通信原理 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1通信原理通信原理 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)作業(yè)：作業(yè)：P2351、2、4、5(1)(2)、7、17、18第2頁/共121頁引引 言言 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制就是利用就是利用二進(jìn)制數(shù)字基帶信二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去控制載波的參數(shù)號(hào)去控制載波的參數(shù)，使載波的參數(shù)隨著基帶信，使載波的參數(shù)隨著基帶信號(hào)的變化而變化。號(hào)的變化而變化。二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK、OOK）二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）二進(jìn)制相移鍵控、差分相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控、差分相移鍵控（2PSK、 2DPSK）第3頁/共121頁7.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理7.1.1 二進(jìn)制數(shù)

2、字振幅鍵控二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控(2ASK，OOK) 振幅鍵控，振幅鍵控，是利用數(shù)字基帶信號(hào)去控制是利用數(shù)字基帶信號(hào)去控制載波的載波的幅度幅度，使載波的幅度隨著數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變，使載波的幅度隨著數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化。化。 記作記作ASK(Amplitude Shift Keying) 或稱其為開關(guān)鍵控或稱其為開關(guān)鍵控(通斷鍵控通斷鍵控)，記作，記作OOK(On Off Keying)。 二進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控通常記作數(shù)字振幅鍵控通常記作2ASK 第4頁/共121頁發(fā)送發(fā)送“1” ，有載波輸出，載波幅度為，有載波輸出，載波幅度為A 發(fā)送發(fā)送“0”，無載波輸出，載波幅度為，無載波輸出，載波

3、幅度為0（1） 基本原理與實(shí)現(xiàn)方法基本原理與實(shí)現(xiàn)方法 則則2ASK信號(hào)：信號(hào)：nsnnTtgats)()(其中其中 2( )( )cosASKcets ttg(t)是持續(xù)時(shí)間為是持續(xù)時(shí)間為Ts的矩形脈沖，的矩形脈沖，c為載波頻率，為載波頻率，, 0, 1naPP1出現(xiàn)概率為出現(xiàn)概率為取取A=12cos,( )0,cASKtPetP以概率 發(fā)送1時(shí)以概率1- 發(fā)送0時(shí)第5頁/共121頁t1011001s(t)Tbtt2ASK信號(hào)載波信號(hào)乘法器)(2teASK二進(jìn)制不歸零信號(hào)tccos)(tstccos)(ts)(2teASK開關(guān)電路模擬調(diào)制法（相乘器法）模擬調(diào)制法（相乘器法）鍵控法鍵控法（2）2

4、ASK信號(hào)的產(chǎn)生及波形模型信號(hào)的產(chǎn)生及波形模型 第6頁/共121頁（3）2ASK信號(hào)的功率譜及帶寬信號(hào)的功率譜及帶寬2ASK1( )()()4scscPfP ffP ff2ASK( )( )coscets tt若若g(t)為單極性不歸零的矩形碼為單極性不歸零的矩形碼 21()( )44ssaSTPfSfTf 222ASK161 16scscsccTPfSaffTSaffTffff2ASK信號(hào)的功率譜密度信號(hào)的功率譜密度第7頁/共121頁 2ASK信號(hào)的功率譜的特點(diǎn)信號(hào)的功率譜的特點(diǎn)： 2ASK信號(hào)的功率譜密度由信號(hào)的功率譜密度由連續(xù)譜連續(xù)譜和和離散譜離散譜兩部?jī)刹?分組成。分組成。 (a)連續(xù)

5、譜取決于數(shù)字基帶信號(hào)連續(xù)譜取決于數(shù)字基帶信號(hào)g(t)的頻譜的頻譜G(f)， (b)離散譜是位于離散譜是位于fc處，是一對(duì)頻域沖擊函數(shù)，可提處，是一對(duì)頻域沖擊函數(shù)，可提取同步載波。取同步載波。 第8頁/共121頁 2ASK信號(hào)的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的兩倍信號(hào)的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的兩倍 222ASKssBfT 系統(tǒng)的傳碼率系統(tǒng)的傳碼率121/(/)22sBsssfBuaud HzTTf1)ssfBaudT （頻帶利用率頻帶利用率2ASK信號(hào)的帶信號(hào)的帶寬寬第9頁/共121頁帶通濾波器全波整流器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出)(2teASKabcd包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器帶通濾波器相乘器低通濾波

