CH11-數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸系統(tǒng)匯總課件

－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－通信原理程琳蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院M.P:mail:chenglin@

or

chenglinwtt@Address：DepartmentofElectronics&InformationScience,SchoolofInformationScience&Engineering,LanzhouUniversity,TianshuiSouthernRoad222#，GansuProvince，P.R.ChinaPrinciplesofCommunications－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－通信原理06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－2

第十一章數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸系統(tǒng)主要內(nèi)容提要：

》引言

》二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)正弦型載波調(diào)制（2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK）

》現(xiàn)代多進(jìn)制數(shù)字頻帶調(diào)制簡(jiǎn)介四相移相鍵控（QPSK） 正交幅度調(diào)制（QAM）恒包絡(luò)連續(xù)相位調(diào)制（MSK、GMSK）06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－3

本章的教學(xué)基本要求

本章要求掌握二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)正弦型載波調(diào)制的相關(guān)技術(shù)，包括二進(jìn)制幅移鍵控ASK、二進(jìn)制頻移鍵控FSK、二進(jìn)制相移鍵控PSK、二進(jìn)制差分相移鍵控DPSK及其解調(diào)技術(shù)；要求理解四相移相鍵控（QPSK）、正交幅度調(diào)制（QAM）的基本工作原理；同時(shí)要求了解恒包絡(luò)連續(xù)相位調(diào)制的MSK（最小頻移鍵控）及GMSK（高斯濾波最小頻移鍵控）的工作原理。06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－4

§1.引言上一章介紹的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)，只是將信源發(fā)出的信息碼經(jīng)碼型變換及波形形成后直接傳送至接收端。雖然碼型變換及波形形成可使其頻譜結(jié)構(gòu)發(fā)生某些變化，但分布的范圍仍然在基帶范圍內(nèi)。數(shù)字基帶信號(hào)不可能在諸如無(wú)線信道、光纖信道等(帶通型信道)傳輸媒質(zhì)中直接傳輸。與模擬信號(hào)一樣，必須經(jīng)調(diào)制后才能在無(wú)線信道、光纖信道等媒質(zhì)中傳輸。數(shù)字調(diào)制傳輸系統(tǒng)定義：用數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制載波的一種傳輸系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)也稱(chēng)為數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)。06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－5

§1.引言載波的形式載波的波形是任意的，但大多數(shù)的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)都選擇單頻信號(hào)（正弦波或余弦波）作為載波，因?yàn)楸阌诋a(chǎn)生與接收。我們?cè)诜治鲞^(guò)程中，為了方便，經(jīng)常將載波簡(jiǎn)寫(xiě)為余弦波cosωct

06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－6

§2.二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)正弦型載波調(diào)制本節(jié)主要內(nèi)容：

》二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理

》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)比較06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－7

2.1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理正弦載波Acos(ωct+θ0)調(diào)制參量：振幅、頻率、相位數(shù)字載波調(diào)制幅移鍵控ASK：AmplitudeShiftKeying頻移鍵控FSK：FrequencyShiftKeying相移鍵控PSK：PhaseShiftKeying正交幅度調(diào)制QAM：QuadratureAmplitudeModulation06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－8

1、二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK、OOK）用二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)去調(diào)制等幅的載波SASk(t)=Acosωct,發(fā)送消息“1”

0,發(fā)送消息“0”2ASK調(diào)制實(shí)現(xiàn)模型~S(t)SASK(t)載波開(kāi)關(guān)電路cosωctSASK(t)S(t)圖12ASK調(diào)制的實(shí)現(xiàn)模型單極性NRZOn-OffKeying06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－9

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制后的波形示意圖2ASK調(diào)幅載波00110100010數(shù)字信號(hào)2FSK調(diào)頻2PSK調(diào)相06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－10

二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK、OOK）2ASK頻譜特性其中Ps(f)是基帶信號(hào)的功率譜密度頻帶寬度：B=2/TB（Hz）頻帶利用率：ηASK=1/2（bits/s/Hz）PASK(f)fc-fc0f頻帶寬度BPs(f)-1/TB1/TB0f離散譜由載波分量決定06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－11

