通信原理 第五版 第6章 數(shù)字調(diào)制

第六章數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸－數(shù)字調(diào)制6.0引言目的：為了使數(shù)字基帶信號(hào)能在實(shí)際信道(特別是無(wú)線信道)中傳輸，有效的利用傳輸媒質(zhì),必須把基帶信號(hào)進(jìn)行載波調(diào)制。實(shí)現(xiàn)：和模擬調(diào)制一樣就是把數(shù)據(jù)信號(hào)加載在載波的某個(gè)參數(shù)上：幅度、頻率和相位，即用數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)進(jìn)行幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制。因此可以采用模擬調(diào)制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。方法1。

方法2:

由于數(shù)字信號(hào)的狀態(tài)有限，因而可采用鍵控載波的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如:幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）三種方式。先看二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制§

6.12ASK

2ASK波形可看成單極性不歸零碼與正弦載波相乘的結(jié)果。一、2ASK產(chǎn)生及時(shí)域表達(dá)

×{a

k}碼型變換單極性NRZ2ASK信號(hào)模擬調(diào)制法產(chǎn)生2ASK信號(hào)二、2ASK信號(hào)的功率譜及帶寬帶寬

B2ASK＝2

f

b

（零點(diǎn)帶寬）與AM信號(hào)頻譜很相似乘法器輸入輸出功率譜的關(guān)系三、2ASK信號(hào)的解調(diào)BPFLPF定時(shí)脈沖包絡(luò)檢波器2ASK信號(hào)抽

樣判決器{a’n}非相干解調(diào)×c

o

sw0tBPFLPF

抽樣判決器2ASK信號(hào)相干解調(diào)定時(shí)脈沖{an}y(t)z(t)s(t)06.2

二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)一、2FSK信號(hào)的產(chǎn)生及時(shí)域表達(dá)111001000

2FSK信號(hào)可看成兩個(gè)互不相關(guān)的單極性不歸零碼分別與兩個(gè)正弦載波相乘而得到，p

，1-p，p

，1-p模擬調(diào)制法產(chǎn)生2FSK信號(hào){a

k}單極性

NRZ2FSK信號(hào)～

×～

×相加倒相二、2FSK信號(hào)的功率譜及帶寬(1)

2FSK信號(hào)的功率譜與2ASK信號(hào)的相似，由離散譜和連續(xù)譜組成。，出現(xiàn)雙峰；，出現(xiàn)單峰。(2)

連續(xù)譜的形狀隨著的大小而異：(3)2FSK信號(hào)的頻帶寬度為

三、2FSK信號(hào)的解調(diào)用普通的分路濾波器需滿足下面條件過(guò)零檢測(cè)法周期性方波信號(hào)的三角函數(shù)傅氏級(jí)數(shù)展開式：顯然直流分量的幅度與周期T成反比。所以這種方法也適合模擬調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)。6.3二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)及差分相移鍵控(2DPSK)一、2PSK信號(hào)的產(chǎn)生及時(shí)域表達(dá)s

(t)π0a

k~φ相移載波k2PSK信號(hào)看成是雙極性不歸零碼與正弦載波相乘而得到c

o

s

0ts

(t)雙極性不歸零碼模擬調(diào)制法產(chǎn)生2PSK信號(hào)A方式：，“0”

，“1”B方式：，“0”

，“1”載波2PSK信號(hào)

10010110

絕對(duì)碼a

k，p

，1-p或二、2PSK信號(hào)的功率譜及帶寬零點(diǎn)帶寬：B2PSK＝

2fb與DSB信號(hào)頻譜很相似三、2PSK信號(hào)的解調(diào)由于已調(diào)信號(hào)的頻譜不含載波分量，所以只能采用相干解調(diào)

輸入

抽樣判決器

帶通濾波器cosct

低通濾波器

輸出定時(shí)脈沖相干解調(diào)是一種極性判決的方法，由于本地載波的載波相位不確定性，因此，解調(diào)后所得的數(shù)字信號(hào)的符號(hào)也容易發(fā)生顛倒，這種現(xiàn)象稱為相位模糊。四、2DPSK（相對(duì)相移鍵控）

10010110

絕對(duì)碼載波2PSK信號(hào)

(0)()()(0)()(0)(0)()

（0)

(0)()(0)(0)()()()

(0)2DPSK信號(hào)A方式：，“0”

，“1”B方式：，“0”

