻帶利用率高于2ASK2ASK系統(tǒng)的頻帶利用率。系統(tǒng)的頻帶利用率。 8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”輸入cos ct殘留邊帶調(diào)制信 道殘留邊帶解調(diào)m /2電平變換(a )輸出相關(guān)編碼輸入單邊帶調(diào)制信 道單邊帶解調(diào)m /2電平變換(b )輸出相關(guān)譯碼2 /m電平變換2 /m電平變換cos ctcos ctcos ct2/m電平變換乘法器乘法器加法器輸入信 道乘法器低 通乘法器低 通輸出(c)2/m電平變換AB串/ 并變換CD(d)ttttABCD32023104Tb2TbTb000 011 1 11cos ctsin ctcos ctsin ctsin ctcos

34、 ctm /2電平變換 幾種多電平調(diào)制的方框圖 3.MASK信號(hào)的調(diào)制方法信號(hào)的調(diào)制方法8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”4.MASK.MASK信號(hào)的特點(diǎn)信號(hào)的特點(diǎn)(1) 1) 傳輸效率高。傳輸效率高。(2) (2) 抗衰落能力差抗衰落能力差。MASKMASK信號(hào)只宜在恒參信道信號(hào)只宜在恒參信道( (如有線信道如有線信道) )中中使用。使用。(3) (3) 在接收機(jī)輸入在接收機(jī)輸入平均信噪比相等平均信噪比相等的情況下，的情況下，MASKMASK系統(tǒng)的誤碼系統(tǒng)的誤碼率比率比2ASK2ASK系統(tǒng)要高。系統(tǒng)要高。(4) (4) 電平數(shù)電平數(shù)M M越大，設(shè)備越復(fù)雜越大，設(shè)備

35、越復(fù)雜。 8.2 數(shù)字振幅調(diào)制數(shù)字振幅調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 8.3.1 二進(jìn)制數(shù)字頻移鍵控二進(jìn)制數(shù)字頻移鍵控(2FSK)(2FSK)1. 1. 一般原理與實(shí)現(xiàn)的方法一般原理與實(shí)現(xiàn)的方法數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制又稱又稱頻移鍵控頻移鍵控，記作，記作FSK(Frequency Shift FSK(Frequency Shift Keying)Keying)，二進(jìn)制頻移鍵控二進(jìn)制頻移鍵控記作記作2FSK2FSK。模擬調(diào)頻器s(t)eo(t)(a)f1 f2載波載波開關(guān)eo(t)s(t)(b)Ss(t)eo(t)1100f1f2f2f1(c)成都理工大學(xué)“數(shù)

36、字通信原理”根據(jù)以上對(duì)根據(jù)以上對(duì) 2FSK2FSK信號(hào)的產(chǎn)生原理的分析，已調(diào)信號(hào)的數(shù)信號(hào)的產(chǎn)生原理的分析，已調(diào)信號(hào)的數(shù)字表達(dá)式可以表示為字表達(dá)式可以表示為)cos( )()cos( )()(2s1sonnnnnntnTtgatnTtgate(8- 23) 式中，式中，g g( (t t) )為單個(gè)矩形脈沖，脈寬為為單個(gè)矩形脈沖，脈寬為T Ts s: : )1 (, 1, 0PPan概率為概率為(8- 24) 8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理” 是是a an n的反碼的反碼，若，若a an n=0=0，則則 ；若；若a an n=1=1, , 則則， 于是于是 0na

