第7章_數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)

1、1第第7章章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2引言引言 前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸，知道前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸，知道數(shù)字基帶信號(hào)具有豐富的數(shù)字基帶信號(hào)具有豐富的低頻成分低頻成分，只適合在，只適合在低通型低通型信道信道中傳輸（比如雙絞線），但是在通信系統(tǒng)中實(shí)際中傳輸（比如雙絞線），但是在通信系統(tǒng)中實(shí)際使用的信道多為使用的信道多為帶通型帶通型，例如各個(gè)頻段的，例如各個(gè)頻段的無線信道無線信道、限定頻率范圍的限定頻率范圍的同軸電纜同軸電纜等。為了使數(shù)字信號(hào)能在帶等。為了使數(shù)字信號(hào)能在帶通信道中傳輸，必須采用通信道中傳輸，必須采用數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制方式。搬到頻譜較方式。搬到頻譜較

2、高的信道上進(jìn)行傳輸。這就是我們今天要學(xué)習(xí)的數(shù)字高的信道上進(jìn)行傳輸。這就是我們今天要學(xué)習(xí)的數(shù)字信號(hào)的帶通（頻帶）傳輸。信號(hào)的帶通（頻帶）傳輸。3那么為什么一定要在帶通型信道中傳輸那么為什么一定要在帶通型信道中傳輸數(shù)字信號(hào)呢？數(shù)字信號(hào)呢？ 主要原因是帶通型信道比低通型信道帶寬主要原因是帶通型信道比低通型信道帶寬大得多，可以采用頻分復(fù)用技術(shù)傳輸多路信號(hào)；大得多，可以采用頻分復(fù)用技術(shù)傳輸多路信號(hào)；另外，若要利用無線電信道，必須把低頻信號(hào)另外，若要利用無線電信道，必須把低頻信號(hào)“變變”成高頻信號(hào)成高頻信號(hào)。4引言p數(shù)字信號(hào)的分類和傳輸方式數(shù)字信號(hào)的分類和傳輸方式p數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)n數(shù)字調(diào)制信號(hào)數(shù)字調(diào)制信

3、號(hào)n數(shù)字基帶信號(hào)數(shù)字基帶信號(hào)p傳輸方式傳輸方式n數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸n數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸p以哪種傳輸方式為主？以哪種傳輸方式為主？n由信道類型確定由信道類型確定p低通型信道低通型信道-數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸p帶通型信道帶通型信道-數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸52 2數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制p數(shù)字調(diào)制目的與本質(zhì)數(shù)字調(diào)制目的與本質(zhì)n載波：連續(xù)的正（余）弦信號(hào)載波：連續(xù)的正（余）弦信號(hào)n調(diào)制信號(hào)：數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制信號(hào)：數(shù)字基帶信號(hào)p數(shù)字調(diào)制完成基帶信號(hào)功率譜的搬移數(shù)字調(diào)制完成基帶信號(hào)功率譜的搬移p 數(shù)字調(diào)制的過程數(shù)字調(diào)制的過程n模擬調(diào)制的過程，載波參數(shù)

4、模擬調(diào)制的過程，載波參數(shù)連續(xù)連續(xù)變化變化n數(shù)字調(diào)制的過程，載波參數(shù)數(shù)字調(diào)制的過程，載波參數(shù)離散離散變化變化調(diào)制，調(diào)制，modulation鍵控，鍵控，shift keying63 3模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制方式對(duì)照模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制方式對(duì)照 模擬調(diào)制模擬調(diào)制 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制幅度調(diào)制幅度調(diào)制(AM) 幅度鍵控幅度鍵控(ASK)頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM) 頻移鍵控頻移鍵控(FSK)相位調(diào)制相位調(diào)制(PM) 相移鍵控相移鍵控(PSK)振幅鍵控振幅鍵控頻移鍵控頻移鍵控相移鍵控相移鍵控7調(diào)制解調(diào)的主要功能調(diào)制解調(diào)的主要功能u頻譜搬移頻譜搬移,實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)搬移到相應(yīng)的頻段實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)搬移到相應(yīng)的頻段n實(shí)現(xiàn)可以分

5、為兩步實(shí)現(xiàn)可以分為兩步:首先進(jìn)行基帶信號(hào)調(diào)制首先進(jìn)行基帶信號(hào)調(diào)制,然后上變頻到所需的頻然后上變頻到所需的頻段段u抗干擾性抗干擾性n主要體現(xiàn)通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)主要體現(xiàn)通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo),即可靠性即可靠性n調(diào)制信號(hào)具有較小的功率譜占有率調(diào)制信號(hào)具有較小的功率譜占有率n要求要求:功率譜主瓣占有盡可能多的信號(hào)能量功率譜主瓣占有盡可能多的信號(hào)能量,具有快速滾降特性具有快速滾降特性,帶帶外衰落大外衰落大,旁瓣小旁瓣小u頻譜有效性頻譜有效性n主要體現(xiàn)通信系統(tǒng)的數(shù)量指標(biāo)主要體現(xiàn)通信系統(tǒng)的數(shù)量指標(biāo),即有效性即有效性n頻帶利用率頻帶利用率:bit/s/Hz8 數(shù)字調(diào)制方式的分類數(shù)字調(diào)制方式的分類9 二進(jìn)制是數(shù)字調(diào)

6、制最簡單的情況，它改變載波的幅二進(jìn)制是數(shù)字調(diào)制最簡單的情況，它改變載波的幅度、頻率、相位只有兩種狀態(tài)。度、頻率、相位只有兩種狀態(tài)。7.1 二進(jìn)制幅度鍵控（二進(jìn)制幅度鍵控（ASK：amplitude shift keying ）1. 2ASK信號(hào)時(shí)域表達(dá)式信號(hào)時(shí)域表達(dá)式p2ASK信號(hào)，其幅度按調(diào)制信號(hào)取信號(hào)，其幅度按調(diào)制信號(hào)取0或或1有兩種取值，有兩種取值，最簡單的形式為通斷鍵控（最簡單的形式為通斷鍵控（OOK）。）。pOOK信號(hào)的表達(dá)式為：信號(hào)的表達(dá)式為： 調(diào)制信號(hào)為：調(diào)制信號(hào)為：tAatsncOOKcos)(na1,0,1nPaP出現(xiàn)概率為出現(xiàn)概率為7.1 7.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字調(diào)

7、制10 OOKOOK信號(hào)波形：信號(hào)波形： 一般地，調(diào)制信號(hào)具有一定波形，可表示為：一般地，調(diào)制信號(hào)具有一定波形，可表示為： 所以，所以，2ASK2ASK信號(hào)為：信號(hào)為： 可見，可見，2ASK2ASK為為雙邊帶調(diào)幅雙邊帶調(diào)幅信號(hào)。信號(hào)。)()(snTtgatBnntnTtgatsnncsASKcos)()(11 2. 2. 功率譜密度功率譜密度 設(shè)調(diào)制信號(hào)功率譜為設(shè)調(diào)制信號(hào)功率譜為 ，則，則2ASK2ASK信號(hào)功率譜為：信號(hào)功率譜為： )(BP)()()(cBcBASK41PPP圖圖7-2 OOK信號(hào)的功率譜信號(hào)的功率譜(a)基帶信號(hào)功率譜；基帶信號(hào)功率譜； (b) 已調(diào)信號(hào)功率譜已調(diào)信號(hào)功率譜

