第6章數(shù)字信號的頻帶傳輸

2023/2/41西北工業(yè)大學2014.4第6章數(shù)字信號的頻帶傳輸通信原理2023/2/42第6章數(shù)字信號的頻帶傳輸6.1引言目的：將數(shù)字基帶信號變成適于信道傳輸?shù)臄?shù)字頻帶信號，用載波調(diào)制方式進行傳輸。同于模擬，匹配。載波選?。焊哳l正弦波。調(diào)制信號：數(shù)字、離散。原理：同于模擬，但特殊：高頻載波的離散狀態(tài)攜帶信息。－－數(shù)字調(diào)制可以看成是模擬線性調(diào)制和角調(diào)制的特殊情況。分類：數(shù)字幅度調(diào)制－－幅度鍵控（ASK）； 數(shù)字頻率調(diào)制－－頻移鍵控（FSK）； 數(shù)字相位調(diào)制－－相移鍵控（PSK）。分別對應于用正弦波的幅度、頻率和相位來傳遞數(shù)字基帶信號。2023/2/436.1引言6.2

二進制幅度鍵控（2ASK）6.3

二進制頻移鍵控（2FSK）6.4

二進制相移鍵控（2PSK、2DPSK）6.5

二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較6.6

多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)7.現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術特別：調(diào)制信號為二進制數(shù)字信號時，相應的調(diào)制稱為二進制數(shù)字調(diào)制。在二進制數(shù)字調(diào)制中，載波的幅度、頻率或相位只有兩種變化狀態(tài)。研究內(nèi)容：2023/2/446.1二進制幅度鍵控（2ASK）6.1.1一般原理與實現(xiàn)方法

幅度鍵控（ASK）屬于數(shù)字幅度調(diào)制，二進制調(diào)制時記作2ASK。

1.定義：2ASK是利用代表數(shù)字信息“0”或“1”的基帶矩形脈沖去鍵控一個連續(xù)的載波，使載波時斷時續(xù)地輸出。有載波輸出時表示發(fā)送“1”，無載波輸出時表示發(fā)送“0”。波形：“1”－－通/fc，“0”－－斷/0。OOK信號2023/2/452.2ASK信號時域表達式：其中，s(t)為單極性NRZ矩形脈沖序列：

3.

2ASK信號的產(chǎn)生方法（調(diào)制方法）－－模擬法；鍵控法。

問：2ASK調(diào)制屬于DSB調(diào)制？OOK2023/2/464.2ASK信號解調(diào)----2ASK屬于100%的AM調(diào)制!

－－常用方法主要有兩種：（1）包絡檢波法BPF：保證信號順利通過，濾除帶外噪聲。輸出：s2ASK(t)。包檢器：檢測已調(diào)信號，輸出其包絡：s

(t)

。LPF：濾除高頻雜波，使基帶信號（包絡）通過。s

(t)

抽樣判決器：包括抽樣、判決及碼元形成器。抽樣脈沖（位同步）通常位于每個碼元中央位置，周期等于碼元寬度Tb。問：BPF、LPF如何設計？2023/2/47（2）相干檢測法:各點波形2023/2/486.2.22ASK信號的功率譜及帶寬則已調(diào)信號的功率譜為Pe(f)：研究信號功率譜的目的：確定信號的傳輸帶寬(由連續(xù)譜)，選擇或設計傳輸信道；觀察有無所需的頻率分量(由離散譜)。重要公式（可以證明）：

若已調(diào)信號可以表示成：其中Ps(f)為調(diào)制信號s(t)的功率譜。（6.2-5）2023/2/492ASK信號的功率譜：其中，s(t)為單極性NRZ信號，引用例5.1的結果代入式（6.2-5）得，2ASK信號功率譜

