第6章數(shù)字信號的頻帶傳輸

1、第第6 6章章 數(shù)字信號的載波傳輸數(shù)字信號的載波傳輸6.1 6.1 引言引言6.2 6.2 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理6.3 6.3 二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較 6.4 6.4 多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)6.16.1引言引言 在實際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸在實際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號不能直接在這種信道中傳特性，數(shù)字基帶信號不能直接在這種信道中傳輸，因此，必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)輸，因此，必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，產(chǎn)生已調(diào)數(shù)字信號，才能在無線信道、光制，產(chǎn)生已調(diào)數(shù)字信號，才能在無線信道、光纖信道等媒質(zhì)

2、中傳輸。類似于模擬調(diào)制，有數(shù)纖信道等媒質(zhì)中傳輸。類似于模擬調(diào)制，有數(shù)字振幅調(diào)制、數(shù)字頻率調(diào)制和數(shù)字相位調(diào)制。字振幅調(diào)制、數(shù)字頻率調(diào)制和數(shù)字相位調(diào)制。數(shù)字調(diào)制：把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信數(shù)字調(diào)制：把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信號（已調(diào)信號）的過程。號（已調(diào)信號）的過程。數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)：通常包括調(diào)制和解調(diào)過程數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)：通常包括調(diào)制和解調(diào)過程的數(shù)字傳輸系統(tǒng)。的數(shù)字傳輸系統(tǒng)。數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法：數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法：利用模擬調(diào)制的方法去實現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制；利用模擬調(diào)制的方法去實現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制；通過開關(guān)鍵控載波，通常稱為通過開關(guān)鍵控載波，通常稱為鍵控法。鍵控法。 基本鍵控方式：振幅鍵控、頻

3、移鍵控、相基本鍵控方式：振幅鍵控、頻移鍵控、相移移 鍵控鍵控數(shù)字調(diào)制可分為二進制調(diào)制和多進制調(diào)制。數(shù)字調(diào)制可分為二進制調(diào)制和多進制調(diào)制。 振幅鍵控 頻移鍵控 相移鍵控an 1 0 1 1 0 1 0 02ASK2FSK2PSK二進制已調(diào)信號波形6.2 6.2 二進制數(shù)字調(diào)制原理二進制數(shù)字調(diào)制原理 調(diào)制信號為二進制數(shù)字信號時，調(diào)制信號為二進制數(shù)字信號時，這種調(diào)制稱為二進制數(shù)字調(diào)制。這種調(diào)制稱為二進制數(shù)字調(diào)制。在二在二進制數(shù)字調(diào)制中，載波的幅度、頻率進制數(shù)字調(diào)制中，載波的幅度、頻率或相位只有兩種變化狀態(tài)?；蛳辔恢挥袃煞N變化狀態(tài)。6.2.16.2.1二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控（2ASK2ASK）設(shè)

4、：調(diào)制信號為設(shè)：調(diào)制信號為S(t), S(t), 載波為載波為coscosc ct, t, 則則 00 1 coscos)(2tttstsccASK1、2ASK2ASK信號的時域表達信號的時域表達 振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號而變化的數(shù)字調(diào)制。當(dāng)數(shù)字基帶信號為信號而變化的數(shù)字調(diào)制。當(dāng)數(shù)字基帶信號為二進制時，則為二進制振幅鍵控。二進制時，則為二進制振幅鍵控。其中其中 Ts 碼元持續(xù)時間；碼元持續(xù)時間； g(t) 持續(xù)時間為持續(xù)時間為T Ts s的基帶脈沖波形，通常假設(shè)是的基帶脈沖波形，通常假設(shè)是高度為高度為1 1，寬度等于，寬度等于T Ts s的矩形脈

5、沖的矩形脈沖； an 第第n n個符號的電平取值，若取個符號的電平取值，若取 則相應(yīng)的則相應(yīng)的2ASK2ASK信號就是信號就是OOKOOK（通（通- -斷鍵控）信號。斷鍵控）信號。 ttstSccos)(2ASKnsnnTtgats)()(PPan1, 1, 0概率為概率為載波s(t) 1 0 1 1 0an已調(diào)波tnTtgatcnsnASKcos2s一個單極性矩形脈沖序列與正弦載波相乘一個單極性矩形脈沖序列與正弦載波相乘 nSnnTtgats tcosc2tstSASKtcosc數(shù)字信號序列數(shù)字信號序列載波載波已調(diào)信號已調(diào)信號數(shù)字信號序列數(shù)字信號序列 nSnnTtgatsGNDtcosc載波

6、載波 tcosc2tstSASK已調(diào)信號已調(diào)信號10101載波s(t)1 0 1 1 0an已調(diào)波2 2、2ASK2ASK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生（1 1）模擬調(diào)制法）模擬調(diào)制法（2 2）鍵控法）鍵控法 cscsffPffPfP41412ASK2ASK信號的功率譜信號的功率譜ffc-fs fc fc+fsP2ASK(f)基帶數(shù)字信號的功率譜基帶數(shù)字信號的功率譜f-2fs -fs 0 fs 2fsPs(f)03 3、2ASK2ASK信號的功率譜及帶寬信號的功率譜及帶寬由圖可見由圖可見：（1 1）2ASK2ASK信號的功率譜包含連續(xù)譜和離散譜。信號的功率譜包含連續(xù)譜和離散譜。（2) 2ASK2) 2A