8、12分析p功率譜是基帶信號(hào)功率譜的線性搬移功率譜是基帶信號(hào)功率譜的線性搬移n頻帶寬度是基帶信號(hào)的兩倍頻帶寬度是基帶信號(hào)的兩倍p2ASK信號(hào)的帶寬信號(hào)的帶寬 ？基帶信號(hào)帶寬？基帶信號(hào)的形式基帶信號(hào)帶寬？基帶信號(hào)的形式 基帶信號(hào)為矩形波基帶信號(hào)為矩形波n基帶信號(hào)的理論帶寬無限寬基帶信號(hào)的理論帶寬無限寬nNRZ碼，基帶信號(hào)的近似帶寬碼，基帶信號(hào)的近似帶寬 ：p功率譜的第一個(gè)過零點(diǎn)帶寬，譜零點(diǎn)帶寬，主瓣帶功率譜的第一個(gè)過零點(diǎn)帶寬，譜零點(diǎn)帶寬，主瓣帶寬寬 BB=fs=Rs （fs：位定時(shí)的頻率）：位定時(shí)的頻率）nOOK信號(hào)的理論帶寬無限寬信號(hào)的理論帶寬無限寬nOOK信號(hào)的近似帶寬：信號(hào)的近似帶寬： p功

9、率譜的功率譜的 第一對(duì)第一對(duì) 過零點(diǎn)帶寬，譜零點(diǎn)帶寬；主瓣帶過零點(diǎn)帶寬，譜零點(diǎn)帶寬；主瓣帶寬寬 BS=2fs=2Rs13 基帶信號(hào)為升余弦滾降信號(hào)基帶信號(hào)為升余弦滾降信號(hào)n基帶信號(hào)帶寬有限寬基帶信號(hào)帶寬有限寬n2ASK信號(hào)帶寬有限寬信號(hào)帶寬有限寬TB21BBs2BB TB1s圖圖7-3 升余弦滾降基帶信號(hào)的升余弦滾降基帶信號(hào)的2ASK信號(hào)功率譜信號(hào)功率譜 (a)基帶信號(hào)功率譜；基帶信號(hào)功率譜； (b) 已調(diào)信號(hào)功率譜已調(diào)信號(hào)功率譜14 3. 2ASK3. 2ASK信號(hào)的調(diào)制方法信號(hào)的調(diào)制方法tnTtgatsnncsASKcos)()(tcco s) (t s) (2teA S K開 關(guān) 電 路

10、模擬調(diào)制法（相乘器法）模擬調(diào)制法（相乘器法）鍵控法鍵控法154. 2ASK4. 2ASK信號(hào)解調(diào)方法信號(hào)解調(diào)方法 n非相干解調(diào)非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法) (a)原理框圖；原理框圖；(b)各點(diǎn)波形圖各點(diǎn)波形圖 16n相干解調(diào)相干解調(diào)(同步檢測法同步檢測法) ：穩(wěn)定，有利于位定時(shí)的提取。：穩(wěn)定，有利于位定時(shí)的提取。(a)原理框圖；原理框圖；(b)各點(diǎn)波形圖各點(diǎn)波形圖 2ASK信號(hào)早期用于無線電報(bào)，由于抗噪聲性能差現(xiàn)在已較少使用，但信號(hào)早期用于無線電報(bào)，由于抗噪聲性能差現(xiàn)在已較少使用，但2ASK信號(hào)是其它數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)。信號(hào)是其它數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)。 17 我們?cè)谇懊嬷v過，為什么要進(jìn)行頻帶傳輸，

11、再歸納一下：我們?cè)谇懊嬷v過，為什么要進(jìn)行頻帶傳輸，再歸納一下：1、現(xiàn)有通信網(wǎng)主要為傳輸模擬信號(hào)設(shè)計(jì)的，所以不能直接傳輸、現(xiàn)有通信網(wǎng)主要為傳輸模擬信號(hào)設(shè)計(jì)的，所以不能直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)。數(shù)字基帶信號(hào)。2、不能直接傳輸?shù)脑颍骸⒉荒苤苯觽鬏數(shù)脑颍海? 1）現(xiàn)有信道為帶通型，主要用來傳輸模擬話音頻帶）現(xiàn)有信道為帶通型，主要用來傳輸模擬話音頻帶0.3-3.4kHz0.3-3.4kHz，對(duì)于含，對(duì)于含有直流分量和低頻分量的數(shù)字基帶信號(hào)在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)波形會(huì)嚴(yán)重失真。有直流分量和低頻分量的數(shù)字基帶信號(hào)在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)波形會(huì)嚴(yán)重失真。（2 2）數(shù)字基帶信號(hào)抗干擾能力不強(qiáng)，傳輸可靠性不高。）數(shù)字基帶信

12、號(hào)抗干擾能力不強(qiáng)，傳輸可靠性不高。（3 3）基帶信號(hào)頻帶很寬，信道利用率不高，不能和模擬通信兼容。）基帶信號(hào)頻帶很寬，信道利用率不高，不能和模擬通信兼容。3 3、需要解決的問題、需要解決的問題 數(shù)字信號(hào)在模擬信道中傳輸數(shù)字信號(hào)在模擬信道中傳輸-調(diào)制調(diào)制4 4、調(diào)制的目的，（、調(diào)制的目的，（1 1）滿足信道的需要，（）滿足信道的需要，（2 2）多路復(fù)用。）多路復(fù)用。前面內(nèi)容回顧18 為什么說頻帶傳輸?shù)氖悄M信號(hào)？為什么說頻帶傳輸?shù)氖悄M信號(hào)？ 例如：在傳真機(jī)中，我們利用例如：在傳真機(jī)中，我們利用2FSK調(diào)制，在主呼端用調(diào)制，在主呼端用1170100Hz表示表示“1”和和“0”。在信道上傳輸?shù)牟皇?/p>

13、。在信道上傳輸?shù)牟皇?、0碼，而碼，而是是1170100Hz 的模擬正弦波信號(hào)。在從呼端用的模擬正弦波信號(hào)。在從呼端用2125100Hz表表示示“1”和和“0”碼。碼。 調(diào)制（調(diào)制（Modulation），用基帶信號(hào)去控制正弦波的參數(shù)的過），用基帶信號(hào)去控制正弦波的參數(shù)的過程，基帶信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)（程，基帶信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)（ Modulating Signal），被調(diào)制的），被調(diào)制的正弦波稱為載波（正弦波稱為載波（Carrier）。）。 解調(diào)，在接收端，接收設(shè)備要將原來的基帶信號(hào)從已調(diào)信號(hào)解調(diào)，在接收端，接收設(shè)備要將原來的基帶信號(hào)從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)，這一過程稱為解調(diào)（中恢復(fù)，這一過程稱為解調(diào)（D