（6.2-5）（6.2-7）2023/2/410帶寬為：頻帶利用率為：功率譜：為碼元傳輸速率。

2023/2/4116.2.42ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能

1、相干解調(diào)時2ASK系統(tǒng)的誤碼率假定：信道噪聲n(t)為加性高斯白噪聲，其均值為0、雙邊功率譜密度為n0/2；

接收的2ASK信號（任一碼元Tb內(nèi)）為：

分析模型：則：BPF在任一碼元內(nèi)的輸出波形為：

2023/2/412取本地載波為2cosωct，則抽樣判決器輸入：

問：抽樣值的一維pdf？則在任一碼元內(nèi)BPF輸出波形為：

（6.2-11）其中：為窄帶高斯噪聲，其均值為0，方差為。

2023/2/413x(t)抽樣值x的一維概率密度為：

（6.2-14）（6.2-15），判為“1”碼，判為“0”碼設判決門限為Ud

，且規(guī)定2023/2/414存在兩種錯判的可能性：陰影面積系統(tǒng)誤碼率

，判為“1”碼，判為“0”碼判決：（6.2-19）（6.2-20）（6.2-21）2023/2/415（6.2-23）（6.2-24）將式（6.2-19）、（6.2-20）、（6.2-23）代入式（6.2-21），可得系統(tǒng)誤碼率為：式中，為解調(diào)器輸入信噪比。

不難看出，當Ud=Ud

*時，陰影面積之和最小，即誤碼率最低。稱此使誤碼率獲最小值的門限為最佳門限，顯然----等概時2023/2/416當r>>1時，上式近似為：（6.2-24）（6.2-25）必須注意，式（6.2-24）、式（6.2-25）的適用條件是等概、最佳門限。2023/2/4172、包絡檢測時2ASK系統(tǒng)的誤碼率經(jīng)包絡檢波器檢測，輸出包絡信號：問：一維pdf服從什么分布？分析模型：BPF輸出與相干解調(diào)時相同，為2023/2/418發(fā)“1”時，包絡檢波器輸出包絡x(t)的抽樣值x的一維概率密度函數(shù)f1(x)服從萊斯分布；發(fā)“0”時，包絡檢波器輸出包絡x(t)的抽樣值x的一維概率密度函數(shù)f0(x)服從瑞利分布。

（6.2-29）（6.2-28）2023/2/419存在兩種錯判：

一是發(fā)送的碼元為“1”時，錯判為“0”，其概率記為P(0/1)；二是發(fā)送的碼元為“0”時，錯判為“l(fā)”，其概率記為P(1/0)。

陰影面積判決：2023/2/420當P(1)=P(0)=1/2時系統(tǒng)的誤碼率為：不難看出，當Ud=Ud

*時，該陰影面積之和最小，即誤碼率最低?？梢宰C明最佳門限－－圖中陰影面積和的一半。誤碼率：其中－－包檢器輸入信噪比。適用條件：等概、大信噪比、最佳門限。2023/2/421討論：●在大信噪比情況下，相干解調(diào)2ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能優(yōu)于非相干解調(diào)系統(tǒng)。但兩者相差并不太大，且包檢解調(diào)不需要穩(wěn)定的本地相干載波，在電路上要比相干解調(diào)簡單的多。

●包絡檢波法存在門限效應，相干檢測法無門限效應。－－對2ASK系統(tǒng)，大信噪比條件下使用包絡檢測，而小信噪比條件下使用相干解調(diào)。2023/2/422例6.1

某2ASK信號碼元速率RB=1.2MB，接收端輸入信號幅度A=1mV,信道中高斯白噪聲雙邊功率譜密度n0/2=4×10-15W/Hz。試求：（1）包絡檢波法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率；（2）同步檢測法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率。解：（1）BPF帶寬BPF輸出噪聲功率解調(diào)器輸入信噪比

包檢法解調(diào)時

（2）同步檢測解調(diào)時2023/2/4236.3二進制頻移鍵控（2FSK）6.3.12FSK調(diào)制原理與實現(xiàn)方法

1.定義：頻移鍵控（FSK）屬于數(shù)字頻率調(diào)制，是用載波的頻率不同來傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。二進制頻移鍵控記作2FSK，此時“1”－－f1“0”－－f22023/2/4242.