，“1”相對(duì)碼

1

101100

01相對(duì)碼A方式：B方式：?jiǎn)螛O性碼表示A方式B方式雙極性碼表示五、2DPSK信號(hào)的解調(diào)1.2DPSK信號(hào)的差分相干解調(diào)2.2DPSK信號(hào)的相干解調(diào)

相干解調(diào)－碼變換：DPSK調(diào)制與解調(diào)PSK調(diào)制相干解調(diào)PSK差分編碼a

nb

n差分譯碼a

nb

n作業(yè)：6-3(1)，(2)，6-4(1)，(2)6.4

二進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)的誤碼性能一、2ASK系統(tǒng)的性能1.2ASK系統(tǒng)的非相干解調(diào)的性能包絡(luò)檢波器的輸出：廣義瑞利分布

瑞利分布帶通輸出：BPFLPF定時(shí)脈沖包絡(luò)檢波器2ASK信號(hào)抽

樣判決器{a’n}非相干解調(diào)可以證明，當(dāng)P(1)＝P(0)時(shí)，Ud=Ud*時(shí)，該陰影面積之和最小，即誤碼率最低。使誤碼率獲最小值的門限為最佳門限，且U

d*=A/2

可推導(dǎo)出，在等概、大信噪比、最佳門限條件下，2ASK非相干解調(diào)的誤碼率為2.2ASK系統(tǒng)的相干解調(diào)的性能只講這個(gè)均值為A的正態(tài)分布均值為0的正態(tài)分布×c

o

sw0tBPFLPF

抽樣判決器2ASK信號(hào)相干解調(diào)定時(shí)脈沖{an}y(t)z(t)s(t)x

(t)最佳門限,

應(yīng)滿足可證明在發(fā)1和發(fā)0的概率相等的情況下，最佳門限值為A/2當(dāng)r>>1時(shí)，上式近似為在大信噪比情況下，2ASK信號(hào)相干解調(diào)時(shí)的誤碼率總是低于包絡(luò)檢波時(shí)的誤碼率，即相干解調(diào)2ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能優(yōu)于非相干解調(diào)系統(tǒng)。二、2FSK系統(tǒng)的性能1、2FSK系統(tǒng)的非相干解調(diào)的性能BPF1LPFBPF2抽樣判決器定時(shí)脈沖2FSK非相干解調(diào)中心頻率LPF包絡(luò)檢波2v1v1f2f)(2ty)(1ty)(ts￠包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波器的輸出廣義瑞利分布

瑞利分布2FSK非相干解調(diào)的誤碼率1.2FSK系統(tǒng)的相干解調(diào)的性能xBPF1LPFxBPF2LPF2FSK相干解調(diào)抽樣判決器定時(shí)脈沖2x1x)(ts￠中心頻率1f2f上支路:－高斯分布、均值a、方差為σn2

;下支路:－高斯分布、均值0、方差為σn2仍為高斯分布均值方差則:相干解調(diào)的誤碼性能三、2PSK系統(tǒng)的性能

抽樣判決器BPFcosctLPF

輸出定時(shí)脈沖x

(t)注意：最佳門限在P(1)=P(0)為0，否則不為0。只講這個(gè)大信噪比時(shí)：四、2DPSK系統(tǒng)的誤碼性能相干解調(diào)－碼變換相干解調(diào)的誤碼率：當(dāng)P

e<<1時(shí)差分譯碼后所以總的誤碼率為：1、

r相同，同一解調(diào)方式2、

r相同，不同解調(diào)方式五、二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能2ASK非相干解調(diào)2FSK非相干解調(diào)2FSK相干解調(diào)2ASK相干解調(diào)2PSK相干解調(diào)2DPSK相干解調(diào)－碼變換2DPSK差分相干解調(diào)誤碼率公式解：（1）BPF帶寬

例設(shè)某2ASK信號(hào)的碼元速率RB＝4.8×106波特，接收端輸入信號(hào)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）包絡(luò)檢波法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率；（2）同步檢測(cè)法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率。（2）同步檢測(cè)解調(diào)時(shí)：包檢法解調(diào)時(shí)：解調(diào)器輸入信噪比BPF輸出噪聲功率補(bǔ)：在某信道上傳送二進(jìn)制信息，傳碼率為106波特，高斯白噪聲雙邊功率譜為n