6、器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出)(2teASKtccos相干調(diào)解器相干調(diào)解器第10頁/共121頁第11頁/共121頁n(t)解調(diào)器帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出tccos2發(fā)送端信道)(tsT)(tni)(tyi)(ty)(txePni(t)第12頁/共121頁ccos=( )1( )0 0TTAt uts t發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“ ”時(shí)( )( )1( )( )0iiiiu tn ty tn t發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“ ”時(shí)( )in t 為白噪聲ui(t)為uT(t)經(jīng)信道傳輸后的波形，設(shè)未失真ccost1( )( )0 0iTau tKs ta= KA發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“ ”時(shí)第13頁/共12

7、1頁ttnttnttnttntatycscccscccsin)(cos)(sin)(cos)(cos)(”時(shí)發(fā)“”時(shí)發(fā)“0sin)(cos)(1sin)(cos)(ttnttnttnttnacscccscc ”符號(hào)發(fā)送“”符號(hào)發(fā)送“0),(1),()(tntnatxcc第14頁/共121頁 ”符號(hào)發(fā)送“”符號(hào)發(fā)送“0),(1),()(tntnatxcc”時(shí)發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“0)(1)(scscskTnkTnakTxx2212)(exp21)(nnaxxf2202exp21)(nnxxf則則x(t)在在kTs時(shí)刻的抽樣值是一個(gè)高斯隨機(jī)變時(shí)刻的抽樣值是一個(gè)高斯隨機(jī)變量。量。x的一維概率密度函數(shù)為的一

8、維概率密度函數(shù)為:第15頁/共121頁bdxxfbxPP)()() 1/0(1naberfc2211bdxxfbxPP)()() 0/ 1 (0nberfc221判決規(guī)則：判決規(guī)則：”0“,”1“,判為判為bxbx第16頁/共121頁(1) (0/1)(0) (1/0)ePPPPPbbdxxfPdxxfP)()0()() 1 (01第17頁/共121頁0bPe0)()0()() 1 (*0*1bfPbfP)()0()() 1 (*0*1bfPbfP22*22*2)(exp2)0(2)(exp2) 1 (nnnnbPabP) 1 ()0(ln22*PPaabn第18頁/共121頁) 1 ()0(

9、ln22*PPaabn421rerfcPe22BFP2nar為解調(diào)器的輸入端(輸出端)信噪比4/r1erPe*2ab 第19頁/共121頁”時(shí)發(fā)“”時(shí)發(fā)“0sin)(cos)(1sin)(cos)()(ttnttnttnttnatycscccscc)()()(22tntnatVsc)()()(22tntntVsc包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器帶通濾波器全波整流器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出)(2teASKy(t)V(t)d第20頁/共121頁2222/ )(2021)(naVnneaVIVVf222/20)(nVneVVfRice分布分布瑞利分布瑞利分布第21頁/共121頁bbdVVfdVVfbVP

10、P)(1)()() 1/0(101baVnndVeaVIVn2222/ )(202101(,)1( 2 ,)nnabQQr b r = a2 / 2 n2為解調(diào)器輸入端（為解調(diào)器輸入端（BFP輸出端）信噪比；輸出端）信噪比；b0 =b / n 為歸一化門限值。為歸一化門限值。第22頁/共121頁bdVVfbVPP)()()0/1 (02/2/2/2202222bbbVneedVeVnn)0/1 ()0() 1/0() 1 (PPPPPe2/020)0(),2(1) 1 (bePbrQP2/02021),2(121beebrQP第23頁/共121頁0bPe)()0()() 1 (*0*1bfPb

11、fP)()(*0*1bfbf2022ln2n*nabIar11222*2841122naabar第24頁/共121頁*0/2, 121nrrbbr時(shí)時(shí)時(shí)時(shí)121, 2/*rrabn02br第25頁/共121頁41111Q,erfc44222rerPerfce 421reeP第26頁/共121頁Hz016 . 926BRBW0192. 1n802Bn1261092. 1210128622nar第27頁/共121頁45 . 641066. 1261416. 311eerPr/e45 . 64105 . 72121eePre第28頁/共121頁”時(shí)發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“0),cos(A1),cos(A)(

12、212FSKnnttte第29頁/共121頁模擬調(diào)頻器s(t)eo(t)(a)f1f2載波載波開關(guān)eo(t)s(t)(b)Ks(t)eo(t)1100f1f2f2f1(c)第30頁/共121頁 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生和各點(diǎn)波形信號(hào)的產(chǎn)生和各點(diǎn)波形aak1011001ts(t)ts(t)bttcdettfgt2FSK信號(hào)2FSK 信號(hào)的波形信號(hào)的波形g可以分解為波形可以分解為波形e和和波形波形f，也就是說，一個(gè)，也就是說，一個(gè)2FSK信號(hào)可以看信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載頻的成是兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的疊加。信號(hào)的疊加。第31頁/共121頁 數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的原理圖數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)

