數(shù)字頻帶傳輸 v13

通信系統(tǒng)原理北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室/郭宇春ychguo@1Chap6.數(shù)字頻帶信號(hào)傳輸數(shù)字調(diào)制概述幅移鍵控2ASK頻移鍵控2FSK相移鍵控2PSK多元數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制概述數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制3數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)不受信道、天線等限制可實(shí)現(xiàn)多路頻分復(fù)用抗噪聲能力比基帶傳輸高數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制在發(fā)送端將數(shù)字基帶信號(hào)頻譜搬移到帶通信道的通帶內(nèi)；在接收端解調(diào)還原為原基帶信號(hào)的過(guò)程。載波的選擇：連續(xù)波（正弦或余弦）數(shù)字調(diào)制方法根據(jù)調(diào)制器參數(shù):ASK；FSK；PSK線性調(diào)制和非線性調(diào)制二元調(diào)制和多元調(diào)制（基帶信號(hào)類型）調(diào)制信號(hào)：數(shù)字基帶信號(hào)，

有限取值已調(diào)信號(hào)：波形種類有限接收端：估計(jì)送出的波形

是哪一種性能參數(shù)：誤碼率實(shí)現(xiàn)方法：可鍵控實(shí)現(xiàn)注意：與模擬調(diào)制對(duì)比！數(shù)字調(diào)制方法開(kāi)關(guān)法(On-off)或鍵控法ASK,FSK,PSK幅移鍵控頻移鍵控相移鍵控5.2幅移鍵控ASK產(chǎn)生方法信號(hào)波形與功率譜解調(diào)方法誤碼性能分析72023/2/48調(diào)制原理用數(shù)字信號(hào)控制載波幅度的變化稱為數(shù)字調(diào)幅二元幅移鍵控（ASK,2ASK):用二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)去調(diào)制載波幅度，反映出數(shù)字信號(hào)的兩個(gè)狀態(tài)基本原理像開(kāi)關(guān)一樣控制載波的有無(wú)，通斷鍵控（OOK)ASK信號(hào)的時(shí)間表達(dá)式

一般表達(dá)式

Tb－碼元周期

g(t)－數(shù)字信號(hào)的時(shí)間波形

an

－第n個(gè)碼元的電平取值

也稱為OOK(On-offkeying)信號(hào)調(diào)制信號(hào)載波信號(hào)ASK產(chǎn)生方法乘法器法、鍵控法(開(kāi)關(guān)鍵控法OOK)ASK信號(hào)波形ASK信號(hào)的功率譜ASK信號(hào)的功率譜ASK信號(hào)的功率

PASK=A2/4(W)基帶信號(hào)有效帶寬

Bb

=1/TB=RBHzASK信號(hào)有效帶寬B=2BbHzASK信號(hào)頻帶利用率 =Rb/B=?bit/s/HzASK信號(hào)的解調(diào)相干解調(diào)非相干解調(diào)BPF輸出解調(diào)器輸出判決器輸入ASK信號(hào)相干解調(diào)誤碼性能P(1)=P(0),最佳閾值電平Vbo=A/2此條件下誤碼率A：信號(hào)幅度2=noBBPF=2noRB為敘述簡(jiǎn)潔，忽略相干解調(diào)器輸出的1/2系數(shù)ASK信號(hào)非相干解調(diào)誤碼性能BPF輸出LED輸出包絡(luò)信號(hào)判決器輸入信號(hào)誤碼率最佳閾值方程式0

1~賴斯分布0~瑞利分布ASK信號(hào)非相干解調(diào)誤碼性能等概條件下最佳閾值電平大信噪比此條件下誤碼率0

近似運(yùn)算萊斯（Rice）分布瑞利（Rayleigh）分布由近似公式

x>>1在>>1時(shí)，相干解調(diào)誤碼率優(yōu)于非相干解調(diào)性能相干解調(diào)與非相干解調(diào)性能比較例題ASK傳輸系統(tǒng)，傳送等先驗(yàn)概率的二元數(shù)字信號(hào)序列。已知碼元寬度