0/2＝10-10

w/Hz，若要求誤碼率Pe

≦10-4

，求：采用2PSK相干解調(diào)時(shí)，接收機(jī)輸入端的最小信號(hào)功率；采用2DPSK相干解調(diào)－碼變換解調(diào)時(shí)，接收機(jī)輸入端的最小信號(hào)功率；

采用2DPSK差分相干解調(diào)時(shí)，接收機(jī)輸入端的最小信號(hào)功率。

（注：erf2.75=0.9999,erf2.63=0.9998）例6.3.2

采用2FSK方式在有效帶寬為2400Hz的傳輸信道上傳輸數(shù)字信息，已知f1＝980，f

2＝1580，碼元速率RB＝300波特，信道輸出端的信噪比為6dB，試求：（1）2FSK信號(hào)的第一零點(diǎn)帶寬；（2）相干解調(diào)和非相干解調(diào)的誤碼率。解：(1)2FSK信號(hào)的頻帶寬度為:

(2)BPF帶寬

B=2RB=600Hz，r=4×4＝16誤碼率：注意帶寬的不同！降低解調(diào)前的等效噪聲帶寬，可以提高接收機(jī)的靈敏度。比信道帶寬小4倍。6.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制多進(jìn)制傳輸與二進(jìn)制傳輸?shù)谋容^：在傳碼率相同的情況下，可以提高傳信率；在傳信率相同的情況下，可以降低信道中的傳碼率，降低信號(hào)帶寬,增加碼元傳輸間隔，減小碼間干擾；增加了傳輸矢量,誤碼率有所增加。多進(jìn)制相位調(diào)制矢量圖一、四進(jìn)制相移鍵控(4PSK)及差分相移鍵控(4DPSK)090180270π/2系統(tǒng)000022531545135π/4系統(tǒng)0000

00011110

碼距為1邏輯選相電路串/并變換帶通濾波器四相載波發(fā)生器0901802704PSK信號(hào)相位選擇法產(chǎn)生4PSK信號(hào)π/23π/2π/43π/47π/45π/4π0π/23π/2π/43π/47π/45π/4π0串/并變換××π/2

相移～相加輸入輸出正交調(diào)制法(π/4系統(tǒng))正交調(diào)制法(π/2系統(tǒng))串/并變換××－π/4～相加輸入輸出π/4映射為＋1/－1映射為＋1/－14PSK(QPSK)相干解調(diào)并/串變換××π/2～LPF輸入輸出LPF判決判決定時(shí)定時(shí)

完整的4PSK調(diào)制器串/并變換××－π/4～相加輸入輸出π/4映射為＋1/－1映射為＋1/－1升余弦濾波器升余弦濾波器4DPSK：只要在調(diào)制之前進(jìn)行差分編碼(模四運(yùn)算)載波相位與雙比特碼元(或四進(jìn)制碼元)的關(guān)系1載波相位A方式(π/2系統(tǒng))0π/2π3π/2θ或△

θA方式(π/4系統(tǒng))π/43π/45π/47π/4四進(jìn)制符號(hào)（碼）

0123二進(jìn)制符號(hào)（碼）00011110載波相位與雙比特碼元或四進(jìn)制碼元）的關(guān)系2

輸入二進(jìn)制序列

1011000111100100

雙比特絕對(duì)碼序列(an序列）10110001111001004PSK信號(hào)相位（°）2701800901802709004DPSK信號(hào)相位（°）02709090180027000雙比特相對(duì)碼序列(b

n序列)1001011100100000注意：關(guān)系1與關(guān)系2是兩種方法二、幅度和相位聯(lián)合調(diào)制相（APK）提出：多進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)的頻帶利用率高，但多進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)頻帶利用率的提高是通過(guò)犧牲功率利用率來(lái)?yè)Q取的，因?yàn)镸增大，各信號(hào)點(diǎn)間最小距離減小，判決區(qū)域減小，誤碼率增大。16PSK:d

1＝0.39A16QAM:d

2＝0.47AA十六進(jìn)制APK信號(hào)星座圖..正交調(diào)制法產(chǎn)生16QAM信號(hào)串/并變換××π/2～相加輸入輸出

2/4電平變換

2/4電平變換16QAM調(diào)制................16QAM星座圖A16PSK－3－113

31

-1-3串/并變換××π/2～相加輸入輸出正交調(diào)制法產(chǎn)生MQAM信號(hào)

2/L電平變換

2/L電平變換單邊帶濾波4800B3000Hz-24002400f

60030005400f6