現(xiàn)代通信原理第九章數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)

1、第第9章章 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)9.1 概 述 9.2 二進(jìn)制幅移鍵控(2ASK)9.3 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)9.4 二進(jìn)制相移鍵控(2PSK和2DPSK)9.5 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng) 9.6 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)比較9.1 概概 述述 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)是發(fā)端含有調(diào)制，收端含有解調(diào)的數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字調(diào)制是用數(shù)字基帶信號(hào)改變高頻載波的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)變換為頻帶信號(hào)的過(guò)程，此過(guò)程中信號(hào)頻譜由原來(lái)的低頻信號(hào)搬移到高頻段。數(shù)字解調(diào)是把數(shù)字頻帶信號(hào)恢復(fù)成原來(lái)數(shù)字基帶信號(hào)的過(guò)程，此信號(hào)中的頻譜由高頻段恢復(fù)到原來(lái)的基帶信號(hào)的低頻段。9.2 二進(jìn)制幅移鍵控二進(jìn)制幅移鍵控(2ASK)9.2.1

2、2ASK信號(hào)及其功率譜9.2.2 2ASK調(diào)制系統(tǒng)9.2.1 2ASK信號(hào)及其功率譜信號(hào)及其功率譜 2ASK信號(hào)是利用代表數(shù)字信息(0或1)的基帶矩形脈沖去控制一個(gè)連續(xù)載波振幅形成的。已調(diào)信號(hào)有輸出表示發(fā)送“1”，無(wú)輸出時(shí)發(fā)送“0”，如 圖9.1所示。(1) ASK信號(hào)的功率譜是s(t)信號(hào)功率譜的線性搬移，屬線性調(diào)制。(2) 2ASK信號(hào)的功率譜是由連續(xù)譜、離散譜兩部分組成。(3) 2ASK信號(hào)帶寬是二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)帶寬的兩倍。圖圖9.1 2ASK信號(hào)波形信號(hào)波形s(t)cosct2ASKttt9.2.2 2ASK調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制系統(tǒng)1. 2ASK調(diào)制 2ASK調(diào)制方法有兩種，如 圖9.3 所

3、示。一種是通過(guò)乘法器讓s(t)與載波cos相乘，這種方法是直接法。另一種是鍵控法。鍵控法是由二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去控制開關(guān)電路。當(dāng)出現(xiàn)“1”碼時(shí)開關(guān)S閉合，有載頻cos輸出；當(dāng)出現(xiàn)“0”碼時(shí)，開關(guān)打開，無(wú)高頻載波cos輸出。2. 2ASK解調(diào) 2ASK解調(diào)方法有相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種。圖圖9.3 2ASK信號(hào)產(chǎn)生方框圖信號(hào)產(chǎn)生方框圖開關(guān)s(t)coscts2ASK(t)coscts(t)s2ASK(t) (a)直接法 (b)鍵控法9.3 二進(jìn)制頻移鍵控二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)9.3.1 2FSK信號(hào)及其功率譜9.3.2 2FSK調(diào)制和解調(diào)9.3.1 2FSK信號(hào)及其功率譜信號(hào)及其功率譜 2F

4、SK信號(hào)是用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)控制高頻載波頻率產(chǎn)生已調(diào)信號(hào)，具體地說(shuō)，當(dāng)2FSK信號(hào)頻率為f1時(shí)，代表基帶信號(hào)“1”碼，2FSK信號(hào)頻率為f2時(shí)，代表基帶信號(hào)“0”碼。其波形如 圖9.5所示。圖圖9.5 2FSK信號(hào)波形圖信號(hào)波形圖2FS s(t)2ASK1 2ASK2tttt9.3.2 2FSK調(diào)制和解調(diào)調(diào)制和解調(diào)1. 2FSK調(diào)制 圖9.7 2FSK信號(hào)鍵控法調(diào)制方框圖2. 2FSK解調(diào)1) 過(guò)零檢測(cè)法2) 差分檢測(cè)法3) 非相干解調(diào)4) 相干解調(diào) 圖圖9.7 2FSK信號(hào)鍵控法調(diào)制方框圖信號(hào)鍵控法調(diào)制方框圖e(t)載波f1載波f2s(t)開關(guān)9.4 二進(jìn)制相移鍵控二進(jìn)制相移鍵控(2PSK

5、和和2DPSK)9.4.1 二進(jìn)制絕對(duì)相移調(diào)制(2PSK)9.4.2 二進(jìn)制相對(duì)相移鍵控(2DPSK)9.4.3 2PSK與2DPSK系統(tǒng)比較9.4.1 二進(jìn)制絕對(duì)相移調(diào)制二進(jìn)制絕對(duì)相移調(diào)制(2PSK)1. 2PSK信號(hào)及功率譜密度圖9.12 2PSK信號(hào)波形及矢量圖2. 2PSK的調(diào)制解調(diào)1)2PSK的調(diào)制2)2PSK解調(diào)圖圖9.12 2PSK信號(hào)波形及矢量圖信號(hào)波形及矢量圖 (a)波形圖s(t)cosct2PSKttt(b)矢量圖“1”“0”0009.4.2 二進(jìn)制相對(duì)相移鍵控二進(jìn)制相對(duì)相移鍵控(2DPSK)1. 2DPSK信號(hào)及功率譜圖9.17 2DPSK信號(hào)波形及矢量圖2. 2DPSK

