第6章 數(shù)字調(diào)制技術(shù)++.

1、1主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的組成框數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的組成框圖圖三大類數(shù)字調(diào)制方法三大類數(shù)字調(diào)制方法各種接收系統(tǒng)的原理各種接收系統(tǒng)的原理抗噪聲性能的分析方法抗噪聲性能的分析方法重點：重點：數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的組成框圖數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的組成框圖各種已調(diào)信號的性能和參各種已調(diào)信號的性能和參數(shù)計算數(shù)計算各種接收系統(tǒng)的差別各種接收系統(tǒng)的差別信噪比公式信噪比公式23調(diào)制的實質(zhì)是把調(diào)制的實質(zhì)是把調(diào)制信號的頻譜調(diào)制信號的頻譜搬移搬移到到所希望的頻率所希望的頻率范范圍，從而將調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成適合信道傳輸或便于信道圍，從而將調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成適合信道傳輸或便于信道多多路復(fù)用路復(fù)用的已調(diào)信號，的已調(diào)信號，提高提高系統(tǒng)傳輸?shù)南到y(tǒng)

2、傳輸?shù)挠行院涂煽啃杂行院涂煽啃浴H討論以正弦波為載波僅討論以正弦波為載波6.1 6.1 引引 言言 基本基本改進(jìn)改進(jìn)ASKQAMFSKMFSK、MSKPSK、DPSKQPSK46.2.3 6.2.3 移相鍵控移相鍵控6.2.2 6.2.2 移頻鍵控移頻鍵控6.2.1 6.2.1 幅度鍵控幅度鍵控6.2 6.2 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理 5重要參數(shù)：信道帶寬重要參數(shù)：信道帶寬 BW2ASK = 2 fs重要參數(shù)：信號帶寬重要參數(shù)：信號帶寬 B2ASK = 2 fs6.2.1 6.2.1 幅度鍵控幅度鍵控（ 2ASK ）2 2、頻譜結(jié)構(gòu)、頻譜結(jié)構(gòu) 3 3、調(diào)制方法、調(diào)制方法4 4、

3、解調(diào)方法、解調(diào)方法: : 1 1）非相干解調(diào)）非相干解調(diào) 2 2）相干解調(diào)）相干解調(diào)1 1、信號表達(dá)式、信號表達(dá)式信號波形及頻譜圖信號波形及頻譜圖 tcos)t(S)t(ec0 )ff(P)ff(P41)f(PcscsE 61.2ASK 信號表達(dá)式信號表達(dá)式_nn)t(S)t(S )t(Sn)nTt(gs_1)nTt(gs_2以概率以概率 p以概率以概率 （1- -p）設(shè)設(shè) 碼元寬度為碼元寬度為Ts ，則基帶信號，則基帶信號 S( t ) 可表示成可表示成NRZ 信號信號_nsn)nTt (ga)t (S 0 0 以概率以概率 1-p1-p其中：其中： an =1 1 以概率以概率 ptcos

4、)nTt(gatcos)t(S)t(ecnsnc0_ 2ASK 信號信號注：注：2ASK 信號信號限制限制 S( t ) 只能是只能是 NRZ 信號信號72. 2ASK 頻譜結(jié)構(gòu)頻譜結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè) S( t ) 的功率譜密度為的功率譜密度為Ps ( f ), e0( t ) 的功率譜密度為的功率譜密度為 PE( f ) tcos)t(S)t(ec0 非嚴(yán)格推導(dǎo)：非嚴(yán)格推導(dǎo)：tcos)t(S)t(ec2220 )ff()ff(41)ff()ff(21)ff()ff(21tcos)ff()ff(21tcos)f(P)t (S)f(P)t (eccccccc2cccs2E20 )ff(P)ff(P41)f

5、(PcscsE 取決于取決于 NRZ Ps ( f ) 關(guān)于關(guān)于( f ) 8 )f(f)2(f)2sin()2()(2sin2sin2)ee(j1tde1Flimlimlimlimlimjjtj kt)ktsin(klim)t (k 定義式：定義式：說明：說明：)(21 )f(1 9 S( t ) 是是 NRZ 信號信號 )Tf(ST41)f(41)f(Ps2ssa sc2sc2sccET)ff(ST)ff(S16T)ff()ff(161)f(Paa 當(dāng)當(dāng) p = 時時, 10f0sfsf )f(PssT3. 2ASK 信號波形信號波形頻譜圖頻譜圖1 0 0 1 0 1 1+E V0 V S