2FSK信號的產(chǎn)生方法（調(diào)制方法）－－模擬法；鍵控法。

圖中，s(t)為二進制矩形脈沖序列。模擬調(diào)頻法：利用矩形脈沖序列對載波進行調(diào)頻。

VCO、Armstrong鍵控法：利用受矩形脈沖序列控制的開關電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通。

“1”－f1;“0”－f22023/2/425（1）波形特點

“1”－f1;“0”－f2特點：●基帶信號s(t)為單極性NRZ信號；●一路2FSK信號可視為兩路2ASK信號的之合成！3.2FSK信號表達式2023/2/426（2）時域表達式2FSK信號表達式其中:基帶信號表達式（單極性NRZ）分別是第n個信號碼元的初相位。

2023/2/4274.2FSK信號的實現(xiàn)方法核心思想：一路2FSK視為兩路2ASK信號的合成。2023/2/428數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)方法很多，如:

相干檢測法：一路2FSK視為兩路2ASK信號的合成。

包絡檢波法：一路2FSK視為兩路2ASK信號的合成。鑒頻法：模擬法：FM解調(diào)。

過零檢測法：2FSK特有。

差分檢測法：差分相干的方法。6.3.22FSK信號的解調(diào)逆過程2023/2/4291.包絡檢波法核心思想：一路2FSK視為兩路2ASK信號的合成。問：BPF1、BPF2的帶寬？可否采用時域分路？抽樣比較2023/2/4302.相干檢測法核心思想：一路2FSK視為兩路2ASK信號之合成。問：BPF的帶寬？各點波形？抽樣比較：2023/2/431思路：與FM的鑒頻解調(diào)方法類似。原理：鑒頻器輸出電壓與輸入信號瞬時頻偏成正比。判決規(guī)則：門限Vd=(V1+V2)/2

V<Vd“1”

V>Vd“0”3.鑒頻法注：無須分路。問：完整的解調(diào)模型?2023/2/4324.過零檢測法（1）原理

常識：單位時間內(nèi)信號經(jīng)過零點的次數(shù)多少，可以用來衡量頻率的高低。想法把過零數(shù)目不同轉換為電壓不同。2023/2/433問：作為數(shù)字調(diào)制信號解調(diào)，該模型還缺少什么環(huán)節(jié)？判決規(guī)則如何制定？模型：各點波形：2023/2/4345.差分檢測法發(fā)送“1”碼發(fā)送“0”碼（2）模型（1）差分相干的概念：是一種“相干”解調(diào)（含乘法器+低通），但本地載波來自于輸入信號本身的延遲。將2FSK信號表示為角頻率偏移ω有兩種取值：

（3）原理核心：只需證明2023/2/435V是ω的函數(shù)，但是一個復雜函數(shù)。數(shù)學分析乘法器輸出：經(jīng)LPF：2023/2/436結論：輸出電壓與角頻偏ω呈線性關系。針對ω的兩種取值，經(jīng)抽樣判決器可檢測出“1”和“0”。

此時合理的選取延遲τ，使得則有優(yōu)點：無須同頻同相載波；適于信道有較嚴重延遲失真時。2023/2/4376.3.32FSK信號的功率譜及帶寬

核心思想：2FSK信號可視為兩個2ASK信號的合成。所以：2FSK信號功率譜為兩個2ASK功率譜之和。

（6.3-8）其中，、分別為基帶信號、的功率譜，當s(t)是單極性NRZ波形且“0”、“1”等概出現(xiàn)時，。

2023/2/438（2）連續(xù)譜的形狀隨著的大小而異：討論：（1）2FSK信號的功率譜與2ASK信號的功率譜相似，由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成。，出現(xiàn)雙峰；，出現(xiàn)單峰。（3）2FSK信號的頻帶寬度為

僅畫出正頻率部分2023/2/439討論：（4）2FSK信號頻譜不重疊的最小帶寬為

此時系統(tǒng)的頻帶利用率為

2023/2/4406.3.42FSK系統(tǒng)的抗噪聲性能

1.同步檢測法的系統(tǒng)性能模型：假定：

n(t)為高斯白噪聲。均值0，雙邊噪聲功率譜密度n0/2；發(fā)送端產(chǎn)生的2FSK信號【在一個碼元持續(xù)時間（0，Tb）內(nèi)】：2023/2/441接收端上、下支路兩個BPF1、2輸出波形:

