通信原理及MATLAB-Simulink仿真通信課件

第6章

數(shù)字信號頻帶傳輸系統(tǒng)

1內容6.1二進制數(shù)字調制6.2二進制系統(tǒng)抗噪聲性能6.3二進制調制系統(tǒng)性能比較6.4多進制數(shù)字調制系統(tǒng)

2數(shù)字調制概述一、正弦波數(shù)字調制作用

為了使數(shù)字信息在帶通信道上傳輸應把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到合適的帶通頻帶上。二、正弦波數(shù)字調制概念

用基帶數(shù)字信號控制高頻正弦載波，把基帶數(shù)字信號變換成頻帶數(shù)字信號，這就是正弦波數(shù)字調制三、三種基本數(shù)字調制3四、模擬調制與數(shù)字調制的比較

數(shù)字調制概述（1）載波相同（2）調制目的相同（3）調制參數(shù)相同

不同點有：（1）調制信號不同（2）調制過程不同（3）解調過程不同相同點有：46.1二進制數(shù)字調制一、二進制幅度鍵控2ASK

1．2ASK信號的表達式和波形B(t)----單極性NRZ52．2ASK信號的產生方法一、二進制幅度鍵控2ASK(a)相乘法(b)鍵控法6一、二進制幅度鍵控2ASK3.2ASK信號的功率譜及帶寬B(t)--單極性NRZ74.2ASK信號的解調方法一、二進制幅度鍵控2ASKBPF包絡檢波判決輸出非相干解調法：00100111001原始信息整流后波形LPF后波形判決后波形84.2ASK信號的解調方法一、二進制幅度鍵控2ASK相干解調法：BPFLPF判決輸出9二、二進制移頻鍵控2FSK1．2FSK信號的表達式和波形B(t)----單極性NRZ10二、二進制移頻鍵控2FSK2．2FSK信號的產生方法（a）模擬調頻法(b)

鍵控法FM11二、二進制移頻鍵控2FSK3.2FSK信號的功率譜及帶寬0124.2FSK信號的解調方法二、二進制移頻鍵控2FSK（a）非相干解調（b）相干解調13【例6-1】設發(fā)送數(shù)字信息序列為1101101100，碼元速率為1000Baud，現(xiàn)采用鍵控法產生2FSK信號，并設f1=1kHz，對應“1”；f2=1.5kHz，對應“0”。若兩振蕩器輸出振蕩初相均為0，畫出2FSK信號波形，并計算其帶寬和頻帶利用率。

14三、二進制移相鍵控2PSK1．2PSK信號的表達式和波形000011112．2PSK信號的產生方法153.2PSK信號的功率譜及帶寬三、二進制移相鍵控2PSK164.2PSK信號的解調方法三、二進制移相鍵控2PSK17三、二進制移相鍵控2PSK5.相干載波的提取和相位模糊輸出相位有多個可能值，為的整數(shù)倍相位模糊-----載波提取方法：18四、差分移相鍵控2DPSK

1．2DPSK信號波形第一種情況的波形如下：192．DPSK信號的產生方法四、差分移相鍵控2DPSK

例：基帶信號00111001的2DPSK信號產生過程如下：203．DPSK信號的解調方法四、差分移相鍵控2DPSK

DPSK的相干解調21

差分相干解調四、差分移相鍵控2DPSK

226.2二進制系統(tǒng)的抗噪聲性能2ASK的抗噪聲性能：相干解調法和包絡檢波法2FSK的抗噪聲性能：相干解調法和非相干解調法PSK/2DPSK的抗噪聲性能23一、2ASK的抗噪聲性能1．相干解調法設則其中而經(jīng)LPF后：抽樣器的輸出為：

24抽樣器的輸出為：

發(fā)“1”時概率密度函數(shù)為：

發(fā)“0”時概率密度函數(shù)為：A為信號振幅為噪聲方差。

其中：一、2ASK的抗噪聲性能252．包絡檢波法一、2ASK的抗噪聲性能當發(fā)“1”時

其概率密度函數(shù)為

其中

服從萊斯分布式中為零階修正貝塞爾函數(shù)。當發(fā)“0”時最佳門限值可近似為

此時包絡檢波器的輸入只有窄帶噪聲26二、2FSK的抗噪聲性能1．相干解調法當發(fā)“1”時，其中：下支路信號為：判決器輸入為：

上支路信號為：同理可得：總誤碼率為：272．非相干解調法二、2FSK的抗噪聲性能當發(fā)“1”時，上支路信號為：下支路信號為：當y2>y1時，造成誤碼。當給定一個y1的值時：

發(fā)送“1”而錯判成“0”的概率為

同理可得：總誤碼率為：

28三、2PSK/2DPSK的抗噪聲性能1．2PSK相干解調設則當“1”、“0”等概率，最佳門限為

，此時

得292．DPSK解調三、2PSK/2DPSK的抗噪聲性能DPSK差分相干解調系統(tǒng)的誤碼率為：DPSK相干解調-碼反變換法系統(tǒng)的誤碼率為306.3二進制調制系統(tǒng)的性能比較一、頻帶寬度