37、na1naPPan概率為概率為, 1)1 (, 0(8- 25) n n、n n分別是第分別是第n n個(gè)信號(hào)碼元的個(gè)信號(hào)碼元的初相位初相位。 一般說(shuō)來(lái)，鍵控法得到的一般說(shuō)來(lái)，鍵控法得到的n n、n n與序號(hào)與序號(hào)n n無(wú)關(guān)，反映在無(wú)關(guān)，反映在e eo o( (t t) )上，僅表現(xiàn)出當(dāng)上，僅表現(xiàn)出當(dāng)1 1與與2 2改變時(shí)其相位是不連續(xù)的改變時(shí)其相位是不連續(xù)的; ; 而用而用模擬調(diào)頻法時(shí)，由于模擬調(diào)頻法時(shí)，由于1 1與與2 2改變時(shí)改變時(shí)e eo o( (t t) )的相位是連續(xù)的，故的相位是連續(xù)的，故n n、n n不僅與第不僅與第n n個(gè)信號(hào)碼元有關(guān)個(gè)信號(hào)碼元有關(guān)，而且，而且n n與與n n之

38、間也應(yīng)保之間也應(yīng)保持一定的關(guān)系。持一定的關(guān)系。 8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”2FSK2FSK產(chǎn)生方法：產(chǎn)生方法：1) 1) 直接調(diào)頻法直接調(diào)頻法( (相位連續(xù)相位連續(xù)2FSK2FSK信號(hào)的產(chǎn)生信號(hào)的產(chǎn)生) )正弦波直接調(diào)頻法正弦波直接調(diào)頻法 方波的直接調(diào)頻法方波的直接調(diào)頻法輸出基帶信號(hào)輸入V1V2C1C2LVC3 E(a)基帶信號(hào)輸入輸出 E(b)C2C1R1R2R3V3V1V28.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”2) 頻率鍵控法頻率鍵控法( (相位不連續(xù)相位不連續(xù)2FSK2FSK信號(hào)的產(chǎn)生信號(hào)的產(chǎn)生) )如果在兩個(gè)碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻，前后

39、碼元的相位不連續(xù)，如果在兩個(gè)碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻，前后碼元的相位不連續(xù)， 稱這稱這種類型的信號(hào)為相位不連續(xù)的種類型的信號(hào)為相位不連續(xù)的2FSK2FSK信號(hào)。頻率鍵控法又稱為頻信號(hào)。頻率鍵控法又稱為頻率轉(zhuǎn)換法，率轉(zhuǎn)換法， 它采用數(shù)字矩形脈沖控制電子開關(guān)，使電子開關(guān)在它采用數(shù)字矩形脈沖控制電子開關(guān)，使電子開關(guān)在兩個(gè)獨(dú)立的振蕩器之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而在輸出端得到不同頻率兩個(gè)獨(dú)立的振蕩器之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而在輸出端得到不同頻率的已調(diào)信號(hào)。的已調(diào)信號(hào)。8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理” 相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)的產(chǎn)生和各點(diǎn)波形 12反相器門電路1Acos (1t+1)As (t)cos (

40、1t+1)門電路2Acos (2t+2)s(t)2FSK 信號(hào)(a)taks(t)t1011001tAcos (1t+1)基帶信號(hào)輸入)+cos( )(22ttsA )(ts )(ts8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理” 相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)的產(chǎn)生和各點(diǎn)波形 tAcos(2t+2)tAs(t)cos(1t+1)tt2FSK信號(hào)(b)+cos( )(22ttsA8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”結(jié)論：結(jié)論：數(shù)字信號(hào)為數(shù)字信號(hào)為“1 1”時(shí)，正脈沖使門電路時(shí)，正脈沖使門電路 1 1 接通，門接通，門 2 2 斷斷開，輸出頻率為開，輸出頻率為

41、f f1 1; ; 數(shù)字信號(hào)為數(shù)字信號(hào)為“0 0”時(shí)，時(shí)， 門門 1 1 斷開，斷開， 門門 2 2 接通，接通， 輸出頻率為輸出頻率為f f2 2。 如果產(chǎn)生如果產(chǎn)生f f1 1和和f f2 2的兩個(gè)振蕩器是獨(dú)立的兩個(gè)振蕩器是獨(dú)立的，則輸出的的，則輸出的2FSK2FSK信號(hào)的相位是不連續(xù)的。這種方法的信號(hào)的相位是不連續(xù)的。這種方法的特點(diǎn)特點(diǎn)是是轉(zhuǎn)換速度快轉(zhuǎn)換速度快，波形好波形好，頻率穩(wěn)定度高頻率穩(wěn)定度高，電路不甚復(fù)雜電路不甚復(fù)雜，故得到，故得到廣泛應(yīng)用。廣泛應(yīng)用。 8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”2. 2FSK2. 2FSK信號(hào)的功率譜及帶寬信號(hào)的功率譜及帶寬