二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK、OOK）2ASK的解調(diào)非相干解調(diào)相干解調(diào)利用與接收信號(hào)的載波同頻同相的恢復(fù)載波來(lái)進(jìn)行的解調(diào)全波或半波整流BPF包絡(luò)檢波器LPF抽樣判決SASK(t)輸出數(shù)字序列BPFLPF抽樣判決cosωctSASK(t)輸出數(shù)字序列恢復(fù)載波過(guò)程演示06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－12

2ASK信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程2ASK信號(hào)整流低通濾波抽樣判決06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－13

二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK、OOK）2ASK的解調(diào)相干解調(diào)BPF匹配濾波器抽樣判決SASK(t)輸出數(shù)字序列等效為s1=Acosωct抽樣判決輸出數(shù)字序列SASK(t)相關(guān)解調(diào)器06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－14

2、二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）用二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)去調(diào)制載波的頻率SFSk(t)=Acosω1t,發(fā)送消息“1”

Acosω2t,發(fā)送消息“0”2FSK調(diào)制過(guò)程2FSK看作是兩個(gè)2ASK疊加后得到的結(jié)果

SASk1(t)=Acosω1t

SFSk(t)=SASk1(t)+SASk2(t)SASk2(t)=Acosω2t調(diào)頻器SFSk(t)S(t)cosω1tSASK1(t)S1(t)cosω2tSASK2(t)S2(t)+SFSK(t)06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－15

2FSK看做是兩個(gè)2ASK的疊加S1(t)S2(t)1011001信息序列載波f1載波f22ASK12ASK22FSK06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－16

二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）2FSK頻譜特性頻帶寬度：B=|f2-f1|+2/TB（Hz）Ps(f)-1/TB1/TB0fPFSK(f)f1-f1-f2f20f頻帶寬度B06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－17

二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）2FSK的解調(diào)非相干解調(diào)相干解調(diào)ω2BPF包絡(luò)檢波器BPF包絡(luò)檢波器抽樣判決SFSk(t)ω1V2(t)V1(t)BPFLPFBPFLPF抽樣判決SFSk(t)cosω1tcosω2tω1ω2V2(t)V1(t)06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－18

二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）2FSK的另一種非相干解調(diào)——過(guò)零檢測(cè)法06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－19

3、二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）絕對(duì)移相鍵控SPSk(t)=Acos(ωct+0),發(fā)送消息“1”

Acos(ωct+π),發(fā)送消息“0”2PSK的實(shí)現(xiàn)過(guò)程碼脈沖變換cosωctSPSk(t)S(t)S’(t)雙極性不歸零碼BNRZ11110雙極性不歸零碼S’(t)SPSk(t)載波cosωct06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－20

二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）頻域特性其中Ps，(f)是雙極性基帶信號(hào)的功率譜密度頻帶寬度：B=2/TB（Hz）頻帶利用率：ηPSK=1/2（bits/s·Hz）PPSK(f)fc-fc0f頻帶寬度BPs(f)-1/TB1/TB0f與2ASK功率譜的區(qū)別是2PSK無(wú)離散譜，而2ASK存在離散譜06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－21

二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）絕對(duì)相移鍵控信號(hào)只能采用相干接收但本地恢復(fù)載波的相位一般是不確定的（可能與接收的2PSK信號(hào)同頻同相，也可能同頻反相）。因此，解調(diào)后所得的數(shù)字信號(hào)的符號(hào)也容易發(fā)生全部顛倒，這種現(xiàn)象稱(chēng)為0、π相位模糊（或“倒π”

）現(xiàn)象。BPFLPF抽樣判決本地接收載波cosωctSPSK(t)06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－22

二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位變化來(lái)表示數(shù)字信息0和1‘0’

→相鄰碼元載波相位相差0‘1’