，信道輸出端白噪聲功率譜密度為

若利用相干方式接收，限定誤碼率為

求所需ASK接收信號(hào)的幅度若保持誤碼率不變，改用非相干接收，需要接收ASK信號(hào)幅度是多少？ASK其它傳輸方式抑制載波的雙邊帶數(shù)字調(diào)幅雙極性不歸零碼對(duì)載波進(jìn)行相乘的調(diào)制兩路在頻譜上成正交的抑制載波的雙邊帶數(shù)字調(diào)幅可組成正交調(diào)幅系統(tǒng)單邊帶和殘余邊帶數(shù)字調(diào)幅提高頻帶利用率課外思考題（選作）在600-3000Hz頻帶內(nèi)的PSTN信道傳送Rb=2.4kb/s的ASK信號(hào)，以f0=2.4KHz為載頻，利用VSB下邊帶傳輸VSB的滾降系數(shù)？滾降濾波器的滾降系數(shù)？滾降低通VSBPSTN信道Xf05.3頻移鍵控FSK產(chǎn)生方法信號(hào)波形與功率譜解調(diào)方法誤碼性能分析20FSK信號(hào)的產(chǎn)生鍵控法（頻率轉(zhuǎn)換法）乘法器法21FSK信號(hào)相位連續(xù)？用二進(jìn)制基帶信號(hào)控制載波的頻率變化，使其頻率在f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化，稱為2FSKFSK信號(hào)波形兩個(gè)不同載頻的ASK信號(hào)波形的疊加相位不連續(xù)

FSK的時(shí)間表示式Tb－碼元周期g(t)－數(shù)字信號(hào)的時(shí)間波形n和n分別是第n個(gè)信號(hào)碼元（1或0）的初始相位當(dāng)碼元周期不是載波周期整數(shù)倍時(shí)，對(duì)于不同的n,n和

n不一定恒定簡(jiǎn)化分析，視初始相位為零，則

連續(xù)相位頻移鍵控信號(hào)CPFSK壓控振蕩法直接調(diào)頻法24壓控振蕩器

FSK信號(hào)設(shè)計(jì)信號(hào)正交條件碼率與載波頻率的關(guān)系

傳號(hào)、空號(hào)比特（碼元）能量相等m為正整數(shù)1碼0碼頻率差FSK表示式002-2/301.0FSK信號(hào)相關(guān)系數(shù)頻移指數(shù)FSK(不連續(xù)相位)CPFSK

最小頻移鍵控MSKFSK信號(hào)功率譜及帶寬FSK信號(hào)的有效帶寬

FSK信號(hào)的功率

PFSK=A2/2(W)概率P=?FSK信號(hào)功率譜示意（單邊）頻移指數(shù)二進(jìn)制CPFSK信號(hào)功率譜及帶寬CPFSK譜形狀隨兩載頻之差大小而變化若|f1–f2|<Rb，連續(xù)譜在fc

處出現(xiàn)單峰;否則出現(xiàn)雙峰Rb

=1/Tb為基帶信號(hào)帶寬

fc為兩個(gè)載頻的中心頻率FSK信號(hào)的解調(diào)相干解調(diào)非相干解調(diào)比較判決1>2“1”碼1<2“0”碼比較判決V1>V2“1”碼V1<V2“0”碼2T__帶寬FSK信號(hào)誤碼性能相干解調(diào)非相干解調(diào)FSK相干解調(diào)誤碼性能分析(optional)31統(tǒng)計(jì)特性相同BPF1輸出BPF2輸出各支路解調(diào)器輸出取樣判決式與先驗(yàn)概率無(wú)關(guān)FSK特點(diǎn)比較判決無(wú)確定最佳閾值電平的問(wèn)題不要求發(fā)端P(0)=P(1)占用帶寬大一般5/T~7/TCPFSKMSK：最小頻移鍵控采用2FSK方式在等效帶寬為2400Hz的傳輸信道上傳輸二進(jìn)制數(shù)字。2FSK信號(hào)的頻率分別為f1=980Hz，f2=1580Hz，碼元速率RB=300B。接收端輸入（即信道輸出端）的信噪比為6dB。試求：（1）2FSK信號(hào)的帶寬；（2）包絡(luò)檢波解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率；（3）相干解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率。例題25.4相移鍵控PSK產(chǎn)生方法信號(hào)波形與功率譜解調(diào)方法誤碼性能分析A方式與B方式相位模糊差分相移鍵控DPSK34PSK調(diào)制原理二進(jìn)制相移鍵控（2PSK,PSK,BPSK）：以二元信號(hào)控制載波的相位變化，使等幅、恒定載頻的已調(diào)波的相位與待發(fā)數(shù)字信號(hào)相對(duì)應(yīng)的調(diào)制方式PSK信號(hào)n表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位：也可表達(dá)為PSK信號(hào)時(shí)間表達(dá)式及波形時(shí)間表達(dá)式以載波的不同相位直接表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)——絕對(duì)相移相當(dāng)于雙極性ASK信號(hào)g(t)：脈寬為T(mén)s的單個(gè)矩形脈沖1--0相0--相PSK信號(hào)產(chǎn)生直接調(diào)相法鍵控法(相位選擇法)PSK信號(hào)的功率譜PSKFSKASK有效帶寬/Hz2/TB2f+2/TB