14、emodulation）。在雙工通信中，）。在雙工通信中，調(diào)制和解調(diào)合在一起，稱為調(diào)制解調(diào)器（調(diào)制和解調(diào)合在一起，稱為調(diào)制解調(diào)器（Modem）。）。前面內(nèi)容回顧19 二進(jìn)制頻移鍵控二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）1、信號(hào)波形、信號(hào)波形圖7-7 FSK信號(hào)波形 頻移鍵控（頻移鍵控（FSKFSK）調(diào)制，）調(diào)制，是是用數(shù)字信號(hào)來控制高頻用數(shù)字信號(hào)來控制高頻載波的頻率變化，調(diào)制后載波的頻率變化，調(diào)制后的載波信號(hào)頻率代表了要的載波信號(hào)頻率代表了要傳遞的數(shù)字信號(hào)。傳遞的數(shù)字信號(hào)。從圖中從圖中可以看出，基帶信號(hào)為高可以看出，基帶信號(hào)為高電平，對(duì)應(yīng)的電平，對(duì)應(yīng)的FSKFSK信號(hào)是一信號(hào)是一個(gè)頻率為個(gè)頻率為f f1

15、1的載波；基帶的載波；基帶信號(hào)為低電平，信號(hào)為低電平，F(xiàn)SKFSK信號(hào)則信號(hào)則是一個(gè)頻率為是一個(gè)頻率為f f2 2的載波。的載波。7.1.2 二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK：frequency shift keying20 7.1.2 二進(jìn)制移頻鍵控二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK：frequency shift keying）p1. 2FSK的時(shí)域表達(dá)式：的時(shí)域表達(dá)式： tnTtgatnTtgatsnnnn2s1s2FSKcoscos)(0,1, 1,10,1nnPPaaPP概率為概率為概率為概率為21 2FSK2FSK信號(hào)的波形及分解如下圖所示：信號(hào)的波形及分解如下圖所示：22112FSK2cos2co

16、sfAtsfAtsts)()()(1 0 0 1 0 2FSK相當(dāng)于兩個(gè)不同載頻的相當(dāng)于兩個(gè)不同載頻的ASK信號(hào)之和信號(hào)之和 所以所以2FSK還可表示成：還可表示成： 222、2FSK調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)（1 1）產(chǎn)生）產(chǎn)生 實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率調(diào)制的一般方法有兩實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率調(diào)制的一般方法有兩種：一種叫種：一種叫直接調(diào)頻法直接調(diào)頻法；另一種叫；另一種叫鍵控鍵控法法 ( (用單極性不歸零碼）用單極性不歸零碼）。 所謂直接調(diào)頻法此方法是將輸入所謂直接調(diào)頻法此方法是將輸入的基帶脈沖去控制一個(gè)振蕩器的某種參的基帶脈沖去控制一個(gè)振蕩器的某種參數(shù)而達(dá)到改變振蕩器頻率的目的。數(shù)而達(dá)到改變振蕩器頻率的目的。 這種方法

17、產(chǎn)生的調(diào)頻信號(hào)是這種方法產(chǎn)生的調(diào)頻信號(hào)是相位連相位連續(xù)的續(xù)的，且容易產(chǎn)生，但頻率穩(wěn)定度較，且容易產(chǎn)生，但頻率穩(wěn)定度較差差 ，應(yīng)用少應(yīng)用少。FSK波形產(chǎn)生器波形產(chǎn)生器23p 2FSK信號(hào)的另一種方法是信號(hào)的另一種方法是鍵控法鍵控法，即利用受矩形脈沖序，即利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。列控制的開關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。該該方法可用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)換速度快、波形好，頻率穩(wěn)定方法可用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)換速度快、波形好，頻率穩(wěn)定度高。但由于度高。但由于f1和和f2是兩個(gè)獨(dú)立的振蕩，因而使所輸出的是兩個(gè)獨(dú)立的振蕩，因而使所輸出的信號(hào)失去了相位的連續(xù)性，信號(hào)失去

18、了相位的連續(xù)性，相位不連續(xù)相位不連續(xù)，可能對(duì)鄰道造成，可能對(duì)鄰道造成干擾，應(yīng)用比較多。干擾，應(yīng)用比較多。 p 以上兩種產(chǎn)生方法及波形如圖所示，圖中，以上兩種產(chǎn)生方法及波形如圖所示，圖中，s(t)代表信代表信息的二進(jìn)制矩形脈沖序列，息的二進(jìn)制矩形脈沖序列， e0(t)代表代表2F5K信號(hào)。信號(hào)。p FSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)信號(hào)可以看成是兩個(gè)ASK信號(hào)的組合。在信號(hào)的組合。在FSK中中f1和和f2哪一頻率高由收發(fā)雙方通信協(xié)議確定。哪一頻率高由收發(fā)雙方通信協(xié)議確定。24 3. 功率譜：功率譜：p設(shè)設(shè)2FSK兩個(gè)載頻的中心頻率為兩個(gè)載頻的中心頻率為fc，頻差為，頻差為 f，則，則 p定義調(diào)頻指數(shù)（頻移

19、指數(shù)）為：定義調(diào)頻指數(shù)（頻移指數(shù)）為：c12() 2/fff21fff21ssfffhRR25 p功率譜分析：功率譜分析：n功率譜以功率譜以fc為中心，對(duì)稱分布。為中心，對(duì)稱分布。n在調(diào)頻指數(shù)較小時(shí)功率譜為單峰，隨著調(diào)頻指數(shù)的增大，在調(diào)頻指數(shù)較小時(shí)功率譜為單峰，隨著調(diào)頻指數(shù)的增大，功率譜出現(xiàn)雙峰。功率譜出現(xiàn)雙峰。n當(dāng)出現(xiàn)雙峰時(shí)，帶寬可近似為：當(dāng)出現(xiàn)雙峰時(shí)，帶寬可近似為： 2FSK信號(hào)的調(diào)制：頻率選擇法信號(hào)的調(diào)制：頻率選擇法12B2FSK2ffBB26 4. 解調(diào)方法：解調(diào)方法：(a)非相干解調(diào)非相干解調(diào)(b)相干解調(diào)相干解調(diào)n原理：將原理：將2FSK信號(hào)分解成兩路信號(hào)分解成兩路2ASK信號(hào)分別

20、進(jìn)行解調(diào)。信號(hào)分別進(jìn)行解調(diào)。27 p過零解調(diào)：過零解調(diào)：p 原理：載頻不同，過零點(diǎn)數(shù)不同，檢測過零點(diǎn)原理：載頻不同，過零點(diǎn)數(shù)不同，檢測過零點(diǎn)數(shù)，即可進(jìn)一步得到原始的調(diào)制信號(hào)。數(shù)，即可進(jìn)一步得到原始的調(diào)制信號(hào)。低頻分量的低頻分量的幅度幅度與載波與載波頻率頻率有關(guān)有關(guān)28p5、FSK應(yīng)用應(yīng)用 p FSK應(yīng)用廣泛，主要應(yīng)用在音頻信道內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸：p （1）傳真機(jī)工作； （2）低速遠(yuǎn)動(dòng)p CCITT的V.21標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定300b/s的Modem的技術(shù)參數(shù)：主呼頻率1270Hz（1碼）、1070Hz（0碼），被呼頻率2225Hz（1碼）、2025Hz（0碼)297.1.3 二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（