→相鄰碼元載波相位相差π2DPSK的實(shí)現(xiàn)過(guò)程差分碼變換cosωctSPSk(t)S(t)S’’(t)雙極性不歸零差分碼S(t)——為解決0、π相位模糊（或“倒π”）問(wèn)題06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－23

06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－24

06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－25

二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－26

二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）2DPSK的解調(diào)差分相干解調(diào)（相位比較法）abcde06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－27

2PSK和2DPSK的補(bǔ)充例題假設(shè)碼元寬度等于載波周期的1.5倍2PSK信號(hào)的相位與信息代碼的關(guān)系是：前后碼元相異時(shí)，2PSK信號(hào)相位變化180

，相同時(shí)2PSK信號(hào)相位不變，可簡(jiǎn)稱(chēng)為“異變同不變”。2DPSK信號(hào)的相位與信息代碼的關(guān)系是：碼元為“1”時(shí)，2DPSK信號(hào)的相位變化180

。碼元為“0”時(shí)，2DPSK信號(hào)的相位不變，可簡(jiǎn)稱(chēng)為“1變0不變”。06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－28

抗噪聲性能分析的前提：假設(shè)信道特性是恒參信道，在信號(hào)的頻帶范圍內(nèi)其具有理想矩形的傳輸特性(可取傳輸系數(shù)為K)。噪聲為等效加性高斯白噪聲，其均值為零，方差為σ2。2.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－29

2.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能1、2ASK的解調(diào)與誤碼率分析非相干解調(diào)當(dāng)發(fā)送消息“1”時(shí)SASK(t)=Acosωct(kTB≤t≤(k+1)TB)BPF輸出端信號(hào)r(t)為余弦波加窄帶高斯白噪聲

r(t)=SASK(t)+ni(t)=Acosωct+nc(t)cosωct-ns(t)sinωct=[A+nc(t)]cosωct-ns(t)sinωct=V(t)cos[ωct+θ(t)]經(jīng)包絡(luò)檢波器和LPF后，抽樣判決器輸入端信號(hào)服從萊斯分布

BPF包絡(luò)檢波器LPF抽樣判決SASK(t)+n(t)SASK(t)+ni(t)=r(t)V(t)06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－30

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2ASK的解調(diào)與誤碼率分析非相干解調(diào)當(dāng)發(fā)送消息“0”時(shí)SASK(t)=0(kTB≤t≤(k+1)TB)BPF輸出端信號(hào)r(t)為窄帶高斯白噪聲

r(t)=SASK(t)+ni(t)=nc(t)cosωct-ns(t)sinωct經(jīng)包絡(luò)檢波器和LPF后，抽樣判決器輸入端信號(hào)服從瑞利分布

BPF包絡(luò)檢波器LPF抽樣判決SASK(t)+n(t)SASK(t)+ni(t)=r(t)V(t)06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－31

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2ASK的解調(diào)與誤碼率分析非相干解調(diào)平均誤碼率(在p(0)=p(1)=1/2時(shí))將Pb對(duì)VT求偏導(dǎo)并令為零，可求出0、1等概率出現(xiàn)時(shí)的最佳門(mén)限值VT在時(shí)，最佳門(mén)限值VT≈A/2,此時(shí)平均誤碼率為

VTP(V|s=1)P(V|s=0)瑞利分布006十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－32

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2ASK的解調(diào)與誤碼率分析相干解調(diào)當(dāng)發(fā)送消息“1”時(shí)SASK(t)=Acosωct(kTB≤t≤(k+1)TB)BPF輸出端信號(hào)r(t)=SASK(t)+nW(t)=Acosωct+nc(t)cosωct-ns(t)sinωct=[A+nc(t)]cosωct-ns(t)sinωct經(jīng)相干解調(diào)后，抽樣判決器輸入端信號(hào)y(t)=A+nc(t),

服從高斯分布BPFLPF抽樣判決cosωctSASK(t)+n(t)SASK(t)+nW(t)=r(t)V(t)06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－33

