數(shù)字通信原理數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

數(shù)字通信原理數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第一頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三12010CopyrightSCUTDT&PLabs2第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

6.1、引言

數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)主要討論的內(nèi)容數(shù)字信號調(diào)制傳輸、解調(diào)的方法和其性能分析數(shù)字調(diào)制的主要目的（1）使數(shù)字信號適合在帶通信道中傳輸并易于實現(xiàn)；

如：對無線信道，信號頻率必須足夠高才能使天線的尺寸在合理大小的水平（/4）；（2）能通過頻分復用將數(shù)字信息(基帶信號)安排在不同的頻段傳輸，提高頻帶利用率。

第二頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs3第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

6.1、引言(續(xù))

模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制的異同

相同點：（1）實現(xiàn)信號的頻譜搬移和變換；（2）載波主要為正弦信號；（3）可采用調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相等方式；（4）可同時調(diào)制多于一個的參數(shù)，如相位與幅度

主要區(qū)別：數(shù)字調(diào)制受控參數(shù)在有限種取值間變化。

調(diào)制的類別（1）二進制與M進制（M>2）（2）線性調(diào)制和非線性調(diào)制

（3）無記憶調(diào)制和有記憶調(diào)制第三頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs4第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

6.1、引言(續(xù))

三種典型的數(shù)字調(diào)制方式示例

(a)振幅鍵控(b)頻移鍵控(c)相移鍵控第四頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs5第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

6.2、二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)

二進制移幅鍵控(2ASK)基帶信號：

2ASK信號：第五頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs6第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制移幅鍵控(2ASK)(續(xù))

2ASK實現(xiàn)方案：

(a)采用乘法器實現(xiàn)

(b)采用開關電路實現(xiàn)通過該方式輸出的信號也稱通斷鍵控(OOK)信號。第六頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs7第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制移幅鍵控(2ASK)(續(xù))

2ASK信號的功率譜設基帶信號的功率譜為

2ASK信號的功率譜為則：第七頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs8

二進制移幅鍵控(2ASK)(續(xù))

2ASK信號的帶寬

ASK信號是一種由基帶信號線性調(diào)制載波后產(chǎn)生的信號信號頻譜是基帶信號頻譜簡單地搬移，帶寬是原基帶信號的兩倍。第八頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs9第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制移幅鍵控(2ASK)(續(xù))

2ASK信號的頻帶利用率(1)對于具有理想的無碼間串擾系統(tǒng)

(2)對于滾降系數(shù)為的基帶調(diào)制信號

第九頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs10第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制移幅鍵控(2ASK)(續(xù))

2ASK信號的頻帶利用率(3)對于OOK信號，如果只考慮信號的主瓣

(參見ppt－P7圖)

第十頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs11第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制移頻鍵控(2FSK)對于二元信號序列，一般地有：

相應地

2FSK信號的一般表示形式為其中為基帶信號的碼元波形。第十一頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs12第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制移頻鍵控(2FSK)(續(xù))若記則有第十二頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs13第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制移頻鍵控(2FSK)(續(xù))

2FSK實現(xiàn)方案：

(a)采用變?nèi)荻O管模擬調(diào)頻實現(xiàn)

(b)采用開關電路實現(xiàn)通過鍵控法實現(xiàn)第十三頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs14第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制移頻鍵控(2FSK)(續(xù))

2FSK信號的功率譜

由式

2FSK信號看成是兩個OOK振幅鍵控信號相疊加，其功率譜是兩信號與功率譜之和。第十四頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs15第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制移頻鍵控(2FSK)(續(xù))

2FSK信號的頻率與帶寬選擇分析定義2FSK信號中兩個不同頻率信號的相關系數(shù)為其中是碼元的能量。第十五頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs16第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

因容易滿足條件所以，若要求滿足正交條件相當于要求：因為取值具有任意性，所以要求第十六頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs17第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

由

可以解出：滿足上式的最小整數(shù)k為1

在任意取值的條件下，滿足s1和s2正交的最小頻率間隔為第十七頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs18第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