二、誤碼率的比較

31【例6-3】采用二進制數(shù)字調制通信系統(tǒng)傳輸0、1等概出現(xiàn)的數(shù)字信息，若設發(fā)射機輸出端已調信號振幅A=10V，信道傳輸?shù)模üβ剩┧p為60dB，接收機解調器輸入端噪聲功率Ni=5μW，求下列情況下的誤碼率Pe:（1）2ASK相干解調；（2）2ASK非相干解調；（3）2PSK相干解調；（4）2DPSK相干解調；（5）2DPSK差分相干解調。32【例6-4】已知2FSK信號的兩個載頻為f1=2225Hz（對應“1”），f2=2025Hz（對應“0”），信息速率Rb=300bit/s，信道頻率范圍為300~3300Hz，信道輸出端信噪比rc=3dB，試計算：該2FSK信號帶寬；采用非相干解調時的誤碼率Pe;采用相干解調時的誤碼率Pe;與上例的誤碼率進行比較。33【例6-4】解答：（4）與上例的誤碼率計算結果按遞減順序排列

34三、對信道特性變化的敏感性比較

6.3二進制調制系統(tǒng)的性能比較在2FSK系統(tǒng)中，不需要人為地設置判決門限，它是直接比較兩路解調輸出的大小來做出判決。2PSK系統(tǒng)中，判決器的最佳判決門限為零，接收機容易保持在最佳判決門限狀態(tài)。但2ASK系統(tǒng)中，判決器的最佳判決門限為a/2，它與接收機輸入信號的幅度有關。當信道特性發(fā)生變化時，接收機輸入信號的幅度將隨著發(fā)生變化，從而導致最佳判決門限也將隨之而變。這時，接收機難以保持在最佳判決門限狀態(tài)，因此2ASK對信道特性變化敏感，性能最差。

356.3二進制調制系統(tǒng)的性能比較四、設備的復雜程度比較

發(fā)送端設備的復雜程度相差不多，而接收端的復雜程度則與所選用的調制和解調方式有關。對于同一種調制方式，相干解調的設備要比非相干解調時復雜；而同為非相干解調時，2DPSK的設備最復雜，2FSK次之，2ASK最簡單。36實驗時間通知第十四周，周一，晚上，一批第十四周，周三，下午，一批第十四周，周三，晚上，一批376.4多進制數(shù)字調制系統(tǒng)一、多進制數(shù)字振幅調制系統(tǒng)

b(t)：多進制數(shù)字基帶信號g(t)：基本門函數(shù)1．時域表達式及波形圖382．MASK信號的產生方法

一、多進制數(shù)字振幅調制系統(tǒng)3．MASK信號的帶寬及頻帶利用率

4．MASK信號的解調方法（相干解調及非相干解調）39【例6-5】若四進制代碼與電平的對應關系為：畫出當信碼為11100100001010001110時的四進制基帶信號波形和4ASK信號波形。40二、多進制數(shù)字頻率調制系統(tǒng)1．MFSK系統(tǒng)方框圖412．MFSK信號的帶寬及頻帶利用率二、多進制數(shù)字頻率調制系統(tǒng)頻帶利用率不高42三、多進制數(shù)字相位調制系統(tǒng)1.多相制的表示式及相位配置π/4體系

π/2體系

432.四進制絕對移相(4PSK或QPSK)

三、多進制數(shù)字相位調制系統(tǒng)4PSK信號的波形圖

4PSK信號的產生方法

相位選擇法44正交調制法三、多進制數(shù)字相位調制系統(tǒng)454PSK信號的解調

三、多進制數(shù)字相位調制系統(tǒng)46【例6-6】若4PSK系統(tǒng)采用π/4體系，畫出當信碼為00110100100000011011時的4PSK信號波形。473.差分四進制移相(DQPSK)三、多進制數(shù)字相位調制系統(tǒng)DQPSK信號的波形圖

DQPSK信號的產生方法：

絕對碼變成相對碼，再對相對碼進行絕對調相雙比特碼進行差分編碼

方法一：方法二：模4加

48雙比特碼進行差分編碼

三、多進制數(shù)字相位調制系統(tǒng)49DQPSK信號的解調

相干解調——碼反變換法三、多進制數(shù)字相位調制系統(tǒng)50四、正交幅度調制（QAM）1、16QAM星座圖512、一般表達式四、正交幅度調制（QAM）3、16QAM信號的產生524、16QAM信號解調四、正交幅度調制（QAM）53小結1．數(shù)字調制數(shù)字調制是指：調制信號是數(shù)字信號，載波是正弦波的調制。由于數(shù)字信號可視作模擬信號的特例（取值離散），因而數(shù)字調制也可視作模擬調制的特例。542．二進制數(shù)字調制系統(tǒng)比較小結553．多進制調制小結與二進制調制相比，多進制數(shù)字調制的優(yōu)點是：可以提高頻帶利用率，這樣，在傳輸帶寬B相同時，可提高信息傳輸速率；或者，在信息傳輸速率相同時，可減小傳輸帶寬B。兩者均表明：提高了有效性。在三種多進制數(shù)字調制系統(tǒng)中，MASK的可靠性更差、MFSK的頻帶利用率增大有限（由于帶寬也相應增大），因而僅MPSK（實為MDPSK，下同）獲得廣泛應用。但由于可靠性的限制，MPSK只用到了4PSK、8PSK。564．QAM小結當M>=16時，常采用MQAM。由于MASK、MPSK信號占據(jù)相同的頻率范圍，于