第六章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)課件

1、第六章 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)6.1 引言6.2 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理6.3 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能6.4 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)16.1 引言數(shù)字調(diào)制也稱鍵控信號,有三種基本的調(diào)制方式：ASK，F(xiàn)SK，PSK可看成是模擬線性調(diào)制和角調(diào)制的特殊情況 載波 正弦波 調(diào)制信號 數(shù)字信號 26.2 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理6.2.1 二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK） Amplitude Shift Keying 2ASK信號的產(chǎn)生乘法器模擬幅度調(diào)制方法鍵控方法OOK On-Off Keying3 = OOK信號有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）、相干解調(diào)（同步檢測法）、42ASK的功率譜密度S(t)是單極性

2、的隨機(jī)矩形脈沖序列根據(jù)矩形波形g（t）的頻譜特點，對于所有m0的整數(shù)有5當(dāng)P=1/2時62ASK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成2ASK信號帶寬是基帶脈沖波形帶寬的兩倍76.2.2 二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK） Frequency Shift Keying8已調(diào)信號式中，g（t）為單個矩形脈沖，脈寬為 分別是第n個信號碼元的初相位與序列n無關(guān)，反映在 上，表現(xiàn)為 與 改變時，其相位是不連續(xù)的。 9FSK信號常用解調(diào)方法有非相干檢測法，相干檢測法，鑒頻法，過零檢測法，差分檢波法等為簡明起見，沒有考慮相位的影響10FSK功率譜密度同樣由連續(xù)譜和離散譜組成。離散譜出現(xiàn)在兩個載頻位置11若兩載頻之

3、差較小，如 則連續(xù)譜出現(xiàn)單峰。若兩載頻之差逐步增大，連續(xù)譜將出現(xiàn)雙峰。頻帶126.2.3 2PSK，2DPSKPhase Shift Keying， Differential PSK g(t)是脈寬為Ts的單個矩形脈沖 在某一碼元持續(xù)時間Ts 內(nèi)觀察13 0相位發(fā)送0, 相位發(fā)送1.發(fā)送端與接收端必須要有相同的相位參考. 若參考基準(zhǔn)相位隨機(jī)跳變,就會在接收端發(fā)生錯誤的恢復(fù),“倒”現(xiàn)象。 2DPSK是利用前后相鄰碼元的相對載波相位值去表示數(shù)字信息的一種方式。 相位偏移 = 數(shù)字信息“1” =0 數(shù)字信息“0”14數(shù)字信息絕對碼 0 0 1 1 1 0 0 1PSKDPSK相對碼 0 0 0 1

4、0 1 1 1 015相對移相：絕對碼相對碼絕對移相載波移相2PSK調(diào)制方框圖016載波移相2DPSK調(diào)制方框圖碼變換0172PSK信號的功率譜密度由于 為雙極性矩形基帶 信號，故：18當(dāng)雙極性基帶信號“1” , “0”出現(xiàn)概率相等則： 連續(xù)譜部分與2ASK信號的連續(xù)譜基本相同(僅相差一個常數(shù)因子) 因此 2PSK信號的帶寬與2ASK相同196.3 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能6.3.1 2ASK抗噪聲性能 在一個碼元持續(xù)時間內(nèi),發(fā)送端:20接收端BPF半波或全波整流器LPF抽樣判決器定時脈沖輸入輸出非相干方式加性高斯白噪聲21接收端帶通濾波器后221. 包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)性能包絡(luò)發(fā)“1” 時

5、, 廣義瑞利分布 發(fā)“0” 時, 瑞利分布 V b 判為“1” 門限電壓b V b 判為“0” 23發(fā)“1” 信噪比 歸一化門限值發(fā)“0”總誤碼率 Pe=P(1)Pe1 + P(0)Pe2若P(1)=P(0)24在大信噪比（r1）條件下最佳門限 下界252. 同步檢測法的系統(tǒng)性能BPF相乘器LPF抽樣判決器定時脈沖輸入輸出相干方式高斯過程,0均值26總誤碼率 Pe=P(1)Pe1 + P(0)Pe2 27總誤碼率 Pe=P(1)Pe1 + P(0)Pe2 28當(dāng) P(1) = P(0) =1/2 時當(dāng) r1 時29例 設(shè)某2ASK信號的碼元速率 波特,接收端輸入信號的幅度a=1mV,信道中加性

6、噪聲的單邊功率譜密度求 1.包絡(luò)檢波器解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率 2.同步檢測法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率解 30包絡(luò)檢波同步檢測316.3.2 2FSK抗噪聲性能BPF包絡(luò)檢波器抽樣判決器抽樣脈沖輸入輸出BPF包絡(luò)檢波器非相干解調(diào)32發(fā)送碼元信號帶通濾波器的輸出33兩路輸入包絡(luò)（發(fā)送碼元“1”）廣義瑞利分布 瑞利分布34同理總誤碼率35同步檢測法 （0，Ts）發(fā)送“1”，送入抽樣判決器比較的兩路波形BPF相乘器LPF抽樣判決器抽樣脈沖輸出BPF相乘器LPF輸入比較大小36同理總誤碼率當(dāng)r1 當(dāng)r1時,包絡(luò)檢波與同步檢測性能相差很小 376.3.3 2PSK和2DPSK系統(tǒng)的 抗噪聲性能2PSK采用同步檢測法