若滿足條件，正交的條件

簡化為

此時，滿足s1和s2正交的最小頻率間隔為

一般地，若記

2FSK信號的帶寬為：

其中B是基帶脈沖信號的帶寬。第十八頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs19第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制移頻鍵控(2FSK)(續(xù))

2FSK信號的頻帶利用率

2FSK信號的最高頻帶利用率(對應的情形)

通常FSK信號在頻帶利用率方面沒有優(yōu)勢，F(xiàn)SK調(diào)制適合應用在的信噪比(SNR)的場合。第十九頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs20第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制移相鍵控(2PSK)設二元信號序列

其中

2PSK信號可表示為若為一非歸零矩形脈沖，則2PSK信號為

第二十頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs21第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制移相鍵控(2PSK)(續(xù))

2PSK信號的波形示意圖

2PSK信號調(diào)制的實現(xiàn)方案第二十一頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs22第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制移相鍵控(2PSK)(續(xù))

2PSK信號的功率譜設雙極性基帶信號的功率譜為：則2PSK信號的功率譜為：第二十二頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs23第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制移幅鍵控(2ASK)(續(xù))

2PSK信號的頻帶利用率

若基帶信號的脈沖為矩形的非歸零脈沖若僅考慮信號頻譜的主瓣，則2PSK帶寬利用率為與2ASK信號相同。2PSK信號可看作兩個相位相反的OOK信號之和。第二十三頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs24第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制差分移相鍵控(2DPSK)差分移相鍵控的特點：差分碼可以克服解調(diào)時的相位模糊問題可以采用較為簡單的差分相干解調(diào)方案

2DPSK調(diào)制的實現(xiàn)方案第二十四頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs25第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制移幅鍵控(2DPSK)(續(xù))

2DPSK信號的功率譜

由可知2DPSK信號與2PSK信號有相同的功率譜。

同理，2DPSK信號與2PSK信號有相同的帶寬利用率。第二十五頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs26第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

6.3、二進制數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)

二進制移幅鍵控(2ASK)信號的解調(diào)

(基于OOK方式的2ASK信號的解調(diào))

主要的解調(diào)方式：

(1)基于匹配濾波器的最佳解調(diào)

(2)相干解調(diào)

(3)非相干解調(diào)

第二十六頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs27第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(1)基于匹配濾波器的最佳解調(diào)方式接收解調(diào)系統(tǒng)框圖第二十七頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs28第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(1)基于匹配濾波器的最佳解調(diào)方式(續(xù))

OOK(2ASK)信號

的匹配濾波器只需考慮s1(t)

其傅氏變換為第二十八頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs29第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(1)基于匹配濾波器的最佳解調(diào)方式(續(xù))

OOK(2ASK)信號、匹配濾波器沖激響應，匹配濾波輸出

信號波形示意圖

第二十九頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs30第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

OOK信號最佳接收的性能分析（a）當發(fā)送s1(t)時，匹配濾波器輸出

在t＝Tb判決時刻，輸出信噪比達到最大(參見上圖)

第三十頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs31第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

OOK信號最佳接收的性能分析（續(xù)）其中

為發(fā)s1(t)時碼元的能量。

為輸出的噪聲。噪聲的均值為(設nW(t)為高斯白噪聲)

第三十一頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs32第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

OOK信號最佳接收的性能分析（續(xù)）

Z的方差

由此可得y(Tb)＝E1＋Z的高斯分布特性為第三十二頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs33第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

OOK信號最佳接收的性能分析(續(xù))（b）當發(fā)送s2(t)時，以s2(t)=0代入可作同樣的分析。注意此時接收濾波器仍為濾波器

在t＝Tb判決時刻，濾波器輸出

第三十三頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs34第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)（b）（續(xù)）同理可得在t＝Tb判決時刻，濾波器輸出的高斯分布特性第三十四頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs35第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)分布特性的圖示曲線，采用類似基帶系統(tǒng)性能分析方法若已知發(fā)s1和s2的先驗概率P(s1)和P(s2),誤碼率由先驗等概條件可導出第三十五頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs36第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