13、制移頻鍵控信號(hào)的原理圖振蕩器1f1選通開關(guān)反相器基帶信號(hào)選通開關(guān)振蕩器2f2相加器e2FSK(t)第32頁/共121頁)cos()()cos()()(212FSKnnsnnnsntnTtgatnTtgatePPan1, 0, 1概率為概率為PPan概率為概率為, 01, 12FSK1122( )( )cos( )cosets tts tt令令 n =0、 n =02FSK信號(hào)的表達(dá)式可簡(jiǎn)化為：信號(hào)的表達(dá)式可簡(jiǎn)化為：第33頁/共121頁（2）2FSK信號(hào)的解調(diào)方法信號(hào)的解調(diào)方法第34頁/共121頁 非相干解調(diào)非相干解調(diào) 相干解調(diào)相干解調(diào)e2FSK(t)帶通濾波器1包絡(luò)檢波器抽樣判決器輸出定時(shí)脈沖

14、帶通濾波器包絡(luò)檢波器(a)e2FSK(t)帶通濾波器1低 通濾波器抽樣判決器輸出定時(shí)脈沖帶通濾波器低通濾波器相乘器相乘器cos1tcos2t(b) 二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)解調(diào)器原理圖二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)解調(diào)器原理圖第35頁/共121頁 2FSK非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形 111000001012FSK信號(hào)第36頁/共121頁 過零檢測(cè)法過零檢測(cè)法原理圖和各點(diǎn)時(shí)間波原理圖和各點(diǎn)時(shí)間波形形限幅e2FSK(t)ab微分c整流d脈沖形成低通ef輸出(a)abcde第37頁/共121頁（3）2FSK信號(hào)的功率譜及帶寬信號(hào)的功率譜及帶寬 21122( )= ( )cos( )cosFSKe

15、ts tts tt 1()nSns ta g tnT 2()nSnsta g tnT2FSK1111222211( )()()()()44ssssPfPffPffPffPff22221122112216116sssssTSaff TSaff TSaff TSaff Tffffffff 21()( )44ssaSTPfSfTf第38頁/共121頁f0為兩個(gè)載頻的中心頻率為兩個(gè)載頻的中心頻率2212(2)FSKssBfffh ffs = RB 基帶信號(hào)帶寬基帶信號(hào)帶寬2FSK信號(hào)的帶寬信號(hào)的帶寬21=| /sh fff偏移率偏移率(調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù)) 第39頁/共121頁sfffB2122FSK第

16、40頁/共121頁 為了便于接收端解調(diào)，為了便于接收端解調(diào)，要求要求2FSK信號(hào)的兩個(gè)信號(hào)的兩個(gè)頻率頻率f1, f2間要有足夠的間隔。間要有足夠的間隔。對(duì)于采用帶通濾波器對(duì)于采用帶通濾波器來分路的解調(diào)方法，通常取來分路的解調(diào)方法，通常取22FSK: (5 7)FSKsBf信號(hào)帶寬為這時(shí)這時(shí) 2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率為系統(tǒng)的頻帶利用率為 21(/)(5 7)sFSKfBaud HzB21| (3 5)sfff第41頁/共121頁 相位連續(xù)的相位連續(xù)的2FSK情況情況 相位連續(xù)相位連續(xù)2FSK信號(hào)的功率譜信號(hào)的功率譜 第42頁/共121頁幾種調(diào)制信號(hào)帶寬比較幾種調(diào)制信號(hào)帶寬比較 第43頁/共121

17、頁同步檢測(cè)法的系統(tǒng)性能同步檢測(cè)法的系統(tǒng)性能帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出t1cos2發(fā)送端信道)(tsT)(tni)(tyi)(1ty)(1txeP帶通濾波器相乘器低通濾波器t2cos2)(2ty)(2tx12n1(t)n2(t)第44頁/共121頁12cos1( )cos0TAts tAt發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“ ”時(shí) 因此，在時(shí)間因此，在時(shí)間(0, Ts)內(nèi)，接收端的輸入合成波形為內(nèi)，接收端的輸入合成波形為： ”時(shí)發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“0),(cos1),(cos21tntatntatyiii第45頁/共121頁”時(shí)發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“0)(1)(cos)(1111tntntaty”時(shí)發(fā)送

18、“”時(shí)發(fā)送“0)(cos1)()(2222tntatntyttnttntnsc11111sin)(cos)()(ttnttntnsc22222sin)(cos)()(第46頁/共121頁ttnttnatysc11111sin)(cos)()(ttnttntysc22222sin)(cos)()()()(11tnatxc)()(22tntxc與相干載波相乘后經(jīng)與相干載波相乘后經(jīng)LPF得得上支上支路路下支路下支路第47頁/共121頁22112)(exp21)(nnaxxf22222exp21)(nnxxf)0()0()() 1/0(2121zPxxPxxPP221(z)( )exp22zzaf z