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2ASK的解調(diào)與誤碼率分析相干解調(diào)（同步檢測(cè)法）當(dāng)發(fā)送消息“0”時(shí)SASK(t)=0(kTB≤t≤(k+1)TB)BPF輸出端信號(hào)r(t)=0+nW(t)=[0+nc(t)]cosωct-ns(t)sinωct經(jīng)相干解調(diào)后，抽樣判決器輸入端信號(hào)y(t)=0+nc(t),

服從高斯分布平均誤碼率pbBPFLPF抽樣判決cosωctSASK(t)+n(t)SASK(t)+nW(t)=r(t)V(t)06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－34

2ASK誤碼率分析的結(jié)論：在相同的信噪比條件下，相干解調(diào)（同步檢測(cè)法）的誤碼性能優(yōu)于包絡(luò)檢波法的性能；在大信噪比條件下，包絡(luò)檢波法的誤碼性能將接近同步檢測(cè)法的性能。 另外，包絡(luò)檢波法存在門(mén)限效應(yīng)，同步檢測(cè)法無(wú)門(mén)限效應(yīng)。

06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－35

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2、2FSK的解調(diào)及誤碼率分析非相干解調(diào)發(fā)送端發(fā)送消息“1”時(shí)(kTB≤t≤(k+1)TB)SFSK(t)=Acosω1t上支路BPF輸出端信號(hào)r1(t)=S1(t)+nW(t)=Acosω1t+nc(t)cosω1t-ns(t)sinω1t=[A+nc(t)]cosω1t-ns(t)sinω1t抽樣判決器輸入端信號(hào)服從萊斯分布判決規(guī)則（比較判決）V1>V2→判決為“1”V1<V2→判決為“0”ω2BPF包絡(luò)檢波器BPF包絡(luò)檢波器抽樣判決SFSk(t)+n(t)ω1V2(t)V1(t)S1(t)+nW(t)S2(t)+nW(t)06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－36

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2FSK的解調(diào)及誤碼率分析非相干解調(diào)下支路BPF輸出端信號(hào)r2(t)=S2(t)+nW(t)=nc(t)cosω2t-ns(t)sinω2t抽樣判決器輸入端信號(hào)服從瑞利分布ω2BPF包絡(luò)檢波器BPF包絡(luò)檢波器抽樣判決SFSk(t)+n(t)ω1V2(t)V1(t)S1(t)+nW(t)S2(t)+nW(t)比較判決：V1>V2→判決為“1”V1<V2→判決為“0”06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－37

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2FSK的解調(diào)及誤碼率分析非相干解調(diào)錯(cuò)誤概率同樣方法，可求得誤碼率V1=V2V1V206十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－38

補(bǔ)充計(jì)算過(guò)程（P60.題3.9）令06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－39

2FSK的解調(diào)及誤碼率分析相干解調(diào)發(fā)送端發(fā)送消息“1”時(shí)(kTB≤t≤(k+1)TB)

SFSK(t)=Acosω1tBPF輸出端信號(hào)

r1(t)=S1(t)+nW(t)=[A+nc(t)]cosω1t-ns(t)sinω1tr2(t)=S2(t)+nW(t)=nc(t)cosω2t-ns(t)sinω2t

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能BPFLPFBPFLPF抽樣判決SFSk(t)+n(t)cosω1tcosω2tω1ω2V2(t)V1(t)S1(t)+nW(t)S2(t)+nW(t)判決規(guī)則（比較判決）V1>V2→判決為“1”V1<V2→判決為“0”06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－40

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2FSK的解調(diào)及誤碼率分析相干解調(diào)抽樣判決器輸入端信號(hào)

V1(t)=A+nc1(t)E[V1(t)]=AD[V1(t)]=σn2

V2(t)=nc2(t)E[V2(t)]=0D[V2(t)]=σn2誤碼率p(0|1)=p(V1<V2)=p(A+nc1-nc2<0)令

Z=A+nc1-nc2

則E[Z]=AD[Z]=2σn206十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－41

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2FSK的解調(diào)及誤碼率分析相干解調(diào)同樣方法，有系統(tǒng)誤碼率結(jié)論：在大信噪比條件下，2FSK信號(hào)采用包絡(luò)檢波法解調(diào)性能與同步檢測(cè)法解調(diào)性能接近，同步檢測(cè)法性能較好。

