數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)課件

7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.6小結(jié)第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)1、基帶傳輸2、頻帶傳輸數(shù)字調(diào)制傳輸系統(tǒng)定義：用數(shù)字基帶信號調(diào)制載波的一種傳輸系統(tǒng)，這個系統(tǒng)也稱為數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)?！飻?shù)字信號的傳輸方式7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理1、基帶傳輸★數(shù)字信號的傳輸方式7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法：1、利用模擬調(diào)制方法把數(shù)字基帶信號當(dāng)成模擬信號2、利用開關(guān)鍵控方法數(shù)字基帶信號的離散取值類似于開關(guān)7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法：7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理數(shù)字調(diào)制分類:1、振幅鍵控（ASK）2、頻移鍵控（FSK）3、相移鍵控（PSK）振幅鍵控 頻移鍵控

相移鍵控7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理數(shù)字調(diào)制分類:振幅鍵控 頻移鍵控 相移鍵控7.7.1.1二進制振幅鍵控(2ASK，OOK)1、基本概念（1）時間表達式及波形7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理s(t)為隨機的單極性矩形脈沖序列。7.1.1二進制振幅鍵控(2ASK，OOK)1、基本概時間波形：

也稱通斷鍵控OOK。7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理時間波形：

也稱通斷鍵控OOK。7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理a、模擬調(diào)制法：b、數(shù)字鍵控法：（2）調(diào)制方法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理a、模擬調(diào)制法：b、數(shù)字鍵控法：（2）調(diào)制方法7.1二進制數(shù)a、非相干接收（包絡(luò)解調(diào)）各點波形見下圖b、相干接收（3）解調(diào)方法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理a、非相干接收（包絡(luò)解調(diào)）b、相干接收（3）解調(diào)方法7.1二7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理2、功率譜密度（1）功率譜密度表達式7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理2、功率譜密度（1）功率譜密度表達式7.1二進制數(shù)字調(diào)制原（2）功率譜圖和帶寬7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理（2）功率譜圖和帶寬7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理總結(jié)：2ASK信號功率譜密度的特點如下：

a、由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成；連續(xù)譜由傳號的波形g(t)經(jīng)線性調(diào)制后決定，離散譜由載波分量決定。

b、已調(diào)信號的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的二倍，即B2ASK＝2fs7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理總結(jié)：2ASK信號功率譜密度的特點如1、基本概念7.1.2二進制頻移鍵控(2FSK)（1）時間表達式及波形7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理1、基本概念7.1.2二進制頻移鍵控(2FSK)（1）時間2FSK信號可看成由兩個2ASK信號相加構(gòu)成。7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理2FSK信號可看成由兩個2ASK信號相加構(gòu)成。7.1二進制數(shù)a、模擬調(diào)制法：b、數(shù)字鍵控法：（2）調(diào)制方法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理a、模擬調(diào)制法：b、數(shù)字鍵控法：（2）調(diào)制方法7.1二進制a、非相干法（包絡(luò)解調(diào)）（3）解調(diào)方法（5種）7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理a、非相干法（包絡(luò)解調(diào)）（3）解調(diào)方法（5種）7.1二進制數(shù)b、相干法解調(diào)7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理b、相干法解調(diào)7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理c、過零檢測法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理c、過零檢測法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理d、鑒頻器法e、差分相干法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理d、鑒頻器法e、差分相干法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理（1）功率譜密度表達式2、功率譜密度令概率P=?，只需將2ASK信號頻譜中的fc分別替換為f1和f2，然后代入上式，即可得到7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理（1）功率譜密度表達式2、功率譜密度令概率P=?，只需7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理(2)功率譜密度示意圖和帶寬7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理(2)功率譜密度示意圖和帶寬7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理總結(jié)：a、相位不連續(xù)2FSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜組成；b、連續(xù)譜的形狀若|f1–f2|<fs，連續(xù)譜在fc處出現(xiàn)單峰；若|f1–f2|>fs，則出現(xiàn)雙峰；c、若以功率譜第一個零點之間的頻率間隔計算2FSK信號的帶寬，則其帶寬近似為7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理總結(jié)：a、相位不連續(xù)2FSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜組成1、基本概念7.1.3二進制相移鍵控(2PSK)（1）時間表達式及波形以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進制數(shù)字信號的調(diào)制方式，稱為二進制絕對相移方式。7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理1、基本概念7.1.3二進制相移鍵控(2PSK)（1）時間波形：(a)A方式(b)B方式矢量圖表示：7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理時間波形：(a)A方式(b)B方式矢量圖表示：7.1a、模擬調(diào)制法：b、數(shù)字鍵控法：（2）調(diào)制方法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理a、模擬調(diào)制法：b、數(shù)字鍵控法：（2）調(diào)制方法7.1二進制數(shù)（3）解調(diào)方法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理（3）解調(diào)方法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理若P=1/2，則2PSK信號的功率譜密度為：（1）功率譜密度表達式2、功率譜密度和帶寬7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理若P=1/2，則2PSK信號的功率譜密度為：（1）功率譜密（2）功率譜圖和帶寬7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理（2）功率譜圖和帶寬7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理總結(jié)：2PSK信號功率譜密度的特點如下：