6、調(diào)制3. 2DPSK解調(diào)圖圖9.17 2DPSK信號(hào)波形及矢量圖信號(hào)波形及矢量圖“1”“0”s(t)2DPSKtt(a)波形圖00(b)矢量圖9.4.3 2PSK與與2DPSK系統(tǒng)比較系統(tǒng)比較(1)2PSK與2DPSK信號(hào)帶寬均為2fB；(2)當(dāng)r相同時(shí)，2DPSK系統(tǒng)的兩種解調(diào)誤碼率均比2PSK系統(tǒng)誤碼率大，故2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能不及2PSK系統(tǒng)；(3)兩種解調(diào)方法的最佳判決門限均為0；(4)2DPSK系統(tǒng)不存在反向工作現(xiàn)象。9.5 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)9.5.1 M進(jìn)制幅移鍵控9.5.2 M進(jìn)制頻移鍵控(MFSK)9.5.3 M進(jìn)制相移鍵控(MPSK或MDPSK)9.

7、5.1 M進(jìn)制幅移鍵控進(jìn)制幅移鍵控 在MASK信號(hào)中有M種振幅，每種振幅對(duì)應(yīng)數(shù)字基帶信號(hào)的一種狀態(tài)。如 圖9.21所示。 MASK的調(diào)制有多種電平殘留邊帶調(diào)制，多電平相關(guān)編碼單邊帶調(diào)制及多電平正交調(diào)幅等。 MASK信號(hào)是用幅度攜帶信息在系統(tǒng)中傳輸，抗衰落能力差，只宜在恒參信道中使用。圖圖9.21 MASK調(diào)制波形調(diào)制波形e(t)9.5.2 M進(jìn)制頻移鍵控進(jìn)制頻移鍵控(MFSK) 在MFSK信號(hào)中，振幅相同，頻率有M種，每種頻率對(duì)應(yīng)M進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的一種狀態(tài)。圖9.22是M=4的頻移鍵控波形。也有離散相位M進(jìn)制頻移鍵控DPMFSK和連續(xù)相位M進(jìn)制頻移鍵控CPMFSK之分。 MFSK用頻率傳輸基

8、帶信號(hào)，其抗衰落能力比MASK強(qiáng)，主要缺點(diǎn)是信號(hào)頻率寬、頻帶利用率低。圖圖9.22 4FSK調(diào)制波形調(diào)制波形4FSKS(t)9.5.3 M進(jìn)制相移鍵控進(jìn)制相移鍵控(MPSK或或MDPSK)1. 4PSK和4DPSK波形圖9.24 4PSK波形和4DPSK波形2. 4PSK調(diào)制系統(tǒng)3. 4DPSK調(diào)制系統(tǒng)圖圖9.24 4PSK波形和波形和4DPSK波形波形4DPSK波形未調(diào)載波4PSK波形9.6 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)比較數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)比較9.6.1 傳輸帶寬和頻帶利用率9.6.2 信號(hào)功率9.6.3 信道特性對(duì)調(diào)制系統(tǒng)影響9.6.4 設(shè)備復(fù)雜性與成本9.6.1 傳輸帶寬和頻帶利用率傳輸帶寬和頻帶利

9、用率 在幅移鍵控和相移鍵控方式中，信號(hào)傳輸帶寬都要取到2fB以上，在頻移鍵控方式中，傳輸帶寬都要取到f1fM+2fB以上，因此如果信道帶寬很緊張，就不應(yīng)考慮使用FSK方式。 PSK或ASK的頻帶利用率高，系統(tǒng)有效性好。FSK頻帶利用比其他兩種低，故系統(tǒng)有效性低。9.6.2 信號(hào)功率信號(hào)功率 可以把二進(jìn)制數(shù)字頻率傳輸系統(tǒng)的誤碼率列表對(duì)照，如 表9.1所示。其中a2正比于信號(hào)的峰值功率。就發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備成本而言，常常是峰值功率比平均功率更受限制。當(dāng)給定誤碼率(10-410-7)的條件下，所需峰值功率從大到小排列有相干2PSK，差分檢測(cè)2DPSK，相干2FSK，相干2ASK，非相干2FSK，非相

10、干2ASK。因此在峰值功率是主要矛盾場(chǎng)合，ASK方案不予考慮。表表9.1 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)誤碼率公式數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)誤碼率公式調(diào)制方式誤碼率公式備 注相干e1erfc24rP 2ASK非相干)4exp(21erP相干e1erfc22rP 2FSK非相干)2exp(21erP2PSK相干rPerfc21e相位比較rPexp21e2DPSK極性比較rPerfce22n2ar其中22a是已調(diào)信號(hào)的功率，2n是功率噪聲。當(dāng) P=0.5 時(shí)，2ASK判決門限 VT=a/2， 2PSK、 2DPSK和 2FSK 判決門限為 VT=09.6.3 信道特性對(duì)調(diào)制系統(tǒng)影響信道特性對(duì)調(diào)制系統(tǒng)影響 信道的特性，主要指非線性失真和衰落等會(huì)對(duì)調(diào)制系統(tǒng)有影響，選擇調(diào)制方案時(shí)，應(yīng)予以考慮。 信道特性變化，會(huì)對(duì)2ASK的判決門限值有影響。FSK和PSK是等幅信號(hào)，門限判決電平與接收信號(hào)電平無(wú)關(guān)。而ASK方案中門限電平要隨輸入信號(hào)電