42、2FSK2FSK信號(hào)的功率譜信號(hào)的功率譜也有兩種情況：也有兩種情況：相位不連續(xù)相位不連續(xù)與與連續(xù)的連續(xù)的2FSK2FSK功率譜及帶寬功率譜及帶寬。1) 1) 相位不連續(xù)的相位不連續(xù)的2FSK2FSK情況情況對(duì)相位不連續(xù)的對(duì)相位不連續(xù)的 2FSK2FSK信號(hào)的功率譜就可像信號(hào)的功率譜就可像 2ASK2ASK那樣，分那樣，分別在頻率軸上搬移然后再疊加。別在頻率軸上搬移然后再疊加。 fbO fb f Pg( f )(a) f2 f1Ofbf1 f2 f1f2fb f(b) PFSK( f )8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”分析：分析：(1) (1) 相位不連續(xù)相位不連續(xù)

43、 2FSK2FSK信號(hào)的功率譜與信號(hào)的功率譜與 2ASK2ASK信號(hào)的功率譜相似，信號(hào)的功率譜相似，同樣同樣由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成。其中，連續(xù)譜與。其中，連續(xù)譜與 2ASK2ASK信信號(hào)的相同，而離散譜是位于號(hào)的相同，而離散譜是位于f f1 1、f f2 2處的兩對(duì)沖擊，處的兩對(duì)沖擊， 這表這表明明 2FSK2FSK信號(hào)中含有載波信號(hào)中含有載波f f1 1 、f f2 2的分量。的分量。 (2) (2) 若僅計(jì)算若僅計(jì)算2FSK2FSK信號(hào)功率譜第一個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間隔，信號(hào)功率譜第一個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間隔， 則該則該2FSK2FSK信號(hào)的頻帶寬度為信號(hào)的頻帶寬度為

44、 BB12FSK2)2(2|RhRffB(8- 26) 式中，式中，R R= =f fb b是基帶信號(hào)的帶寬，是基帶信號(hào)的帶寬，h h=|=|f f2 2- -f f1 1|/|/R R為偏移率為偏移率( (調(diào)制調(diào)制指數(shù)指數(shù)) )。 8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理” 為了便于接收端解調(diào)，為了便于接收端解調(diào)，要求要求2FSK2FSK信號(hào)信號(hào)的的兩個(gè)頻率兩個(gè)頻率f f1 1, , f f2 2間間要有足夠的間隔要有足夠的間隔。對(duì)于采用帶通濾波器來(lái)分路的解調(diào)方法，通。對(duì)于采用帶通濾波器來(lái)分路的解調(diào)方法，通常取常取| |f f2 2- -f f1 1|=(3|=(35)5

45、)R RB B。于是，。于是，2FSK2FSK信號(hào)的帶寬信號(hào)的帶寬為為 BFSKRB)75(2 相應(yīng)地，這時(shí)相應(yīng)地，這時(shí) 2FSK2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率系統(tǒng)的頻帶利用率為為 )/()75(122HzBaudBRBfrFSKBFSKb(8-27)(8-28)8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”將上述結(jié)果與將上述結(jié)果與2ASK2ASK的相比可知，當(dāng)用普通帶通濾的相比可知，當(dāng)用普通帶通濾波器作為分路濾波器時(shí)，波器作為分路濾波器時(shí)，2FSK2FSK信號(hào)信號(hào)的的帶寬帶寬約為約為 2ASK2ASK信號(hào)帶寬的信號(hào)帶寬的 3 3 倍倍，系統(tǒng)頻帶利用率系統(tǒng)頻帶利用率只有只有2ASK2