發(fā)送端產(chǎn)生的2FSK信號:接收機收入端合成波形:問：n1(t)、n2(t)統(tǒng)計特性如何？A→an

(t)為高斯。n1(t)、n2(t)為窄帶高斯噪聲2023/2/442－－注：該兩式同樣適于包絡檢測法。Why？于是，解調(diào)器輸入信號：n1(t)、n2(t)：分別為BPF1、BPF2輸出的窄帶高斯噪聲，兩者統(tǒng)計規(guī)律相同（輸入同一噪聲源、BPF帶寬相同）：均值為0，方差=n0B2ASK。

（6.3-17）（6.3-18）2023/2/443（1）設在任一Tb內(nèi)發(fā)“1”－－高斯：均值a、方差бn2;－－高斯：均值0、方差бn2。上下支路低通濾波器輸出分別為：（6.3-17）（6.3-18）2023/2/444－－高斯：均值a、方差бn2;－－高斯：均值0、方差бn2。發(fā)送“1”符號時（6.3-23）將“1”錯判為“0”的概率：判決：其中仍為高斯隨機變量。又因2023/2/445

－－分路濾波器輸出端信噪功率比

（2）同理，發(fā)送“0”符號而錯判為“1”符號的概率為∴高斯隨機變量z的一維pdf為式中，2023/2/446在大信噪比條件下，上式可近似表示為

（3）于是，2FSK信號同步檢測法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率：注：無須等概，無門限一說。

（6.3-25）（6.3-26）2023/2/4472.包絡檢波法的系統(tǒng)性能分析模型：問：發(fā)送“1”符號時：y1(t)=? y2(t)=?（6.3-18）（6.3-17）2023/2/448（1）設在任一Tb內(nèi)發(fā)“1”，則問：包檢器輸出v1(t)=?、v2(t)=?，其一維pdf各呈什么分布？上支路（正弦波+窄帶噪聲）下支路（僅窄帶噪聲）2023/2/449v1的一維pdf為廣義瑞利分布[f1(v)]；v2的一維pdf為瑞利分布[f2(v)]

。如何判決？判決規(guī)則：2023/2/450式中， －－為解調(diào)器輸入信噪比。所以發(fā)“1”錯判為“0”的概率：積分域C的確定2023/2/451（2）同理可得，發(fā)送“0”符號而錯判為“1”符號的概率為（3）2FSK信號采用包絡檢波法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率：討論：

（1）在輸入信號信噪比一定時，相干解調(diào)的誤碼率小于非相干解調(diào)的誤碼率。（2）相干解調(diào)時，需要插入兩個相干載波，電路較為復雜。注：無須等概，無門限一說。

2023/2/452例6.2

采用二進制頻移鍵控方式在有效帶寬為1800Hz的傳輸信道上傳送二進制數(shù)字信息。已知2FSK信號的兩個載頻f1=1800Hz，f2=2500Hz，碼元速率RB＝300波特，傳輸信道輸出端信噪比rc=6dB。試求：（1）2FSK信號的帶寬；（2）同步檢測法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率；（3）包絡檢波法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率。解（1）2FSK信號的帶寬為（2）、（3）關鍵在于求出r!2023/2/453（2）由于RB=300B，故接收系統(tǒng)上、下支路帶通濾波器BPF1和BPF2的帶寬為故帶通濾波器輸出信噪比應為同步檢測法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率為（3）包絡檢波法解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率為2023/2/4546.4二進制相移鍵控相移鍵控屬于數(shù)字相位調(diào)制，是利用高頻載波相位的變化來傳送數(shù)字信息的。二進制相移鍵控記作2PSK。根據(jù)載波相位表示數(shù)字信息的方式不同，數(shù)字調(diào)相分為絕對相移（PSK）和相對相移（DPSK）兩種。6.4.1二進制相移鍵控（2PSK）