a、由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成；連續(xù)譜由傳號的波形g(t)經(jīng)線性調(diào)制后決定，若0、1等概，則沒有離散譜。b、已調(diào)信號的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的二倍，即B2PSK＝2fs7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理總結(jié)：2PSK信號功率譜密度的特點如2PSK缺陷：（1）在2PSK信號的載波恢復(fù)過程中存在著的相位模糊，稱“倒π”現(xiàn)象或“反相工作”。（2）信號波形有可能出現(xiàn)長時間連續(xù)的正弦波形，定時信息無法提取。7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理2PSK缺陷：（2）信號波形有可能出現(xiàn)長時間連續(xù)的正弦波形，1、基本概念7.1.4二進制差分相移鍵控（2DPSK）（1）表達方法及波形2DPSK是利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化傳遞數(shù)字信息，又稱相對相移鍵控。7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理1、基本概念7.1.4二進制差分相移鍵控（2DPSK）（1時間波形：7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理時間波形：7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理2DPSK信號的矢量圖：(a)A方式(b)B方式在B方式中，在相鄰碼元之間必定有相位突跳。在接收端檢測此相位突跳就能確定每個碼元的起止時刻。7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理2DPSK信號的矢量圖：(a)A方式(b)B方式在B先進行差分編碼，即絕對碼變換成相對碼（差分碼），然后再根據(jù)相對碼進行絕對調(diào)相。（2）調(diào)制方法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理先進行差分編碼，即絕對碼變換成相對碼（差分碼），然后再根據(jù)相a、相干解調(diào)(極性比較法)加碼反變換法各點波形圖如下（3）解調(diào)方法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理a、相干解調(diào)(極性比較法)加碼反變換法各點波形圖如下（3）解7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理b、差分相干解調(diào)(相位比較）法各點波形圖如下7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理b、差分相干解調(diào)(相位比較）法各點波形圖如下7.1二進制數(shù)字7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理2DPSK可以與2PSK具有相同形式的表達式。因此，2DPSK信號和2PSK信號的功率譜密度是完全一樣的。信號帶寬為2、功率譜密度和帶寬7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理2DPSK可以與2PSK具有相同形式的表達式。因此，2DPS★分析條件假設(shè)信道特性是恒參信道，在信號的頻帶范圍內(nèi)具有理想矩形的傳輸特性(可取其傳輸系數(shù)為K)；信道噪聲是加性高斯白噪聲。并且認(rèn)為噪聲只對信號的接收帶來影響。7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能★分析條件假設(shè)信道特性是恒參信道，在信號的頻帶范圍內(nèi)具有理想1、同步檢測法的系統(tǒng)性能7.2.12ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能a、分析模型7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能1、同步檢測法的系統(tǒng)性能7.2.12ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能b、計算在每一段時間Ts內(nèi)，接收端的輸入波形為n(t)為窄帶高斯噪聲，其均值為0，方差為n2，且可表示為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能b、計算在每一段時間Ts內(nèi)，接收端的輸入波形為n(t)為窄帶接收波形為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能接收波形為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能接收波形的一維概率密度函數(shù)圖7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能接收波形的一維概率密度函數(shù)圖7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲若取判決門限為b，規(guī)定判決規(guī)則

x>b時，判為“1”

x

b時，判為“0”7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能若取判決門限為b，規(guī)定判決規(guī)則7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪同步檢測時2ASK系統(tǒng)的總誤碼率為★最佳門限(1)圖形求解：取P(1)f1(x)與P(0)f0(x)兩條曲線交點b*時，陰影面積最小。7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能同步檢測時2ASK系統(tǒng)的總誤碼率為★最佳門限7.2二進制數(shù)字（2）從公式求解若發(fā)“1”和“0”等概，則最佳判決門限為b*=a/2此時，系統(tǒng)誤碼率為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能（2）從公式求解若發(fā)“1”和“0”等概，則最佳判決門限為b*式中，r為解調(diào)器輸入端的定義信噪比當(dāng)r>>1，即大信噪比時，上式可近似表示為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能式中，r為解調(diào)器輸入端的定義信噪比當(dāng)r>>1，即大信噪比2、包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)性能a、分析模型b、計算7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2、包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)性能a、分析模型b、計算7.2二進制數(shù)字包絡(luò)發(fā)“1”時發(fā)“0”時一維概率密度函數(shù)分別為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能包絡(luò)發(fā)“1”時發(fā)“0”時一維概率密度函數(shù)分別為7.2二進制數(shù)接收波形的一維概率密度函數(shù)圖7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能接收波形的一維概率密度函數(shù)圖7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能故系統(tǒng)的總誤碼率為★最佳門限★實際情況，系統(tǒng)總是工作在大信噪比下7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能故系統(tǒng)的總誤碼率為★最佳門限★實際情況，系統(tǒng)總是工作在大信噪當(dāng)r

時，上式的下界為★結(jié)論：在相同的信噪比條件下，同步檢測法的抗噪聲性能優(yōu)于包絡(luò)檢波法，但在大信噪比時，兩者性能相差不大。然而，包絡(luò)檢波法不7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能當(dāng)r時，上式的下界為★結(jié)論：在相同的信噪比條件下，Example7-1：設(shè)有一2ASK信號傳輸系統(tǒng)，其碼元速率為RB=4.8×106波特，發(fā)“1”和發(fā)“0”的概率相等，接收端分別采用同步檢測法和包絡(luò)檢測法解調(diào)。7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能需要相干載波，因而設(shè)備比較簡單。另外，包絡(luò)檢波法存在門限效應(yīng)，同步檢測法無門限效應(yīng)。Example7-1：設(shè)有一2ASK信號傳輸系統(tǒng)，其碼元速7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能已知接收端輸入信號的幅度a=1mV，信道中加性高斯白噪聲的單邊功率譜密度n0=2×10-15W/Hz。試求：（1）同步解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率；（2）包絡(luò)解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率。7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能已知接收端輸入信號的幅度7.2.22FSK系統(tǒng)的抗噪聲性能