（續(xù)前）誤碼率

其中為平均每發(fā)送1比特所需要的能量(比特能量)。第三十六頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs37第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(1-a)OOK信號最佳接收的相關解調(diào)器法利用匹配濾器解調(diào)

等效于輸入r(t)與s1(t)做相關運算，所以可用相關解調(diào)器實現(xiàn)最佳接收。第三十七頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs38第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(1-a)OOK信號最佳接收的相關解調(diào)器法相關解調(diào)器的實現(xiàn)方案第三十八頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs39第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(2)OOK信號的相干解調(diào)相干解調(diào)器的實現(xiàn)方案

第三十九頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs40第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(2)OOK信號的相干解調(diào)（續(xù)）輸入信號

假定本地能夠準確地恢復載波信號：

與本地載波相乘后輸出

經(jīng)低通濾波輸出

第四十頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs41第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(2)OOK信號的相干解調(diào)（續(xù)）OOK信號的相干解調(diào)性能若滿足條件：帶通濾波器帶寬為B

符號波形為矩形脈沖，經(jīng)濾波器后基本無串擾和失真

發(fā)“0”發(fā)“1”等概

則有：其中：

第四十一頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs42第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)(3)

OOK信號在理想限帶條件下的最佳接收系統(tǒng)條件及最佳接收的實現(xiàn)方案

第四十二頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs43第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)(3)OOK信號在理想限帶條件下的最佳接收（續(xù)）

理想帶限：帶通濾波器具有平坦幅頻、線性相頻特性帶通濾波器可通過信號的主要成分。

上述框圖所示條件本質(zhì)上是一種匹配濾器的接收方案，因而有

第四十三頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs44第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)(4)OOK信號的非相干解調(diào)非相干解調(diào)，無需在本地恢復載波，實現(xiàn)簡單實現(xiàn)方案：

圖中

第四十四頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs45第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)(4)OOK信號的非相干解調(diào)（續(xù)）發(fā)s1(t)時的信號其包絡

包絡的取值服從萊斯分布(利用第二章中的有關正弦波加窄帶高斯信號中的分析結(jié)果)為第四十五頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs46第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(4)OOK信號的非相干解調(diào)（續(xù)）發(fā)s2(t)時的信號其包絡

包絡的取值服從瑞利分布第四十六頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs47第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)(4)

OOK信號的非相干解調(diào)（續(xù)）瑞利分布與萊斯分布特性第四十七頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs48第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)(4)OOK信號的非相干解調(diào)（續(xù)）判決門限VT的選擇，由

若發(fā)s1和s2先驗等概

令若滿足信噪比足夠大的條件：可得：第四十八頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs49第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(4)OOK信號的非相干解調(diào)（續(xù)）誤碼率

最后一個等式成立是因為第四十九頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs50第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)不同的OOK信號接收方式性能比較（1）最佳接收(匹配濾波器接收)：性能最好

（2）相干解調(diào)器，性能次支：（3）非相干解調(diào)，性能再次之

第五十頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs51第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

6.3、二進制數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)(續(xù))

二進制移頻鍵控(2FSK)信號的解調(diào)

主要的解調(diào)方式：

(1)非相干解調(diào)法(包絡檢波法、鑒頻法)

(2)相干解調(diào)

(3)最佳接收法

(4)過零檢測法

(5)差分檢波法第五十一頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs52第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(1)2FSK信號的非相干解調(diào)

(a)包絡檢波方案第五十二頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs53第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(1)2FSK信號的非相干解調(diào)

包絡檢波方案性能分析設干擾噪聲為白高斯噪聲，采用類似OOK包絡檢波的性能的分析方法，在s1、s2先驗等概的條件下，可得第五十三頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs54第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)（1）2FSK信號的非相干解調(diào)

(b)鑒頻法方案鑒頻法可通過具有如下特性的鑒頻器來實現(xiàn)第五十四頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs55第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(2)2FSK信號的相干解調(diào)

相干解調(diào)的實現(xiàn)方案相干解調(diào)需要在本地恢復兩個載波信號第五十五頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs56第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(2)2FSK信號的相干解調(diào)(續(xù))相干解調(diào)的性能分析