6、( t )載波載波2ASK- fcfc + fsfc - fsf0cf)f(PEB2ASK = 2 fs114. 2ASK 調(diào)制方式調(diào)制方式模擬調(diào)制方式模擬調(diào)制方式 鍵控方式鍵控方式 也稱也稱 OOK 信號信號 開關(guān)開關(guān)K 的動作由的動作由S( t ) 決定，決定， 乘法器乘法器S( t ) e0( t ) 濾波器濾波器cosc t10e0( t ) cosc tK當(dāng)當(dāng)S( t ) = 0 K 接接01 K 接接112非相干非相干解調(diào)解調(diào)5. 2ASK 解調(diào)解調(diào)方式方式帶通帶通 整流整流 低通低通 抽樣抽樣判決判決e0( t ) 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波 定時脈沖定時脈沖 S( t ) 相干相干解調(diào)解

7、調(diào)帶通帶通 相乘相乘 低通低通 抽樣抽樣判決判決e0( t )S( t )定時脈沖定時脈沖 cosc t136.2.2 6.2.2 移頻鍵控信號移頻鍵控信號（ 2FSK ）重要參數(shù)：信號帶寬重要參數(shù)：信號帶寬 B2FSK = 2 fs + | f1 - f2 |2 2、頻譜結(jié)構(gòu)、頻譜結(jié)構(gòu) 3 3、調(diào)制方法、調(diào)制方法1 1、信號表達(dá)式、信號表達(dá)式信號波形及頻譜圖信號波形及頻譜圖 包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法、過零檢測法過零檢測法、差分檢波法差分檢波法4 4、解調(diào)方法、解調(diào)方法: : 相干解調(diào)相干解調(diào)非相干解調(diào)：非相干解調(diào)：142FSK 信號表達(dá)式信號表達(dá)式 )tcos()nTst(ga)tcos()nT

8、st(ga)t(en2nnn1nn0 其中其中: :na是是 an 的反碼的反碼 =na1 以以 p 為概率出現(xiàn)為概率出現(xiàn)0 以以（1p）為概率出現(xiàn)為概率出現(xiàn)an = 01 定義式：定義式：tcos)t(Stcos)t(S2111 e0( t ) = A cos (t ) = c + = c + k S( t )S( t )為雙極性信號為雙極性信號將一路將一路 2FSK 信號看成兩路信號看成兩路 2ASK 信號的合成信號的合成S1( t )為單極性信號為單極性信號15近似分析法：近似分析法：2 路路 2ASK 信號的疊加信號的疊加 2FSK 頻譜結(jié)構(gòu)頻譜結(jié)構(gòu) tcos)t(Stcos)t(S)

9、t(e21110 且且 S1( t )、 均為均為 NRZ 信號，信號，脈寬為脈寬為Ts )t (S1 )ff(P)ff(P41)ff(P)ff(P41)f(P221s1sE1s1s11 )ff()ff()ff()ff(161T)ff(SaT)ff(Sa161T)ff(SaT)ff(Sa161)f(P2211s22s22s12s12E 當(dāng)當(dāng) p = 時時, 16f0sfsf )f(P1s2FSK 信號波形信號波形頻譜頻譜圖圖1 0 0 1 0 1 1+ E V S( t )載波載波2FSK- - E V S1( t ) S1( t )+ E V0 V+ E V0 V載波載波)f(P1sB2FS

10、K = 2 fs + | f1 - f2 |f1f0)f(PEf2f1172FSK 調(diào)制方式調(diào)制方式模擬調(diào)制方式：直接調(diào)頻、間接調(diào)頻模擬調(diào)制方式：直接調(diào)頻、間接調(diào)頻 鍵控方式鍵控方式 開關(guān)開關(guān)K 的動作由的動作由S( t ) 決定，決定， 當(dāng)當(dāng)S( t ) = 0 K 接接01 K 接接1S( t ) e0( t ) 壓控壓控 VCO 直接調(diào)頻直接調(diào)頻1e0( t ) cos1 tK0cos2 t182FSK 相干解調(diào)相干解調(diào)抽樣抽樣判決判決e0 ( t )S( t ) 定時脈沖定時脈沖 帶通帶通1 低通低通 cos1 t2 fs帶通帶通2 低通低通 cos2 t2 fs條件：條件：| f1