2/TB功率/WA2/2A2/2A2/4雙極性NRZ碼功率譜PSK信號(hào)的解調(diào)誤碼性能相干解調(diào)LPF輸出抽樣信號(hào)等先驗(yàn)概率條件下，最佳閾值電平Vbo=0，與信號(hào)電平無(wú)關(guān)誤碼率

BPF1cos1tSDRTLPF1x(t)V1>Vbo

“1”碼V1<Vbo

“0”碼A：信號(hào)幅度2=n0BBPF相位的選擇：A與B方式A方式０相

相B方式/2相/2相０相相/2相/2相11011101PSK的載波同步PSK功率譜中沒(méi)有離散載頻分量不能利用窄帶濾波器提取載波非線性變換產(chǎn)生離散載頻分量平方環(huán)Costas環(huán)閉環(huán)控制:θ

0,但是sin2(+)=sin2倒現(xiàn)象（相位模糊）相位模糊鎖相環(huán)恢復(fù)載波信號(hào)與接收載波的相位差可能是0相，也可能是相，稱為相位模糊或“倒”現(xiàn)象反相（倒）時(shí)，解決辦法：傳送相鄰碼元的差異DPSK絕對(duì)碼相對(duì)碼V1>Vbo

“1”碼V1<Vbo

“0”碼實(shí)際

“0”碼

“1”碼42差分相移鍵控DPSK的產(chǎn)生發(fā)送系統(tǒng)1101100100000akbkk:0123456相對(duì)碼bk

“1變0不變”初始相位

0相cosωct2DPSK(ak)2PSK(bk)相差：0:

0相;1:

相差分相移鍵控DPSK基本原理用載波的相對(duì)相位（即相位變化）表示數(shù)字基帶信號(hào)，稱為相對(duì)相移鍵控或差分相移鍵控（DPSK）為當(dāng)前碼元與前一碼元的載波相位差

前后碼元的相對(duì)相位決定信息符號(hào)相位差的選擇：A與B方式A方式

=０相

=相B方式=/2相=/2相０相相/2相/2相載頻與碼元速率的關(guān)系46fc=1.5RB2DPSK(ak)cosωct1101100100000akbk47DPSK信號(hào)解調(diào):相干解調(diào)cp(t)a(t)b(t)c(t)d(t)akbk-1

BPF載波同步LPF位同步抽樣判決TS2PSK解調(diào)碼反變換bke(t)ak=bk⊕bk-1C(t)

=a(t)*b(t)DPSK信號(hào)解調(diào):相干解調(diào)相位模糊不會(huì)影響接收端的判決{b’n}{an}發(fā)送輸出相位發(fā)生載波倒時(shí){bn}{an}碼反變換DPSK信號(hào)解調(diào):差分相干解調(diào)基本思想：利用相鄰碼字的相位關(guān)系進(jìn)行解調(diào)不需要相干載波相乘器起相位比較作用——相位比較法判決規(guī)則為

=相

=０相DPSK信號(hào)解調(diào):差分相干解調(diào)碼元寬度Ts與載波周期TC滿足一定關(guān)系時(shí)若TS=kTc，判決規(guī)則為若TS=(k+0.5)Tc

，判決規(guī)則為

DPSK誤碼性能相干解調(diào)誤碼率PSK,誤碼率P’DPSK信號(hào)正確判決概率當(dāng)前比特與前1比特都正確，都錯(cuò)誤錯(cuò)誤判決規(guī)律DPSK差分相干解調(diào)分析：研討PSK相干解調(diào)誤碼率若P’很小例題3假設(shè)采用2DPSK方式在微波線路上傳送二進(jìn)制數(shù)字信息。已知碼元速率RB=106B，信道中加性高斯白噪聲的單邊功率譜密度n0=210-10W/Hz。要求誤碼率不大于10-4。試求(1)采用差分相干解調(diào)時(shí)，接收機(jī)輸入端所需的信號(hào)功率；(2)采用相干解調(diào)時(shí)，接收機(jī)輸入端所需的信號(hào)功率。二元調(diào)制小結(jié)二元調(diào)制系統(tǒng)信號(hào)特征調(diào)制解調(diào)方法誤碼性能性能比較有效性可靠性信號(hào)信道敏感性目前應(yīng)用較多的二元數(shù)字調(diào)制方式相干2DPSK：高速數(shù)據(jù)傳輸非相干2FSK：中、低速數(shù)據(jù)傳輸有效性頻帶