2FSK信號當發(fā)碼元“1”時經(jīng)BPF1得到的信號經(jīng)BPF2得到的信號第五十六頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs57第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(2)2FSK信號的相干解調(diào)(續(xù))相干解調(diào)的性能分析

r1經(jīng)與本地載波做相干運算和低通LPF得

r2經(jīng)BPF2得到的信號其中為高斯噪聲，其功率均為若記第五十七頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs58第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(2)2FSK信號的相干解調(diào)(續(xù))相干解調(diào)的性能分析根據(jù)高斯噪聲干擾下的差錯概率分析方法，可得式中為互補誤差函數(shù)，其與Q(x)函數(shù)的關系為在大信噪比的條件下(x>3)，有

第五十八頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs59第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(3)2FSK信號的最佳接收

最佳接收的實現(xiàn)方案第五十九頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs60第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(3)2FSK信號的最佳接收(續(xù))最佳接收的判決方法與性能分析由接收系統(tǒng)框圖當發(fā)s1時

當發(fā)s2時

第六十頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs61第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(3)2FSK信號的最佳接收(續(xù))最佳接收的判決方法與性能分析當發(fā)s1時與發(fā)s2先驗等概時若簡記為

若定義則判決條件可表示為第六十一頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs62第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(3)2FSK信號的最佳接收(續(xù))最佳接收的判決方法與性能分析根據(jù)高斯噪聲干擾下的差錯概率分析方法，容易導出由此可得第六十二頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs63第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

2FSK信號的最佳接收原理示意圖注意：要求s1(t)、

s2(t)與輸入信號同步。第六十三頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs64第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(4)2FSK信號的過零檢測法

第六十四頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs65第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

6.3、二進制數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)(續(xù))

二進制移相鍵控(2PSK/2DPSK)信號的解調(diào)

主要的解調(diào)方式：

(1)2PSK信號相干解調(diào)法/鑒相法最佳接收(匹配濾波器)法

(2)2DPSK信號相干解調(diào)法差分相干解調(diào)法

第六十五頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs66第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(1)2PSK信號相干解調(diào)法/鑒相法

相干解調(diào)法原理圖

鑒相法原理圖上述兩種方法原理基本相同，都需要首先實現(xiàn)載波恢復。第六十六頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs67第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)(1)2PSK信號相干解調(diào)法(續(xù))

2PSK信號解調(diào)器的性能分析高斯噪聲信道相干解調(diào)器的實現(xiàn)方案

2PSK信號式中第六十七頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs68第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

2PSK信號解調(diào)器的性能分析(續(xù))經(jīng)帶通濾波后的2PSK信號經(jīng)與本地恢復載波相乘運算和低通濾波后的解調(diào)信號解調(diào)信號為受高斯噪聲nc(t)干擾的雙極性基帶信號第六十八頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs69第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

2PSK信號解調(diào)器的性能分析(續(xù))由受高斯噪聲nc(t)干擾的雙極性基帶信號的判決方法可知當先驗等概時，最佳判決門限為VT＝0

若記則有發(fā)“1”時出錯的概率因發(fā)“0”與發(fā)“1”時出錯的概率相等，總的錯誤概率第六十九頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs70第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)(2)2PSK信號最佳解調(diào)法

2PSK信號最佳解調(diào)器的實現(xiàn)方案第七十頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs71第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(2)2PSK信號最佳解調(diào)法（續(xù)）

最佳解調(diào)器的性能分析發(fā)s1時，在判決時刻，解調(diào)輸出發(fā)s2時，在判決時刻，解調(diào)輸出第五章數(shù)字信號的頻帶傳輸?shù)谄呤豁?，共一百七十六頁，編輯?023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs72第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

輸出信號y(Tb)的分布特性發(fā)s1時發(fā)s2時第七十二頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs73第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

若發(fā)s1與發(fā)s2先驗等概，則判決規(guī)則為

容易導出，差錯概率第七十三頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs74第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(3)2DPSK信號相干解調(diào)法

