通信原理-基本的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)

通信原理

張偉zhang_wei@通信原理1通信原理第6章基本的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)通信原理溫故：調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用3調(diào)制把基帶信號(hào)頻譜搬移到一定的頻帶范圍以適應(yīng)信道的要求；或者形成特定的頻譜以適應(yīng)信道的特性。容易輻射實(shí)現(xiàn)頻率分配實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用減少噪聲和干擾的影響，提高系統(tǒng)抗干擾能力通信原理溫故：調(diào)制的基本特征和分類4調(diào)制器m(t)C(t)s(t)單音正弦波連續(xù)變化的模擬量：模擬調(diào)制離散的數(shù)字量：二進(jìn)制數(shù)字脈沖數(shù)字調(diào)制單頻正弦波連續(xù)波形連續(xù)載波調(diào)制脈沖波形脈沖載波調(diào)制矩形周期脈沖通信原理溫故：調(diào)制的基本特征和分類5調(diào)制器m(t)C(t)s(f)線性調(diào)制非線性調(diào)制m(f)s(f)m(t)改變載波信號(hào)C(t)的不同參數(shù)幅度調(diào)制：AM、PAM、ASK

s(t)相位調(diào)制：PM、PPM、PSK頻率調(diào)制：PM、FM、FSK頻譜之間呈線性搬移關(guān)系：AM、ASK頻譜之間沒(méi)有線性對(duì)應(yīng)關(guān)系：FM、PM、FSK

通信原理溫故：數(shù)字調(diào)制解調(diào)所在位置6信源信源編碼信道編碼數(shù)字調(diào)制信道噪聲源數(shù)字解調(diào)信道譯碼信源譯碼信宿數(shù)字通信系統(tǒng)框圖通信原理知新：本章研究的問(wèn)題7調(diào)制器m(t)C(t)s(t)數(shù)字基帶信號(hào)正弦載波通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(1)82ASK波形通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(2)92ASK表達(dá)式通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(3)102ASK調(diào)制方法（1）模擬法×通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(4)11鍵控法～通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(5)122ASK的解調(diào)

2ASK可以采用2種解調(diào)方法

相干解調(diào)

非相干解調(diào)通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(6)132ASK的相干解調(diào)

×t低通濾波抽樣判決tt通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(7)142ASK的非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波)

t包絡(luò)檢波低通濾波抽樣判決通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(8)152ASK的功率譜密度

設(shè)的功率譜密度為，s(t)的功率譜密度為則與時(shí)域表達(dá)式對(duì)應(yīng)的頻域表達(dá)式為s(t)為單極性隨機(jī)矩形脈沖序列，可直接得到，即式中。根據(jù)的頻譜特點(diǎn)，對(duì)于所有m≠0的整數(shù)，有得通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(9)16當(dāng)數(shù)值信號(hào)碼元1，0統(tǒng)計(jì)獨(dú)立且等概率時(shí)，，則又有又因?yàn)榉葹?，周期為的矩形脈沖頻譜為,代入表達(dá)式可得通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(10)17通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(11)182ASK的抗噪聲性能設(shè)2ASK系統(tǒng)中發(fā)送一個(gè)碼元時(shí)間Ts內(nèi)波形為而接收波形為對(duì)于2ASK信號(hào)可以采用包絡(luò)檢波和相干解調(diào)法進(jìn)行解調(diào)，但在解調(diào)器前端都需經(jīng)過(guò)一個(gè)帶通濾波器，其輸出波形為通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(12)19為經(jīng)過(guò)帶通濾波器后的噪聲，為一個(gè)窄帶高斯白噪聲則有通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(13)20由表達(dá)式可知經(jīng)包絡(luò)檢波和低通濾器的輸出包絡(luò)為

發(fā)送1碼的包絡(luò)函數(shù)為正弦波加窄帶隨機(jī)過(guò)程包絡(luò)，其分布服從Rice分布；發(fā)送0碼的包絡(luò)函數(shù)為窄帶隨機(jī)過(guò)程包絡(luò)，其分布服從瑞利分布。式中的方差。包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)性能通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(14)21瑞利分布萊斯分布通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(15)22