7、SK信號的頻帶寬度為基帶信號帶寬的信號的頻帶寬度為基帶信號帶寬的 兩倍。兩倍。B B2ASK2ASK=2B=2BS S=2f=2fS S=2R=2RB B =R=RB B/B/B2ASK2ASK=0.5B/H=0.5B/HZ Z數(shù)字基帶信號采用滾降頻譜特性時數(shù)字基帶信號采用滾降頻譜特性時 B BS S=(1+)B=(1+)BN N=(1+)R=(1+)RB B/2/2例：設(shè)發(fā)送數(shù)字信息序列為例：設(shè)發(fā)送數(shù)字信息序列為0110101101，已知某，已知某2ASK2ASK系統(tǒng)的碼元速率為系統(tǒng)的碼元速率為1000B1000B，所用載波頻，所用載波頻率為率為2000H2000HZ Z。（1 1）畫出相應(yīng)

8、的）畫出相應(yīng)的2ASK2ASK信號的波形圖；信號的波形圖；（2 2）求）求2ASK2ASK信號的帶寬。信號的帶寬。全波或半波整流帶通接收信號輸出信號低通抽樣判決定時脈沖提取(a) 包絡(luò)檢波（非相干解調(diào)）包絡(luò)檢波（非相干解調(diào)）2ASK全波整流低通輸出 1 0 1 1 0 1 0 0輸出信號4 4、2ASK2ASK信號的解調(diào)信號的解調(diào)全波或半波整流帶通接收信號輸出信號低通抽樣判決定時脈沖提取(a) 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波 tcostsctcosc ts21 tcosc costs21 t2cos1ts21c t2coscosts21c本地相干載波提取帶通接收信號輸出信號低通抽樣判決定時脈沖提取(b) 相

9、干解調(diào)相干解調(diào)相乘器相干解調(diào)必須載波同步，即接收端需提取同頻同相的載波。2ASK信號相干解調(diào)過程的各點波形信號相干解調(diào)過程的各點波形 2ASK2ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能（1 1）相干解調(diào)法的抗噪聲性能）相干解調(diào)法的抗噪聲性能 相干解調(diào)法的誤碼率為相干解調(diào)法的誤碼率為222nare122rPerfc為解調(diào)器的輸入信噪比；為解調(diào)器的輸入信噪比；a a為為信號振幅，信號振幅， 為噪聲功率。為噪聲功率。2n 當(dāng)當(dāng)r r11，即大信噪比時，上式可近似表示，即大信噪比時，上式可近似表示為為4e11e422rrPerfc4e1erPr（2 2）非相干解調(diào)法的抗噪聲性能）非相干解調(diào)法的抗噪聲性能

10、誤碼率為誤碼率為4e1e2rP【例】 某2ASK信號傳輸系統(tǒng)，其碼元速率RB=4.8106 Baud，發(fā)“1”和發(fā)“0”的概率相等，收信端分別采用相干解調(diào)和包絡(luò)檢波。已知收信端輸入信號的幅度a=1mV ，信道中加性高斯白噪聲的單邊功率譜密度n0=210-15W/HZ 。試求： （1）相干解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率； （2）包絡(luò)檢波時系統(tǒng)的誤碼率。解：（1）帶通濾波器帶寬為帶通濾波器輸出噪聲平均功率為信噪比為 相干解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率為 6B29.6 10 HzBR2801.92 10Wnn B26281 10261221.9210nar46.54e11ee1.66 103.1416 26r/Pr（2）包

11、絡(luò)檢波時系統(tǒng)的誤碼率為 可見，在相同的信噪比條件下，相干解調(diào)法的抗噪聲性能優(yōu)于包絡(luò)檢波法。但在大信噪比時，包絡(luò)檢波性能接近相干解調(diào)性能。/ 46.54e11ee7.51022rP結(jié)結(jié) 論：論：（1)1)信噪比一定時，相干解調(diào)法的抗噪聲性能優(yōu)信噪比一定時，相干解調(diào)法的抗噪聲性能優(yōu)于非相干解調(diào)法的性能，但在大信噪比時，兩者于非相干解調(diào)法的性能，但在大信噪比時，兩者性能相差不大；在系統(tǒng)誤碼率一定時，相干解調(diào)性能相差不大；在系統(tǒng)誤碼率一定時，相干解調(diào)法比非相干解調(diào)法對信號的信噪比要求低。法比非相干解調(diào)法對信號的信噪比要求低。（2 2）相干解調(diào)法需要提取相干載波，而非相干）相干解調(diào)法需要提取相干載波，而