解調(diào)器原理框圖較之2PSK相干解調(diào)法，增加了一個差分碼的反變換運算

抽樣判決后，反變換前的錯誤概率就是2PSK的差錯概率下面需要確定差分碼譯碼后的差錯概率。第七十四頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs75第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(3)2DPSK信號相干解調(diào)法(續(xù))

2DPSK信號經(jīng)差分碼譯碼后錯誤的特點：因為：所以：抽樣判決后任意n位的連續(xù)誤碼，僅會導致譯碼后前后兩位的誤碼。

“X”表示出錯位。第七十五頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs76第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(3)2DPSK信號相干解調(diào)法(續(xù))分析抽樣判決后2PSK信號出現(xiàn)連續(xù)n位錯誤的概率

n＝1n＝2n＝3

一般地有因為任意的n位聯(lián)系誤碼均導致差分碼變換后2位誤碼所以2DPSK信號譯碼后的錯誤概率為：第七十六頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs77第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(3)2DPSK信號相干解調(diào)法(續(xù))

2DPSK信號譯碼后的錯誤概率：

2PSK信號的相位模糊問題

2PSK信號的解調(diào)需要在本地恢復載波信號，在本地恢復的載波信號與原信號的載波相位差為0或180o，其取值具有隨機性；這一現(xiàn)象稱為相位模糊；相位模糊可能會導致解碼后的信號出現(xiàn)“0”“1”，“1”“0”的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，這就算所謂的“相位模糊問題”。

2DPSK信號的最后譯碼結(jié)果依據(jù)前后兩位碼元的取值，相位模糊引起的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象不會影響譯碼的正確性。第七十七頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs78第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(4)2DPSK信號差分相干解調(diào)法

2DPSK信號差分相干解調(diào)方案1

2DPSK信號的差分相干解調(diào)無須在本地恢復載波信號。第七十八頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs79第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

2DPSK信號的差分相干解調(diào)方案1(續(xù))差分相干解調(diào)原理：前后兩個碼元相乘輸出(忽略幅度參數(shù))

判決規(guī)則：第七十九頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs80第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

2DPSK信號的差分相干解調(diào)方案1(續(xù))

可以證明2DPSK信號差分相干解調(diào)的誤碼性能：第八十頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs81第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

2DPSK信號的差分相關解調(diào)方案2(最佳差分相干解調(diào))

檢測DPSK信號時不需要載波同步信號，但仍需要位同步信號。第八十一頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs82第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

2DPSK信號的差分相關解調(diào)方案2(續(xù))解調(diào)過程示意圖

第八十二頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs83第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

2DPSK信號的差分相干解調(diào)方案2(續(xù))

可以證明最佳2DPSK信號差分相干解調(diào)的誤碼性能：第八十三頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs84第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的誤碼性能比較

誤比特率Pe性能比較

第八十四頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs85第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

二進制調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的誤碼性能比較

誤比特率Pe性能比較性能的優(yōu)劣自左至右依次為：

PSK相干檢測

DPSK相干檢測

DPSK差分相干檢測正交FSK最佳檢測

ASK(OOK)最佳檢測正交FSK非相干檢測

ASK(OOK)信號非相干解調(diào)香農(nóng)限（ShannonLimit）的涵義：Eb/N0不能小于–1.6dB，若小于該值，找不到相應的可實現(xiàn)無差錯傳輸?shù)奈锢硐到y(tǒng)。第八十五頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs86第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

6.4、多(M)進制數(shù)字調(diào)制

多(M)進制調(diào)制系統(tǒng)的有關參數(shù)

M—進制數(shù)；k—每個碼元攜帶的比特數(shù)；Rb—比特速率；

RS—碼元速率；TS—碼元間隔；Tb—比特間隔；W—系統(tǒng)帶寬對于MASK、MPSK和MQAM，，頻帶利用率顯然對于同樣的RS，M越大，頻帶利用率越高。第八十六頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs87第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)例MPSK調(diào)制