抽樣判決器對(duì)輸出包絡(luò)函數(shù)進(jìn)行判決，設(shè)判決門(mén)限電平為b，（1）當(dāng)發(fā)送為“1”碼，判決為“0”碼的差錯(cuò)概率為為計(jì)算上式積分值，引入特殊函數(shù)－Q函數(shù)（Marcum函數(shù)），該函數(shù)定義為則有式中，為信號(hào)與噪聲的平均功率之比，稱為信噪比。而為歸一化門(mén)限值。通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(16)23（2）同理，當(dāng)發(fā)送“0”碼時(shí)，判決為“1”的差錯(cuò)概率為

系統(tǒng)總誤碼率為

當(dāng)時(shí)，通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(17)24

最佳判決門(mén)限b*：

r>>1(大信噪比)：

r<<1(小信噪比)：通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(18)25采用包絡(luò)檢波的系統(tǒng)通常工作在大信噪比情況下，最佳門(mén)限取再利用Q函數(shù)特性，當(dāng)時(shí)則當(dāng)；故上式中時(shí)通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(19)26BPF相乘器LPF抽樣判決器定時(shí)脈沖輸入輸出相干解調(diào)法的系統(tǒng)性能通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(20)27系數(shù)1/2由電路中的增益來(lái)加以補(bǔ)償，則抽樣判決輸入波形為由于是高斯過(guò)程，因此當(dāng)發(fā)送“1”時(shí)，過(guò)程的一維概率密度為

通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(21)28發(fā)送“0”時(shí)，的一維概率密度為令判決門(mén)限電平值為b，則發(fā)送碼元1錯(cuò)判為0的概率為發(fā)送0碼錯(cuò)判為1碼的概率為通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(22)29系統(tǒng)總誤碼率為在發(fā)送碼元1和0概率相等情況下由可確定最佳門(mén)限電平或最佳歸一化門(mén)限電平通信原理二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)(23)30利用關(guān)系之后，得到2ASK系統(tǒng)總誤碼率為當(dāng)時(shí)，有，于是上式變?yōu)橥ㄐ旁矶M(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(1)312FSK：用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去控制正弦載波的載頻?！?”碼和“0”碼對(duì)應(yīng)的載波頻率分別是f

1和f2通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(2)322FSK波形原始信息ttt2ASK2FSK通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(3)332FSK表達(dá)式t2FSK可分解成tt可見(jiàn)2FSK可看作是2個(gè)2ASK信號(hào)之和通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(4)342FSK表達(dá)式通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(5)352FSK的調(diào)制直接調(diào)制法通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(6)36鍵控法：相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)“1”“0”定義通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(7)37模擬調(diào)頻法：相位連續(xù)的2FSK信號(hào)

復(fù)包絡(luò)：通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(8)38間接調(diào)制法通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(9)39間接調(diào)制法通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(10)402FSK的解調(diào)相干解調(diào)非相干解調(diào)包絡(luò)檢波法過(guò)零檢測(cè)法通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(11)412FSK相干解調(diào)法通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(12)422FSK包絡(luò)檢波法(非相干解調(diào))通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(13)432FSK過(guò)零檢測(cè)法(非相干解調(diào))通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(14)442FSK的功率譜密度1和0等概時(shí)通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(15)45基帶信號(hào)功率譜密度通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(16)46通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(17)47通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(18)48最小頻率間隔在原理上，若兩個(gè)信號(hào)互相正交，就可以把它完全分離。通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(19)492FSK信號(hào)為 為了滿足正交條件，要求： 即 上式積分結(jié)果為： 假設(shè)，上式第1和3項(xiàng)近似等于零，則通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(20)5050由于

1和

0是任意常數(shù)，只能采用非相干解調(diào)，故必須同時(shí)有 和即

和式中，n和m均為整數(shù)。則所以，當(dāng)取m=1時(shí)是最小頻率間隔，它等于1/Ts。對(duì)于相干接收，可令于是，式化簡(jiǎn)為：因此，要求滿足：即，最小頻率間隔等于1/2Ts