1.一般原理及實現(xiàn)方法

（1）定義

絕對相移：利用載波的相位（初相）直接表示數(shù)字信號的相移方式。相位選擇原則：易于實現(xiàn)；相位間距盡可能大。二進制相移鍵控中：A方式：0和π；B方式：π/2和-π/2。2023/2/455（2）時域表達式A方式2PSK已調(diào)信號的時域表達式為其中：與2ASK及2FSK時不同，s(t)為雙極性NRZ基帶信號：注：此處之所以可以把相位攜帶信息的2PSK信號寫成式（6.4-1）所示的幅度調(diào)制形式，是因為在任一個碼元持續(xù)時間Tb內(nèi)，有問：2PSK調(diào)制也是AM調(diào)制？（6.4-1）2023/2/456（6.4-1）討論：

●不難看出，由于s(t)的均值為0，所以2PSK屬于DSB調(diào)制!

●相位調(diào)制本質(zhì)上是一種非線性調(diào)制，但在數(shù)字調(diào)相中，由于表征信息的相位變化只有有限的離散取值，因此，可以把相位變化歸結為幅度變化－－數(shù)字調(diào)相同線性調(diào)制的數(shù)字調(diào)幅就聯(lián)系起來了，為此可以把數(shù)字調(diào)相信號當作線性調(diào)制信號來處理了。2023/2/457（4）2PSK信號的調(diào)制方框圖（3）2PSK信號的波形2023/2/458不考慮噪聲時，帶通濾波器輸出可表示為（5）2PSK信號的解調(diào)----DSB信號，只可相干解調(diào)，不可包檢?？傻门袥Q準則：2023/2/459各點波形：討論：2PSK信號相干解調(diào)的過程：輸入已調(diào)信號與本地載波信號進行極性比較－－極性比較法?！暗功小爆F(xiàn)象－－絕對移相的主要缺點。2023/2/4602.2PSK信號的頻譜和帶寬

2PSK信號的功率譜密度可以寫成：對于雙極性NRZ碼組成的基帶信號（例5.2

）2PSK信號功率譜：表明：在數(shù)字調(diào)制中，2PSK（后面將看到2DPSK也同樣）的頻譜特性與2ASK十分相似。2023/2/461因此，2PSK信號的帶寬、頻帶利用率也與2ASK信號的相同。2023/2/462假定：信道噪聲為加性高斯白噪聲（均值為0、譜密度n0/2）； 發(fā)射端發(fā)送的2PSK信號（任一碼元持續(xù)時間Tb內(nèi)

）為:3.2PSK系統(tǒng)的抗噪聲性能

2PSK信號相解調(diào)系統(tǒng)模型：經(jīng)信道傳輸，接收端輸入信號為：

2023/2/463相干解調(diào)后，得

經(jīng)帶通濾波器輸出：一維pdf呈何分布？其中，為窄帶高斯噪聲，其均值為0，方差為2023/2/464－－高斯分布：a，бn2;－－高斯分布：-a，бn2。

圖6-27完全同于圖5-22。之后的分析完全同雙極性基帶信號傳輸系統(tǒng)的抗噪聲性能，為簡便起見，直接給出結論。

2023/2/465●2PSK系統(tǒng)的最佳判決門限電平為：式中，為解調(diào)器輸入信噪比。在大信噪比下，上式成為：

●在最佳門限時，2PSK系統(tǒng)的誤碼率為：結論：（6.4-22）（6.4-21）（6.4-20）2023/2/4666.4.2二進制差分相移鍵控（2DPSK）1.一般原理及實現(xiàn)方法

2DPSK不是利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對載波相位值傳送數(shù)字信息。所謂相對載波相位是指本碼元初相與前一碼元初相之差。