當Rb不變時，M增大，RS降低，1/TS減少，所需帶寬減少；若信號幅度不變，噪聲容限下降，誤碼上升；

M增大時，要保持相同的噪聲容限，要提高信號功率。第八十七頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs88第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

正交矢量空間的概念

N個相互正交的歸一化矢量組e1、e2，…，eN可形成完備的矢量空間，對空間中的任一矢量V

其中第八十八頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs89第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)正交信號空間

N個歸一化函數(shù)構(gòu)成的函數(shù)集：f1(t)、f2(t)，…，fN(t)若滿足

則可構(gòu)成一個N維的正交信號空間，該空間中的每一信號可表示為其中第八十九頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs90第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)正交信號空間（續(xù)）給定N個正交函數(shù)構(gòu)成的集：f1(t)、f2(t)，…，fN(t)，信號s(t)完全由其系數(shù)構(gòu)成的矢量決定信號能量與系數(shù)si的關系：

第九十頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs91第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)正交信號空間（續(xù)）兩信號的互相關系數(shù)：

第九十一頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs92第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

正交信號空間（續(xù)）兩信號間的歐氏距離：若每個信號的能量相等，則有可以證明根據(jù)信號的歐式距離，可判斷系統(tǒng)的噪聲容限。

第九十二頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs93第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)正交信號空間（續(xù)）：第九十三頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs94第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

統(tǒng)計判決理論的基本概念在受隨機干擾的條件下，根據(jù)統(tǒng)計理論的基本理論，獲取統(tǒng)計平均意義上接收差錯最小的判決方法。第九十四頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs95第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

統(tǒng)計判決的基本方法（1）假定M個可能發(fā)送的信號和其先驗概率P(Si)已知；

（2）假定可以確定信道的轉(zhuǎn)移概率或者后驗概率：

(似然函數(shù))（3）收到接收信號r后，根據(jù)先驗概率、信道轉(zhuǎn)移概率或后驗概率可得到統(tǒng)計判決的準則；（4）根據(jù)判決準則可確定判決門限/判決域；（5）計算差錯概率。第九十五頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs96第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

最大似然判決法/準則（ML）設發(fā)送信號的空間為

接收信號為：為高斯白噪聲?？梢宰C明，若選擇滿足：的si作為對發(fā)送碼元信號的判決，可使差錯概率最小。第九十六頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs97第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

最大似然判決法/準則（ML)(續(xù))若收到r，且已知則可根據(jù)上式實現(xiàn)信號的最佳接收。若發(fā)送的各碼元信號先驗等概：則ML準則可以簡化為第九十七頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs98第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)最大后驗概率準則（MAP）因為

則與ML準則等價地有最大后驗準則第九十八頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs99第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

M進制確定信號的最佳接收發(fā)送信號其中

接收信號為第九十九頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs100第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

M進制確定信號的最佳接收（續(xù)）接收信號系統(tǒng)框圖(注意需要fk(t)與輸入信號r(t)同步)第一百頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs101第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

M進制確定信號的最佳接收（續(xù)）其中

式中第一百零一頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs102第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

M進制確定信號的最佳接收（續(xù)）最佳接收等價為

其中第一百零二頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs103第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(1)M進制振幅鍵控（MASK）調(diào)制的基本原理信號表示形式

第一百零三頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs104第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(1)M進制振幅鍵控（MASK）（續(xù)）

MASK信號的功率譜（MASK是一種線性的幅度調(diào)制）

MASK信號可看作多個不同幅度的OOK信號的疊加結(jié)果第一百零四頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs105第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)(1)

M進制振幅鍵控（MASK）(續(xù))若信號波形gT(t)為矩形脈沖，則有其中是脈沖的能量。

MASK信號分布在一維的空間內(nèi)，其歸一化基函數(shù)為

第一百零五頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs106第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(1)M進制振幅鍵控（MASK）（續(xù)）

MASK信號的矢量表示

信號的歸一化基函數(shù)表示信號矢量之間的歐氏距離第一百零六頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs107第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(1)M進制振幅鍵控（MASK）（續(xù)）