。通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(21)512FSK的抗噪聲性能BPF包絡(luò)檢波器抽樣判決器抽樣脈沖輸入輸出BPF包絡(luò)檢波器非相干解調(diào)通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(22)52BPF相乘器LPF抽樣判決器抽樣脈沖輸出BPF相乘器LPF輸入相干解調(diào)通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(23)53通過(guò)帶通濾波器后其輸出端的波形n1(t)、n2(t)是一個(gè)窄帶高斯過(guò)程2FSK性能分析建模通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(24)54假設(shè)時(shí)間內(nèi)所發(fā)送的碼元為“1”（對(duì)應(yīng)ω1），則這時(shí)送入抽樣判決器的兩路輸入包絡(luò)信號(hào)分別為發(fā)送0碼元時(shí)兩包絡(luò)信號(hào)分別為由上面4個(gè)式子相比較可以看出，所得的誤碼率具有完全相同的結(jié)果，因此只需要計(jì)算發(fā)送碼元1時(shí)的誤碼率即可。包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)性能通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(25)55V1(t)包絡(luò)一維概率密度函數(shù)服從廣義瑞利分布.V2(t)包絡(luò)一維概率密度函數(shù)服從瑞利分布。當(dāng)V1(t)的取樣值V1小于V2(t)的取樣值V2時(shí)，則發(fā)生判決錯(cuò)誤，其錯(cuò)誤概率為當(dāng)發(fā)送“0”碼，錯(cuò)誤概率也為2FSK接收系統(tǒng)總誤碼率通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(26)56相干解調(diào)的系統(tǒng)性能接收的2FSK信號(hào)經(jīng)與相干載波相乘，并經(jīng)低通濾波，輸入到判決器的兩路信號(hào)在碼元1時(shí)為在碼元為0時(shí)為因?yàn)榉謩e是窄帶高斯過(guò)程的正弦分量，所以也是高斯過(guò)程。通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(27)57發(fā)送“1”碼時(shí)，抽樣判決器對(duì)兩路信號(hào)的判決只需比較它們抽樣值的大小，若抽樣值則判為1碼，反之則判為0碼。若則誤判為0碼，故誤碼率令也是高斯變量，且均值為α，方差為，該為于是z的一維概率度為通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(28)581碼誤碼率為由于，在發(fā)送碼元1和0等概率條件下，即于是2FSK系統(tǒng)總誤碼率為在大信噪比條件下，上式簡(jiǎn)化為通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(28)592FSK系統(tǒng)性能高于2ASK的本質(zhì)原因以“比較判決”取代門(mén)限判決以發(fā)“1”（高電平）、包絡(luò)檢波為例門(mén)限判決（如2ASK）比較判決（如2FSK）第1路輸出第2路輸出噪聲容限噪聲容限通信原理二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(29)60可以證明：

比較判決比門(mén)限判決相當(dāng)于把信噪比提高了1倍

非相干解調(diào)時(shí)

相干解調(diào)時(shí)通信原理二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)(1)612PSK波形原始信息tt2PSKt載波100110通信原理二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)(2)622PSK表達(dá)式

從上圖可以看出2PSK可以看作是雙極性數(shù)字基帶信號(hào)與載波直接相乘的結(jié)果通信原理二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)(3)63s(t)（BNRZ）2PSK°s(t)（NRZ）180°電子開(kāi)關(guān)2PSK模擬調(diào)制法鍵控法100110信息代碼cosωct2PSKcosωct2PSK2PSK的調(diào)制通信原理二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)(4)642PSK的解調(diào)×低通濾波抽樣判決通信原理二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)(5)652PSK的相位模糊現(xiàn)象通信原理二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)(1)662DPSK波形t2PSKt載波100110t2DPSK初始相位通信原理二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)(2)67差分編碼與2DPSK的關(guān)系100110t差分編碼初始電平000110t差分編碼后的2PSK就是原碼的2DPSK“絕對(duì)碼”“相對(duì)碼”通信原理二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)(3)682DPSK的調(diào)制絕對(duì)碼相對(duì)碼2PSK調(diào)制通信原理二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)(4)692DPSK的解調(diào)相干解調(diào)先對(duì)2DPSK進(jìn)行2PSK解調(diào)，得到相對(duì)碼，再進(jìn)行差分譯碼，得到絕對(duì)碼差分相干解調(diào)采用延時(shí)和乘法器電路，使前后波形相同和不同時(shí)，輸出的結(jié)果不同，從而實(shí)現(xiàn)直接解調(diào)，無(wú)須進(jìn)行差分譯碼通信原理二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)(5)702DPSK的相干解調(diào)×t低通濾波抽樣判決t2DPSKt載波000110(1)10差分譯碼0101100110通信原理二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)(6)71差分譯碼器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通信原理二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)(7)722DPSK的差分相干解調(diào)×延遲Tst2DPSK2DPSK延遲Tst低通濾波抽樣判決(低電平判1)100101t100110通信原理2PSK和2DPSK功率譜(1)7300111001信息序列000