12、非相干解調(diào)法不需要，可見相干解調(diào)法比非相干解調(diào)法解調(diào)法不需要，可見相干解調(diào)法比非相干解調(diào)法設(shè)備復(fù)雜。設(shè)備復(fù)雜。（3 3）一般而言，對于）一般而言，對于2ASK2ASK系統(tǒng)，大信噪比條件系統(tǒng)，大信噪比條件下適宜使用非相干解調(diào)法，而小信噪比情況下適下適宜使用非相干解調(diào)法，而小信噪比情況下適宜使用相干解調(diào)。宜使用相干解調(diào)。2FSK波形基帶信號f1f2f1f20101sT載波頻率隨著基帶信號0或1而變化 “0”頻率為f1的正弦波 “1”頻率為f2的正弦波6.2.2 6.2.2 二進制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（2FSK2FSK）1 1、2FSK2FSK信號的時域表達信號的時域表達 由于碼元由于碼元“1”

13、1”和和“0”0”分別用兩個分別用兩個不同頻率的正弦波形來傳送，而其振不同頻率的正弦波形來傳送，而其振幅不變，所以其表達式為：幅不變，所以其表達式為： ttsttsS212FSKcos)(cos)(t)式中式中 g(t) 單個矩形脈沖單個矩形脈沖， Ts 脈沖持續(xù)時間脈沖持續(xù)時間； n n和和 n n分別是第分別是第n n個信號碼元（個信號碼元（1 1或或0 0）的初）的初始相位，通?？闪钇錇榱?。始相位，通?？闪钇錇榱恪?cos()()cos()()(212FSKnnsnnnsntnTtgatnTtgatSPPan1, 1, 0概率為概率為PPan概率為概率為, 11, 02FSK信號的時域表

14、達式又可寫成信號的時域表達式又可寫成aak1011001ts(t)ts(t)bttcdettfgt2FSK信 號2ASK1t2ASK2t 1 0 1 1 0 1 0+= =2211coscosstnTtgatnTtgatnsnnsnFSK2FSKtt222cosstnTtgatnsnASK111cosstnTtgatnsnASK數(shù)字信息序列an載載波波集集.f0f1fM-1FSK信號輸出頻率選擇法模擬的頻率調(diào)制模擬的頻率調(diào)制FSK信號輸出數(shù)字基帶信號連續(xù)相位的FSK載波fc用不同頻率的載波代表不同數(shù)字信源符號FSK信號的相位不連續(xù)2 2、2FSK2FSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生（1 1）數(shù)字鍵控法

15、）數(shù)字鍵控法（2 2）模擬調(diào)頻法）模擬調(diào)頻法f1f1-fsf2f2+fsfPFSK(f)fPFSK(f)fPFSK(f)f2f2+fsf1f1-fsf2f2+fsf1f1-fs2ASK信號的功率譜信號的功率譜PSffc-fs fc fc+fsPS(f)3 3、2FSK2FSK信號的信號的功率譜及帶寬功率譜及帶寬|f2-f1|fs|f2-f1|fs|f2-f1|2fs 2FSK2FSK信號可視為兩個信號可視為兩個2ASK2ASK信號的合成，信號的合成，則則2FSK2FSK信號功率譜為兩個信號功率譜為兩個2ASK2ASK功率譜之和。功率譜之和。 分析上圖可見：分析上圖可見：（1 1）2FSK2FS

16、K信號的功率譜與信號的功率譜與2ASK2ASK信號的功率譜信號的功率譜相似，由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成。相似，由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成。（2 2）連續(xù)譜的形狀隨著）連續(xù)譜的形狀隨著|f|f2 2-f-f1 1| |的大小而異。的大小而異。 |f|f2 2-f-f1 1|f|fs s出現(xiàn)雙峰；出現(xiàn)雙峰；|f|f2 2-f-f1 1|f|1r1時時 2e1e2rPr（2 2）包絡(luò)檢波法的抗噪聲性能）包絡(luò)檢波法的抗噪聲性能 系統(tǒng)的誤碼率為系統(tǒng)的誤碼率為2e1e2rP 可見，在大信噪比條件下，可見，在大信噪比條件下，2FSK2FSK的非相干解調(diào)的非相干解調(diào)與相干解調(diào)相比，在性能上相差較小，但采用相干

17、與相干解調(diào)相比，在性能上相差較小，但采用相干解調(diào)需要提供本地載波，從而使其在設(shè)備上變得較解調(diào)需要提供本地載波，從而使其在設(shè)備上變得較為復(fù)雜。因此在能夠滿足輸入信噪比的條件下，為復(fù)雜。因此在能夠滿足輸入信噪比的條件下，一一般多采用非相干解調(diào)。般多采用非相干解調(diào)。P191P191例例6.46.4 例：某例：某2FSK2FSK系統(tǒng)的傳碼率為系統(tǒng)的傳碼率為2 210106 6Baud Baud ，”1”1”碼和碼和”0”0”碼對應(yīng)的載波頻率分別為碼對應(yīng)的載波頻率分別為f f1 1=l0MHz=l0MHz， f f2 2=l5MHz=l5MHz。 (1)(1)請問相干解調(diào)器中的兩個帶通濾波器和兩個請問相