21、2PSK或或BPSK）1. 2PSK信號(hào)的表達(dá)式：信號(hào)的表達(dá)式：n原理：在原理：在2PSK中，通常用初始相位中，通常用初始相位0和和 分別表分別表示二進(jìn)制示二進(jìn)制“1”和和“0”。n時(shí)域表達(dá)式為時(shí)域表達(dá)式為 式中，式中， n表示第表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位：個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位：即即)cos(A)(2PSKnctts”時(shí)發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“，1,00nPtPttscc1,cosA,cosA)(2PSK概率為概率為30 n若若g(t)是幅度為是幅度為A寬度為寬度為Ts的單個(gè)矩形脈沖，則的單個(gè)矩形脈沖，則2PSK信號(hào)可表示為信號(hào)可表示為 n2PSK的典型波形的典型波形tnTtgatsnncs2PSKcos)

22、(1,1,1nPaP概率為概率為31 2. 功率譜：功率譜：p2PSK與與2ASK的表達(dá)式形式一致：的表達(dá)式形式一致：n 2PSK信號(hào)：雙極性脈沖序列的雙邊帶調(diào)制信號(hào)：雙極性脈沖序列的雙邊帶調(diào)制n 2ASK信號(hào)：單極性脈沖序列的雙邊帶調(diào)制信號(hào)：單極性脈沖序列的雙邊帶調(diào)制p功率譜的差別僅在于離散的載波分量；功率譜的差別僅在于離散的載波分量；p帶寬：帶寬：tnTtgatsnncsASKcos)()(tnTtgatsnncs2PSKcos)(B2ASK2PSK2BBB32 3. 2PSK信號(hào)調(diào)制信號(hào)調(diào)制p相乘器相乘器p相位選擇器相位選擇器 由于由于PSK信號(hào)頻譜中沒有載頻，解調(diào)必須用相干信號(hào)頻譜中沒

23、有載頻，解調(diào)必須用相干解調(diào)方法，而此時(shí)如何獲得同頻同相的載頻就成了關(guān)解調(diào)方法，而此時(shí)如何獲得同頻同相的載頻就成了關(guān)鍵問題。鍵問題。33 4. 2PSK信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào) p相干解調(diào)相干解調(diào)n相干載波，同頻同相的本地載波相干載波，同頻同相的本地載波 p同頻同相的本地載波的獲取：鎖相環(huán)同頻同相的本地載波的獲?。烘i相環(huán) （a a）平方環(huán)電路）平方環(huán)電路 （b b）科斯塔斯環(huán)電路）科斯塔斯環(huán)電路p鎖相環(huán)恢復(fù)載波的問題：鎖相環(huán)恢復(fù)載波的問題：n0， 相位不確定相位不確定p0， 相位模糊度相位模糊度34p2PSK 相干解調(diào)原理框圖及各點(diǎn)波形圖相干解調(diào)原理框圖及各點(diǎn)波形圖35 2PSK 2PSK調(diào)制與解調(diào)

24、過程：調(diào)制與解調(diào)過程：121212101101001110000000000000000001011010011101001011000nnnaaa 信碼碼元相位本地載波相位本地載波相位極性極性0， 相位不確定的影響36 7.1.4 二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）p絕對(duì)調(diào)相：利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值傳送數(shù)字信息；絕對(duì)調(diào)相：利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值傳送數(shù)字信息；p相對(duì)調(diào)相：利用前后相鄰碼元的載波相對(duì)調(diào)相：利用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位相對(duì)相位變化傳遞數(shù)字變化傳遞數(shù)字信息信息1. 2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生：信號(hào)的產(chǎn)生： 差分編碼后再進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相。差分編碼后再進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相。37 設(shè)絕對(duì)

25、碼為設(shè)絕對(duì)碼為an，相對(duì)碼為，相對(duì)碼為bnp傳號(hào)差分的編碼規(guī)則：傳號(hào)差分的編碼規(guī)則： 其中，其中， 的初始值可以任意設(shè)定。的初始值可以任意設(shè)定。p差分譯碼規(guī)則：差分譯碼規(guī)則： 顯然，只要傳輸沒有差錯(cuò)，則譯碼值便是原始數(shù)據(jù)，顯然，只要傳輸沒有差錯(cuò)，則譯碼值便是原始數(shù)據(jù)，即即 。1nnnbba1nnnbab1nbnnaa 由于初始相位不同，由于初始相位不同，2DPSK2DPSK信號(hào)的相位可信號(hào)的相位可以不同；以不同；2DPSK2DPSK信號(hào)的相位并信號(hào)的相位并不直接代表基帶信號(hào)；不直接代表基帶信號(hào)；前后碼元的相對(duì)相前后碼元的相對(duì)相位才決定信息符號(hào)。位才決定信息符號(hào)。38 2. 2DPSK解調(diào)器解調(diào)

26、器n相干解調(diào)相干解調(diào)n延遲解調(diào)延遲解調(diào) （1）相干解調(diào)原理及各點(diǎn)波形）相干解調(diào)原理及各點(diǎn)波形39 1212121011010011110010011101000000000000000000010010011101001101100010110110100111nnnnnabbba 絕對(duì)碼差分碼碼元相位載波相位載波相位極性極性1nnnbab1nnnbba2DPSK調(diào)制及相干解調(diào)過程：調(diào)制及相干解調(diào)過程：40 （2 2）差分）差分解調(diào)原理及各點(diǎn)波形解調(diào)原理及各點(diǎn)波形: :延遲解調(diào)延遲解調(diào)41總結(jié): 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制1.二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的方式二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的方式n 2ASK, 2FSK, 2PSK(2

27、DPSK)2. 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式3. 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)的功率譜及帶寬二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)的功率譜及帶寬4. 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)427.2 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的抗噪聲性能二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的抗噪聲性能引引 言言1數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)n數(shù)字調(diào)制和解調(diào)數(shù)字調(diào)制和解調(diào)p數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng) p數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能？數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能？2數(shù)字基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能數(shù)字基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能n誤比特率誤比特率n誤比特率是信噪比的函數(shù)誤比特率是信噪比的函數(shù) 3數(shù)字基帶系統(tǒng)的

28、抗噪聲性能的比較數(shù)字基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能的比較n信噪比相同時(shí)，比較誤比特率信噪比相同時(shí)，比較誤比特率 n誤比特率相同時(shí)，比較信噪比誤比特率相同時(shí)，比較信噪比 NSQAQP2bNSQAQP22b 雙極性雙極性二元碼二元碼單極性單極性二元碼二元碼43 7.2.1 ASK7.2.1 ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能1. 1. 相干接收時(shí)相干接收時(shí)ASKASK系統(tǒng)的誤比特率系統(tǒng)的誤比特率（1）相干）相干ASK抗噪聲性能的分析模型抗噪聲性能的分析模型（2）誤比特率的計(jì)算）誤比特率的計(jì)算 設(shè)設(shè)2ASK2ASK信號(hào)如下式，并設(shè)信號(hào)傳輸無損耗。信號(hào)如下式，并設(shè)信號(hào)傳輸無損耗。 信道噪聲經(jīng)信道噪聲經(jīng)BPF