06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－42

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能3、2PSK的解調(diào)及其誤碼率分析絕對(duì)相移的相干解調(diào)發(fā)送端發(fā)送消息“1”時(shí)(kTB≤t≤(k+1)TB)

SPSK(t)=Acosωct發(fā)送端發(fā)送消息“0”時(shí)(kTB≤t≤(k+1)TB)

SPSK(t)=-Acosωct抽樣判決器輸入端信號(hào)

V1(t)=A+nc(t)

V0(t)=-A+nc(t)SPSK(t)+n(t)BPFLPF抽樣判決cosωctSPSK(t)+nW(t)V(t)06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－43

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2PSK的解調(diào)及其誤碼率分析絕對(duì)相移的相干解調(diào)當(dāng)p(1)=p(0)=1/2時(shí)，判決門(mén)限VT=0誤碼率V-AAVTp1(V)p0(V)06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－44

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2PSK的解調(diào)及其誤碼率分析差分移相鍵控DPSK的相干解調(diào)—碼變換pb’=?BPFLPF抽樣判決cosωctSDPSK(t)+n(t)碼反變換SDPSK(t)+nW(t)V(t){an}{bn}無(wú)誤碼{an}00110110{bn}0101101一個(gè)錯(cuò)碼{an}00100110{bn}0110101連續(xù)兩個(gè)錯(cuò)碼{an}00101110{bn}0111001連續(xù)三個(gè)錯(cuò)碼{an}0010

1010{bn}011111106十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－45

06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－46

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能2PSK的解調(diào)及其誤碼率分析差分相干解調(diào)系統(tǒng)誤碼率

BPFLPF抽樣判決SDPSK(t)TBy1(t)y2(t)y(t)x(t)06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－47

2.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的比較1、有效性2ASK、2PSK、2DPSK相同，帶寬均為2/Ts

（碼元寬度為T(mén)s）FSK最差，帶寬為|f2－f1|

＋2/Ts2、可靠性調(diào)制方式（SNR一定）

pbASK>pbFSK>PbPSK解調(diào)方式

pb非相干>pb相干06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－48

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的比較3、對(duì)信道特性變化的敏感性FSK：比較判決，不需人為設(shè)置判決門(mén)限；PSK：判決門(mén)限=0；ASK：判決門(mén)限=A/2，其中A—接收機(jī)輸入信號(hào)幅度；2ASK對(duì)信道特性變化敏感，性能最差。4、設(shè)備復(fù)雜程度發(fā)送設(shè)備：各調(diào)制方式基本相當(dāng)；接收設(shè)備：相干解調(diào)設(shè)備比非相干解調(diào)設(shè)備復(fù)雜在相干解調(diào)設(shè)備中，DPSK相干解調(diào)器復(fù)雜度最高，F(xiàn)SK次之，ASk相干解調(diào)器復(fù)雜度最低06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－49

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的比較5、應(yīng)用相干2DPSK，用于高速數(shù)據(jù)傳輸；非相干2FSK用于中、低速數(shù)據(jù)傳輸。06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－50

§3.現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制方式簡(jiǎn)介關(guān)于多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制采用多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制。多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的特點(diǎn)：傳輸效率高：傳碼率（帶寬）相同時(shí)，傳信率高于二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)；傳信率相同時(shí)，傳碼率（帶寬）低于二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。抗噪聲性能變差：解調(diào)器輸入信噪比相同時(shí)，誤碼率增大；誤碼率相同時(shí)，要求增大輸入信噪比。06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－51

MASK的例子：M=4MASK系統(tǒng)的誤碼率性能曲線4ASK調(diào)制信號(hào)的時(shí)間波形示意圖06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－52