1、同步檢測法的系統(tǒng)性能a、系統(tǒng)模型7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.2.22FSK系統(tǒng)的抗噪聲性能1、同步檢測法的系統(tǒng)性式中，n1(t)和n2(t)分別為兩個帶通濾波器的輸出噪聲——窄帶高斯噪聲b、計算7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能式中，n1(t)和n2(t)分別為兩個帶通濾波器的輸出噪聲—上支路下支路7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能上支路x1(t)和x2(t)抽樣值的一維概率密度函數(shù)分別為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能x1(t)和x2(t)抽樣值的一維概率密度函數(shù)分別為7.2二同理可得采用同步檢測時2FSK系統(tǒng)的總誤碼率為在大信噪比條件下，上式可以近似表示為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能同理可得采用同步檢測時2FSK系統(tǒng)的總誤碼率為在大信噪比條件2、包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)性能a、分析模型7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2、包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)性能a、分析模型7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)兩路包絡(luò)檢波器的輸出上支路：下支路：b、計算7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能兩路包絡(luò)檢波器的輸出b、計算7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪同理2FSK信號包絡(luò)檢波時系統(tǒng)的總誤碼率為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能同理2FSK信號包絡(luò)檢波時系統(tǒng)的總誤碼率為7.2二進制數(shù)字調(diào)7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能★結(jié)論:將上式與2FSK同步檢波時系統(tǒng)的誤碼率公式比較可見，在大信噪比條件下，2FSK信號包絡(luò)檢波時的系統(tǒng)性能與同步檢測時的性能相差不大，但同步檢測法的設(shè)備卻復(fù)雜得多。因此，在滿足信噪比要求的場合，多采用包絡(luò)檢波法。7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能★結(jié)論:將上式與2FSKExample7-2：采用2FSK方式在等效帶寬為2400Hz的傳輸信道上傳輸二進制數(shù)字。2FSK信號的頻率分別為f1=980Hz，f2=1580Hz，碼元速率RB=300B。接收端輸入（即信道輸出端）的信噪比為6dB。試求：7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能Example7-2：采用2FSK方式在等效帶寬為24007.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能（1）2FSK信號的帶寬；（2）包絡(luò)檢波法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率；（3）同步檢測法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率。7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能（1）2FSK信號的帶寬7.2.32PSK和2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能1、2PSK相干解調(diào)系統(tǒng)性能a、分析模型7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.2.32PSK和2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能1、2PSb、分析計算經(jīng)過相干解調(diào)后，送入抽樣判決器的輸入波形為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能b、分析計算經(jīng)過相干解調(diào)后，送入抽樣判決器的輸入波形為7.2x(t)的一維概率密度函數(shù)為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能x(t)的一維概率密度函數(shù)為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲故2PSK信號相干解調(diào)時系統(tǒng)的總誤碼率為在大信噪比條件下，上式可近似為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能故2PSK信號相干解調(diào)時系統(tǒng)的總誤碼率為在大信噪比條件下，上2、2DPSK信號相干檢測──碼變換方法的誤碼率a、分析模型b、分析計算7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2、2DPSK信號相干檢測──碼變換方法的誤碼率a、分析模只需在2PSK信號相干解調(diào)誤碼率公式基礎(chǔ)上再考慮碼反變換器對誤碼率的影響即可，其簡化模型如下碼反變換器對誤碼的影響7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能只需在2PSK信號相干解調(diào)誤碼率公式基礎(chǔ)上再考慮碼反變換器對（連續(xù)2個錯碼時）（連續(xù)n個錯碼時）設(shè)Pe為碼反變換器輸入端{bn}的誤碼率，Pe

為輸出端絕對碼序列{an}的誤碼率，由以上分析可得7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能（連續(xù)2個錯碼時）（連續(xù)n個錯碼時）設(shè)Pe為碼反變換器輸7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能式中Pn為碼反變換器輸入端{bn}序列連續(xù)出現(xiàn)n個錯碼的概率，進一步講，它是“n個碼元同時出錯，而其兩端都有1個碼元不錯”這一事件概率。7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能式中Pn為碼反變換器輸入總誤碼率當(dāng)Pe<<1時，式子可近似為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能Pe‘總是大于Pe

。也就是說，反變換器總是使誤碼率增加，增加的系數(shù)在1~2之間變化?？傉`碼率當(dāng)Pe<<1時，式子可近似為7.2二進制數(shù)字調(diào)制3、2DPSK信號的差分相干解調(diào)a、分析模型b、分析計算7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能3、2DPSK信號的差分相干解調(diào)a、分析模型b、分析計算7.假設(shè)當(dāng)前發(fā)送的是“1”，且令前一個碼元也是“1”（也可以令其為“0”）低通濾波器的輸出為經(jīng)抽樣后的樣值為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能假設(shè)當(dāng)前發(fā)送的是“1”，且令前一個碼元也是“1”（也可以令其然后，按下述判決規(guī)則判決：若x>0，則判為“1”——正確接收若x<0，則判為“0”——錯誤接收利用恒等式7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能然后，按下述判決規(guī)則判決：利用恒等式7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)令由隨機過程的知識，R1的一維分布服從廣義瑞利分布，R2的一維分布服從瑞利分布，最終得到7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能令由隨機過程的知識，R1的一維分布服從廣義瑞利分布，R2同理，因此，2DPSK信號差分相干解調(diào)系統(tǒng)的總誤碼率為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能同理，因此，2DPSK信號差分相干解調(diào)系統(tǒng)的總誤碼率為7.27.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能Example7-3：假設(shè)采用2DPSK方式在微波線路上傳送二進制數(shù)字信息。已知碼元速率RB=106Baud，信道中加性高斯白噪聲的單邊功率譜密度n0=2×10-10W/Hz。今要求誤碼率不大于10-4。試求7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能Example7-3：7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能(1)采用差分相干解調(diào)時，接收機輸入端所需的信號功率；(2)采用相干解調(diào)-碼反變換時，接收機輸入端所需的信號功率。7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能(1)采用差分相干解調(diào)時7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較1、帶寬(碼元時間寬度為Ts時)2ASK、2PSK、2DPSK相同，均為2/Ts；2FSK為|f2－f1|＋2/Ts

2、誤碼率2ASK、2FSK、2PSK在不同接收情況下的性能如下7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較1、帶寬(碼元時間寬度為2DPSK2PSK2FSK2ASK非相干解調(diào)相干解調(diào)7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較2DPSK2PSK2FSK2ASK非相干解調(diào)相干解調(diào)7.3誤碼率曲線：7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較誤碼率曲線：7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較(1)對于同一種調(diào)制方式，采用相干接收比非相干接收性能好些；(2)對于不同的調(diào)制方式，PSK性能最好，F(xiàn)SK次之，ASK最差。3、對信道特性變化的敏感性7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較(1)對于同一種調(diào)制方式，采用相干接收比非相干接收性能好些；7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較★在2FSK系統(tǒng)中，判決器是根據(jù)上下兩個支路解調(diào)輸出樣值的大小來作出判決，不需要人為地設(shè)置判決門限，因而對信道的變化不敏感。★在2PSK系統(tǒng)中，判決器的最佳判決門限為零，與接收機輸入信號的幅度無關(guān)。7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較★在2FSK系統(tǒng)中，判決7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較因此，接收機總能保持工作在最佳判決門限狀態(tài)?！飳τ?ASK系統(tǒng)，判決器的最佳判決門限與接收機輸入信號的幅度有關(guān)，對信道特性變化敏感，性能最差。7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較因此，接收機總能保持工作4、設(shè)備的復(fù)雜程度發(fā)送端：設(shè)備復(fù)雜程度不相上下；接收端：相干比非相干復(fù)雜；非相干接收，2DPSK設(shè)備最復(fù)雜。5、應(yīng)用相干2DPSK，用于高速數(shù)傳；非相干2FSK用于中、低速數(shù)傳。7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較4、設(shè)備的復(fù)雜程度7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較概述：7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理◆為了提高頻帶利用率，最有效的辦法是使一個碼元傳輸多個比特的信息。◆設(shè)多進制碼元的進制數(shù)為M，碼元能量為E，每比特的能量Eb等于E/k。故有概述：7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理◆為了提高頻帶利用率，最有效7.4.1多進制數(shù)字振幅調(diào)制（MASK）1、概念7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理多進制振幅鍵控又稱多電平調(diào)制優(yōu)點：MASK信號的帶寬和2ASK信號的帶寬相同，故單位頻帶的信息傳輸速率高，即頻帶利用率高。7.4.1多進制數(shù)字振幅調(diào)制（MASK）1、概念7.4多(b)MASK信號(a)基帶多電平單極性不歸零信號0010110101011110000t0t01011010101111002、舉例a、基帶信號是多進制單極性不歸零脈沖7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理(b)MASK信號(a)基帶多電平單極性不歸零信號0010101101010111100000t(c)基帶多電平雙極性不歸零信號00000t01011010101111(d)抑制載波MASK信號b、基帶信號是多進制雙極性不歸零脈沖7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理0101101010111100000t(c)基帶多電平雙(a)4FSK信號波形f3f1f2f4TTTTtf1f2f3f400011011(b)4FSK信號的取值7.4.2多進制頻移鍵控(MFSK)1、4FSK信號波形舉例7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理(a)4FSK信號波形f3f1f2f4TTTTtf1f2f2、MFSK信號的帶寬：