29、BPF后輸出為窄帶高斯噪聲，表達(dá)式為：后輸出為窄帶高斯噪聲，表達(dá)式為： n當(dāng)發(fā)送信號(hào)不為當(dāng)發(fā)送信號(hào)不為0 0時(shí)，時(shí)，BPFBPF輸出為：輸出為： 001cosc2ASKnnaatAts,)(ttnttntnQIccisincos)()()()()(tntAtxiccosttnttnAQIccsincos )()(44 經(jīng)與相干載波相乘，再經(jīng)低通，解調(diào)器輸出為：經(jīng)與相干載波相乘，再經(jīng)低通，解調(diào)器輸出為： nI(t)是均值為是均值為0，方差為，方差為 的高斯噪聲。的高斯噪聲。 所以所以y(t)是均值為是均值為A的高斯隨機(jī)過程，其一維概率密度函數(shù)為的高斯隨機(jī)過程，其一維概率密度函數(shù)為 n同理可得當(dāng)發(fā)

30、送同理可得當(dāng)發(fā)送0時(shí)時(shí)y(t)幅度的一維概率密度函數(shù)為幅度的一維概率密度函數(shù)為 )()(tnAtyI22/211( )e2yAp y22/201( )e2ypy22)(tnI45分析p如何恢復(fù)數(shù)字信息？如何恢復(fù)數(shù)字信息？n設(shè)設(shè)VT為判決門限值為判決門限值ny(t)的樣值為的樣值為 yn判決規(guī)則：判決規(guī)則： p什么情況會(huì)發(fā)生誤碼什么情況會(huì)發(fā)生誤碼 ？ p幾何意義幾何意義n概率密度曲線下的陰影面積概率密度曲線下的陰影面積p平均誤比特率平均誤比特率1,0,TT判為判為VyVy1,00,1TT判為發(fā)信號(hào)判為發(fā)信號(hào)VyVyb11b00bPPPPP46 p當(dāng)發(fā)送當(dāng)發(fā)送0 0和和1 1等概時(shí)，解調(diào)錯(cuò)判的概率

31、（即誤比特率）等概時(shí)，解調(diào)錯(cuò)判的概率（即誤比特率）為：為：p最佳判決門限應(yīng)選在兩條曲線的交點(diǎn)最佳判決門限應(yīng)選在兩條曲線的交點(diǎn) 則則有：有： 令令 ，則有：，則有：p解調(diào)器輸入的峰值信噪比為解調(diào)器輸入的峰值信噪比為 p則相干則相干ASKASK的誤比特率為的誤比特率為yypyypPVVd 21d 2110bTT)()(2T/AV 22T/2b1ed2yVPy/,/yzyzdd 2de2122b2AQzPzA/222/Ar 2brQP47 2. 非相干非相干ASK的誤比特率的誤比特率p非相干非相干ASK解調(diào)抗噪聲性能分析模型解調(diào)抗噪聲性能分析模型48 p當(dāng)發(fā)送信號(hào)不為當(dāng)發(fā)送信號(hào)不為0時(shí)，包絡(luò)檢波器輸

32、入信號(hào)為：時(shí)，包絡(luò)檢波器輸入信號(hào)為： 包絡(luò)包絡(luò)R的概率密度符合萊斯分布，即：的概率密度符合萊斯分布，即： p當(dāng)發(fā)送信號(hào)為當(dāng)發(fā)送信號(hào)為0時(shí)，包絡(luò)時(shí)，包絡(luò)R符合瑞利分布，即：符合瑞利分布，即：)()()()(ttRttnttntAtxQIcccccossincoscos 0 2exp2022221RARIARRRp,)(0 2exp2220RRRRp,)(49 輸入信號(hào)包絡(luò)概率分布如下圖所示輸入信號(hào)包絡(luò)概率分布如下圖所示 當(dāng)當(dāng)0 0和和1 1等概發(fā)送時(shí)，平均誤比特率為：等概發(fā)送時(shí)，平均誤比特率為： 當(dāng)判決門限為兩條線的交點(diǎn)時(shí)，有：當(dāng)判決門限為兩條線的交點(diǎn)時(shí)，有：RRpRRpPVVd 21d 211

33、00bTT)()(2122T812/AAV50 當(dāng)信噪比很高時(shí)，有當(dāng)信噪比很高時(shí)，有 此時(shí)，由于有此時(shí)，由于有 所以，有下式成立：所以，有下式成立： 在信噪比很高的條件下，即接收信噪比為在信噪比很高的條件下，即接收信噪比為 很高很高 則可進(jìn)一步近似為：則可進(jìn)一步近似為： n分析：在大信噪比和最佳判決門限條件下，分析：在大信噪比和最佳判決門限條件下，ASK的的包絡(luò)檢波誤比特率隨信噪比增加按指數(shù)規(guī)律下降。包絡(luò)檢波誤比特率隨信噪比增加按指數(shù)規(guī)律下降。2T/AV 1 2e0RRRIR,)(2218exp2122bAQAP222/Ar 4be21/rP517.2.2 FSK7.2.2 FSK的抗噪聲性能

34、的抗噪聲性能1. 相干相干FSK的誤比特率的誤比特率(1) 相干相干FSK抗噪聲性能的分析模型抗噪聲性能的分析模型52 （2）誤比特率的計(jì)算）誤比特率的計(jì)算 2FSK信號(hào)可表示為：信號(hào)可表示為： 當(dāng)發(fā)送當(dāng)發(fā)送1時(shí)，時(shí)，BPF1的輸出為：的輸出為： 所以，所以，LPF1的輸出為：的輸出為： 其概率密度函數(shù)為：其概率密度函數(shù)為：0 cos1 cos212FSKnnatAatAts,)(ttnttntAtntAtxQI11111i111sincoscoscos)()()()()()(tnAtyI1121121()exp22yAp y53 而此時(shí)的而此時(shí)的BPF2BPF2的輸出只有窄帶噪聲的輸出只有窄

35、帶噪聲 經(jīng)低通經(jīng)低通LPF2LPF2后，輸出為：后，輸出為： 它的概率密度函數(shù)為它的概率密度函數(shù)為n當(dāng)當(dāng)y1(t)的抽樣值的抽樣值y1小于小于y2(t)的抽樣值的抽樣值y2時(shí)，判決器輸出時(shí)，判決器輸出“0”符號(hào)，造成將符號(hào)，造成將“1”判為判為“0”的錯(cuò)誤的錯(cuò)誤,n設(shè)設(shè)兩個(gè)低通輸出信號(hào)的差為兩個(gè)低通輸出信號(hào)的差為 顯然，差值小于零時(shí)就會(huì)造成誤判。顯然，差值小于零時(shí)就會(huì)造成誤判。ttnttntntxQI2222i22sincos)()()()()()(tntyI2222221()exp22yp y)()()()()(tntnAtytytyII212154 設(shè)變量設(shè)變量 ，則，則v是均值為是均值為