19、第48頁/共121頁20021(z)(0/1)(0)( )exp22zzaPP zf z dzdz221rerfc221)()0/1 (21rerfcxxPP221rerfcPe221reerP第49頁/共121頁帶通濾波器帶通濾波器抽樣判決器輸出包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器12)(2teFSK定時(shí)脈沖第50頁/共121頁)()()(21211tntnatVsc)()()(22222tntntVsc22212/ )(210211)(naVnneaVIVVf2222/222)(nVneVVf發(fā)送發(fā)送“1”符號(hào)符號(hào)時(shí)：時(shí)：第51頁/共121頁212121)()()() 1/0(dVdVVfVfVVPPc1

20、022112)()(dVdVVfVfVV1022212102122expdV/aV-aVIVnnn212re第52頁/共121頁22121)()0/1 (reVVPP221reeP第53頁/共121頁包絡(luò)檢波時(shí)系統(tǒng)的總誤碼率為：包絡(luò)檢波時(shí)系統(tǒng)的總誤碼率為：221reeP221reerP同步檢測(cè)時(shí)系統(tǒng)的總誤碼率為：同步檢測(cè)時(shí)系統(tǒng)的總誤碼率為：第54頁/共121頁1200Hz300298015802122FSKsfffB600Hz22BsRfB第55頁/共121頁1644r482107 . 12121eePre5821039. 3e32121reerP第56頁/共121頁)cos(A)(2PSKn

21、ctte”時(shí)發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“，1,00nPtPttecc1,cosA,cosA)(2PSK概率為概率為也可作相反規(guī)定也可作相反規(guī)定第57頁/共121頁2PSK( )( )coscets ttnsnnTtgats)()(PPan1, 1, 1概率為概率為an的統(tǒng)計(jì)特性為的統(tǒng)計(jì)特性為： 這種以這種以載波的不同相位直接表示載波的不同相位直接表示相應(yīng)二進(jìn)制相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制絕對(duì)移相絕對(duì)移相方式。方式。第58頁/共121頁s(t)碼型變換雙極性不歸零乘法器e2PSK(t)cosct(a)cosct0開關(guān)電路e2PSK(t)180 移相s(t)(b)2P

22、SK信號(hào)的調(diào)制原理圖信號(hào)的調(diào)制原理圖 模擬調(diào)制法模擬調(diào)制法鍵控法鍵控法”時(shí)發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“，1,00n第59頁/共121頁帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出)(2tePSKtccosabcde通常采用相干解調(diào)法通常采用相干解調(diào)法”時(shí)發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“，1,00n判決規(guī)則：xd0，判為0 xd0，判為0 xd0，判為1第73頁/共121頁（3）2DPSK信號(hào)的功率譜密度信號(hào)的功率譜密度 從從2DPSK的調(diào)制過程可知，的調(diào)制過程可知， 2DPSK與與2PSK信號(hào)有相同的功率譜：信號(hào)有相同的功率譜：sDPSKPSKfBB222第74頁/共121頁帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈

23、沖輸出)(DPSK2tetccos碼反變換器abcdef第75頁/共121頁eP碼反變換器eP相對(duì)碼絕對(duì)碼 nb na 可求得可求得2DPSK信號(hào)采用相干解調(diào)加碼反信號(hào)采用相干解調(diào)加碼反變換器方式時(shí)的系統(tǒng)誤碼率為變換器方式時(shí)的系統(tǒng)誤碼率為當(dāng)當(dāng)Pe 1時(shí)，時(shí)，2)(121rerfPe2(1)2eeeePP PPerfcr第76頁/共121頁帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出發(fā)送端信道)(tsT)(tni)(tyi)(1ty)(txeP延遲Ts)(2ty第77頁/共121頁)(cos)(11tntatycttnttnacsccsin)(cos)(11)(cos)(22tntatyct

24、tnttnacsccsin)(cos)(22)()()()(21)(2121tntntnatnatxsscc)(212121ssccnnnanax第78頁/共121頁0)(210) 1/0(2121ssccnnnanaPxPP，2222121212120 1 (2)()()() 0ccssccssP/Pannnnnnnn這時(shí)將這時(shí)將“1”錯(cuò)判為錯(cuò)判為“0”的錯(cuò)誤概率為：的錯(cuò)誤概率為：2212211)()2(ssccnnnnaR2212212)()(ssccnnnnR) 1/0(21RRPP令令則則第79頁/共121頁22214/ )4(2102112)(naRnneaRIRRf2224/222