46、ASK系統(tǒng)的系統(tǒng)的1/3 1/3 左右左右。 2) 2) 相位連續(xù)的相位連續(xù)的 2FSK2FSK情況情況直接調(diào)頻法直接調(diào)頻法是是一種非線性調(diào)制一種非線性調(diào)制，由此而獲得的，由此而獲得的 2FSK2FSK信號(hào)的功率譜不像信號(hào)的功率譜不像2ASK2ASK信號(hào)那樣，也不同于相位信號(hào)那樣，也不同于相位不連續(xù)的不連續(xù)的2FSK2FSK信號(hào)的功率譜，它不可直接通過(guò)基帶信信號(hào)的功率譜，它不可直接通過(guò)基帶信號(hào)頻譜在頻率軸上搬移，也不能用這種搬移后頻譜的號(hào)頻譜在頻率軸上搬移，也不能用這種搬移后頻譜的線性疊加來(lái)描繪。線性疊加來(lái)描繪。8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”上圖中給出了幾種不同

47、調(diào)制指數(shù)下相位連續(xù)的上圖中給出了幾種不同調(diào)制指數(shù)下相位連續(xù)的2FSK2FSK信號(hào)功率信號(hào)功率譜密度曲線。圖中譜密度曲線。圖中f fc c=(=(f f1 1+ +f f2 2)/2)/2稱為稱為頻偏頻偏，h h=|=|f f2 2- -f f1 1|/|/R RB B稱為稱為偏移率偏移率( (或頻移指數(shù)或調(diào)制指數(shù)或頻移指數(shù)或調(diào)制指數(shù)) )，R RB B= =f fb b是是基帶信號(hào)的帶寬基帶信號(hào)的帶寬。 8bTh0.5h0.7h1.5fc( f1 f2)/2h( f2 f1)/RB fc1.5RB fcRB fc0.5RB fc fc0.5RB fcRB fc1.5RBE2FSK( f )Ps

48、( f )O f1 fb f1 fc f2 f2 fb f81(a)(b) f相位連續(xù)的2FSK信號(hào)的功率譜 8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”功率譜圖分析：功率譜圖分析：(1) (1) 功率譜曲線功率譜曲線對(duì)稱于對(duì)稱于頻偏頻偏( (標(biāo)稱頻率標(biāo)稱頻率) )f fc c。(2) (2) 當(dāng)偏移量當(dāng)偏移量( (調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù)) )h h較小時(shí)，如較小時(shí)，如h0.6 h0.6 時(shí)，信號(hào)能時(shí)，信號(hào)能量集中在量集中在f fc c0.50.5R RB B范圍內(nèi)；如范圍內(nèi)；如h h0.5 0.6 0.6 后，將明顯地呈現(xiàn)雙峰；當(dāng)后，將明顯地呈現(xiàn)雙峰；當(dāng)h h=1 =1 時(shí)，時(shí)，

49、達(dá)到極限情況，這時(shí)雙峰恰好分開，在達(dá)到極限情況，這時(shí)雙峰恰好分開，在f f1 1和和f f2 2位置上出現(xiàn)了兩位置上出現(xiàn)了兩個(gè)離散譜線個(gè)離散譜線。8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理” (4) (4)當(dāng)當(dāng)h h值較大時(shí)值較大時(shí)( (大約在大約在h h2 2 以后以后) )，將進(jìn)入高指數(shù)調(diào)頻。，將進(jìn)入高指數(shù)調(diào)頻。 這時(shí)，這時(shí)， 信號(hào)功率譜擴(kuò)展到很寬頻帶，且與相位不連續(xù)信號(hào)功率譜擴(kuò)展到很寬頻帶，且與相位不連續(xù)2FSK2FSK信信號(hào)的頻譜特性基本相同。當(dāng)號(hào)的頻譜特性基本相同。當(dāng)| |f f2 2- -f f1 1|=|=mRmRB B( (m m為正整數(shù)為正整數(shù)) )時(shí)，信號(hào)