02PSK

2DPSK

0

00

0DPSK信號(hào)的功率譜密度與2PSK信號(hào)相同通信原理2PSK和2DPSK功率譜(2)742PSK和2DPSK可看作是“雙極性不歸零碼”與載波相乘的結(jié)果，所以通信原理2PSK和2DPSK功率譜(3)752(D)PSK的功率譜雙極性不歸零碼的功率譜通信原理2PSK和2DPSK功率譜(4)76通信原理2PSK和2DPSK抗噪性能(1)772PSK相干解調(diào)性能參照2ASK系統(tǒng)相干解調(diào)并假設(shè)判決門(mén)限電為0電平，則在一個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)，可直接寫(xiě)出低通濾器輸出波形它們的一維概率密度是分布在兩邊的完全對(duì)稱的高斯分布，均值分別為α和-α，方差均為。當(dāng)發(fā)送1碼時(shí)若判決值時(shí)，將發(fā)生“1”判為“0”的錯(cuò)誤，其錯(cuò)誤概率Pe1為同理，將“0”判為“1”的錯(cuò)誤概率為通信原理2PSK和2DPSK抗噪性能(2)78因?yàn)?，只求即可式中。因?yàn)?，?PSK信號(hào)極性比較法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)總誤碼率為在大信噪比情況下通信原理2PSK和2DPSK抗噪性能(3)792DPSK差分相干解調(diào)性能通信原理2PSK和2DPSK抗噪性能(4)80差分檢測(cè)與同步檢測(cè)重要區(qū)別在于前者的參考信號(hào)不再像后者那樣具有固定的載頻和相位，此時(shí)它是受到加性噪聲干擾的。因此，設(shè)在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)發(fā)送的是1碼，且令前一個(gè)碼元也為1碼，則在鑒相器輸入的兩路波形為式中為無(wú)遲延支路波形，為遲延支路波形。理想鑒相器為相乘-低通濾波器，則輸出為對(duì)進(jìn)行抽樣判決，判為0碼，判為1碼