B=fM-f1+f

式中

f1－最低載頻

fM－最高載頻

f－單個碼元的帶寬7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理2、MFSK信號的帶寬：7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理V1(t)抽樣判決帶通濾波f1包絡(luò)檢波帶通濾波fM包絡(luò)檢波輸入輸出VM(t)定時脈沖帶通濾波f2包絡(luò)檢波........3、MFSK非相干解調(diào)器的原理方框圖7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理V1(t)帶通濾波包絡(luò)檢波帶通濾波包絡(luò)檢波輸入輸出VM(t)一個MPSK信號碼元可以表示為通常M取2的某次冪：M=2k，k=正整數(shù)7.4.3多進制相移鍵控(MPSK)1、基本原理7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理一個MPSK信號碼元可以表示為7.4.3多進制相移鍵控(M圖7-348PSK信號相位在下圖中示出當(dāng)k=3時，k取值的一例。對于多進制PSK信號，需要用兩個正交的相干載波解調(diào)。7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理圖7-348PSK信號相位在下圖中示出當(dāng)k=3時，7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理可以將MPSK信號碼元表示式展開寫成式中帶寬和MASK信號的帶寬相同。本節(jié)下面主要以M=4為例，對4PSK作進一步的分析。7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理可以將MPSK信號碼元表示式展開寫2、正交相移鍵控(QPSK)a、4PSK常稱為正交相移鍵控(QPSK)b、格雷(Gray)碼4PSK信號每個碼元含有2比特的信息，現(xiàn)用ab代表這兩個比特。兩個比特有4種組合。7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理2、正交相移鍵控(QPSK)a、4PSK常稱為正交相移鍵控(abk00900101127010180QPSK信號的編碼7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理格雷碼的好處在于相鄰相位所代表的兩個比特只有一位不同。這樣編碼使一個比特誤碼的概率最大。abk00900101127010180QPSK信01001011參考相位圖7-35QPSK信號的矢量圖c、QPSK信號矢量圖7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理01001011參考相位圖7-35QPSK信號的矢量圖c、(a)波形和相位連續(xù)TTd、碼元相位關(guān)系k稱為初始相位，而把(0t+k)稱為信號的瞬時相位。當(dāng)碼元中包含整數(shù)個載波周期時，初始相位相同的相鄰碼元的波形和瞬時相位才是連續(xù)的，如下圖：7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理(a)波形和相位連續(xù)TTd、碼元相位關(guān)系k稱為初始相位，-sin0t相干載波產(chǎn)生相乘電路相乘電路/2相移串/并變換相加電路cos0tA(t)s(t)圖7-37第一種QPSK信號產(chǎn)生方法ab3、QPSK調(diào)制a、相乘電路法7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理-sin0t相干載相乘相乘/2串/并相加cos0tA(串/并變換相位選擇帶通濾波4相載波產(chǎn)生器1432ab圖7-40選擇法產(chǎn)生QPSK信號b、選擇法7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理串/并相位帶通4相載波1432ab圖7-40選擇法載波提取相乘低通抽判/2相乘低通抽判并/串A(t)s(t)abcos0t-sin0t定時提取圖7-41QPSK信號解調(diào)原理方框圖4、QPSK解調(diào)a、原理方框圖7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理載波相乘低通抽判/2相乘低通抽判并/串A(t)s(t)aba、QPSK體制的缺點：相鄰碼元最大相位差達到180°，在頻帶受限系統(tǒng)中會引起信號包絡(luò)的很大起伏。b、偏置QPSK的改進：為了減小此相位突變，將兩個正交分量的兩個比特a和b在時間上錯開半個碼元，使之不可能同時改變。5、偏置QPSK(OQPSK)7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理a、QPSK體制的缺點：相鄰碼元最大相位差達到180°，在頻c、OQPSK和QPSK的唯一區(qū)別在于：對于QPSK，上表中的兩個比特a和b的持續(xù)時間原則上可以不同；而對于OQPSK，a和b的持續(xù)時間必須相同。7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理c、OQPSK和QPSK的唯一區(qū)別在于：對于QPSK，上表中a1a3a5a7a2a6a4a8a2a4a1a3a5a7a6a8d、OQPSK信號的波形與QPSK信號波形的比較7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理a1a3a5a7a2a6a4a8a2a4a1a3a5a7a67.4.4多進制差分相移鍵控(MDPSK)1、基本原理7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理◆MDPSK信號和MPSK信號類似，只需把MPSK信號用的參考相位當(dāng)作是前一碼元的相位，把相移θk當(dāng)作是相對于前一碼元相位的相移。7.4.4多進制差分相移鍵控(MDPSK)1、基本原理7.abkA方式B方式0090135010451127031510180225◆