50、時(shí)，信號(hào)功率譜將出現(xiàn)功率譜將出現(xiàn)離散頻率分量。離散頻率分量。 兩種兩種2FSK2FSK及及2ASK(2ASK(或或2PSK)2PSK)信號(hào)的帶寬在不同的調(diào)制指數(shù)信號(hào)的帶寬在不同的調(diào)制指數(shù)h h值下進(jìn)行比較：值下進(jìn)行比較： 8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”3.2FSK2FSK信號(hào)的解調(diào)及系統(tǒng)誤碼率信號(hào)的解調(diào)及系統(tǒng)誤碼率 解調(diào)的方法解調(diào)的方法：過(guò)零檢測(cè)法過(guò)零檢測(cè)法、包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法、同步檢測(cè)法同步檢測(cè)法 1) 1) 過(guò)零檢測(cè)法過(guò)零檢測(cè)法單位時(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。數(shù)字調(diào)頻波的過(guò)零點(diǎn)數(shù)隨

51、不同載頻而異，故檢出過(guò)零的高低。數(shù)字調(diào)頻波的過(guò)零點(diǎn)數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過(guò)零點(diǎn)數(shù)可以得到關(guān)于頻率的差異，這就是過(guò)零檢測(cè)法的基本思想。點(diǎn)數(shù)可以得到關(guān)于頻率的差異，這就是過(guò)零檢測(cè)法的基本思想。 過(guò)零檢測(cè)法過(guò)零檢測(cè)法又稱為又稱為零交點(diǎn)法、計(jì)數(shù)法零交點(diǎn)法、計(jì)數(shù)法。8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”過(guò)零檢測(cè)法方框圖及各點(diǎn)波形 放大限幅微分ba整流c脈沖形式d低通eftatbcdttetftE8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”2) 2) 包絡(luò)檢測(cè)法包絡(luò)檢測(cè)法 2FSK2FSK信號(hào)的包絡(luò)檢測(cè)是用兩個(gè)窄帶的分路濾波器分別濾信號(hào)的包絡(luò)檢測(cè)是用兩個(gè)窄帶的分

52、路濾波器分別濾出頻率為出頻率為f f1 1及及f f2 2的高頻脈沖，經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)后分別取出它們的的高頻脈沖，經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)后分別取出它們的包絡(luò)。把兩路輸出同時(shí)送到抽樣判決器進(jìn)行比較，從而判決包絡(luò)。把兩路輸出同時(shí)送到抽樣判決器進(jìn)行比較，從而判決輸出基帶數(shù)字信號(hào)。輸出基帶數(shù)字信號(hào)。 8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理” 2FSK信號(hào)包絡(luò)檢波方框圖及波形 帶 通濾波器包 絡(luò)檢波器帶 通濾波器包 絡(luò)檢波器yi(t)抽 樣判別器輸入21y1(t)y2(t)v2(t)v1(t)抽樣脈沖輸出)(ts1110ttttttt)(ts取樣脈沖v2(t)v1(t)y2(t)y1(t)yi(t)

53、(a)(b)8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”設(shè)頻率設(shè)頻率f f1 1代表數(shù)字信號(hào)代表數(shù)字信號(hào)“1 1”； f f2 2代表數(shù)字信號(hào)代表數(shù)字信號(hào)“0 0”，則，則抽樣判決器抽樣判決器的的判決準(zhǔn)則判決準(zhǔn)則應(yīng)為應(yīng)為 21210, 01, 02121判為即判為即式中式中, , v v1 1, ,v v2 2分別為抽樣時(shí)刻兩個(gè)包絡(luò)檢波器的輸出值。分別為抽樣時(shí)刻兩個(gè)包絡(luò)檢波器的輸出值。 這這里的抽樣判決器，要比較里的抽樣判決器，要比較v v1 1, ,v v2 2的大小，或者說(shuō)把差值的大小，或者說(shuō)把差值v v1 1- -v v2 2與零電平比較。因此，與零電平比較。因此，有時(shí)