錯(cuò)判通信原理2PSK和2DPSK抗噪性能(5)81利用恒等式則發(fā)送相對(duì)碼11碼時(shí)，將11碼錯(cuò)判為絕對(duì)碼1碼的概率為設(shè)則有因?yàn)榫鶠楦咚棺兞?，由以前討論可知服從廣義瑞利分布，服從瑞利分布，其概率密度分別為通信原理2PSK和2DPSK抗噪性能(6)82可得同理“1”錯(cuò)判為“0”的概率因此，2DPSK系統(tǒng)相位比較法總誤碼率為通信原理2PSK和2DPSK抗噪性能(7)83對(duì)于2DPSK信號(hào)的解調(diào)還可以采用極性比較法，與2PSK信號(hào)極性比較法不同的就是在2PSK解調(diào)后再加一個(gè)碼反變換器。因此，2DPSK極性比較法的誤碼率應(yīng)在2PSK信號(hào)極性比較法的基礎(chǔ)上再考慮碼反變換器所造成的誤碼率。2DPSK相干解調(diào)性能通信原理2PSK和2DPSK抗噪性能(8)84解調(diào)方法：先用相干檢測(cè)法解調(diào)．然后將所得的相對(duì)碼轉(zhuǎn)換成所需的絕對(duì)碼。碼變換器輸出的誤碼情況：碼變換器輸出的每一個(gè)碼元是由輸入的兩個(gè)相鄰碼元決定的。若兩相鄰碼元相同時(shí)，則輸出為“0”；若兩個(gè)相鄰碼元不同時(shí)，則輸出為“1”.輸出數(shù)字為相鄰輸入數(shù)字的模2和。通信原理2PSK和2DPSK抗噪性能(9)85若相干檢測(cè)輸出中有一個(gè)碼元錯(cuò)誤，則在碼變換器輸出中將引起兩個(gè)相鄰碼元錯(cuò)誤若相干檢測(cè)輸出中有兩個(gè)相繼的錯(cuò)碼，則在碼變換器輸出起兩個(gè)碼元錯(cuò)誤若輸出中出現(xiàn)一長(zhǎng)串連續(xù)錯(cuò)碼，則在碼變換器輸出中仍引起兩個(gè)碼元錯(cuò)誤通信原理2PSK和2DPSK抗噪性能(10)86令Pn表示一串n個(gè)碼元連續(xù)錯(cuò)誤這一事件出現(xiàn)的概率，碼變換器輸出的誤碼率為出現(xiàn)一串n個(gè)碼元連續(xù)錯(cuò)誤這一事件，必然是“n個(gè)碼元同時(shí)出錯(cuò)與在該一串錯(cuò)碼兩端都有一碼元不錯(cuò)”同時(shí)發(fā)生的事件。碼變換器總是使誤碼率增加，增加的系數(shù)為通信原理2PSK和2DPSK抗噪性能(11)87若Pe很小，則有若Pe很大，以致使Pe≈1/2,則有則得到采用極性比較法檢測(cè)二進(jìn)制相對(duì)移相信號(hào)時(shí)的系統(tǒng)誤碼率為通信原理2PSK和2DPSK抗噪性能(12)88從另一個(gè)角度看2PSK和2DPSK抗噪性能2PSK是由雙極性碼乘以載波得到的，峰峰值是2ASK的2倍，故信號(hào)功率是2ASK的4倍，即信噪比提高到原來(lái)的4倍通信原理2PSK和2DPSK抗噪性能(13)892DPSK差分相干解調(diào)在噪聲功率較小時(shí)，上式近似等于2ASK包絡(luò)檢波時(shí)，輸出包絡(luò)的平方，而2DPSK是雙極性的，故相當(dāng)于信噪比提高到2ASK（非相干解調(diào)）的4倍通信原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能比較(1)90頻帶寬度（有效性）2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度近似為若傳輸?shù)拇a元時(shí)間寬度為T(mén)s，則2ASK系統(tǒng)和2PSK(2DPSK)系統(tǒng)的頻帶寬度近似為2/Ts，即通信原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能比較(2)91誤碼率（可靠性）誤碼率相干解調(diào)非相干解調(diào)OOK2FSK2PSKDPSK通信原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能比較(3)92通信原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能比較(4)93對(duì)信道特性變化的敏感性最佳判決門(mén)限對(duì)信道特性的變化是否敏感。