關鍵：基帶信號“1”、“0”與初相之間不存在一一對應關系2023/2/467討論：●基帶信號“1”、“0”與初相之間不存在一一對應關系（絕對關系），而是相對關系－－解決“倒π”現(xiàn)象?！駟螐牟ㄐ紊峡?，2DPSK與2PSK無法分辯。比如圖中的2DPSK也可以是另一符號序列{bn}（相對碼）經(jīng)絕對移相而形成的。重要結論：相對移相信號可以看作是把數(shù)字信息序列{an}（絕對碼）變換成相對碼{bn}

，然后再根據(jù)相對碼進行絕對移相而形成。2023/2/468●這就為2DPSK信號的調(diào)制與解調(diào)指出了一種借助絕對移相途徑實現(xiàn)的方法。絕對碼和相對碼是可以互相轉換的，其轉換關系為：2023/2/469關于絕對碼和相對碼的相互轉換：2023/2/4702DPSK實現(xiàn)方法：相對相移本質(zhì)上就是對差分碼信號的絕對相移。－－2DPSK表達式（a）模擬調(diào)制法（b）鍵控法（6.4-25）（6.4-26）2023/2/471（2）差分相干解調(diào)法。2DPSK信號的解調(diào)：有兩種方法：相干解調(diào)-碼變換法；差分相干解調(diào)。（1）相干解調(diào)-碼變換法。2023/2/472模型波形原理：直接比較前后碼元的相位差而構成的。特點：不需要碼變換器，也不需要專門的相干載波發(fā)生器，因此設備比較簡單、實用。2023/2/473

2.2DPSK信號的頻譜和帶寬

無論是2PSK還是2DPSK信號，就波形本身而言，它們都可以等效成雙極性信號作用下的調(diào)幅信號，無非是一對倒相信號的序列。有以下結論：（1）2DPSK與2PSK有相同的功率譜；（2）它們的帶寬和頻帶利用率均相同。2023/2/4743.2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能

（1）極性比較-碼變換法解調(diào)時2DPSK系統(tǒng)的抗噪性能分析模型：于是，要求最終的2DPSK系統(tǒng)誤碼率Pe'，只需在此基礎上再考慮碼反變換器引起的誤碼率即可。碼反變換器輸入端的誤碼率為已知：2023/2/475考察碼反變換器對誤碼的影響：以序列0110111001為例?？梢姡骸馼n中錯一個，

an總錯兩個；●bn連錯n個，

an總錯兩頭。2023/2/476設：Pn－－bn中連錯n個碼的概率，則碼反變換器輸出的誤碼率為Pn由什么事件來決定？－－找Pn=？Pn由兩個事件同時發(fā)生決定：代入上式，并利用等比級數(shù)求和公式，得∴2023/2/477相干解調(diào)-碼變換法解調(diào)時的誤碼率為：由此可見，碼反變換器總是使系統(tǒng)誤碼率增加，通常認為增加一倍。當誤碼率很小時：2023/2/478（2）差分相干解調(diào)時2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能分析模型：由于存在著帶通濾波器輸出信號與其延遲的信號相乘的問題，因此需要同時考慮兩個相鄰的碼元，分析過程較為復雜。結論：最佳門限誤碼率為接收端帶通濾波器輸出端信噪比。2023/2/4794.2PSK與2DPSK系統(tǒng)的比較

（1）檢測這兩種信號時判決器均可工作在最佳門限電平（零電平）。（2）2DPSK抗噪聲性能不及2PSK。（3）2PSK系統(tǒng)存在“反向工作”問題，而2DPSK系統(tǒng)不存在“反向工作”問題。因此在實際應用中，真正作為傳輸用的數(shù)字調(diào)相信號幾乎都是DPSK信號。

2023/2/480例6.3用2DPSK在微波線路上傳送二進制信息，已知傳碼率為106B，接收機輸入端高斯白噪聲雙邊功率譜密度為10－10W/Hz，若要求誤碼率Pe≤10－4，求：（1）采用相干解調(diào)-碼變換法接收時，接收機輸入端的最小信號功率。（2）采用差分法接收時，接收機輸入端的最小信號功率。有查erfc(x)函數(shù)表，得 =2.75，所以r=7.5625。因為所以解（1）相干解調(diào)-碼變換法2023/2/481（2）采用差分法接收時有所以2023/2/482名稱2DPSK2PSK2FSK2ASK相干檢測（相干-碼變換）相干檢測（相干-碼變換）非相干檢測帶寬備注無須等概無門限一說6.5二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較