54、稱這種比較判決器的判決門限為有時(shí)稱這種比較判決器的判決門限為零電平。零電平。 8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”3) 3) 同步檢波法（相干檢測(cè)法）同步檢波法（相干檢測(cè)法） 圖中兩個(gè)帶通濾波器的作用同上，起分路作用。它們的輸出分別與相圖中兩個(gè)帶通濾波器的作用同上，起分路作用。它們的輸出分別與相應(yīng)的同步相干載波相乘，再分別經(jīng)低通濾波器取出含基帶數(shù)字信息的低頻應(yīng)的同步相干載波相乘，再分別經(jīng)低通濾波器取出含基帶數(shù)字信息的低頻信號(hào)，濾掉二倍頻信號(hào)，抽樣判決器在抽樣脈沖到來(lái)時(shí)對(duì)兩個(gè)低頻信號(hào)進(jìn)信號(hào)，濾掉二倍頻信號(hào)，抽樣判決器在抽樣脈沖到來(lái)時(shí)對(duì)兩個(gè)低頻信號(hào)進(jìn)行比較判決，即可還原出

55、基帶數(shù)字信號(hào)。行比較判決，即可還原出基帶數(shù)字信號(hào)。帶通濾波器乘法器低通濾波器帶通濾波器乘法器低通濾波器cos1tyi(t)抽樣判別器cos2t輸入21y1(t)y2(t)z1(t)z2(t)v2(t)v1(t)抽樣脈沖輸出)(ts8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”與與2ASK2ASK系統(tǒng)相仿，相干解調(diào)能提供較好的接收性能，但是系統(tǒng)相仿，相干解調(diào)能提供較好的接收性能，但是要求接收機(jī)提供具有準(zhǔn)確頻率和相應(yīng)的相干參考電壓，這樣增要求接收機(jī)提供具有準(zhǔn)確頻率和相應(yīng)的相干參考電壓，這樣增加了設(shè)備的復(fù)雜性。加了設(shè)備的復(fù)雜性。 通常，通常，當(dāng)當(dāng)2FSK2FSK信號(hào)的頻偏信號(hào)的頻偏|

56、 |f f2 2- -f f1 1| |較大時(shí)較大時(shí)，多采用分離濾波多采用分離濾波法；法；而而在在| |f f2 2- -f f1 1| |較小時(shí)，較小時(shí)，多采用鑒頻法。多采用鑒頻法。8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”包絡(luò)檢測(cè)時(shí)包絡(luò)檢測(cè)時(shí)2FSK2FSK系統(tǒng)的誤碼率系統(tǒng)的誤碼率計(jì)算可認(rèn)為計(jì)算可認(rèn)為信道噪聲為高斯白噪聲信道噪聲為高斯白噪聲，兩，兩路帶通信號(hào)分別經(jīng)過(guò)各自的包絡(luò)檢波器已經(jīng)檢出了帶有噪聲的信號(hào)包絡(luò)路帶通信號(hào)分別經(jīng)過(guò)各自的包絡(luò)檢波器已經(jīng)檢出了帶有噪聲的信號(hào)包絡(luò)v v1 1( (t t) )和和v v2 2( (t t) )。v v1 1( (t t) )對(duì)應(yīng)頻

57、率對(duì)應(yīng)頻率f f1 1的概率密度函數(shù)為：發(fā)的概率密度函數(shù)為：發(fā)“1 1”時(shí)為萊斯分布，發(fā)時(shí)為萊斯分布，發(fā)“0 0”時(shí)為瑞利分布；時(shí)為瑞利分布；v v2 2( (t t) )對(duì)應(yīng)頻率對(duì)應(yīng)頻率f f2 2的概率密度函數(shù)為：發(fā)的概率密度函數(shù)為：發(fā)“1 1”時(shí)為瑞利時(shí)為瑞利分布，發(fā)分布，發(fā)“0 0”時(shí)為萊斯分布。那么，漏報(bào)概率時(shí)為萊斯分布。那么，漏報(bào)概率P(0/1)P(0/1)就是發(fā)就是發(fā)“1 1”時(shí)時(shí)v v1 1 vv2 2的概率。的概率。 22121)() 1/0(rePP8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”系統(tǒng)的誤碼率系統(tǒng)的誤碼率為為 22ee21)0() 1 (e21