18、干解調(diào)器中的兩個帶通濾波器和兩個 低通濾波器應(yīng)具有怎樣的幅頻特性？畫出示低通濾波器應(yīng)具有怎樣的幅頻特性？畫出示 意圖說明。意圖說明。 (2)(2)試求該試求該2FSK2FSK信號占用的頻帶寬度。信號占用的頻帶寬度。6.2.36.2.3二進制相移鍵控（二進制相移鍵控（2PSK2PSK）和）和二進制差分相移鍵控（二進制差分相移鍵控（2DPSK2DPSK） 相移鍵控是利用載波相位的變化來傳相移鍵控是利用載波相位的變化來傳遞數(shù)字信息，通常可以分為絕對相移鍵遞數(shù)字信息，通?？梢苑譃榻^對相移鍵控（控（2PSK2PSK）和相對相移鍵控（）和相對相移鍵控（2DPSK2DPSK）兩）兩種方式，下面分別討論。種方

19、式，下面分別討論。 在二進制相移鍵控在二進制相移鍵控(2PSK)(2PSK)中，以二元中，以二元數(shù)字信號數(shù)字信號“1”“1”或或“0”“0”去控制載波相位改去控制載波相位改變，通常載波信號用相位變，通常載波信號用相位“0”“0”和和“”“”分別代表分別代表“1”1”和和“0”0”，而其振幅和頻率，而其振幅和頻率保持不變。所以保持不變。所以2PSK2PSK信號表達式為：信號表達式為： tAtScPSKcos)(21 1、二進制絕對相移鍵控（、二進制絕對相移鍵控（2PSK2PSK）在該公式中，當(dāng)發(fā)送在該公式中，當(dāng)發(fā)送 “1” “1”時，時，=0=0；當(dāng)發(fā)送；當(dāng)發(fā)送“0”“0”時，時，= 發(fā)送發(fā)送“

20、1”1”時時 發(fā)送發(fā)送“0”0”時時 2PSK2PSK信號是以載波的不同相位直接表示相應(yīng)的數(shù)信號是以載波的不同相位直接表示相應(yīng)的數(shù)字碼元，這種調(diào)制方式稱為字碼元，這種調(diào)制方式稱為絕對相移鍵控。絕對相移鍵控。)cos()cos()(2tAtAtSccPSKtAtScPSKcos)(2基帶信號波形調(diào)制波形：調(diào)制相位:11110000000二進制數(shù)字信號: 2PSK2PSK信號可以表述為一個雙極性非歸零矩形脈信號可以表述為一個雙極性非歸零矩形脈沖序列與一個正弦載波的相乘：沖序列與一個正弦載波的相乘：式中式中這里，這里，g g( (t t) )是脈寬為是脈寬為T Ts s的單個矩形脈沖，而的單個矩形脈

21、沖，而a an n的統(tǒng)計特性為的統(tǒng)計特性為 ttstsccos)(2PSKnsnnTtgats)()(PPan1, 1, 1概率為概率為雙極性碼 1 0 1 1 0 1 0 0ak載波2PSK信號+1+1+1+1-1-1-1-12PSK2PSK的實現(xiàn)方式的實現(xiàn)方式ttstScPSKcos)()(2雙極性矩形脈沖序列與正弦載波相乘雙極性矩形脈沖序列與正弦載波相乘雙極性變換載波發(fā)生器2PSK信號信源碼序列ak（a) 相乘器實現(xiàn)2PSK信號載波發(fā)生器信源碼序列ak2PSK信號（b) 相位選擇法0相載波相載波 PSK特點與ASK有相同的頻帶利用率無離散載波分量 解調(diào)時存在相位模糊2ASK信號的功率譜信

22、號的功率譜ffc-fs fc fc+fsP2ASK(f)2PSK信號的功率譜信號的功率譜ffc-fs fc fc+fsP2PSK(f) 2PSK2PSK信號的帶寬、頻帶利用率也與信號的帶寬、頻帶利用率也與2ASK2ASK信號的相同。信號的相同。 BssASKPSKRfBBB22222)/(2122HzBaudASKPSK載波提取2PSK信號低通抽樣判決時鐘提取相干解調(diào)輸出信號 1 1 1 0 0 1 0 02PSK信號載波2PSK信號載波輸出信號低通輸出2PSK2PSK信號的解調(diào)一般采用相干解調(diào)。信號的解調(diào)一般采用相干解調(diào)。 1 1 1 0 0 1 0 0載波提取2PSK信號低通抽樣判決時鐘提

23、取相干解調(diào)輸出信號2PSK信號載波2PSK信號載波輸出信號低通輸出 0 0 0 1 1 0 1 1相位模糊 2PSK 2PSK方式存在方式存在“相位模糊相位模糊” ” 現(xiàn)象現(xiàn)象, ,又又稱稱“倒倒”或或“反向工作反向工作”現(xiàn)象，為了克現(xiàn)象，為了克服這種現(xiàn)象，實際中采用服這種現(xiàn)象，實際中采用2DPSK2DPSK。 由接收端參考相位倒相造成的誤碼現(xiàn)由接收端參考相位倒相造成的誤碼現(xiàn)象稱為象稱為“倒倒”現(xiàn)象。現(xiàn)象。2 2、二進制相對相移鍵控（、二進制相對相移鍵控（2DPSK2DPSK） 它不是利用載波相位的絕對數(shù)值傳它不是利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用本碼元與前一碼元送數(shù)字信息，而是用本碼