Pe

~r的關系－－可靠性二進制系統(tǒng)誤碼率公式一覽表：2023/2/483名稱2DPSK2PSK2FSK2ASK相干檢測（相干-碼變換）相干檢測（相干-碼變換）非相干檢測帶寬備注●同一調(diào)制方式不同檢測方法的比較。相干、包檢;●同一檢測方法不同調(diào)制方式的比較。3dB抗噪性能2023/2/484名稱2DPSK2PSK2FSK2ASK相干檢測（相干-碼變換）相干檢測（相干-碼變換）非相干檢測帶寬備注無須等概無門限一說2.頻帶寬度（頻帶利用率）－－有效性知：2FSK不可取。2023/2/485對信道特性變化的敏感性（1）最佳判決門限的影響2FSK系統(tǒng)：無須設置判決門限。2PSK系統(tǒng)：最佳判決門限為0，與接收機輸入信號幅度無關。不隨信道特性的變化而變化，接收機最容易保持在最佳門限狀態(tài)。2ASK系統(tǒng)：最佳判決門限為

a/2（等概時），與接收機輸入信號的幅度有關。當信道特性發(fā)生變化時，接收機不容易保持在最佳判決門限狀態(tài)，從而導致誤碼率增大。－－就對信道特性變化的敏感性而言，2ASK最差。2023/2/486（2）信道衰落及發(fā)射功率受限的影響當信道存在嚴重的衰落時，通常采用非相干接收，因為這時在接收端不容易得到相干解調(diào)所需的載波。當發(fā)射功率受限時，可考慮采用相干接收。因在給定的碼元傳輸速度及誤碼率的條件下，相干接收所要求的信噪比較非相干接收小。設備的復雜度發(fā)送端：2ASK、2FSK、2PSK復雜程度相差不多接收端：

同一種解調(diào)方式時：相干解調(diào)比非相干解調(diào)復雜；同為非相干解調(diào)時：2DPSK最復雜，2FSK次之，2ASK最簡單。2023/2/4876.6多進制數(shù)字調(diào)制引言:目的：提高頻帶利用率，實現(xiàn)信息高效傳輸。定義：利用多進制數(shù)字基帶信號去調(diào)制高頻載波的某個參量，如幅度、頻率或相位的過程。分類：根據(jù)被調(diào)參量的不同，多進制數(shù)字調(diào)制可分為： ●多進制幅度鍵控（MASK）；

●多進制頻移鍵控（MFSK）； ●多進制相移鍵控（MPSK、MDPSK）。 ●多進制幅相鍵控（MAPK－－振幅相位聯(lián)合鍵控）等。2023/2/488特點:與二進制數(shù)字調(diào)制相比，多進制數(shù)字調(diào)制有以下幾個特點：（1）RbM=kRBM，

M=2k

－－在碼元速率（傳碼率）相同條件下，可以提高信息速率（傳信率），使系統(tǒng)頻帶利用率增大。 （2）RBM=RB2/k（信息速率不變時） －－減小帶寬、增加碼元能量（能減小碼干影響）。 正是基于這些特點，使多進制數(shù)字調(diào)制方式得到了廣泛的使用。代價:信號功率需求增加和實現(xiàn)復雜度加大。2023/2/4896.6.1多進制幅度鍵控（MASK）1.MASK信號的波形及表示式定義：多進制幅度鍵控（MASK）簡稱多電平調(diào)制，是2ASK的推廣。利用載波的M種不同幅度來表征M種數(shù)字信息。表達式：－－為M進制數(shù)字基帶信號。且g(t)是高度為1、寬度為Tb的門函數(shù)。2023/2/490結論：MASK可以看作由時間上互不重疊的M-1個不同幅度的2ASK信號疊加而成。