25、2)(nRneRRf102212112)()() 1/0(dRdRRfRfRRPPRRraRnnedReaRIRn212104/ )42(210212221第80頁/共121頁rePP21) 1/0()0/1 (reeP21第81頁/共121頁Hz01226BRB2106402 102 104 10Wnn B 41021reeP8.52r22223/28.528.523.4 10 W2nnara第82頁/共121頁42c()1()10eePPerfrerfr 56. 7r22223/27.567.563.02 10 W2nnara 查誤差函數(shù)表，可得查誤差函數(shù)表，可得第83頁/共121頁 在數(shù)

26、字通信系統(tǒng)中，信號(hào)的傳輸過程會(huì)受到各在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信號(hào)的傳輸過程會(huì)受到各種干擾，從而影響對(duì)信號(hào)的恢復(fù)。種干擾，從而影響對(duì)信號(hào)的恢復(fù)。 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，衡量系統(tǒng)抗噪聲性能的指在數(shù)字通信系統(tǒng)中，衡量系統(tǒng)抗噪聲性能的指標(biāo)是誤碼率。標(biāo)是誤碼率。 在信道等效加性高斯白噪聲的干擾下，二進(jìn)制在信道等效加性高斯白噪聲的干擾下，二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率與解調(diào)器輸入信噪比之間的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率與解調(diào)器輸入信噪比之間的關(guān)系：關(guān)系： P212第84頁/共121頁表表 7-1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率公式一覽表二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率公式一覽表 調(diào)制方式調(diào)制方式誤碼率誤碼率相干解調(diào)相干解調(diào)非相干解調(diào)非相

27、干解調(diào)2ASK2FSK2PSK2DPSK1()24rerfc)2(21rerfc)(21rerfc421re221rere21222nar20nran B接收端輸入信號(hào)的幅度;帶通濾波器解調(diào)器輸入輸出噪聲信噪比;平均功率()erfcr第85頁/共121頁 1. 誤碼率誤碼率 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式有二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式有2ASK、2FSK、2PSK及及2DPSK，每種數(shù)字調(diào)制方式又有相干解調(diào)，每種數(shù)字調(diào)制方式又有相干解調(diào)方式和非相干解調(diào)方式。表方式和非相干解調(diào)方式。表7-1列出了各種二進(jìn)制列出了各種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率Pe與輸入信噪比與輸入信噪比r的數(shù)學(xué)關(guān)的數(shù)學(xué)關(guān)系。系。

28、第86頁/共121頁 從從橫向橫向來比較，對(duì)同一種數(shù)字調(diào)制信號(hào)，采來比較，對(duì)同一種數(shù)字調(diào)制信號(hào)，采用相干解調(diào)方式的誤碼率低于采用非相干解調(diào)方式用相干解調(diào)方式的誤碼率低于采用非相干解調(diào)方式的誤碼率。的誤碼率。 從從縱向縱向來比較，來比較， 在誤碼率在誤碼率Pe相同的情況下，相同的情況下，2PSK、2FSK、2ASK系統(tǒng)所需要的信噪比關(guān)系系統(tǒng)所需要的信噪比關(guān)系為為 r2ASK=2r2FSK=4r2PSK 第87頁/共121頁 反過來，若反過來，若信噪比信噪比r一定，一定，2PSK系統(tǒng)的誤碼系統(tǒng)的誤碼率低于率低于2FSK系統(tǒng)，系統(tǒng)，2FSK系統(tǒng)的誤碼率低于系統(tǒng)的誤碼率低于2ASK系統(tǒng)。系統(tǒng)。 根據(jù)表

29、根據(jù)表7-1所畫出的三種數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤所畫出的三種數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率碼率Pe與信噪比與信噪比r的關(guān)系曲線如下圖所示?？梢钥吹年P(guān)系曲線如下圖所示?？梢钥闯觯?，在相同的信噪比在相同的信噪比r下，相干解調(diào)的下，相干解調(diào)的2PSK系統(tǒng)系統(tǒng)的誤碼率的誤碼率Pe最小。最小。 第88頁/共121頁誤碼率誤碼率Pe與信噪比與信噪比r的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線 第89頁/共121頁方式方式信噪比信噪比倍倍分貝分貝2ASK36.415.62FSK18.212.62PSK9.19.6例如，在誤碼率例如，在誤碼率Pe=10-5的情況下，相干解調(diào)的情況下，相干解調(diào)時(shí)三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)所需要的信噪比時(shí)三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)