24、元與前一碼元相位之差來傳送數(shù)字信息的。相位之差來傳送數(shù)字信息的?！睌?shù)字信息“，”數(shù)字信息“，1001 0 1 1 0 1 0 絕對調(diào)相2PSK相對調(diào)相2DPSK1 1 0 1 1 0 0 為了克服相位模糊問題，可采用差分編碼。即每個碼元的載波相位不是以固定相位作參考，而是以前一碼元的相位作參考。如當(dāng)本碼元為“1”時，載波相位相對前一碼元的相位變換；當(dāng)碼元為“0”時，載波相位相對前一碼元的相位不變。絕對碼an相對碼bn相 對 碼 bn(參 考 )2DPSK信 號 波 形2PSK信 號 波 形載 波 信 號二 進 制 序 列 波 形絕 對 碼 an數(shù) 字信 息110100011011100 2DP

25、SK 2DPSK信號可以看作是把數(shù)字信息序信號可以看作是把數(shù)字信息序列（絕對碼列（絕對碼a an n）變換成相對碼）變換成相對碼b bn n，然后再，然后再根據(jù)相對碼根據(jù)相對碼b bn n進行進行2PSK2PSK而形成。而形成。 絕對碼載波信號2DPSK信號 1 0 0 1 0 1 1 0f(t)tf(t)tf(t)tf(t)tf(t)t差分碼(單極性)差分碼(雙極性) 絕對碼絕對碼a an n和相對碼和相對碼b bn n是可以互相轉(zhuǎn)換是可以互相轉(zhuǎn)換的，其轉(zhuǎn)換關(guān)系為：的，其轉(zhuǎn)換關(guān)系為： 1nnnbab1nnnbba 相對相移鍵控本質(zhì)上就是對差分碼相對相移鍵控本質(zhì)上就是對差分碼信號的絕對相移鍵控

26、信號的絕對相移鍵控。即。即 實現(xiàn)相對調(diào)相的最常用方法如圖所示。實現(xiàn)相對調(diào)相的最常用方法如圖所示。 ttstScDPSKcos)()(2nsnnTtgbts)()(（絕對碼）（絕對碼）差分差分編碼編碼電平電平轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換相乘器相乘器載波載波發(fā)生器發(fā)生器單極單極NRZNRZ( (相對碼相對碼) )2DPSK2DPSK雙極雙極NRZNRZcosct0開關(guān)電路e2DPSK(t)180 移相s(t)碼變換abcedf0 0 1 0 1 1 0相乘相乘載波發(fā)生器載波發(fā)生器DPSK信號信號絕對碼絕對碼相對碼相對碼低通低通抽樣判決抽樣判決碼反變換碼反變換位定時位定時abcedf相干解調(diào)框圖相干解調(diào)框圖1nnnbb

27、aabcedf0 0 1 0 1 1 0相乘相乘載波發(fā)生器載波發(fā)生器DPSK信號信號絕對碼絕對碼相對碼相對碼低通低通抽樣判決抽樣判決碼變換碼變換位定時位定時abcedf相干解調(diào)框圖相干解調(diào)框圖1bnnnba相乘延遲TSDPSK信號絕對碼低通抽樣判決位定時abced差分相干解調(diào)差分相干解調(diào) 差分相干解調(diào)直接利用了前后碼元差分相干解調(diào)直接利用了前后碼元的信息，解調(diào)和譯碼同時完成，無需專的信息，解調(diào)和譯碼同時完成，無需專門的相干載波，是一種很實用的方法。門的相干載波，是一種很實用的方法。 無論是無論是2PSK2PSK還是還是2DPSK2DPSK信號，就波形本身信號，就波形本身而言，它們都可以等效成雙

28、極性信號作用下而言，它們都可以等效成雙極性信號作用下的調(diào)幅信號，無非是一對倒相信號的序列。的調(diào)幅信號，無非是一對倒相信號的序列。有以下結(jié)論：有以下結(jié)論： （1 1）2DPSK2DPSK與與2PSK2PSK有相同的功率譜；有相同的功率譜； （2 2）它們的帶寬和頻帶利用率均相同。）它們的帶寬和頻帶利用率均相同。 BssASKPSKDPSKRfBBBB222222)/(21222HzBaudASKPSKDPSK（3 3）檢測這兩種信號時判決器均可工作在最佳）檢測這兩種信號時判決器均可工作在最佳門限電平（零電平）。門限電平（零電平）。（4 4）2PSK2PSK系統(tǒng)存在系統(tǒng)存在“相位模糊相位模糊”問題