波形：ci=?2023/2/491結論：

●

MASK信號的功率譜是這個2ASK信號的功率譜之和，因而具有與2ASK功率譜相似的形式；

●MASK信號的帶寬，與其分解的任一個2ASK信號的帶寬是相同2.MASK信號的頻譜、帶寬及頻帶利用率2023/2/492結論：

●

MASK系統(tǒng)的碼元頻帶利用率頻帶利用率：●MASK系統(tǒng)的信息頻帶利用率2023/2/4933.MASK信號的調(diào)制解調(diào)方法----與2ASK系統(tǒng)非常相似相同。不同的只是基帶信號由二電平變?yōu)槎嚯娖?。圖6-38M進制幅度調(diào)制系統(tǒng)原理框圖2023/2/4944.MASK系統(tǒng)的誤碼性能

----與2ASK系統(tǒng)非常相似相同。不同的只是基帶信號由二電平變?yōu)槎嚯娖?。使用條件：上式是在最佳判決電平、各電平等概出現(xiàn)、雙極性相干檢測條件下獲得的，式中為平均信噪比。容易看出，為了得到相同的誤碼率，所需信噪比隨電平數(shù)增加而增大。例如：四電平系統(tǒng)比二電平系統(tǒng)信噪比需要增大約7dB（5倍）。

2023/2/4956.6.2多進制移頻鍵控（MFSK）1.MFSK調(diào)制解調(diào)原理

定義：多進制頻移鍵控（MFSK）簡稱多頻制，是2FSK方式的推廣。它是用個不同的載波頻率代表種數(shù)字信息。

表達式：其中：ωc是最小主載頻，△ωc為載頻間隔；an有M種取值2023/2/496抽樣判決器：比較所有包絡檢波器輸出的電壓，并選出最大者作為輸出，這個輸出是一位與發(fā)端載頻相應的M進制數(shù)。邏輯電路2：把M進制數(shù)譯成k位二進制并行碼，并做并/串變換恢復二進制信息輸出。

MFSK系統(tǒng)的組成方框圖：----發(fā)送端采用鍵控選頻的方式，接收端采用非相干解調(diào)方式。邏輯電路1：每k個碼元為一組，對應地轉換成有M=2k種狀態(tài)的一個個多進制碼。這M個狀態(tài)分別對應M個不同的載波頻率。2023/2/497式中：fM為最高選用載頻，

f1為最低選用載頻。若相鄰載頻之差等于2RB，即相鄰頻率的功率譜主瓣剛好互不重疊2.MFSK信號的頻譜、帶寬及頻帶利用率MFSK信號可以看作由M個幅度相同、載頻不同、時間上互不重疊的2ASK信號疊加的結果。2023/2/498相鄰頻率的功率譜主瓣剛好互不重疊時的MFSK信號的帶寬及頻帶利用率分別為可見，MFSK信號的帶寬隨頻率數(shù)M的增大而線性增寬，頻帶利用率明顯下降。2023/2/499討論：

●

MASK系統(tǒng)的頻帶利用率●

MFSK系統(tǒng)的頻帶利用率比較----MFSK的頻帶利用率總是低于MASK的頻帶利用率。2023/2/41003.MFSK系統(tǒng)的誤碼性能

r為平均信噪比?？梢钥闯觯憾囝l制誤碼率隨M增大而增加，但與多電平調(diào)制相比增加的速度要小的多多頻制的主要缺點：是信號頻帶寬，頻帶利用率低。因此，MFSK多用于調(diào)制速率較低及多徑延時比較嚴重的信道，如無線短波信道。2023/2/41016.6.3多進制相移鍵控1.多相制信號表達式及相位配置定義：又稱多相制。利用載波的多種不同相位狀態(tài)來表征數(shù)字信息的調(diào)制方式。有絕對相位調(diào)制（MPSK）和相對相位調(diào)制（MDPSK）兩種。表達式：設載波為cosωct，則M進制數(shù)字相位調(diào)制信號可表示為－－為第n個碼元對應的相位，共有M種不同取值。且，易于實現(xiàn)。2023/2/4102改寫分別為多電平信號。－－MPS