QDPSK信號編碼方式：7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理abkA方式B方式009013501045112abcd碼變換相加電路s(t)圖7-43第一種QDPSK信號產(chǎn)生方法A(t)串/并變換-/4載波產(chǎn)生相乘電路相乘電路/42、產(chǎn)生方法a、第一種方法7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理abcd碼相加s(t)圖7-43第一種QDPSK信號產(chǎn)生方只讀存儲器TTakbkckdkdk-1ck-1圖7-44碼變換器碼變換器的電路b、第二種方法：和QPSK信號的選擇法原理相同，只是在串/并變換后需要增加一個“碼變換器”。7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理只讀TTakbkckdkdk-1ck-1圖7-44碼變圖7-45A方式QDPSK信號解調(diào)方法bacdA(t)-/4相乘電路相乘電路/4s(t)低通濾波低通濾波抽樣判決抽樣判決并/串變換逆碼變換定時提取載波提取3、解調(diào)方法：有極性比較法和相位比較法兩種。a、極性比較法：原理方框圖（A方式）7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理圖7-45A方式QDPSK信號解調(diào)方法bacdA(t)-dk-1ck-1＋延遲T＋延遲T＋交叉直通電路圖7-46逆碼變換器原理方框圖dkckbkakdk-1ck-1逆碼變換器原理方框圖7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理dk-1ck-1＋延遲T＋延遲T＋圖7-46逆碼變換器原理b、相位比較法:原理方框圖A(t)-/4相乘電路相乘電路/4s(t)低通濾波低通濾波抽樣判決抽樣判決并/串變換定時提取延遲T7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理b、相位比較法:A(t)-/4相乘相乘/7.5.1MASK系統(tǒng)的抗噪聲性能7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能抑制載波的2ASK平均功率：7.5.1MASK系統(tǒng)的抗噪聲性能7.5多進制數(shù)字調(diào)制系7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能Per(dB)7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能Per(dB)7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.5.2MFSK系統(tǒng)的抗噪聲性能1、非相干解調(diào)時的誤碼率7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.5.2MFSK系統(tǒng)的抗噪聲性能7.5多進制數(shù)字調(diào)制系(a)非相干解調(diào)rbPe7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能(a)非相干解調(diào)rbPe7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲相干解調(diào)時的誤碼率7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能相干解調(diào)時的誤碼率7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能(b)相干解調(diào)Perb7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能(b)相干解調(diào)Perb7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性7.5.3MPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能1、QPSK系統(tǒng)的性能7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.5.3MPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能7.5多進制數(shù)字調(diào)制系Perb

(dB)7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能Perb(dB)7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.5.4MDPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能Perb(dB)7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.5.4MDPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能Perb(dB)7.57.6小結(jié)7.6小結(jié)7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理7.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.6小結(jié)第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)1、基帶傳輸2、頻帶傳輸數(shù)字調(diào)制傳輸系統(tǒng)定義：用數(shù)字基帶信號調(diào)制載波的一種傳輸系統(tǒng)，這個系統(tǒng)也稱為數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)。★數(shù)字信號的傳輸方式7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理1、基帶傳輸★數(shù)字信號的傳輸方式7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法：1、利用模擬調(diào)制方法把數(shù)字基帶信號當(dāng)成模擬信號2、利用開關(guān)鍵控方法數(shù)字基帶信號的離散取值類似于開關(guān)7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法：7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理數(shù)字調(diào)制分類:1、振幅鍵控（ASK）2、頻移鍵控（FSK）3、相移鍵控（PSK）振幅鍵控 頻移鍵控

相移鍵控7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理數(shù)字調(diào)制分類:振幅鍵控 頻移鍵控 相移鍵控7.7.1.1二進制振幅鍵控(2ASK，OOK)1、基本概念（1）時間表達式及波形7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理s(t)為隨機的單極性矩形脈沖序列。7.1.1二進制振幅鍵控(2ASK，OOK)1、基本概時間波形：

也稱通斷鍵控OOK。7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理時間波形：

也稱通斷鍵控OOK。7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理a、模擬調(diào)制法：b、數(shù)字鍵控法：（2）調(diào)制方法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理a、模擬調(diào)制法：b、數(shù)字鍵控法：（2）調(diào)制方法7.1二進制數(shù)a、非相干接收（包絡(luò)解調(diào)）各點波形見下圖b、相干接收（3）解調(diào)方法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理a、非相干接收（包絡(luò)解調(diào)）b、相干接收（3）解調(diào)方法7.1二7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理2、功率譜密度（1）功率譜密度表達式7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理2、功率譜密度（1）功率譜密度表達式7.1二進制數(shù)字調(diào)制原（2）功率譜圖和帶寬7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理（2）功率譜圖和帶寬7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理總結(jié)：2ASK信號功率譜密度的特點如下：

a、由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成；連續(xù)譜由傳號的波形g(t)經(jīng)線性調(diào)制后決定，離散譜由載波分量決定。

b、已調(diào)信號的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的二倍，即B2ASK＝2fs7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理總結(jié)：2ASK信號功率譜密度的特點如1、基本概念7.1.2二進制頻移鍵控(2FSK)（1）時間表達式及波形7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理1、基本概念7.1.2二進制頻移鍵控(2FSK)（1）時間2FSK信號可看成由兩個2ASK信號相加構(gòu)成。7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理2FSK信號可看成由兩個2ASK信號相加構(gòu)成。7.1二進制數(shù)a、模擬調(diào)制法：b、數(shù)字鍵控法：（2）調(diào)制方法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理a、模擬調(diào)制法：b、數(shù)字鍵控法：（2）調(diào)制方法7.1二進制a、非相干法（包絡(luò)解調(diào)）（3）解調(diào)方法（5種）7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理a、非相干法（包絡(luò)解調(diào)）（3）解調(diào)方法（5種）7.1二進制數(shù)b、相干法解調(diào)7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理b、相干法解調(diào)7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理c、過零檢測法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理c、過零檢測法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理d、鑒頻器法e、差分相干法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理d、鑒頻器法e、差分相干法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理（1）功率譜密度表達式2、功率譜密度令概率P=?，只需將2ASK信號頻譜中的fc分別替換為f1和f2，然后代入上式，即可得到7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理（1）功率譜密度表達式2、功率譜密度令概率P=?，只需7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理(2)功率譜密度示意圖和帶寬7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理(2)功率譜密度示意圖和帶寬7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理總結(jié)：a、相位不連續(xù)2FSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜組成；b、連續(xù)譜的形狀若|f1–f2|<fs，連續(xù)譜在fc處出現(xiàn)單峰；若|f1–f2|>fs，則出現(xiàn)雙峰；c、若以功率譜第一個零點之間的頻率間隔計算2FSK信號的帶寬，則其帶寬近似為7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理總結(jié)：a、相位不連續(xù)2FSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜組成1、基本概念7.1.3二進制相移鍵控(2PSK)（1）時間表達式及波形以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進制數(shù)字信號的調(diào)制方式，稱為二進制絕對相移方式。7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理1、基本概念7.1.3二進制相移鍵控(2PSK)（1）時間波形：(a)A方式(b)B方式矢量圖表示：7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理時間波形：(a)A方式(b)B方式矢量圖表示：7.1a、模擬調(diào)制法：b、數(shù)字鍵控法：（2）調(diào)制方法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理a、模擬調(diào)制法：b、數(shù)字鍵控法：（2）調(diào)制方法7.1二進制數(shù)（3）解調(diào)方法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理（3）解調(diào)方法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理若P=1/2，則2PSK信號的功率譜密度為：（1）功率譜密度表達式2、功率譜密度和帶寬7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理若P=1/2，則2PSK信號的功率譜密度為：（1）功率譜密（2）功率譜圖和帶寬7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理（2）功率譜圖和帶寬7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理總結(jié)：2PSK信號功率譜密度的特點如下：

