第6章數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸系統(tǒng)

第6章數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸系統(tǒng)本章要點(diǎn)引言二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的頻譜特性二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)及應(yīng)用1分類幅移鍵控2ASK--QAM頻移鍵控2FSK--GMSK相移鍵控2PSK—QPSK頻帶傳輸：將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，即將基帶信號(hào)的頻譜搬移到某一高頻處，變?yōu)轭l帶信號(hào)進(jìn)行傳輸，稱為頻帶傳輸方式?！?.1數(shù)字調(diào)制技術(shù)簡(jiǎn)介

調(diào)制信號(hào)：數(shù)字載波：正弦波2一、二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK）調(diào)制與解調(diào)§6.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理1．定義：用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)“1、０”去控制正弦載波的幅度調(diào)制信號(hào)：二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)“1、０”二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制載波：正弦波對(duì)單極性不歸0的矩形脈沖序列，“1”碼打開通路，送出載波；“0”碼關(guān)閉通路，輸出0電平3

一般情況下，調(diào)制信號(hào)是具有一定波形形狀的二進(jìn)制序列

借助于模擬幅度調(diào)制原理，二進(jìn)制序列幅移鍵控信號(hào)的一般表達(dá)式為載波:e(t)=cosωct2．表達(dá)式Ts:碼元間隔g(t):調(diào)制信號(hào)脈沖表達(dá)式43．波形ｆc＝2ｆs

Acosωct“1”0“0”S2ASK(t)=載波二進(jìn)制代碼ｆcｆs設(shè)：二進(jìn)制代碼為單極性不歸零碼Ts54．產(chǎn)生方式（1）模擬法

cosωcts

(t)

S2ASK(t)

（2）數(shù)字鍵控法cosωcts(t)

s2ASK(t)

“1”“0”

～6(1)相干(同步)解調(diào)ωc

Acosωct“1”0“0”S2ASK(t)=cosω0t+φ5.解調(diào)7(2)非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波)二進(jìn)制代碼2ASK(a)b位定時(shí)輸出（有延時(shí)）

100181．定義：用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)“1、０”去控制載波的頻率2．?dāng)?shù)學(xué)表達(dá)式

式中g(shù)(t)為單極性不歸0的矩形脈沖信號(hào),為的反碼二、二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）調(diào)制與解調(diào)9

3．波形若只考慮在一個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間內(nèi)ｆ1＝2ｆsｆ2＝4ｆs104．產(chǎn)生方式（1）模擬法

（2）數(shù)字鍵控法相位連續(xù)，易于實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定性差相位不連續(xù)，穩(wěn)定度和準(zhǔn)確性好12S2FSK

(t)S2FSK

(t)11（1）相干解調(diào)5.解調(diào)“1”“0”x1(t)＞x2(t)判“1”x1(t)＜x2(t)判“0”S2FSK

(t)12（2）包絡(luò)檢波法v1(t)＞v2(t)判“1”v1(t)＜v2(t)判“0”“1”“0”S2FSK

(t)13（3）過零檢測(cè)法110011142.2PSK表達(dá)式

載波0相位表示“1”，載波相位表示“0”1.定義:用載波的固定相位直接去表示數(shù)字信號(hào)的“1、０”三、二進(jìn)制絕對(duì)相移鍵控(2PSK)調(diào)制與解調(diào)15

Acosωct----“1”0相位Acos(ωct+)----“0”相位s2PSK(t)=1－0相位0－相位載波設(shè)g(t)是幅度為A的單極性不歸零碼163.波形載波1－0相位0－相位174.產(chǎn)生方式a.模擬法

b.數(shù)字鍵控法“1”“0”S2PSK

(t)S2PSK

(t)185.解調(diào)方法（相干解調(diào)）

2PSK信號(hào)的解調(diào)只能用相干解調(diào)一種形式

輸出判決器抽樣LPF相乘器BPF位定時(shí)dcbatcwcos19結(jié)論：①相干解調(diào)時(shí)，接收端的本地載波必須與發(fā)送載波同頻同相。②若本地載波產(chǎn)生180°倒相時(shí)解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將全部出錯(cuò)，即出現(xiàn)“倒π”現(xiàn)象。11020110結(jié)論：①相干解調(diào)時(shí)，接收端的本地載波必須與發(fā)送載波同頻同相。②若本地載波產(chǎn)生180°倒相時(shí)解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將全部出錯(cuò)，即出現(xiàn)“倒π”現(xiàn)象。211.定義：2DPSK信號(hào)是利用已調(diào)信號(hào)的前后碼元相位的相對(duì)變化表示二進(jìn)制數(shù)字消息1或0的。2.表達(dá)式：

s2DPSK(t)=設(shè)前后碼元載波的相位差：四、二進(jìn)制相對(duì)相移鍵控(2DPSK)調(diào)制與解調(diào)22信號(hào)DPSK23.波形圖

4.產(chǎn)生方式2DPSK信號(hào){an}差分編碼相乘器BPF{bn}a.模擬法

23差分碼絕對(duì)碼的2DPSK相當(dāng)于相對(duì)（差分）碼的2PSK2DPSK信號(hào){an}差分編碼相乘器BPF{bn}24b.數(shù)字鍵控法差分碼2DPSK信號(hào){an}差分編碼相乘器BPF{bn}a.模擬法