30、制系統(tǒng)所需要的信噪比如下表所示。如下表所示。 第90頁/共121頁 2. 頻帶寬度頻帶寬度 若傳輸?shù)拇a元時(shí)間寬度為若傳輸?shù)拇a元時(shí)間寬度為Ts，則，則2ASK系統(tǒng)和系統(tǒng)和2PSK(2DPSK)系統(tǒng)的頻帶寬度近似為系統(tǒng)的頻帶寬度近似為2/Ts，即，即 B2ASK=B2PSK=2/Ts 2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度近似為系統(tǒng)的頻帶寬度近似為 B2FSK=|f2-f1|+ 2/Ts 因此，從頻帶利用率上看，因此，從頻帶利用率上看，2FSK系統(tǒng)的頻帶利系統(tǒng)的頻帶利用率最低用率最低。第91頁/共121頁3、設(shè)備的復(fù)雜程度、設(shè)備的復(fù)雜程度 2DPSK的設(shè)備最復(fù)雜，的設(shè)備最復(fù)雜，2FSK次之，次之，OOK最簡(jiǎn)單。最

31、簡(jiǎn)單。4. 對(duì)信道特性變化的敏感性對(duì)信道特性變化的敏感性 上面對(duì)二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能分上面對(duì)二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能分析時(shí)，析時(shí)， 都是針對(duì)都是針對(duì)恒參信道恒參信道條件進(jìn)行的。在實(shí)際條件進(jìn)行的。在實(shí)際通信系統(tǒng)中，除恒參信道之外，還有很多信道屬通信系統(tǒng)中，除恒參信道之外，還有很多信道屬于隨參信道，也即信道參數(shù)隨時(shí)間變化。因此，于隨參信道，也即信道參數(shù)隨時(shí)間變化。因此，在選擇數(shù)字調(diào)制方式時(shí)，還應(yīng)考慮系統(tǒng)對(duì)信道特在選擇數(shù)字調(diào)制方式時(shí)，還應(yīng)考慮系統(tǒng)對(duì)信道特性的變化是否敏感。性的變化是否敏感。 第92頁/共121頁 在在2FSK系統(tǒng)中，判決器是根據(jù)上下兩個(gè)支系統(tǒng)中，判決器是根據(jù)上下兩個(gè)支路解

32、調(diào)輸出樣值的大小來作出判決，路解調(diào)輸出樣值的大小來作出判決，不需要人為不需要人為地設(shè)置判決門限地設(shè)置判決門限，因而對(duì)信道的變化不敏感。，因而對(duì)信道的變化不敏感。 在在2PSK系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)送符號(hào)概率相等時(shí)，系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)送符號(hào)概率相等時(shí)， 判決器的最佳判決門限為零判決器的最佳判決門限為零，與接收機(jī)輸入信號(hào)，與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度無關(guān)。的幅度無關(guān)。 因此，因此， 判決門限不隨信道特性的變判決門限不隨信道特性的變化而變化，接收機(jī)總能保持工作在最佳判決門限化而變化，接收機(jī)總能保持工作在最佳判決門限狀態(tài)。狀態(tài)。 第93頁/共121頁 對(duì)于對(duì)于2ASK系統(tǒng)，系統(tǒng)，判決器的最佳判決門限為判決器的最佳判決門限為

33、a/2(當(dāng)當(dāng)P(1)=P(0)時(shí)時(shí))，它與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅它與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度有關(guān)。度有關(guān)。 當(dāng)信道特性發(fā)生變化時(shí)，接收機(jī)輸入信號(hào)的當(dāng)信道特性發(fā)生變化時(shí)，接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度將隨著發(fā)生變化，從而導(dǎo)致最佳判決門限也幅度將隨著發(fā)生變化，從而導(dǎo)致最佳判決門限也將隨之而變。將隨之而變。 這時(shí)，接收機(jī)不容易保持在最佳判這時(shí)，接收機(jī)不容易保持在最佳判決門限狀態(tài)，因此，決門限狀態(tài)，因此，2ASK對(duì)信道特性變化敏感對(duì)信道特性變化敏感，性能最差。，性能最差。 第94頁/共121頁 對(duì)調(diào)制和解調(diào)方式的選擇，需要對(duì)系統(tǒng)的要求對(duì)調(diào)制和解調(diào)方式的選擇，需要對(duì)系統(tǒng)的要求作全面的考慮。作全面的考慮。 如果要求如果要求