29、，而問題，而2DPSK2DPSK系統(tǒng)不存在系統(tǒng)不存在“相位模糊相位模糊”問題。問題。 因此在實際應(yīng)用中，真正作為傳輸用的數(shù)因此在實際應(yīng)用中，真正作為傳輸用的數(shù)字調(diào)相信號幾乎都是字調(diào)相信號幾乎都是DPSKDPSK信號。信號。 2PSK2PSK系統(tǒng)相干解調(diào)的抗噪聲性能系統(tǒng)相干解調(diào)的抗噪聲性能e12Perfcr在大信噪比（在大信噪比（r r11）條件下，上式可近似表示為）條件下，上式可近似表示為e1e2 rPr2DPSK2DPSK系統(tǒng)相干解調(diào)的抗噪聲性能系統(tǒng)相干解調(diào)的抗噪聲性能 設(shè)設(shè)PePe為碼反變換器輸入端相對碼序列為碼反變換器輸入端相對碼序列 b bn n 的誤碼的誤碼率，并假設(shè)每個碼出錯概率相

30、等且統(tǒng)計獨立，率，并假設(shè)每個碼出錯概率相等且統(tǒng)計獨立，PePe 為為碼反變換器輸出端絕對碼序列碼反變換器輸出端絕對碼序列 a an n 的誤碼率，則的誤碼率，則eeePPP)1 ( 2 在大信噪比在大信噪比( (r1 ) )條件下，條件下，P Pe e1 1，因此，因此ee2PP 2DPSK2DPSK系統(tǒng)差分相干解調(diào)的抗噪聲性能系統(tǒng)差分相干解調(diào)的抗噪聲性能reeP21誤碼率為誤碼率為 2DPSK 2DPSK相干解調(diào)誤碼率指標(biāo)優(yōu)于差分相干相干解調(diào)誤碼率指標(biāo)優(yōu)于差分相干 解調(diào)系統(tǒng)。解調(diào)系統(tǒng)。6.3 6.3 二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較1. 1. 誤碼率誤碼率2DPSK2

31、PSK2FSK2ASK非相干解調(diào)相干解調(diào)421rerfc421re221rerfc221rererfc21rerfcre21r=10時時 2ASK、2FSK 、2PSK誤碼率誤碼率方式方式誤碼率誤碼率相干解調(diào)相干解調(diào)非相干解調(diào)非相干解調(diào)2ASK1.2610-2 4.110-2 2FSK7.910-4 3.3710-32PSK3.910-6 2.2710-5 Pe=10-5時時2ASK、2FSK和和 2PSK所需要的信噪比所需要的信噪比 方式方式信噪比信噪比倍倍分貝分貝2ASK36.415.62FSK18.212.62PSK9.19.6結(jié)論：結(jié)論：1 1、對同一種數(shù)字調(diào)制信號，采用相干解調(diào)方式、

32、對同一種數(shù)字調(diào)制信號，采用相干解調(diào)方式的誤碼率低于采用非相干解調(diào)方式的誤碼率。的誤碼率低于采用非相干解調(diào)方式的誤碼率。2 2、在誤碼率一定的情況下，、在誤碼率一定的情況下，2PSK2PSK、2FSK2FSK、2ASK2ASK系統(tǒng)所需要的信噪比關(guān)系為系統(tǒng)所需要的信噪比關(guān)系為 r r2ASK2ASK=2r=2r2FSK2FSK=4r=4r2PSK2PSK 3 3、若信噪比、若信噪比r r一定，一定，2PSK2PSK系統(tǒng)的誤碼率低于系統(tǒng)的誤碼率低于2FSK2FSK系統(tǒng)，系統(tǒng)，2FSK2FSK系統(tǒng)的誤碼率低于系統(tǒng)的誤碼率低于2ASK2ASK系統(tǒng)。系統(tǒng)。 2. 2. 頻帶寬度頻帶寬度 若傳輸?shù)拇a元時間寬

33、度為若傳輸?shù)拇a元時間寬度為TsTs，則，則2ASK2ASK系系統(tǒng)和統(tǒng)和2PSK(2DPSK)2PSK(2DPSK)系統(tǒng)的頻帶寬度為系統(tǒng)的頻帶寬度為2/Ts2/Ts，即即 B B2ASK2ASK=B=B2PSK2PSK=2/Ts=2/Ts 2FSK2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度為系統(tǒng)的頻帶寬度為 B B2FSK2FSK=|f=|f2 2-f-f1 1|+2/Ts|+2/Ts 因此，從頻帶利用率上看，因此，從頻帶利用率上看，2FSK2FSK系統(tǒng)系統(tǒng)的頻帶利用率最低。的頻帶利用率最低。 3. 3. 對信道特性變化的敏感性對信道特性變化的敏感性 信道特性變化的靈敏度對最佳判決門限有信道特性變化的靈敏度對最佳判