MASK信號的最佳接收首先經(jīng)過匹配濾波/相關解調(diào)，然后利用ML準則判決。

接收信號第一百零七頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs108第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(1)M進制振幅鍵控（MASK）（續(xù)）匹配濾波輸出為高斯分布隨機變量，需確定其分布特性

均值第一百零八頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs109第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(1)M進制振幅鍵控（MASK）（續(xù)）方差已知均值和方差，r1的分布特性－－似然函數(shù)為第一百零九頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs110第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(1)M進制振幅鍵控（MASK）（續(xù)）已知似然函數(shù)，若先驗概率已知，可用ML準則進行最佳判決誤比特率分析，對于雙極性2ASK，若先驗等概，VT=0，則有

第一百一十頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs111第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(1)M進制振幅鍵控（MASK）（續(xù)）前面的PS為考慮了發(fā)兩先驗概率(1/2)的不同符號的結(jié)果，觀察下圖1,陰影對應的面積實際為

觀察下圖2，MASK情形時判決的情況，共有M－1塊與2ASK時相同的面積，總面積為若先驗等概，此時M個符號每個出現(xiàn)的概率為第一百一十一頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs112第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

(1)M進制振幅鍵控（MASK）（續(xù)）

圖1

圖2第一百一十二頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs113第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

M進制振幅鍵控（MASK）（續(xù)）誤碼率：（*）誤碼率的比特能量表示形式：因為第i個MASK信號碼元的能量為第一百一十三頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs114第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

M進制振幅鍵控（MASK）（續(xù)）每個碼元的平均能量

第一百一十四頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs115第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

M進制振幅鍵控（MASK）（續(xù)）

MASK信號每個比特的平均能量為解出Eg，代入前面(*)式得不同M取值時誤碼特性可參見下圖第一百一十五頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs116第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

M進制振幅鍵控（MASK）（續(xù)）不同M取值時誤碼特性第一百一十六頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs117第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)M進制振幅鍵控（MASK）（續(xù)）若采用格雷碼編碼，MASK信號星座圖中相鄰的符號只有一比特的差異；若噪聲干擾影響在絕大多數(shù)情況下只會錯判為相鄰的碼元，則每個誤碼只會導致1比特的錯誤；因為每個碼元包含log2M比特數(shù)據(jù)，誤比特率為第一百一十七頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs118第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

(2)M進制相移鍵控（MPSK）示例：8PSK調(diào)制器的原理圖第一百一十八頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs119第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制相移鍵控（MPSK）

MPSK信號星座圖

MPSK信號表達式第一百一十九頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs120第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制相移鍵控（MPSK）（續(xù)）

MPSK信號符號可展開表達為

MPSK信號的每個符號的能量相同第一百二十頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs121第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制相移鍵控（MPSK）（續(xù)）若調(diào)制信號為矩形脈沖，gT(t)可記為

MPSK信號又可表示為第一百二十一頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs122第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制相移鍵控（MPSK）（續(xù)）

MPSK信號分布在二維空間內(nèi)，其歸一化正交基函數(shù)為

MPSK信號的基函數(shù)表達式容易得到：第一百二十二頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs123第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制相移鍵控（MPSK）（續(xù)）

MPSK信號的功率譜（可視為兩路MASK調(diào)制信號的和）第一百二十三頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs124第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制相移鍵控（MPSK）（續(xù)）

MPSK信號的矢量表示式

MPSK信號相鄰矢量（符號）間的最小距離第一百二十四頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs125第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制相移鍵控（MPSK）（續(xù)）

MPSK信號的最佳接收接收信號可以表達為第一百二十五頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs126第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制相移鍵控（MPSK）（續(xù)）

MPSK接收信號的矢量表示接收信號的判決第一百二十六頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs127第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制相移鍵控（MPSK）（續(xù)）