a)在2FSK系統(tǒng)中，不需要設(shè)置判決門(mén)限。b)在2PSK系統(tǒng)中，判決器的最佳判決門(mén)限為零，與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度無(wú)關(guān)。c)在OOK系統(tǒng)，判決器的最佳判決門(mén)限為a/2(當(dāng)P(l)＝P(0)時(shí)),與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度有關(guān)。通信原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能比較(5)94設(shè)備的復(fù)雜程度對(duì)于2ASK、2FSK及移相鍵控三種方式來(lái)說(shuō)，發(fā)送端設(shè)備復(fù)雜程度相差不多，接收端的復(fù)雜程度則與所選用的調(diào)制和解調(diào)方式有關(guān)。對(duì)于同一種調(diào)制方式，相干解調(diào)的設(shè)備要比非相干解調(diào)時(shí)復(fù)雜；而同為非相干解調(diào)時(shí)，2DPSK的設(shè)備最復(fù)雜，2FSK次之，2ASK最簡(jiǎn)單。通信原理多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)(1)95…10111011101011…2/16進(jìn)制變換速率是Rs=4符號(hào)/s…15AE03…速率是Rs=1符號(hào)/s脈寬0.25s脈寬1s通信原理多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)(2)96…10101……56742307……56742307……10101…串并變換調(diào)制信道并串變換噪聲解調(diào)通信原理多進(jìn)制振幅鍵控(MASK)(1)97MASK波形（以4ASK為例）(a)基帶多電平單極性不歸零信號(hào)(b)MASK信號(hào)0010110101011110000t0t0101101010111100000101101010111100000t00000t01011010101111(c)基帶多電平雙極性不歸零信號(hào)(d)抑制載波MASK信號(hào)通信原理多進(jìn)制振幅鍵控(MASK)(2)98MASK信號(hào)分解通信原理多進(jìn)制振幅鍵控(MASK)(3)99MASK功率譜通信原理多進(jìn)制振幅鍵控(MASK)(4)100通信原理多進(jìn)制振幅鍵控(MASK)(5)101MASK的調(diào)制和解調(diào)調(diào)制與2ASK原理完全相同，只不過(guò)輸入的s(t)是多電平信號(hào)罷了。解調(diào)與2ASK解調(diào)基本一樣，只是最后判決的時(shí)候需要多個(gè)判決門(mén)限由于判決門(mén)限多而且不確定（與信道衰減程度有關(guān)），所以MASK在實(shí)際中很少應(yīng)用通信原理多進(jìn)制振幅鍵控(MASK)(6)102MASK的抗噪聲性能設(shè)發(fā)送端L電平的基帶碼元的振幅位±d,±3d,…,±(L-1)d,相鄰電平振幅的距離為2d。該基帶信號(hào)經(jīng)線性調(diào)制后，發(fā)送波形為通信原理多進(jìn)制振幅鍵控(MASK)(7)103假定信道不使sT(t)產(chǎn)生任何畸變，接收端輸入理想帶通濾波器，帶通濾波器輸出的波形為n(t)—窄帶高斯過(guò)程設(shè)采用同步檢測(cè)法，在抽樣判決器輸入端得到的波形為Vk(t)—第k個(gè)電平對(duì)應(yīng)的信號(hào)，k=1,2,…,Lnc(t)—窄帶高斯過(guò)程n(t)的同相分量。到達(dá)抽樣判決器之前的可能電平為±d,±3d,…,±(L-1)d