34、決門限有一定的影響。一定的影響。 2ASK2ASK系統(tǒng)最差，系統(tǒng)最差，2FSK2FSK系統(tǒng)和系統(tǒng)和2PSK2PSK系統(tǒng)較好。系統(tǒng)較好。 4. 4. 設(shè)備的復(fù)雜程度設(shè)備的復(fù)雜程度 相干解調(diào)比非相干解調(diào)復(fù)雜。相干解調(diào)比非相干解調(diào)復(fù)雜。 2ASK2ASK系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)最簡單。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)最簡單。全波或半波整流帶通接收信號輸出信號低通抽樣判決定時脈沖提取(a) 包絡(luò)檢波（非相干解調(diào)）包絡(luò)檢波（非相干解調(diào)）2ASK全波整流低通輸出 1 0 1 1 0 1 0 0輸出信號2ASK2ASK信號的解調(diào)信號的解調(diào) f1 f0 f1 f1 f0 f1 f02FSKttatb非相干解調(diào)帶通濾波器1帶通濾波器0包絡(luò)檢波器包

35、絡(luò)檢波器位定時恢復(fù)判決器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2FSK輸入輸入abcdc 1 0 1 1 0 1 0d2FSK2FSK信號的解調(diào)信號的解調(diào)載波提取2PSK信號低通抽樣判決時鐘提取相干解調(diào)輸出信號 1 1 1 0 0 1 0 02PSK信號載波2PSK信號載波輸出信號低通輸出2PSK2PSK信號的解調(diào)一般采用相干解調(diào)。信號的解調(diào)一般采用相干解調(diào)。6.4 6.4 多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng) 多進制數(shù)字調(diào)制是利用多進制數(shù)字基帶信多進制數(shù)字調(diào)制是利用多進制數(shù)字基帶信號去控制載波的幅度、頻率或相位。號去控制載波的幅度、頻率或相位。 相應(yīng)的有相應(yīng)的有MASKMASK、MFSKMFSK、MPSKMPSK。多進制

36、數(shù)字調(diào)制方式的特點是：多進制數(shù)字調(diào)制方式的特點是：（1 1）在相同碼元速率下，多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)）在相同碼元速率下，多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的信息傳輸速率高于二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)；的信息傳輸速率高于二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)；（2) 2) 在相同的信息速率下，多進制數(shù)字調(diào)制系在相同的信息速率下，多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的碼元傳輸速率低于二進制調(diào)制系統(tǒng)；統(tǒng)的碼元傳輸速率低于二進制調(diào)制系統(tǒng)；（3 3）多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜，判決電）多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜，判決電平增多，誤碼率高于二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。平增多，誤碼率高于二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。多進制振幅鍵控又稱多進制振幅鍵控又稱多電平調(diào)制多電平調(diào)制優(yōu)點：優(yōu)點：M

37、MASKASK信號的帶寬和信號的帶寬和2ASK2ASK信號帶信號帶寬相同，故單位頻帶的信息傳輸速率高寬相同，故單位頻帶的信息傳輸速率高即頻帶利用率高。即頻帶利用率高。6.4.1 6.4.1 多進制振幅鍵控（多進制振幅鍵控（MASKMASK）(b) MASK信號(a) 基帶多電平單極性不歸零信號0010110101011110000t0t010110101011110001230123例如 四進制幅度調(diào)制00011011S0(t)S1(t)S2(t)S3(t)載載波波集集1011M進制符號序列進制符號序列二進制信源序列二進制信源序列載載波波集集S0(t)S1(t)S2(t)S3(t)碼元頻帶利用

38、率碼元頻帶利用率信息頻帶利用率信息頻帶利用率頻帶寬度頻帶寬度 MASKMASK系統(tǒng)的信息頻帶利用率是系統(tǒng)的信息頻帶利用率是2ASK2ASK系統(tǒng)系統(tǒng)的的loglog2 2M M倍。倍。M進制數(shù)字振幅調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率進制數(shù)字振幅調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率Pe性能曲線性能曲線10 110 210 310 410 510 605101520r/dBPe12530248164FSK4FSK信號波形舉例信號波形舉例 (a) 4FSK信號波形信號波形f3f1f2f4TTTTtf1f2f3f400011011(b) 4FSK信號的取值信號的取值6.4.2 6.4.2 多進制頻移鍵控（多進制頻移鍵控（MFSKMFSK）數(shù)

39、字信息序列an載載波波集集.f0f1fM-1FSK信號輸出用不同頻率的載波代表不同數(shù)字信源符號圖圖6-25 6-25 多進制頻移鍵控系統(tǒng)框圖多進制頻移鍵控系統(tǒng)框圖 多進制數(shù)字頻率調(diào)制系統(tǒng)誤碼率性能曲線多進制數(shù)字頻率調(diào)制系統(tǒng)誤碼率性能曲線10 110 210 310 410 510 610 7 505101520r/dB102432210 81在在M M一定的情一定的情況下，信噪比況下，信噪比r r越大，誤碼越大，誤碼率率PePe越?。辉谠叫?；在r r一定的情況一定的情況下，下，M M越大，越大，誤碼率誤碼率PePe也越也越大。大。 多進制數(shù)字相位調(diào)制又稱多相調(diào)制，它是多進制數(shù)字相位調(diào)制又稱多相