36、A，方差為，方差為 的的高斯隨機(jī)變量，概率密度函數(shù)為：高斯隨機(jī)變量，概率密度函數(shù)為： p同理，當(dāng)發(fā)送數(shù)字同理，當(dāng)發(fā)送數(shù)字0時(shí)，也可以導(dǎo)出類似的結(jié)論。時(shí)，也可以導(dǎo)出類似的結(jié)論。 此時(shí)的輸出為：此時(shí)的輸出為： 顯然，這時(shí)若輸出大于零會(huì)造成誤判。顯然，這時(shí)若輸出大于零會(huì)造成誤判。 而此時(shí)而此時(shí)v的概率密度函數(shù)為：的概率密度函數(shù)為： 很明顯，最佳判決門限為很明顯，最佳判決門限為0，所以誤比特率為：，所以誤比特率為：12IIAnnv)()()(222122exp221Apvv)()()(tnAtntyII21)()()(222022exp221Apvvvvvvd21d210010b)()(ppP22v2

37、55 或者寫成：或者寫成： 設(shè)設(shè) ，則有：，則有： 這里這里 ，為接收信噪比。，為接收信噪比。p分析：在相同誤比特率情況下，相干接收分析：在相同誤比特率情況下，相干接收FSK信號(hào)要信號(hào)要比接收比接收ASK信號(hào)要求峰值信噪比低信號(hào)要求峰值信噪比低3dB。vvd 22exp2212220b)()(AP22Azv22222b22d2exp212AQAQzzPA/rQ222/Ar 562. 2. 非相干非相干FSKFSK的誤比特率的誤比特率（1 1）分析模型）分析模型57 參照參照2ASK2ASK非相干解調(diào)分析方法。當(dāng)收到非相干解調(diào)分析方法。當(dāng)收到 信號(hào)信號(hào)時(shí)，包絡(luò)檢波器時(shí)，包絡(luò)檢波器1 1的輸入的包

38、絡(luò)密度函數(shù)為：的輸入的包絡(luò)密度函數(shù)為： 而此時(shí)包絡(luò)檢波器而此時(shí)包絡(luò)檢波器2 2的輸入為：的輸入為： 當(dāng)收到傳號(hào)時(shí)，只有在當(dāng)收到傳號(hào)時(shí)，只有在 才會(huì)誤判，所以，才會(huì)誤判，所以，非相干解調(diào)非相干解調(diào)FSKFSK的誤比特率為：的誤比特率為：10 , 2exp)(12102221211RARIARRRp0 2exp2222222RRRRp,)(21RR 58 令令 ，則有：，則有： 這里這里 為接收信噪比。為接收信噪比。12bRRPP122110dd12RRRpRpRR12212102221210d2exp2expRRARIARR212Rx xAxAxxIAPd221exp24exp212222220

39、022b2exp214exp2122brAP222/Ar 59結(jié)論分析p將上式與將上式與2FSK同步檢波時(shí)系統(tǒng)的誤碼率公同步檢波時(shí)系統(tǒng)的誤碼率公式比較：式比較：n在大信噪比條件下，在大信噪比條件下，2FSK信號(hào)包絡(luò)檢波時(shí)的系信號(hào)包絡(luò)檢波時(shí)的系統(tǒng)性能與同步檢測時(shí)的性能相差不大；統(tǒng)性能與同步檢測時(shí)的性能相差不大；n同步檢測法的設(shè)備復(fù)雜；同步檢測法的設(shè)備復(fù)雜；n在滿足信噪比要求的場合，多采用包絡(luò)檢波法。在滿足信噪比要求的場合，多采用包絡(luò)檢波法。 607.2.3 2PSK和和2DPSK的抗噪聲性能的抗噪聲性能2PSK的抗噪聲性能的抗噪聲性能(1) 2PSK的抗噪聲分析模型的抗噪聲分析模型61 （2）誤

40、比特率計(jì)算）誤比特率計(jì)算p由于由于PSK是是DSB信號(hào)，所以必須用相干解調(diào)方法。信號(hào)，所以必須用相干解調(diào)方法。 設(shè)設(shè)2PSK信號(hào)為：信號(hào)為： 參照參照ASK信號(hào)解調(diào)分析方法，當(dāng)收到傳號(hào)時(shí)，低通信號(hào)解調(diào)分析方法，當(dāng)收到傳號(hào)時(shí)，低通輸出為輸出為 其概率密度滿足高斯分布，即：其概率密度滿足高斯分布，即：0 cos1 coscc2PSKnnatAatAts,)()()(tnAtyI2121()( )exp22yAp y62 類似地，收到空號(hào)時(shí)低通輸出為類似地，收到空號(hào)時(shí)低通輸出為 此時(shí)的概率密度函數(shù)為：此時(shí)的概率密度函數(shù)為： 所以等概發(fā)送時(shí)的誤比特率為：所以等概發(fā)送時(shí)的誤比特率為： 令令 ，并設(shè)接收信

41、噪比，并設(shè)接收信噪比 則有：則有： n DPSK系統(tǒng)的誤比特率為系統(tǒng)的誤比特率為 其中，接收信噪比其中，接收信噪比 )()(tnAtyI2021()( )exp22yApyyypyypPd21d210010b)()( yypd00/,/yzyzdd 222/Ar 222bd2exp21AQAQzzPA/rQ2rPe21b222/Ar 637.3 7.3 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較p誤碼率誤碼率2DPSK2PSK2FSK2ASK非相干解調(diào)相干解調(diào)421rerfc421re221rerfc221rererfc21rerfcre2164二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較方式方

42、式誤比特率誤比特率近似帶寬近似帶寬相干相干ASK非相干非相干ASK相干相干FSK非相干非相干FSK相干相干PSK非相干非相干PSK)2/( rQ)( rQ)2(rQ4/21re2/21rere21sf2sf2122fffs65p誤碼率曲線誤碼率曲線66p頻帶寬度頻帶寬度n2ASK系統(tǒng)和系統(tǒng)和2PSK(2DPSK)系統(tǒng)的頻帶寬系統(tǒng)的頻帶寬度度n 2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度系統(tǒng)的頻帶寬度sPSKASKTBB222sFSKTffB212267p對(duì)信道特性變化的敏感性對(duì)信道特性變化的敏感性n在在2FSK系統(tǒng)中，判決器是根據(jù)上下兩個(gè)支路解系統(tǒng)中，判決器是根據(jù)上下兩個(gè)支路解調(diào)輸出樣值的大小來作出判決，不需要人