，抽樣判決器的門(mén)限電平選擇在0,±2d,±4d,…,±(L-2)d

。當(dāng)抽樣值x=Vk+nc中的噪聲值通信原理多進(jìn)制振幅鍵控(MASK)(8)104×BPF×LPF抽樣判決A(t)A(t)x(t)……門(mén)限電平對(duì)于電平等于±(L-1)d

的兩個(gè)外層電平碼元，噪聲值僅在一個(gè)方向超過(guò)d時(shí)才會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤判決。通信原理多進(jìn)制振幅鍵控(MASK)(8)105當(dāng)發(fā)送L個(gè)電平等概發(fā)送，多電平調(diào)制系統(tǒng)總的誤碼率為通信原理多進(jìn)制振幅鍵控(MASK)(9)106信號(hào)功率通信原理多進(jìn)制頻率鍵控(MFSK)(1)107MFSK波形（以4FSK為例）t4FSK302130通信原理多進(jìn)制頻率鍵控(MFSK)(2)108MFSK的調(diào)制二進(jìn)制111113-8譯碼器10012ASK開(kāi)關(guān)電路無(wú)信號(hào)無(wú)信號(hào)fm信號(hào)fm信號(hào)通信原理多進(jìn)制頻率鍵控(MFSK)(3)109MFSK的解調(diào)濾除帶外噪聲與2FSK原理一樣，只不過(guò)變成多路8-3編碼器fm信號(hào)無(wú)信號(hào)無(wú)信號(hào)fm信號(hào)001111111通信原理多進(jìn)制頻率鍵控(MFSK)(4)110MFSK的功率譜和帶寬通信原理多進(jìn)制頻率鍵控(MFSK)(5)111MFSK的頻帶利用率通信原理多進(jìn)制頻率鍵控(MFSK)(6)112非相干MFSK相干MFSKMFSK誤碼率公式MFSK的抗噪性能通信原理多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制113多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制的原理M(=2K)種相位可以用來(lái)表示K比特碼元的2K種狀態(tài)，M相調(diào)制波形為多相制中使用最廣泛的是四相制和八相制,四相制記為4PSK或QPSK。MPSK：兩路正交MASK合成通信原理四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)(1)114QPSK信號(hào)＝兩路正交載波的2PSK信號(hào)之和QPSK信號(hào)功率譜＝兩路正交2PSK信號(hào)功率譜之和QPSK表達(dá)式通信原理四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)(2)115QPSK的功率譜通信原理四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)(3)116QPSK的功率譜B2PSK=2Rs=2RbB4PSK=2Rs=RbM越大，功率譜主瓣越窄，從而頻帶利用率越高!通信原理四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)(4)117星座圖的概念和物理意義參考相位（在這里可以認(rèn)為是載波相位）發(fā)“1”時(shí)與載波同相發(fā)“0”時(shí)與載波反相原點(diǎn)可以看出，如果確定了原點(diǎn)和參考方向，這些矢量可以分別用1個(gè)星座點(diǎn)來(lái)表示，如圖10通信原理四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)(5)118各種MPSK星座圖舉例通信原理四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)(6)119比特映射方式（BitMapping）每個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)，QPSK符號(hào)有四種可能相位，可以用2比特來(lái)表示四種不同的相位，一般記為ab。因此，就存在不同的比特映射方式。常用的兩種映射Gray映射自然碼映射通信原理四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)(7)120自然映射或通信原理四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)(8)121Gray映射或四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)(9)1224PSK(π/2系統(tǒng))的星座圖發(fā)“00”時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波同相（相位差=0）發(fā)“11”時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波反相（相位差=π）發(fā)“10”時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波相位差=π/2發(fā)“01”時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波相位差=-π/2通信原理參考相位00111001四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)(10)4PSK(π/2系統(tǒng))的波形2302014進(jìn)制數(shù)據(jù)2進(jìn)制數(shù)據(jù)101100100100參考載波tt2進(jìn)制數(shù)據(jù)與載波相位差00010π/211π01-π/2通信原理123四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)(11)1244PSK(π/4系統(tǒng))的星座圖發(fā)“11”時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波相位差=π/4發(fā)“10”時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波相位差=-π/4發(fā)“01”時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波相位差=3π/4發(fā)“00”時(shí)，使產(chǎn)生波形與載波相位差=-3π/4通信原理參考相位11100100四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)(12)4PSK(π/4系統(tǒng))的波形2302014進(jìn)制數(shù)據(jù)2進(jìn)制數(shù)據(jù)101100100100參考載波t2進(jìn)制數(shù)據(jù)與載波相位差00-3π/410-π/411π/4013π/4t通信原理125通信原理四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)(13)126QPSK的調(diào)制相位選擇法通信原理四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)(14)127調(diào)相法方法：把星座圖的數(shù)據(jù)改稱雙極性例如發(fā)“11”（記為ab）時(shí)，發(fā)送波形應(yīng)為參考相位1，11，-1-1，1-1，-1當(dāng)發(fā)其他數(shù)據(jù)時(shí)同樣有這個(gè)規(guī)律問(wèn)題：如何把a(bǔ)b碼值和聯(lián)系起來(lái)？通信原理四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)(15)128用矢量分解來(lái)理解上述過(guò)程參考相位1，11，-1-1，1-1，-1參考相位（即載波）的同相分量，為+1，即a位{a,b}參考相位（即載波）的正交分量，為+1，即b位{a,b}{a,b}{a,b}可見(jiàn)任意一個(gè)星座點(diǎn)都可以用同相分量+正交分量得到，而這兩個(gè)分量的系數(shù)由{a,b}來(lái)確定通信原理四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)(16)129調(diào)相法系統(tǒng)通信原理四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)(17)130QPSK的解調(diào)通信原理四進(jìn)制差分相移鍵控(QDPSK)(1)131QDPSK的原理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。kjD雙比特碼元載波相位（）abπ/2方式方式000o45o0190o135o11180o225o10270o315o0011參考相位0110參考相位00011110π/4通信原理四進(jìn)制差分相移鍵控(QDPSK)(2)132QDPSK的波形2302014進(jìn)制數(shù)據(jù)2進(jìn)制數(shù)據(jù)101100100100t2進(jìn)制數(shù)據(jù)與前1碼元相位差00010π/211π01-π/2初始相位通信原理四進(jìn)制差分相移鍵控(QDPSK)(3)133QDPSK的調(diào)制