MPSK最佳接收機的性能分析理想情況下，接收后的相位差為0；在有噪聲的情況下，噪聲造成的相位差可以表示為其中，n1和n2為獨立的均值為零的高斯隨機變量。第一百二十七頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs128第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制相移鍵控（MPSK）（續(xù)）的聯(lián)合概率密度函數(shù)為矢量的相位和包絡分別為第一百二十八頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs129第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制相移鍵控（MPSK）（續(xù)）的聯(lián)合概率密度函數(shù)為由此可得可以證明，在大信噪比的條件下第一百二十九頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs130第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制相移鍵控（MPSK）（續(xù)）存在相位誤差，但不會造成誤判的條件為出現(xiàn)誤碼的概率為第一百三十頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs131第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制相移鍵控（MPSK）（續(xù)）誤碼的概率為第一百三十一頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs132第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制相移鍵控（MPSK）（續(xù)）

誤碼的特性曲線對同樣的比特能量

Eb，M增大，系統(tǒng)誤碼特性變差。第一百三十二頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs133第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制相移鍵控（MPSK）（續(xù)）誤碼的概率隨調(diào)制階數(shù)M的變化參見圖6.4.21。

參見MPSK解調(diào)時的有關分析，對MPSK采用格雷碼編碼時有第一百三十三頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs134第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制(3)M進制正交幅度調(diào)制（MQAM）

MQAM：一種同時對幅度和相位進行改變的調(diào)制方式；MQAM的調(diào)制的原理圖第一百三十四頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs135第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制正交幅度調(diào)制（MQAM）（續(xù)）

MQAM信號的表示式

MQAM信號的另一表示形式第一百三十五頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs136第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

MQAM（續(xù)）：MQAM信號的矢量表示第一百三十六頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs137第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

MQAM（續(xù)）：MQAM信號的矢量表示第一百三十七頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs138第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

MQAM信號的最小歐氏距離（參見圖6.4.22(b)）第一百三十八頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs139第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制正交幅度調(diào)制（MQAM）（續(xù)）

MQAM信號的功率密度譜第一百三十九頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs140第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制正交幅度調(diào)制（MQAM）（續(xù)）

MQAM信號的最佳接收第一百四十頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs141第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制正交幅度調(diào)制（MQAM）（續(xù)）

MQAM信號的最佳接收的誤碼性能由最佳接收系統(tǒng)框圖，若記每一路錯誤判決概率為

則正確譯碼的概率為兩路判決均同時無誤碼的概率

已知對MASK，誤碼的概率為第一百四十一頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs142第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制正交幅度調(diào)制（MQAM）（續(xù)）

MQAM信號的最佳接收的誤碼性能由最佳接收系統(tǒng)框圖，若記每一路錯誤判決概率為

則正確譯碼的概率為兩路判決均同時無誤碼的概率

已知對MASK，誤碼的概率為第一百四十二頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs143第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制正交幅度調(diào)制（MQAM）（續(xù)）

MQAM信號的最佳接收的誤碼性能對MQAM，每一路的接收可看作為一個的解調(diào)系統(tǒng)第一百四十三頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs144第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

MPSK與MQAM性能比較

MQAM特點：可充分利用信號平面，增加不同符號點信號間距離d。例：比較16PSK與16QAM信號峰值功率相同時，信號點間最小距離第一百四十四頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs145第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

MPSK與MQAM性能比較對16：PSK：對16QAM：

一般地，對MPSK：對MQAM（矩形星座圖時）：

一般地，有：

由于MQAM較充分利用了整個相幅平面所以相對的有較強的抗干擾能力。第一百四十五頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs146第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制(4)M進制頻移鍵控（MFSK）

MFSK調(diào)制器的原理圖

MFSK信號表示式第一百四十六頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs147第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制頻移鍵控（MFSK）（續(xù)）

MFSK信號另一表示形式其中第一百四十七頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs148第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制

M進制頻移鍵控（MFSK）（續(xù)）

MFSK信號間的互相關系數(shù)符號間正交的條件第一百四十八頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs149第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制正交MFSK信號

其中：正交MFSK信號的矢量表示由其中第一百四十九頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&PLabs150第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)第六章數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)6.4、M進制數(shù)字調(diào)制正交MFSK信號的矢量表示得

其矢量表達式為第一百五十頁，共一百七十六頁，編輯于2023年，星期三2010CopyrightSCUTDT&