43、為地調(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(duì)信道的變化不敏感。設(shè)置判決門限，因而對(duì)信道的變化不敏感。 n在在2PSK系統(tǒng)中，判決器的最佳判決門限為零，系統(tǒng)中，判決器的最佳判決門限為零，與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度無關(guān)。因此，接收機(jī)與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度無關(guān)。因此，接收機(jī)總能保持工作在最佳判決門限狀態(tài)?？偰鼙３止ぷ髟谧罴雅袥Q門限狀態(tài)。 n對(duì)于對(duì)于2ASK系統(tǒng)，判決器的最佳判決門限與接收系統(tǒng)，判決器的最佳判決門限與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度有關(guān)，對(duì)信道特性變化敏感，機(jī)輸入信號(hào)的幅度有關(guān)，對(duì)信道特性變化敏感，性能最差。性能最差。68 總結(jié)：總結(jié)：p同類鍵控系統(tǒng)中，相干方式略優(yōu)于非相干方式，但

44、同類鍵控系統(tǒng)中，相干方式略優(yōu)于非相干方式，但相干方式需要本地載波，所以設(shè)備較為復(fù)雜；相干方式需要本地載波，所以設(shè)備較為復(fù)雜；p在相同誤比特率情況下，對(duì)接收峰值信噪比的要求：在相同誤比特率情況下，對(duì)接收峰值信噪比的要求：n2PSK比比2FSK低低3dB，n2FSK比比2ASK低低3dB，p所以所以2PSK抗噪性能最好；抗噪性能最好；p在碼元速率相同條件下，在碼元速率相同條件下，F(xiàn)SK占有頻帶高于占有頻帶高于2PSK和和2ASK。p所以得到廣泛應(yīng)用的是所以得到廣泛應(yīng)用的是2DPSK和非相干的和非相干的FSK。697.4 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制引引 言言 1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制n 2ASK，2FSK

45、，2PSK(2DPSK)2多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制n nMASK，MFSK，MPSK(MDPSK)p 技術(shù)、設(shè)備復(fù)雜；抗噪聲性能下降技術(shù)、設(shè)備復(fù)雜；抗噪聲性能下降p為什么使用多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制？為什么使用多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制？2 MnM2= =70 用多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制載波即可得到多進(jìn)制數(shù)字用多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制載波即可得到多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)，多進(jìn)制調(diào)制有調(diào)制信號(hào)，多進(jìn)制調(diào)制有MASK、MFSK及及MPSK等等形式，并且，一般取形式，并且，一般取 。多進(jìn)制幅度鍵控（多進(jìn)制幅度鍵控（MASK） MASK信號(hào)可表示為：信號(hào)可表示為： 其中，其中， 為基帶波形，為基帶波形， 為幅度，有為幅度，有M種

46、取值。種取值。nM2tnTtgatsnncsMASKcos)()()(tgna71 MASK與與2ASK相比相比p當(dāng)碼元速率相同時(shí)：當(dāng)碼元速率相同時(shí)：n信息速率信息速率n頻帶利用率頻帶利用率BBBB2MASK2ASKMRR2sblog= =BRbb= =72 p MASK信號(hào)的帶寬與信號(hào)的帶寬與2ASK信號(hào)的帶寬相同，都是信號(hào)的帶寬相同，都是基帶信號(hào)帶寬的基帶信號(hào)帶寬的2倍；倍；p信息速率和頻帶利用率提高倍；信息速率和頻帶利用率提高倍；p對(duì)于對(duì)于MASK，由于是多電平，所以要求調(diào)制器有較，由于是多電平，所以要求調(diào)制器有較寬的線性范圍；寬的線性范圍；p 為限制帶寬，為限制帶寬，MASK信號(hào)基帶波

47、形除采用矩形波之信號(hào)基帶波形除采用矩形波之外，還可采用余弦滾降信號(hào)或部分響應(yīng)信號(hào)等；外，還可采用余弦滾降信號(hào)或部分響應(yīng)信號(hào)等；p MASK的解調(diào)可采用包絡(luò)檢波方式，也可采用相干的解調(diào)可采用包絡(luò)檢波方式，也可采用相干解調(diào)方式。解調(diào)方式。M2log73 多進(jìn)制相移鍵控（多進(jìn)制相移鍵控（MPSKMPSK） 1. MPSK信號(hào)的表達(dá)信號(hào)的表達(dá) MPSK信號(hào)的載波相位有信號(hào)的載波相位有種取值，種取值，MPSK信號(hào)可表示成：信號(hào)可表示成： 若設(shè)碼元持續(xù)時(shí)間若設(shè)碼元持續(xù)時(shí)間Ts內(nèi)的基帶信號(hào)為內(nèi)的基帶信號(hào)為 則則MPSK還可表示成：還可表示成： 其中，其中，sMPSKcs2( )cos , 0, 1, , 1

48、iEsttiMT其它 00 1)rect(s,TttsMPSKscs2( )rect() cos( )nEsttnTtnT1 1 0 2MiMii,74 將上式展開，則有：將上式展開，則有： 令令 則有：則有：sMPSKcss2( )coscos ( )rect()nEsttntnTTscss2sinsin ( )rect()nEtntnTTssss2cos ( )2sin ( )nnEanTEbnTMPSKsc( )rect() cosnnstatnTtscrect() sinnnbtnTt75 由上式可見，由上式可見，MPSK是兩個(gè)正交載波是兩個(gè)正交載波MASK信號(hào)，所以信號(hào)，所以MASK

49、與與MPSK具有相同的頻帶寬度。具有相同的頻帶寬度。 設(shè)設(shè) 則有：則有： 上式第一項(xiàng)為同相分量，第二項(xiàng)為正交分量。可見，上式第一項(xiàng)為同相分量，第二項(xiàng)為正交分量。可見，MPSK可用正交調(diào)制法產(chǎn)生?？捎谜徽{(diào)制法產(chǎn)生。ss( )rect( )rectnnnnI tatnTQ tbtnTMPSKcc( )( )cos( )sinstI ttQ tt76 MPSK的矢量圖表示如下圖所示。的矢量圖表示如下圖所示。77 2. MPSK信號(hào)的調(diào)制信號(hào)的調(diào)制p一般一般MPSK多取多取M=4 或或8。p4PSK又稱又稱QPSKn產(chǎn)生方法有產(chǎn)生方法有正交調(diào)正交調(diào)制法、相位選擇法制法、相位選擇法及插入脈沖法及插入脈

50、沖法，后，后兩種的載波為方波。兩種的載波為方波。pQPSK正交調(diào)制原理及正交調(diào)制原理及其波形圖。其波形圖。78 下圖是下圖是QPSK的相位選擇法原理圖。的相位選擇法原理圖。 這是一種全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方法，適合于載頻較高這是一種全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方法，適合于載頻較高的場合。的場合。79 8PSK調(diào)制原理見下圖。調(diào)制原理見下圖。pb1b2b3的作用分別是：的作用分別是：nb1與與b2分別決定同相及正交路信號(hào)的極性；分別決定同相及正交路信號(hào)的極性；nb3決定兩路信號(hào)的幅度。決定兩路信號(hào)的幅度。p當(dāng)當(dāng)b3=1時(shí)，同相與正交路信號(hào)幅度分別為時(shí)，同相與正交路信號(hào)幅度分別為0.924及及0.383，當(dāng)，當(dāng)b3=0時(shí)，