a、由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成；連續(xù)譜由傳號的波形g(t)經(jīng)線性調(diào)制后決定，若0、1等概，則沒有離散譜。b、已調(diào)信號的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的二倍，即B2PSK＝2fs7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理總結(jié)：2PSK信號功率譜密度的特點如2PSK缺陷：（1）在2PSK信號的載波恢復(fù)過程中存在著的相位模糊，稱“倒π”現(xiàn)象或“反相工作”。（2）信號波形有可能出現(xiàn)長時間連續(xù)的正弦波形，定時信息無法提取。7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理2PSK缺陷：（2）信號波形有可能出現(xiàn)長時間連續(xù)的正弦波形，1、基本概念7.1.4二進制差分相移鍵控（2DPSK）（1）表達方法及波形2DPSK是利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化傳遞數(shù)字信息，又稱相對相移鍵控。7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理1、基本概念7.1.4二進制差分相移鍵控（2DPSK）（1時間波形：7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理時間波形：7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理2DPSK信號的矢量圖：(a)A方式(b)B方式在B方式中，在相鄰碼元之間必定有相位突跳。在接收端檢測此相位突跳就能確定每個碼元的起止時刻。7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理2DPSK信號的矢量圖：(a)A方式(b)B方式在B先進行差分編碼，即絕對碼變換成相對碼（差分碼），然后再根據(jù)相對碼進行絕對調(diào)相。（2）調(diào)制方法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理先進行差分編碼，即絕對碼變換成相對碼（差分碼），然后再根據(jù)相a、相干解調(diào)(極性比較法)加碼反變換法各點波形圖如下（3）解調(diào)方法7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理a、相干解調(diào)(極性比較法)加碼反變換法各點波形圖如下（3）解7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理b、差分相干解調(diào)(相位比較）法各點波形圖如下7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理b、差分相干解調(diào)(相位比較）法各點波形圖如下7.1二進制數(shù)字7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理2DPSK可以與2PSK具有相同形式的表達式。因此，2DPSK信號和2PSK信號的功率譜密度是完全一樣的。信號帶寬為2、功率譜密度和帶寬7.1二進制數(shù)字調(diào)制原理2DPSK可以與2PSK具有相同形式的表達式。因此，2DPS★分析條件假設(shè)信道特性是恒參信道，在信號的頻帶范圍內(nèi)具有理想矩形的傳輸特性(可取其傳輸系數(shù)為K)；信道噪聲是加性高斯白噪聲。并且認(rèn)為噪聲只對信號的接收帶來影響。7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能★分析條件假設(shè)信道特性是恒參信道，在信號的頻帶范圍內(nèi)具有理想1、同步檢測法的系統(tǒng)性能7.2.12ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能a、分析模型7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能1、同步檢測法的系統(tǒng)性能7.2.12ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能b、計算在每一段時間Ts內(nèi)，接收端的輸入波形為n(t)為窄帶高斯噪聲，其均值為0，方差為n2，且可表示為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能b、計算在每一段時間Ts內(nèi)，接收端的輸入波形為n(t)為窄帶接收波形為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能接收波形為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能接收波形的一維概率密度函數(shù)圖7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能接收波形的一維概率密度函數(shù)圖7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲若取判決門限為b，規(guī)定判決規(guī)則

x>b時，判為“1”

x

b時，判為“0”7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能若取判決門限為b，規(guī)定判決規(guī)則7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪同步檢測時2ASK系統(tǒng)的總誤碼率為★最佳門限(1)圖形求解：取P(1)f1(x)與P(0)f0(x)兩條曲線交點b*時，陰影面積最小。7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能同步檢測時2ASK系統(tǒng)的總誤碼率為★最佳門限7.2二進制數(shù)字（2）從公式求解若發(fā)“1”和“0”等概，則最佳判決門限為b*=a/2此時，系統(tǒng)誤碼率為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能（2）從公式求解若發(fā)“1”和“0”等概，則最佳判決門限為b*式中，r為解調(diào)器輸入端的定義信噪比當(dāng)r>>1，即大信噪比時，上式可近似表示為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能式中，r為解調(diào)器輸入端的定義信噪比當(dāng)r>>1，即大信噪比2、包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)性能a、分析模型b、計算7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2、包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)性能a、分析模型b、計算7.2二進制數(shù)字包絡(luò)發(fā)“1”時發(fā)“0”時一維概率密度函數(shù)分別為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能包絡(luò)發(fā)“1”時發(fā)“0”時一維概率密度函數(shù)分別為7.2二進制數(shù)接收波形的一維概率密度函數(shù)圖7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能接收波形的一維概率密度函數(shù)圖7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能故系統(tǒng)的總誤碼率為★最佳門限★實際情況，系統(tǒng)總是工作在大信噪比下7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能故系統(tǒng)的總誤碼率為★最佳門限★實際情況，系統(tǒng)總是工作在大信噪當(dāng)r