“0”“1”255.解調(diào)方式（1）相干解調(diào)

判決器抽樣低通相乘器帶通二進(jìn)制信息位定時(shí)2DPSK信號(hào)差分譯碼fedcba參考26參考2.解調(diào)方式（1）相干解調(diào)

判決器抽樣低通相乘器帶通二進(jìn)制信息位定時(shí)2DPSK信號(hào)差分譯碼fedcba027（2）差分相干解調(diào)28（2）差分相干解調(diào)抽樣值<0判“1”抽樣值>0判“0”29相干解調(diào)時(shí)，若本地載波產(chǎn)生180°倒相時(shí)，即出現(xiàn)“倒π”現(xiàn)象。判決器抽樣低通相乘器帶通二進(jìn)制信息位定時(shí)2DPSK信號(hào)差分譯碼fedcba參考1110101130小結(jié)：（1）在2DPSK的相干解調(diào)過程中，若解調(diào)端的本地載波出現(xiàn)180°倒相時(shí)，系統(tǒng)的輸出只在倒相的那一位出現(xiàn)錯(cuò)碼，而不會(huì)出現(xiàn)成串錯(cuò)碼。（2）在2DPSK的差分相干解調(diào)中，由于不需要用本地載波參與解調(diào)，因此避免了“倒π”現(xiàn)象。31一、2ASK信號(hào)的功率譜密度2ASK信號(hào)的表達(dá)式為：設(shè)調(diào)制信號(hào)S(t)的功率譜密度為PS2ASK信號(hào)的功率譜密度為：§6.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的頻譜特性32其中：設(shè)基帶信號(hào)s(t)是單極性不歸零矩形脈沖序列第5章s(t)的功率譜密度為：（P=1/2、單邊)設(shè)A=1，s(t)的功率譜密度為：（雙邊）33s(t)的功率譜密度為（雙邊）：34∴2ASK信號(hào)的實(shí)質(zhì)是將基帶功率譜密度搬移到±fc處35可見，傳輸2ASK信號(hào)的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的兩倍

B2ASK==2B基=2fS=2RB(Hz)36二、2FSK信號(hào)的頻譜特性1.功率譜2FSK信號(hào)的表達(dá)式為：其中：A為信號(hào)的幅度為“1”、“0”的角頻率37因此，2FSK信號(hào)可看成是兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的疊加。2FSK信號(hào)的帶寬為兩個(gè)連續(xù)譜的峰-峰距離由兩個(gè)載頻之差決定，若差值小于fs則出現(xiàn)單峰（如波形b），波形a為差值等于2fs的情況，此時(shí)的兩個(gè)載頻f1、f2分別為fc+fs和fc-fs。對(duì)于相位不連續(xù)的2FSK38三、2PSK信號(hào)的頻譜特性2PSK信號(hào)的表達(dá)式為：∵s(t)是相當(dāng)于雙極性不歸零波形，(A=1，雙邊)∴Acosωct----“1”-Acosωct----“0”=39∴2PSK信號(hào)的功率譜為：2PSK信號(hào)的連續(xù)譜與2ASK信號(hào)的連續(xù)譜基本相同。2PSK信號(hào)的帶寬為B2PSK=B2ASK=2fS=B基(Hz)40一、誤碼率Pe與輸入信噪比r的關(guān)系曲線§6.4二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能41

二、結(jié)論1.誤碼率：r增大，Pe下降；同一調(diào)制方式,相干解調(diào)好；解調(diào)方式相同調(diào)制方式不同，PSK系統(tǒng)要求的信噪比r比FSK系統(tǒng)小，F(xiàn)SK系統(tǒng)比ASK系統(tǒng)要求的r小。2.判決門限：2FSK中，根據(jù)兩路解調(diào)信號(hào)的大小作出判決；2PSK和2DPSK系統(tǒng)的最佳判決門限電平為0，穩(wěn)定性也好；ASK系統(tǒng)的最佳門限電平與信號(hào)幅度有關(guān)，不容易設(shè)置。3.頻帶寬度：當(dāng)傳碼率相同時(shí)，PSK、DPSK、ASK系統(tǒng)具有相同的帶寬，而FSK系統(tǒng)的帶寬較寬，頻帶利用率最低。4.設(shè)備復(fù)雜性：三種調(diào)制方式的發(fā)送設(shè)備其復(fù)雜性相差不多,接收設(shè)備中采用相干解調(diào)的設(shè)備要比非相干解調(diào)時(shí)復(fù)雜

。42§6.5

移動(dòng)通信系統(tǒng)一、移動(dòng)通信中的現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)1.移動(dòng)通信中線性調(diào)制技術(shù)：以PSK為基礎(chǔ)，達(dá)到高的頻譜利用率恒定包絡(luò)調(diào)制技術(shù)：以FSK為基礎(chǔ)，達(dá)到窄的功率譜（GMSK）432.在GSM系統(tǒng)中采用高斯濾波器最小移頻鍵控（GMSK）高斯低通濾波器數(shù)據(jù)MSK調(diào)制GMSK調(diào)制GMSK調(diào)制器電路框圖I/Q67.7KHzfC±67.7KHz副載波主載波同相分量正交分量441.一相位不連續(xù)