11、- f2 | 2 fs 192FSK 包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法抽樣抽樣判決判決e0 ( t )S( t ) 定時脈沖定時脈沖 條件：條件：| f1 - f2 | 2 fs 2 fs帶通帶通2 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波 帶通帶通1 2 fs 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波 202FSK 過零檢測法過零檢測法特點：特點：“1”、“0” 碼元對應(yīng)的載波頻率不同，即在單位時間碼元對應(yīng)的載波頻率不同，即在單位時間內(nèi)載波的過零點數(shù)目不同，利用此特點，還原基帶信號。內(nèi)載波的過零點數(shù)目不同，利用此特點，還原基帶信號。 各點波形示意圖各點波形示意圖e0 ( t )整形整形 微分微分 寬脈沖發(fā)生器寬脈沖發(fā)生器 整流整流 S( t )abc

12、def判決判決 低通低通 e0 ( t )S( t )整形整形 微分微分 寬脈沖發(fā)生器寬脈沖發(fā)生器 低通低通 整流整流 abcdef判決判決 abcdef0 1 1 0 1 0 0 222FSK 差分檢波法差分檢波法抽樣抽樣判決判決帶通帶通低通低通2 fs + | f1 - f2 |e0 ( t )S( t )e ( t )延時延時t )cos(A)t(ec0 )(t )(2cos2A)cos(2Acc2c2 )t)(cos(t )cos(A)t (e)t (ecc200 sinsincoscos2A)cos(2A)t (ecc2c2 若控制若控制，使，使 0cosc 1sinc 則則23說明

13、：輸出說明：輸出 與原生基帶信號與原生基帶信號 S( t ) 呈線性關(guān)系呈線性關(guān)系, ,判決后實現(xiàn)還原。性能受判決后實現(xiàn)還原。性能受 控制控制 當(dāng)當(dāng) 較小時較小時 sin2A2 sin2A22c 2c sinsin2A)t (ec2 sin 2A2 2A22c 2c )t (e)t (e )t(Sk 每種方法各有優(yōu)缺點，適當(dāng)選擇每種方法各有優(yōu)缺點，適當(dāng)選擇246.2.3 6.2.3 移相鍵控移相鍵控信號信號（ 2PSK、2DPSK ）6.2.3.1 6.2.3.1 移相原理移相原理 6.2.3.2 6.2.3.2 移相信號移相信號25模擬調(diào)相定義：模擬調(diào)相定義：載波的載波的相位相位隨調(diào)制信號的

14、變化而變化隨調(diào)制信號的變化而變化移相原理移相原理數(shù)字移相定義：以載波不同的數(shù)字移相定義：以載波不同的初始相位初始相位值去表示不同的值去表示不同的數(shù)字信號數(shù)字信號載波載波初相初相 ：每個碼元起始時刻對應(yīng)的載波相位：每個碼元起始時刻對應(yīng)的載波相位 0 00 121 20 00 126重要參數(shù)：信號帶寬重要參數(shù)：信號帶寬 B2PSK = B2DPSK = 2 fs3 3、頻譜結(jié)構(gòu)、頻譜結(jié)構(gòu) 4 4、調(diào)制方法、調(diào)制方法2 2、信號表達(dá)式、信號表達(dá)式5 5、解調(diào)方法、解調(diào)方法: : 相干解調(diào)相干解調(diào)非相干解調(diào)非相干解調(diào)移相信號（移相信號（ 2PSK 和和 2DPSK ）1 1、信號定義及波形、信號定義及

15、波形2PSK 2DPSK 比較比較tcos)t(S)t(ec0 272PSK ：絕對移相信號：絕對移相信號A 方式：方式： 0 表示表示 “0” 表示表示 “1” 表示表示 “0”表示表示 “1”或反之或反之B 方式：方式： 2 2 或反之或反之載波初相載波初相1 0 0 1 0 1 1+ E V S( t )- - E V 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2 A 方式：方式： B 方式：方式： 28 2DPSK：相對移相信號：相對移相信號相對相對載波載波初相初相 ：后碼元的載波初相：后碼元的載波初相2與前相鄰碼與前相鄰碼元載波初相元載波初相1的差值的差值 = 2 - - 121 20 0