時，上式的下界為★結(jié)論：在相同的信噪比條件下，同步檢測法的抗噪聲性能優(yōu)于包絡(luò)檢波法，但在大信噪比時，兩者性能相差不大。然而，包絡(luò)檢波法不7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能當(dāng)r時，上式的下界為★結(jié)論：在相同的信噪比條件下，Example7-1：設(shè)有一2ASK信號傳輸系統(tǒng)，其碼元速率為RB=4.8×106波特，發(fā)“1”和發(fā)“0”的概率相等，接收端分別采用同步檢測法和包絡(luò)檢測法解調(diào)。7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能需要相干載波，因而設(shè)備比較簡單。另外，包絡(luò)檢波法存在門限效應(yīng)，同步檢測法無門限效應(yīng)。Example7-1：設(shè)有一2ASK信號傳輸系統(tǒng)，其碼元速7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能已知接收端輸入信號的幅度a=1mV，信道中加性高斯白噪聲的單邊功率譜密度n0=2×10-15W/Hz。試求：（1）同步解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率；（2）包絡(luò)解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率。7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能已知接收端輸入信號的幅度7.2.22FSK系統(tǒng)的抗噪聲性能

1、同步檢測法的系統(tǒng)性能a、系統(tǒng)模型7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.2.22FSK系統(tǒng)的抗噪聲性能1、同步檢測法的系統(tǒng)性式中，n1(t)和n2(t)分別為兩個帶通濾波器的輸出噪聲——窄帶高斯噪聲b、計算7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能式中，n1(t)和n2(t)分別為兩個帶通濾波器的輸出噪聲—上支路下支路7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能上支路x1(t)和x2(t)抽樣值的一維概率密度函數(shù)分別為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能x1(t)和x2(t)抽樣值的一維概率密度函數(shù)分別為7.2二同理可得采用同步檢測時2FSK系統(tǒng)的總誤碼率為在大信噪比條件下，上式可以近似表示為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能同理可得采用同步檢測時2FSK系統(tǒng)的總誤碼率為在大信噪比條件2、包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)性能a、分析模型7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2、包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)性能a、分析模型7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)兩路包絡(luò)檢波器的輸出上支路：下支路：b、計算7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能兩路包絡(luò)檢波器的輸出b、計算7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪同理2FSK信號包絡(luò)檢波時系統(tǒng)的總誤碼率為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能同理2FSK信號包絡(luò)檢波時系統(tǒng)的總誤碼率為7.2二進制數(shù)字調(diào)7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能★結(jié)論:將上式與2FSK同步檢波時系統(tǒng)的誤碼率公式比較可見，在大信噪比條件下，2FSK信號包絡(luò)檢波時的系統(tǒng)性能與同步檢測時的性能相差不大，但同步檢測法的設(shè)備卻復(fù)雜得多。因此，在滿足信噪比要求的場合，多采用包絡(luò)檢波法。7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能★結(jié)論:將上式與2FSKExample7-2：采用2FSK方式在等效帶寬為2400Hz的傳輸信道上傳輸二進制數(shù)字。2FSK信號的頻率分別為f1=980Hz，f2=1580Hz，碼元速率RB=300B。接收端輸入（即信道輸出端）的信噪比為6dB。試求：7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能Example7-2：采用2FSK方式在等效帶寬為24007.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能（1）2FSK信號的帶寬；（2）包絡(luò)檢波法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率；（3）同步檢測法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率。7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能（1）2FSK信號的帶寬7.2.32PSK和2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能1、2PSK相干解調(diào)系統(tǒng)性能a、分析模型7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.2.32PSK和2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能1、2PSb、分析計算經(jīng)過相干解調(diào)后，送入抽樣判決器的輸入波形為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能b、分析計算經(jīng)過相干解調(diào)后，送入抽樣判決器的輸入波形為7.2x(t)的一維概率密度函數(shù)為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能x(t)的一維概率密度函數(shù)為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲故2PSK信號相干解調(diào)時系統(tǒng)的總誤碼率為在大信噪比條件下，上式可近似為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能故2PSK信號相干解調(diào)時系統(tǒng)的總誤碼率為在大信噪比條件下，上2、2DPSK信號相干檢測──碼變換方法的誤碼率a、分析模型b、分析計算7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2、2DPSK信號相干檢測──碼變換方法的誤碼率a、分析模只需在2PSK信號相干解調(diào)誤碼率公式基礎(chǔ)上再考慮碼反變換器對誤碼率的影響即可，其簡化模型如下碼反變換器對誤碼的影響7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能只需在2PSK信號相干解調(diào)誤碼率公式基礎(chǔ)上再考慮碼反變換器對（連續(xù)2個錯碼時）（連續(xù)n個錯碼時）設(shè)Pe為碼反變換器輸入端{bn}的誤碼率，Pe

為輸出端絕對碼序列{an}的誤碼率，由以上分析可得7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能（連續(xù)2個錯碼時）（連續(xù)n個錯碼時）設(shè)Pe為碼反變換器輸7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能式中Pn為碼反變換器輸入端{bn}序列連續(xù)出現(xiàn)n個錯碼的概率，進一步講，它是“n個碼元同時出錯，而其兩端都有1個碼元不錯”這一事件概率。7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能式中Pn為碼反變換器輸入總誤碼率當(dāng)Pe<<1時，式子可近似為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能Pe‘總是大于Pe

。也就是說，反變換器總是使誤碼率增加，增加的系數(shù)在1~2之間變化?？傉`碼率當(dāng)Pe<<1時，式子可近似為7.2二進制數(shù)字調(diào)制3、2DPSK信號的差分相干解調(diào)a、分析模型b、分析計算7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能3、2DPSK信號的差分相干解調(diào)a、分析模型b、分析計算7.假設(shè)當(dāng)前發(fā)送的是“1”，且令前一個碼元也是“1”（也可以令其為“0”）低通濾波器的輸出為經(jīng)抽樣后的樣值為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能假設(shè)當(dāng)前發(fā)送的是“1”，且令前一個碼元也是“1”（也可以令其然后，按下述判決規(guī)則判決：若x>0，則判為“1”——正確接收若x<0，則判為“0”——錯誤接收利用恒等式7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能然后，按下述判決規(guī)則判決：利用恒等式7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)令由隨機過程的知識，R1的一維分布服從廣義瑞利分布，R2的一維分布服從瑞利分布，最終得到7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能令由隨機過程的知識，R1的一維分布服從廣義瑞利分布，R2同理，因此，2DPSK信號差分相干解調(diào)系統(tǒng)的總誤碼率為7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能同理，因此，2DPSK信號差分相干解調(diào)系統(tǒng)的總誤碼率為7.27.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能Example7-3：假設(shè)采用2DPSK方式在微波線路上傳送二進制數(shù)字信息。已知碼元速率RB=106Baud，信道中加性高斯白噪聲的單邊功率譜密度n0=2×10-10W/Hz。今要求誤碼率不大于10-4。試求7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能Example7-3：7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能(1)采用差分相干解調(diào)時，接收機輸入端所需的信號功率；(2)采用相干解調(diào)-碼反變換時，接收機輸入端所需的信號功率。7.2二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能(1)采用差分相干解調(diào)時7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較1、帶寬(碼元時間寬度為Ts時)2ASK、2PSK、2DPSK相同，均為2/Ts；2FSK為|f2－f1|＋2/Ts