40、調(diào)制，它是利用載波的多種不同相位來表征數(shù)字信息的調(diào)利用載波的多種不同相位來表征數(shù)字信息的調(diào)制方式。與二進制數(shù)字相位調(diào)制相同，多進制制方式。與二進制數(shù)字相位調(diào)制相同，多進制數(shù)字相位調(diào)制也有絕對相位調(diào)制和差分相位調(diào)數(shù)字相位調(diào)制也有絕對相位調(diào)制和差分相位調(diào)制兩種。制兩種。 6.4.3 6.4.3 多進制相移鍵控多進制相移鍵控多進制的兩種矢量圖多進制的兩種矢量圖四相調(diào)制四相調(diào)制（QPSK)00011110225 135 45315 B方式方式雙信息符號與雙信息符號與 k的關(guān)系的關(guān)系A(chǔ)方式雙信息符號與方式雙信息符號與 k的關(guān)系的關(guān)系00101101090 180 270系系統(tǒng)統(tǒng)2 參考相位參考相位2 2

41、3 001011010A方式方式參考相位參考相位43 45 47 110100104 B方式方式系統(tǒng)系統(tǒng)4 iq-1 +1+1-17 /4 5 /43 /4 /40t +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 -1 +14 45 47 43 +1-1-1 +1四相調(diào)制四相調(diào)制（QPSK)串/并變換載波發(fā)生及90移相器tcosctsinc 正交調(diào)制器正交調(diào)制器二進制雙極性二進制雙極性不歸零碼不歸零碼QPSK 輸出輸出IQQI+1-1+1+1-1-1-1+1-1+1調(diào)相法產(chǎn)生調(diào)相法產(chǎn)生B B方式方式4PSK4PSK信號信號相位選擇法產(chǎn)生相位選擇法產(chǎn)生4PSK4PSK信號信號B B方式方式4P

42、SK4PSK信號相干解調(diào)原理框圖信號相干解調(diào)原理框圖 * *2 2、多進制的相對移相、多進制的相對移相(MDPSK)(MDPSK) 4DPSK4DPSK的相干解調(diào)原理框圖的相干解調(diào)原理框圖4DPSK4DPSK信號的差分相干解調(diào)信號的差分相干解調(diào)例：對最高頻率為例：對最高頻率為6MH6MHZ Z的模擬信號按奈氏的模擬信號按奈氏速率抽樣后進行速率抽樣后進行PCMPCM編碼，量化電平數(shù)編碼，量化電平數(shù)M=8M=8，編碼信號先通過，編碼信號先通過=0.2=0.2的升余弦滾的升余弦滾降濾波器處理，再對載波進行調(diào)制。降濾波器處理，再對載波進行調(diào)制。（1 1）采用）采用2PSK2PSK調(diào)制，求占用信道帶寬和

43、信調(diào)制，求占用信道帶寬和信息頻帶利用率息頻帶利用率b b（2 2）將調(diào)制方式改為）將調(diào)制方式改為8PSK8PSK，信息速率不變，信息速率不變，求占用信道帶寬和信息頻帶利用率求占用信道帶寬和信息頻帶利用率b b* *6.4.46.4.4正交幅度調(diào)制（正交幅度調(diào)制（QAMQAM） 正交振幅調(diào)制（正交振幅調(diào)制（QAMQAM）是一種幅度和）是一種幅度和相位聯(lián)合鍵控（相位聯(lián)合鍵控（APKAPK）的調(diào)制方式。它可）的調(diào)制方式。它可以提高系統(tǒng)可靠性，且能獲得較高的信以提高系統(tǒng)可靠性，且能獲得較高的信息頻帶利用率，是目前應(yīng)用較為廣泛的息頻帶利用率，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種數(shù)字調(diào)制方式。一種數(shù)字調(diào)制方式。APK

44、APK信號的振幅和相位獨立地同時受到調(diào)制信號的振幅和相位獨立地同時受到調(diào)制 ：式中，式中，k k = = 整數(shù)；整數(shù)；A Ak k和和 k k分別可以取多個離散值。分別可以取多個離散值。上式可以展開為上式可以展開為令令 X Xk k = = A Ak kcoscos k k Y Yk k = - = -A Ak ksinsin k k從上式看出，從上式看出，s sk k( (t t) )可以看作是兩個正交的振幅鍵控可以看作是兩個正交的振幅鍵控信號之和信號之和若若 k k值取值取4545 和和-45-45 ，A Ak k值取值取+ +A A和和- -A A，則，則APKAPK信號信號 QPSKQPSK信號信號 4QAM4QAM信號信號 )cos()(0kkktAtsTktkT) 1( tAtAtskkkkk00sinsincoscos)(tYtXtskkk00sincos)(代入上式，得到代入上式，得到 M MQAMQAM又稱星座調(diào)制又稱星座調(diào)制(c) 64QAM信號矢量圖 (d) 256QAM信號矢量圖 01110010Akk(a) 4QAM信號矢量圖 (b) 16QAM信號矢量圖16QAM16QAM信號產(chǎn)生方法信號產(chǎn)生方法(1)(1)正交調(diào)幅法：用兩路獨立的正交正交調(diào)幅法：用兩路獨立的正交4