51、時(shí)，信號(hào)幅度分別為信號(hào)幅度分別為0.383及及0.924。（假定滿幅值為。（假定滿幅值為1）80 3. MPSK信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào) 由于由于MPSK可以等效為兩個(gè)正交載波的可以等效為兩個(gè)正交載波的MASK，所以，所以，MPSK可以采用相干解調(diào)法解調(diào)。可以采用相干解調(diào)法解調(diào)。81 p 在在MPSK相干解調(diào)中，同樣存在相位模糊度問題，相干解調(diào)中，同樣存在相位模糊度問題，所以類似于所以類似于BPSK，也可采用相對(duì)調(diào)相法來克服，也可采用相對(duì)調(diào)相法來克服這一問題。這一問題。p 其方法是：對(duì)二進(jìn)制數(shù)完成串并轉(zhuǎn)換后，將其編其方法是：對(duì)二進(jìn)制數(shù)完成串并轉(zhuǎn)換后，將其編碼為多進(jìn)制差分碼，再進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相。解調(diào)時(shí)，

52、碼為多進(jìn)制差分碼，再進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相。解調(diào)時(shí)，可采用相干解調(diào)和差分譯碼解調(diào)方法，也可采用可采用相干解調(diào)和差分譯碼解調(diào)方法，也可采用延遲解調(diào)方法。延遲解調(diào)方法。82 多進(jìn)頻移鍵控（多進(jìn)頻移鍵控（MFSK） MFSK信號(hào)可表示為：信號(hào)可表示為： 其實(shí)現(xiàn)原理可用其實(shí)現(xiàn)原理可用頻率選擇法頻率選擇法， 其解調(diào)原理可采用其解調(diào)原理可采用非相干解調(diào)的包絡(luò)解調(diào)非相干解調(diào)的包絡(luò)解調(diào)方法。方法。 sMFSKss2( )cos,0,0, 1, , 1iEstttTiMT 83 （a）調(diào)制）調(diào)制 原理圖原理圖 （b）解調(diào)）解調(diào) 原理圖原理圖84總結(jié): 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制1.多進(jìn)制幅度鍵控多進(jìn)制幅度鍵控(MASK)n 時(shí)域表達(dá)

53、式時(shí)域表達(dá)式n 帶寬和頻帶利用率帶寬和頻帶利用率n 調(diào)制調(diào)制2.多進(jìn)制相移鍵控多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)(1) 表達(dá)表達(dá)p時(shí)域表達(dá)式時(shí)域表達(dá)式-正交正交載波幅度調(diào)制載波幅度調(diào)制p帶寬帶寬p矢量圖矢量圖(2) 調(diào)制和解調(diào)調(diào)制和解調(diào)p正交調(diào)制法正交調(diào)制法p相位選擇法相位選擇法p相干解調(diào)法相干解調(diào)法3.多進(jìn)制正交幅度調(diào)制多進(jìn)制正交幅度調(diào)制(MQAM)n正交幅度調(diào)制正交幅度調(diào)制n星座圖星座圖85 例例7-1 7-1 對(duì)對(duì)2ASK2ASK信號(hào)分別進(jìn)行非相干接收和相干接收。信號(hào)分別進(jìn)行非相干接收和相干接收。數(shù)字信號(hào)的碼元速率數(shù)字信號(hào)的碼元速率 baudbaud，接收端輸入，接收端輸入信號(hào)幅度信號(hào)幅度A A

54、=1 mV=1 mV，信道噪聲的單邊功率譜密度為，信道噪聲的單邊功率譜密度為 。 求：求：(1) (1) 非相干接收時(shí)的誤比特率；非相干接收時(shí)的誤比特率； (2) (2) 相干接收時(shí)的誤比特率。相干接收時(shí)的誤比特率。 解：解：(1)(1) 由碼元速率可求出接收端由碼元速率可求出接收端BPFBPF近似帶寬為：近似帶寬為： 因此，可得帶通濾波器輸出噪聲的平均功率為：因此，可得帶通濾波器輸出噪聲的平均功率為：6s1084 .R1502 10W/Hzn(Hz) 106926s.RB(W) 10921802.Bn86 解調(diào)器輸入峰值信噪比為：解調(diào)器輸入峰值信噪比為： 由由 可得非相干接收時(shí)的誤比特率為：

55、可得非相干接收時(shí)的誤比特率為： (2) (2) 同理，由同理，由 可得相干接收時(shí)的誤比特率可得相干接收時(shí)的誤比特率為：為：0426109212101282322.)(Ar4be21/rP4564b1057e21e21./rp2brQP4b1061603204262.).(/./QQrQP87 例例7-2 7-2 已知已知2FSK2FSK信號(hào)的兩個(gè)頻率信號(hào)的兩個(gè)頻率 ，碼元速率，碼元速率 。求：。求： 2FSK2FSK信號(hào)傳輸帶寬信號(hào)傳輸帶寬解：解：(1)(1) 2 2FSKFSK信號(hào)的帶寬為信號(hào)的帶寬為 122 025 Hz, 2 225 Hzffs300 baudR 12B2FSK2ffBB

56、2FSKs2122 300 (2225 2025) 600 200 800 (Hz)BRff 88 例例7-6 7-6 已知電話信道的可用傳輸頻帶為已知電話信道的可用傳輸頻帶為600 Hz-3000 Hz600 Hz-3000 Hz。為了傳。為了傳輸輸3000 bit/s3000 bit/s的數(shù)據(jù)信號(hào)，設(shè)計(jì)物理可實(shí)現(xiàn)的幅度鍵控和相移的數(shù)據(jù)信號(hào)，設(shè)計(jì)物理可實(shí)現(xiàn)的幅度鍵控和相移鍵控的傳輸方案。鍵控的傳輸方案。 解：由數(shù)據(jù)信號(hào)的速率解：由數(shù)據(jù)信號(hào)的速率 和信道帶寬和信道帶寬 ，得已調(diào)信號(hào)的頻帶，得已調(diào)信號(hào)的頻帶利用率應(yīng)為：利用率應(yīng)為： 所以，必須采用多進(jìn)制調(diào)制。所以，必須采用多進(jìn)制調(diào)制。 設(shè)傳輸方案所需帶寬為設(shè)傳輸方案所需帶寬為 ，當(dāng)，當(dāng) 時(shí)方案才可行。時(shí)方案才可行。 （1 1）設(shè)基帶信號(hào)是滾降系數(shù)為）設(shè)基帶信號(hào)是滾降系數(shù)為 的升余弦滾降信號(hào)，二進(jìn)的升余弦滾降信號(hào)，二進(jìn)制碼元速率為制碼元速率為 ，已調(diào)信號(hào)為，已調(diào)信號(hào)為4ASK4ASK和和4PSK4PSK信號(hào)，信號(hào)， 的取值應(yīng)的取值應(yīng)滿足：滿足： bRcBbbc30001.25(bit/(s Hz)2400RBxBcxBB sR21log 41.25 (bit/(s Hz)189 即，即， 0.6 0.6 已調(diào)信號(hào)