34、抗噪聲性能好抗噪聲性能好，則應(yīng)選擇相干，則應(yīng)選擇相干2PSK和和2DPSK，而，而2ASK最不可?。蛔畈豢扇。?如果要求如果要求較高的頻帶利用率較高的頻帶利用率，則應(yīng)選擇相干，則應(yīng)選擇相干2PSK和和2DPSK及及2ASK，而，而2FSK最不可取。最不可取。第95頁/共121頁7.4 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng) 帶通二進(jìn)制鍵控系統(tǒng)中，每個(gè)碼元只傳帶通二進(jìn)制鍵控系統(tǒng)中，每個(gè)碼元只傳輸輸1bit信息，其頻帶利用率不高。為了提高頻信息，其頻帶利用率不高。為了提高頻帶利用率，最有效的方法是采用多進(jìn)制調(diào)制帶利用率，最有效的方法是采用多進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)。系統(tǒng)。第96頁/共121頁多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的多進(jìn)

35、制數(shù)字調(diào)制的特點(diǎn)特點(diǎn)：（1）在）在相同的碼元速率相同的碼元速率下，多進(jìn)制系統(tǒng)的信息下，多進(jìn)制系統(tǒng)的信息速率比二進(jìn)制系統(tǒng)的高。速率比二進(jìn)制系統(tǒng)的高。bMM2logBRRM（2）在）在相同的信息速率相同的信息速率下，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的下，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的碼元傳輸速率比二進(jìn)制的低，占用帶寬更小。則多碼元傳輸速率比二進(jìn)制的低，占用帶寬更小。則多進(jìn)制信號(hào)碼元的持續(xù)時(shí)間比二進(jìn)制的長(zhǎng)。則能減小進(jìn)制信號(hào)碼元的持續(xù)時(shí)間比二進(jìn)制的長(zhǎng)。則能減小碼間干擾。碼間干擾。MM2logbBRRMsBTR1第97頁/共121頁7.4.1 多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制（多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制（MASK）的原）的原理理 MASK是利用是利

36、用M進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去控制進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去控制載波的幅度，使載波的幅度隨著基帶信號(hào)的變化載波的幅度，使載波的幅度隨著基帶信號(hào)的變化而變化。而變化。以四進(jìn)制為例以四進(jìn)制為例(4ASK或或QASK)： 傳傳“0”信號(hào)（或信號(hào)（或00）時(shí)，發(fā)）時(shí)，發(fā)0電平；電平； 傳傳“1”信號(hào)（或信號(hào)（或10）時(shí)，發(fā)幅度為）時(shí)，發(fā)幅度為1的載波；的載波； 傳傳“2”信號(hào)（或信號(hào)（或11）時(shí)，發(fā)幅度為）時(shí)，發(fā)幅度為2的載波；的載波； 傳傳“3”信號(hào)（或信號(hào)（或01）時(shí)，發(fā)幅度為）時(shí)，發(fā)幅度為3的載波。的載波。1、MASK信號(hào)的原理及時(shí)間波形信號(hào)的原理及時(shí)間波形 由于由于M進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)有進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)有M種不

37、同的取值種不同的取值，則，則MASK信號(hào)有信號(hào)有M種不同的幅度。種不同的幅度。第98頁/共121頁(b) MASK信號(hào)信號(hào)(a) 基帶多電平單極性不歸零信號(hào)基帶多電平單極性不歸零信號(hào)0010110101011110000t0t010110101011110000( )cos()1,2, 0MASKksetAtkMtT 第99頁/共121頁0101101010111100000t(c) 基帶多電平雙極性不歸零信號(hào)基帶多電平雙極性不歸零信號(hào)00000t01011010101111(d) 抑制載波抑制載波MASK信號(hào)信號(hào)抑制載波抑制載波MASK信號(hào)是振幅鍵控和相位鍵控結(jié)合的調(diào)制方式信號(hào)是振幅鍵控和相

38、位鍵控結(jié)合的調(diào)制方式第100頁/共121頁2. MASK信號(hào)的帶寬信號(hào)的帶寬MASK信號(hào)的帶寬可表示為信號(hào)的帶寬可表示為 sMASKTRBBM122其中其中RBM=1/Ts是多進(jìn)制碼元速率。是多進(jìn)制碼元速率。 第101頁/共121頁7.4.2 多進(jìn)制數(shù)字頻移鍵控多進(jìn)制數(shù)字頻移鍵控(MFSK) 多進(jìn)制頻率鍵控（多進(jìn)制頻率鍵控（MFSK）是指用）是指用M進(jìn)制進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去控制數(shù)字基帶信號(hào)去控制載波的頻率載波的頻率，使載波的頻，使載波的頻率隨著數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化。率隨著數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化。在一個(gè)碼元周期之內(nèi)，在一個(gè)碼元周期之內(nèi)，MFSK信號(hào)可以寫成信號(hào)可以寫成0( )cos()1,2