7、（極性比較法）系統(tǒng)誤碼率（1）當(dāng)r1時， （2）382DPSK差分相干檢測BPF相乘器LPF抽樣判決器定時脈沖DPSK輸出延遲Ts參考信號受到加性噪聲干擾（3）392DPSK極性比較 碼變換解調(diào)極性比較法即同步檢測法，碼變換器輸入端的誤碼率可用（1）（2）表示，碼變換器使誤碼率增加 總誤碼率 BPF相乘器LPF抽樣判決器輸入輸出碼(反)變換abcdef40 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0abcdef41同步檢測輸出有一個碼元錯誤，碼變換輸出引起兩個相鄰碼元錯誤例 0 0 1 0 0 0 1 1 0 同步檢測輸出有兩個相繼錯碼，碼變換輸出引起兩個相鄰碼元錯誤0 0 1

8、 0 1 10 1 1 1 0 42若輸出中出現(xiàn)一長串連續(xù)錯碼，則在碼變換輸出中仍引起兩個碼元錯誤0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1令Pn表示一串n個碼元連續(xù)錯誤這一事件出現(xiàn)的概率則 碼變換器輸出的誤碼率為：出現(xiàn)一串n個碼元連續(xù)錯誤是“n個碼元同時出錯與在該一串錯碼兩端都有一碼元不錯” （4）（5）43（5）代入（4）又 很小 很大（ ） 碼變換總是使誤碼率增加（6）44（6）代入（1）得例 設(shè)某2FSK調(diào)制系統(tǒng)的碼元傳輸速率為1000Baud，已調(diào)信號的載頻為1000Hz、2000Hz；1）試討論應(yīng)選擇怎樣的解調(diào)器解調(diào)？2）若發(fā)送數(shù)字信息是等可能的，試畫出它的功率譜密

9、度草圖。45在通信系統(tǒng)測試中，通常不直接計算或測量某測試點的電壓或負(fù)載吸收的功率，而是計算它們與某一電壓或功率基準(zhǔn)量之比的對數(shù)功率電平dBm P0=1mW （零功率電平） P155 例電壓電平dbv V0=0.775V （零電壓電平） 46在600電阻上測量,功率電平等于電壓電平476.4 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)特點在相同的碼元傳輸速率下，信息傳輸速率比二進(jìn)制系統(tǒng)高。 Rb=RBN2N b/s在相同的信息傳輸速率下，多進(jìn)制碼元傳輸速率比二進(jìn)制低。增大碼元寬度，會增加碼元的能量，并能減少由于信道特性引起的碼間干擾的影響。在相同的噪聲下，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能低于二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。486.4

10、.1 MASKL電平的調(diào)制信號 可看成由時間上不重疊的L個不同振幅值的OOK信號的疊加,因而,其功率譜密度便是這L個信號的功率譜密度之和,盡管疊加后的譜結(jié)構(gòu)很復(fù)雜,但就帶寬而言,L電平調(diào)制信號的帶寬與二電平的相同.49BPFLPF抽樣判決A(t)A(t)x(t)為第K個電平對應(yīng)的信號K=1，2， L當(dāng) 時，第K個電平的碼元將會錯判。門限電平50當(dāng)發(fā)送L個電平的可能性相同時，每一電平的概率為1/L）51信號功率526.4.2 MFSK i=1，2，L要求MFSK信號L個狀態(tài)之間具有正交關(guān)系，則： n，m為正整數(shù)，且 mn非相干接收是2FSK誤碼率的 L-1 倍.536.4.3 MPSK 受調(diào)相位

11、,有M種不同取值多相調(diào)制的波形可以看作是對兩個正交載波進(jìn)行多電平雙邊帶調(diào)制所得信號之和,多相調(diào)制信號的帶寬與多電平雙邊帶調(diào)制時的相同. 多相制中使用最廣泛的是四相制和八相制,四相制記為4PSK或QPSK.54QPSK利用載波的四種不同相位來表征數(shù)字信息,每一載波相位代表2比特信息每個四進(jìn)制碼元又被稱為雙比特碼元 a b (A方式) (B方式) 0 0 0 225 1 0 90 315 1 1 180 45 0 1 270 13555參考相位00101101參考相位00101101QPSK信號的矢量圖56串/并變換-/2+ab輸入輸出調(diào)制LPF抽樣判決LPF抽樣判決并/串a(chǎn)b-/2QPSK相干接收576.4.4 幅相鍵控方式(APK)APK信號的可能狀態(tài)數(shù)為MN, 如M=N=4, 則可合成16APK信號.58令在一個碼元內(nèi)其中此信號可用二維空間內(nèi)的點(