2、誤碼率2ASK、2FSK、2PSK在不同接收情況下的性能如下7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較1、帶寬(碼元時間寬度為2DPSK2PSK2FSK2ASK非相干解調(diào)相干解調(diào)7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較2DPSK2PSK2FSK2ASK非相干解調(diào)相干解調(diào)7.3誤碼率曲線：7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較誤碼率曲線：7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較(1)對于同一種調(diào)制方式，采用相干接收比非相干接收性能好些；(2)對于不同的調(diào)制方式，PSK性能最好，F(xiàn)SK次之，ASK最差。3、對信道特性變化的敏感性7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較(1)對于同一種調(diào)制方式，采用相干接收比非相干接收性能好些；7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較★在2FSK系統(tǒng)中，判決器是根據(jù)上下兩個支路解調(diào)輸出樣值的大小來作出判決，不需要人為地設(shè)置判決門限，因而對信道的變化不敏感?！镌?PSK系統(tǒng)中，判決器的最佳判決門限為零，與接收機輸入信號的幅度無關(guān)。7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較★在2FSK系統(tǒng)中，判決7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較因此，接收機總能保持工作在最佳判決門限狀態(tài)?！飳τ?ASK系統(tǒng)，判決器的最佳判決門限與接收機輸入信號的幅度有關(guān)，對信道特性變化敏感，性能最差。7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較因此，接收機總能保持工作4、設(shè)備的復(fù)雜程度發(fā)送端：設(shè)備復(fù)雜程度不相上下；接收端：相干比非相干復(fù)雜；非相干接收，2DPSK設(shè)備最復(fù)雜。5、應(yīng)用相干2DPSK，用于高速數(shù)傳；非相干2FSK用于中、低速數(shù)傳。7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較4、設(shè)備的復(fù)雜程度7.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較概述：7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理◆為了提高頻帶利用率，最有效的辦法是使一個碼元傳輸多個比特的信息?！粼O(shè)多進制碼元的進制數(shù)為M，碼元能量為E，每比特的能量Eb等于E/k。故有概述：7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理◆為了提高頻帶利用率，最有效7.4.1多進制數(shù)字振幅調(diào)制（MASK）1、概念7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理多進制振幅鍵控又稱多電平調(diào)制優(yōu)點：MASK信號的帶寬和2ASK信號的帶寬相同，故單位頻帶的信息傳輸速率高，即頻帶利用率高。7.4.1多進制數(shù)字振幅調(diào)制（MASK）1、概念7.4多(b)MASK信號(a)基帶多電平單極性不歸零信號0010110101011110000t0t01011010101111002、舉例a、基帶信號是多進制單極性不歸零脈沖7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理(b)MASK信號(a)基帶多電平單極性不歸零信號0010101101010111100000t(c)基帶多電平雙極性不歸零信號00000t01011010101111(d)抑制載波MASK信號b、基帶信號是多進制雙極性不歸零脈沖7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理0101101010111100000t(c)基帶多電平雙(a)4FSK信號波形f3f1f2f4TTTTtf1f2f3f400011011(b)4FSK信號的取值7.4.2多進制頻移鍵控(MFSK)1、4FSK信號波形舉例7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理(a)4FSK信號波形f3f1f2f4TTTTtf1f2f2、MFSK信號的帶寬：

B=fM-f1+f

式中

f1－最低載頻

fM－最高載頻

f－單個碼元的帶寬7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理2、MFSK信號的帶寬：7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理V1(t)抽樣判決帶通濾波f1包絡(luò)檢波帶通濾波fM包絡(luò)檢波輸入輸出VM(t)定時脈沖帶通濾波f2包絡(luò)檢波........3、MFSK非相干解調(diào)器的原理方框圖7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理V1(t)帶通濾波包絡(luò)檢波帶通濾波包絡(luò)檢波輸入輸出VM(t)一個MPSK信號碼元可以表示為通常M取2的某次冪：M=2k，k=正整數(shù)7.4.3多進制相移鍵控(MPSK)1、基本原理7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理一個MPSK信號碼元可以表示為7.4.3多進制相移鍵控(M圖7-348PSK信號相位在下圖中示出當(dāng)k=3時，k取值的一例。對于多進制PSK信號，需要用兩個正交的相干載波解調(diào)。7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理圖7-348PSK信號相位在下圖中示出當(dāng)k=3時，7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理可以將MPSK信號碼元表示式展開寫成式中帶寬和MASK信號的帶寬相同。本節(jié)下面主要以M=4為例，對4PSK作進一步的分析。7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理可以將MPSK信號碼元表示式展開寫2、正交相移鍵控(QPSK)a、4PSK常稱為正交相移鍵控(QPSK)b、格雷(Gray)碼4PSK信號每個碼元含有2比特的信息，現(xiàn)用ab代表這兩個比特。兩個比特有4種組合。7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理2、正交相移鍵控(QPSK)a、4PSK常稱為正交相移鍵控(abk00900101127010180QPSK信號的編碼7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理格雷碼的好處在于相鄰相位所代表的兩個比特只有一位不同。這樣編碼使一個比特誤碼的概率最大。abk00900101127010180QPSK信01001011參考相位圖7-35QPSK信號的矢量圖c、QPSK信號矢量圖7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理01001011參考相位圖7-35QPSK信號的矢量圖c、(a)波形和相位連續(xù)TTd、碼元相位關(guān)系k稱為初始相位，而把(0t+k)稱為信號的瞬時相位。當(dāng)碼元中包含整數(shù)個載波周期時，初始相位相同的相鄰碼元的波形和瞬時相位才是連續(xù)的，如下圖：7.4多進制數(shù)字調(diào)制原理(a)波形和相位連續(xù)TTd、碼元相位關(guān)系k稱為初始相位，-sin0t相干載波產(chǎn)生相乘電路相乘電路/2相移串/并