16、0 1A 方式：方式： 0 表示表示 “0” 表示表示 “1” 表示表示 “0”表示表示 “1”或反之或反之B 方式：方式： 2 2 或反之或反之波形波形291 0 0 1 0 1 1+ E S( t )- - E A 方式：方式： B 方式：方式： 絕對碼絕對碼相對碼相對碼參考點參考點0002 2 2 2 000 001 1 1 0 0 1 0碼變換碼變換30比較比較1 0 0 1 0 1 1+ E S( t )- - E0 0 00 0 0 0 2PSK2DPSK判判0 1 1 0 1 0 0到到 現(xiàn)象：現(xiàn)象：0判判0 0 0 1 0 1 1全錯全錯錯錯 1 位位312PSK 、 2DPS

17、K 頻譜結(jié)構(gòu)頻譜結(jié)構(gòu)2PSK 的信號表達(dá)式的信號表達(dá)式 2PSK 的功率譜密度的功率譜密度與與 2ASK 相似，要求相似，要求 S( t ) 為為雙極性非歸零雙極性非歸零 tcos)t (S)t (ec0 )ff(P)ff(P41)f(PcscsE )Tf(ST)21p(| )f(G|f| )f(G| )p1(pf4)mff(| )mf(G)1p2(f|)f(Ps2s2s2ss2msssa sc2sc2sET)ff(ST)ff(S4T)f(Paa 頻譜圖頻譜圖32f0sfsf )f(Ps2PSK 頻譜圖頻譜圖B2PSK = 2 fs- fcfc + fsfc - fsf0cf)f(PE33調(diào)制

18、方式調(diào)制方式2PSK 鍵控方式鍵控方式 2DPSK 鍵控方式鍵控方式 相移相移1e0 ( t ) K0 S( t )碼變換碼變換cosc t相移相移1e0 ( t ) K0 S( t )cosc t34相干解調(diào)相干解調(diào)2PSK2DPSK帶通帶通低通低通抽樣抽樣判決判決e0( t )S( t )定時脈沖定時脈沖 cosc t帶通帶通低通低通抽樣抽樣判決判決e0( t )S( t )定時脈沖定時脈沖 cosc t碼反變換碼反變換相干解調(diào)相干解調(diào)-碼變換碼變換35差分相干檢波差分相干檢波非相干解調(diào)非相干解調(diào)2PSK2DPSK抽樣抽樣判決判決帶通帶通低通低通e0 ( t )S( t )延時延時Ts抽樣

19、抽樣判決判決帶通帶通e0 ( t )S( t )鑒相器鑒相器分析分析361 0 0 1 0 1 1 S( t )+ E- - Eabc = a bde1 0 0 1 0 1 1判判 0 000抽樣抽樣判決判決帶通帶通低通低通e0 ( t )S( t )延時延時Tsabcde376.3 6.3 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 6.3.1 6.3.1 2ASK 系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能6.3.2 6.3.2 2FSK 系統(tǒng)的抗噪性能系統(tǒng)的抗噪性能 6.3.3 6.3.3 2PSK 及及 2DPSK 系統(tǒng)的抗噪性能系統(tǒng)的抗噪性能386.3.1 6.3.1 2AS

20、K系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能6.3.1.1 6.3.1.1 接收信號描述接收信號描述 6.3.1.2 6.3.1.2 非相干接收系統(tǒng)非相干接收系統(tǒng)6.3.1.3 6.3.1.3 相干接收系統(tǒng)相干接收系統(tǒng)39分析：一個碼元寬度分析：一個碼元寬度Ts的信號的信號發(fā)送信號發(fā)送信號 ST ( t ) = UT ( t ) = Acosc t 0 t ) dV 則則 pe1= P(10) = P( v V0 判判 “ 1 ”V1 x0 判判 “ 1 ”x1 0 判判 “ 1 ”x 0 判判 “ 0 ” e21Pe結(jié)論：結(jié)論：系統(tǒng)總誤碼率系統(tǒng)總誤碼率例子例子61例：例：已知已知2DPSK 信號信號 的碼元速率的碼元速率 RB= 10 6 波特，信道加性噪聲的單波特，信道