58、)0/1 ()0() 1/0() 1 (rrPPPPPPP 由以上公式可見，由以上公式可見，包絡(luò)解調(diào)包絡(luò)解調(diào)時(shí)時(shí)2FSK2FSK系統(tǒng)的誤碼率系統(tǒng)的誤碼率將將隨輸入隨輸入信噪比的增加而成指數(shù)規(guī)律下降信噪比的增加而成指數(shù)規(guī)律下降。 相干解調(diào)時(shí)相干解調(diào)時(shí)的的系統(tǒng)誤碼率系統(tǒng)誤碼率與與包絡(luò)解調(diào)時(shí)包絡(luò)解調(diào)時(shí)的情形的情形有所不同有所不同，不同之處在于不同之處在于帶通濾波器后接有帶通濾波器后接有乘法器乘法器和和低通濾波器低通濾波器，低通，低通濾波器輸出的就是帶有噪聲的有用信號(hào)，它們的濾波器輸出的就是帶有噪聲的有用信號(hào)，它們的概率密概率密8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”度函數(shù)度函數(shù)

59、均屬于均屬于高斯分布。高斯分布。經(jīng)過(guò)計(jì)算，其漏報(bào)概率經(jīng)過(guò)計(jì)算，其漏報(bào)概率P P(0/1)(0/1)為為 221)0/1 (221) 1/0(rerfcPrerfcP虛報(bào)概率虛報(bào)概率P P(1/0)(1/0)為為 221)0()1(221rerfcPPrerfc)0/1()0()1/0()1(PPPPPe系統(tǒng)的誤碼率系統(tǒng)的誤碼率為為 8.3 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 成都理工大學(xué)“數(shù)字通信原理”相干解調(diào)與包絡(luò)相干解調(diào)與包絡(luò)( (非相干非相干) )解調(diào)系統(tǒng)誤碼率做以比較：解調(diào)系統(tǒng)誤碼率做以比較：(1) (1) 兩種解調(diào)方法均可兩種解調(diào)方法均可工作在最佳門限電平。工作在最佳門限電平。(2) (2)

60、在輸入信號(hào)信噪比在輸入信號(hào)信噪比r r一定時(shí)一定時(shí)，相干解調(diào)的誤碼率小于非相相干解調(diào)的誤碼率小于非相干解調(diào)的誤碼率；干解調(diào)的誤碼率；當(dāng)系統(tǒng)的誤碼率一定時(shí)當(dāng)系統(tǒng)的誤碼率一定時(shí)，相干解調(diào)比非相干相干解調(diào)比非相干解調(diào)對(duì)輸入信號(hào)的信噪比要求低。解調(diào)對(duì)輸入信號(hào)的信噪比要求低。所以相干解調(diào)所以相干解調(diào) 2FSK2FSK系統(tǒng)的系統(tǒng)的抗噪聲性能優(yōu)于非相干的包絡(luò)檢測(cè)。但當(dāng)輸入信號(hào)的信噪比抗噪聲性能優(yōu)于非相干的包絡(luò)檢測(cè)。但當(dāng)輸入信號(hào)的信噪比r r很大時(shí)，兩者的相對(duì)差別不明顯。很大時(shí)，兩者的相對(duì)差別不明顯。 (3) (3) 相干解調(diào)時(shí)，相干解調(diào)時(shí)，需要插入兩個(gè)相干載波需要插入兩個(gè)相干載波，因此電路較為復(fù)雜，因此電路