原理：與2DPSK類似

只要先把“絕對(duì)碼”變成“相對(duì)碼”，再進(jìn)行QPSK調(diào)制即可碼變換QPSK四進(jìn)制差分相移鍵控(QDPSK)(4)原始數(shù)據(jù)anbn101100100100參考載波t碼變換后cndn（00）100101000101t2進(jìn)制數(shù)據(jù)與載波相位差00010π/211π01-π/2可見(jiàn)對(duì)變換后碼進(jìn)行PSK調(diào)制，相當(dāng)于對(duì)原始碼進(jìn)行DPSK調(diào)制通信原理134通信原理四進(jìn)制差分相移鍵控(QDPSK)(5)135差分編碼邏輯關(guān)系通信原理四進(jìn)制差分相移鍵控(QDPSK)(6)136差分編碼邏輯關(guān)系映射表通信原理四進(jìn)制差分相移鍵控(QDPSK)(7)137碼變換的狀態(tài)圖0000101011110101001011010010110100101101通信原理四進(jìn)制差分相移鍵控(QDPSK)(8)138QDPSK調(diào)制系統(tǒng)——碼變換加調(diào)相法碼變換平衡調(diào)制器平衡調(diào)制器載波振蕩相加移相4p+輸入輸出串/并變換移相4p-絕對(duì)碼相對(duì)碼通信原理四進(jìn)制差分相移鍵控(QDPSK)(9)139QDPSK調(diào)制系統(tǒng)——碼變換加相位選擇法串/并變換輸入邏輯選相電路四相載波發(fā)生器帶通濾波器輸出通信原理四進(jìn)制差分相移鍵控(QDPSK)(10)140QDPSK的解調(diào)——相干解調(diào)（極性比較法）輸出平衡調(diào)制器平衡調(diào)制器載波振蕩移相4p+已調(diào)DQPSK信號(hào)移相4p-并/串變換碼變換低通濾波器抽樣判決碼元形成定時(shí)低通濾波器抽樣判決碼元形成定時(shí)QPSK解調(diào)碼變換通信原理四進(jìn)制差分相移鍵控(QDPSK)(11)141設(shè)第k個(gè)接收信號(hào)碼元可以表示為 相乘電路的相干載波 上支路：

下支路： 相乘電路輸出：上支路：下支路：經(jīng)過(guò)低通濾波后，上支路： 下支路：通信原理四進(jìn)制差分相移鍵控(QDPSK)(12)142

判決規(guī)則： “＋”

二進(jìn)制碼元“0” “－”

二進(jìn)制碼元“1”

判決輸出將送入逆碼變換器恢復(fù)出絕對(duì)碼。 設(shè)逆碼變換器的當(dāng)前輸入碼元為ck和dk，當(dāng)前輸出碼元為ak和bk，前一輸入碼元為ck-1和dk-1

。信號(hào)碼元相位

k上支路輸出下支路輸出判決器輸出cD0

90180270＋－－＋＋＋－－01100011通信原理四進(jìn)制差分相移鍵控(QDPSK)(13)143差分譯碼邏輯關(guān)系通信原理144差分譯碼邏輯關(guān)系映射表前一時(shí)刻輸入的一對(duì)碼元當(dāng)前時(shí)刻輸入的一對(duì)碼元當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)當(dāng)給出的逆變換后的一對(duì)碼元ck-1dk-1ck