06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－53

06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－54

例子假定兩個(gè)信號(hào)其歸一化相關(guān)系數(shù)為：當(dāng)時(shí)，i=1or2,且k為某固定的正整數(shù)則兩個(gè)信號(hào)正交。06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－55

06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－56

06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－57

多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制1、四相相移鍵控調(diào)制4PSK(即QPSK)原理00101101當(dāng)傳00時(shí)，發(fā)送起始相位為0的載波當(dāng)傳10時(shí)，發(fā)送起始相位為π/2的載波當(dāng)傳11時(shí)，發(fā)送起始相位為π的載波當(dāng)傳01時(shí)，發(fā)送起始相位為3π/2的載波A方式：π/2系統(tǒng)11010010

當(dāng)傳00時(shí)，發(fā)送起始相位為45°的載波當(dāng)傳10時(shí)，發(fā)送起始相位為135°的載波當(dāng)傳11時(shí)，發(fā)送起始相位為225°的載波當(dāng)傳01時(shí)，發(fā)送起始相位為315°的載波B方式：π/4系統(tǒng)06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－58

MPSK的信號(hào)表達(dá)式M進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制信號(hào)為：也可表示為正交形式：其中，06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－59

多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制QPSK的調(diào)制正交調(diào)制法相位選擇法串/并變換Acosωctπ/2+二進(jìn)制數(shù)碼流I(t)Q(t)SQPSK(t)串/并變換二進(jìn)制數(shù)碼流I(t)Q(t)SQPSK(t)選相電路BPF0π/2π3π/2四相載波發(fā)生器06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－60

信息速率相同時(shí)，2PSK、4PSK和8PSK信號(hào)的單邊功率譜M越大，功率譜主瓣越窄，從而頻帶利用率越高。06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－61

QPSK信號(hào)的相干解調(diào)QPSK信號(hào)相干解調(diào)也會(huì)產(chǎn)生相位模糊問(wèn)題，并且是0、90、180、270四個(gè)相位模糊。——解決方法：4DPSK四相差分相移鍵控06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－62

QDPSK信號(hào)的產(chǎn)生4DPSK信號(hào)是利用前后碼元之間的相對(duì)相位變化來(lái)表示數(shù)字信息。若以前一雙比特碼元相位作為參考，Δφn為當(dāng)前雙比特碼元與前一雙比特碼元初相差雙比特碼元Δφn0000190111801027006十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－63

多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制2、正交幅度調(diào)制QAM原理MASK的信號(hào)空間MPSK的信號(hào)空間當(dāng)M↑，MASK/MPSK信號(hào)矢量端點(diǎn)之間的歐氏距離d↓或以平均功率增大為代價(jià)引出聯(lián)合控制正弦波的幅度及相位的調(diào)制方式——正交幅度調(diào)制QAM當(dāng)M↑時(shí)可以保持較大的d或者不增加平均功率QAM：QuadratureAmplitudeModulation06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－64

MQAM信號(hào)的產(chǎn)生MQAM信號(hào)的一般表達(dá)式：令06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－65

多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制正交幅度調(diào)制QAM原理QAM信號(hào)矢量分布——星座圖不同星座結(jié)構(gòu)的信號(hào)特性不同矩形分布十字形分布星形分布M=4M=16M=16M=3206十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－66

06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－67

MQAM的誤碼率方形星座圖MQAM的誤碼率06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科06十月2023－蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子與信息科學(xué)系－68

多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制3、恒包絡(luò)（連續(xù)相位）調(diào)制技術(shù)——泛指那些載波相位以連續(xù)形式變化（已調(diào)信號(hào)包絡(luò)恒定）的一大類(lèi)頻率調(diào)制技術(shù)。連續(xù)相位調(diào)制信號(hào)的功率譜旁瓣衰減很快，抑制帶外干擾的性能更好；而恒包絡(luò)調(diào)制信號(hào)可用于丙類(lèi)功率放大，功放效率高恒包絡(luò)連續(xù)相位調(diào)制方式能在非線性限帶信道中使用。