39、, 0MFSKksetAtkMtT (1) MFSK信號(hào)的原理及時(shí)間波形信號(hào)的原理及時(shí)間波形 由于由于M進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)有進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)有M種不同的取種不同的取值，則值，則MFSK信號(hào)有信號(hào)有M種不同的頻率。種不同的頻率。第102頁/共121頁以以4FSK為例：為例： 傳傳“0”信號(hào)信號(hào)(或或00)時(shí)，發(fā)送頻率為時(shí)，發(fā)送頻率為f1的載波；的載波； 傳傳“1”信號(hào)信號(hào)(或或01)時(shí)，發(fā)送頻率為時(shí)，發(fā)送頻率為f2的載波；的載波； 傳傳“2”信號(hào)信號(hào)(或或10)時(shí)，發(fā)送頻率為時(shí)，發(fā)送頻率為f3的載波；的載波； 傳傳“3”信號(hào)信號(hào)(或或11)時(shí)，發(fā)送頻率為時(shí)，發(fā)送頻率為f4的載波。的載波。 (a)

40、4FSK信號(hào)波形f3f1f2f4TTTTt第103頁/共121頁（2）MFSK信號(hào)的帶寬信號(hào)的帶寬 12MFSKmBfff MFSK信號(hào)的功率譜信號(hào)的功率譜 ，可以看作，可以看作由由M個(gè)振幅個(gè)振幅相同、載頻不同、時(shí)間上互不相容的相同、載頻不同、時(shí)間上互不相容的2ASK信號(hào)疊信號(hào)疊加的結(jié)果加的結(jié)果。fm 、 f1為最高、最低選用頻率。為最高、最低選用頻率。ff第104頁/共121頁7.4.3 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制（移相鍵控）系統(tǒng)多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制（移相鍵控）系統(tǒng) 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制又稱多相調(diào)制，它是多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制又稱多相調(diào)制，它是利用多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去控制利用多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去控制載波的相

41、位載波的相位，使載波的相位隨著多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的變化使載波的相位隨著多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化。而變化。 由于由于M進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)有進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)有M種不同的取種不同的取值，則多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制信號(hào)有值，則多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制信號(hào)有M種不同的種不同的相位。相位。第105頁/共121頁 在在M進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制中，有四進(jìn)制進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制中，有四進(jìn)制絕對(duì)絕對(duì)移相鍵控移相鍵控(4PSK/QPSK)、四進(jìn)制、四進(jìn)制差分相位鍵控差分相位鍵控(4DPSK/QDPSK)兩種調(diào)制方式。兩種調(diào)制方式。四進(jìn)制絕對(duì)移相鍵控利用載波的四種不同四進(jìn)制絕對(duì)移相鍵控利用載波的四種不同相位來表示數(shù)字信息。相位來表示數(shù)

42、字信息。 每一種載波相位代表兩個(gè)比特信息，因此每一種載波相位代表兩個(gè)比特信息，因此每個(gè)四進(jìn)制碼元可以用兩個(gè)二進(jìn)制碼元的組合每個(gè)四進(jìn)制碼元可以用兩個(gè)二進(jìn)制碼元的組合來表示，稱為來表示，稱為雙比特碼元雙比特碼元。第106頁/共121頁0( )cos()1,2,MPSKkstAtkMMkkMk, 2 , 1),1(2k(21) 1,2,kkMM第107頁/共121頁00011110Gray0011參 考 相 位1001參 考 相 位10110100/2-/204相A方式 01001011/43/45/47/44相B方式11010010相1101100相0000002相101101011011(8相)

43、4相10010034相11111101001034相2相4相001001相58相01001078相01101100100158相00000038相100100(8相)8相8相11111110110138相11011078相0000010110101101111011002(1)1,2,kkMkM(21)1,2,kkMkM相位配置矢量圖（星座圖）相位配置矢量圖（星座圖） 第108頁/共121頁表表7-2 雙比特雙比特ab與載波相位的關(guān)系與載波相位的關(guān)系 雙比特信息雙比特信息a b載波相位載波相位k A / B0 0900/22500 100/13501 12700/4501 01800/3150第109頁/共121頁2、4PSK信號(hào)的產(chǎn)生信號(hào)的產(chǎn)生對(duì)于對(duì)于B方式方式 22,221 , Q t1kkabI t ( )cos() cossin1 ( )cos( )sin2ckkckccce ttatbtI ttQ tt1) 直接調(diào)相法直接調(diào)相法B方式方式(/4體系體系) 第110頁/共121頁串/并變換1011單/雙極性變