第六章數字調制系統(tǒng)-海南大學hainanuniversitywww

1、1,第六章 數字調制系統(tǒng),6.1 引言6.2 二進制數字調制原理6.3 二進制數字調制系統(tǒng)的抗噪聲性能6.4 多進制數字調制系統(tǒng),2,6.1 引言,數字調制也稱鍵控信號,有三種基本的調制方式：ASK，FSK，PSK可看成是模擬線性調制和角調制的特殊情況 載波 —— 正弦波 調制信號 —— 數字信號,3,6.2 二進制數字調制原理,6.2.1 二進制振幅鍵控（2ASK） Amplitude Sh

2、ift Keying 2ASK信號的產生,,乘法器,,,～,,,,,,,,,,,,模擬幅度調制方法,鍵控方法OOK On-Off Keying,4,= OOK信號有兩種基本的解調方法：非相干解調（包絡檢波法）、相干解調（同步檢測法）、,,,,5,2ASK的功率譜密度,S(t)是單極性的隨機矩形脈沖序列根據矩形波形g（t）的頻譜特點，對于所有m≠0的整數有,6,當P=1/

3、2時,,,,7,2ASK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成,2ASK信號帶寬是基帶脈沖波形帶寬的兩倍,8,6.2.2 二進制移頻鍵控（2FSK） Frequency Shift Keying,～,,,,,,,,,,～,,,,,,,9,已調信號,式中，g（t）為單個矩形脈沖，脈寬為,分別是第n個信號碼元的初相位與序列n無關，反映在 上，表現為 與 改變

4、時，其相位是不連續(xù)的。,10,FSK信號常用解調方法有非相干檢測法，相干檢測法，鑒頻法，過零檢測法，差分檢波法等,為簡明起見，沒有考慮相位的影響,11,FSK功率譜密度同樣由連續(xù)譜和離散譜組成。離散譜出現在兩個載頻位置,,,,,,,,,,,,,12,若兩載頻之差較小，如 則連續(xù)譜出現單峰。,若兩載頻之差逐步增大，連續(xù)譜將出現雙峰。頻帶,,13,6.2.3 2PSK，2DPSKPhase Shift Keying

5、， Differential PSK,g(t)是脈寬為Ts的單個矩形脈沖 在某一碼元持續(xù)時間Ts 內觀察,14,0相位發(fā)送0, π相位發(fā)送1.發(fā)送端與接收端必須要有相同的相位參考.,若參考基準相位隨機跳變,就會在接收端發(fā)生錯誤的恢復,“倒π”現象。 2DPSK是利用前后相鄰碼元的相對載波相位值去表示數字信息的一種方式。 相位偏移 ΔΦ ΔΦ=π

6、 數字信息“1” ΔΦ=0 數字信息“0”,15,數字信息絕對碼 0 0 1 1 1 0 0 1,PSKDPSK,,,,相對碼 0 0 0 1 0 1 1 1 0,16,相對移相：絕對碼→相對碼→絕對移相,～,,,,,,,,,,φ,,,,,,,載波,移相,,2PSK調制方框圖,0,π,17,～,,,,,,,,,,φ,,

7、,,,,,載波,移相,,2DPSK調制方框圖,,碼變換,,0,π,18,2PSK信號的功率譜密度,由于 為雙極性矩形基帶 信號，故：,19,當雙極性基帶信號“1” , “0”出現概率相等則：,連續(xù)譜部分與2ASK信號的連續(xù)譜基本相同(僅相差一個常數因子) 因此 2PSK信號的帶寬與2ASK相同,20,6.3 二進制數字調制系統(tǒng)的抗噪聲性能,6.3.1 2ASK抗

8、噪聲性能 在一個碼元持續(xù)時間內,發(fā)送端:,21,接收端,BPF,半波或全波整流器,LPF,抽樣判決器,,,,,,,定時脈沖,輸入,輸出,非相干方式,加性高斯白噪聲,22,接收端帶通濾波器后,23,1. 包絡檢波法的系統(tǒng)性能,包絡,發(fā)“1” 時, 廣義瑞利分布,發(fā)“0” 時, 瑞利分布 V > b 判為“1” 門限電壓b

9、 V ≤ b 判為“0”,,24,發(fā)“1”,信噪比 歸一化門限值發(fā)“0”總誤碼率 Pe=P(1)Pe1 + P(0)Pe2若P(1)=P(0),,25,在大信噪比（r>>

10、1）條件下,最佳門限 下界,26,2. 同步檢測法的系統(tǒng)性能,高斯過程,0均值,27,總誤碼率 Pe=P(1)Pe1 + P(0)Pe2,,,,,28,總誤碼率 Pe=P(1)Pe1 + P(0)Pe2,,,,,29,當 P(1) = P(0) =1/2 時,當 r>>1 時,30,例 設某2ASK信號的碼元速率 波特,接收端輸入信號的幅度a=1mV,,信道中加性噪聲的單邊

11、功率譜密度求 1.包絡檢波器解調時系統(tǒng)的誤碼率 2.同步檢測法解調時系統(tǒng)的誤碼率解,,31,包絡檢波,同步檢測,32,6.3.2 2FSK抗噪聲性能,BPF,包絡檢波器,抽樣判決器,,,,抽樣脈沖,輸入,輸出,,,BPF,包絡檢波器,,,,,,,,非相干解調,33,發(fā)送碼元信號,帶通濾波器的輸出,34,兩路輸入包絡（發(fā)送碼元“1”）,廣義瑞利分布,瑞利分布,35,同理,總誤碼率,36,同步檢測法

12、 （0，Ts）發(fā)送“1”，送入抽樣判決器比較的兩路波形,BPF,相乘器,LPF,抽樣判決器,,,,,抽樣脈沖,輸出,,,,BPF,相乘器,LPF,,,,,,,,,,輸入,比較大小,,37,同理,總誤碼率,當r>>1,當r>>1時,包絡檢波與同步檢測性能相差很小,38,6.3.3 2PSK和2DPSK系統(tǒng)的 抗噪聲性能,2PSK采用同步檢測法（極性比較法）系統(tǒng)誤碼率,（1）,,當r&

13、gt;>1時，,（2）,39,2DPSK差分相干檢測,BPF,相乘器,LPF,抽樣判決器,,,,,,,定時脈沖,DPSK,輸出,,,延遲Ts,,,參考信號受到加性噪聲干擾,（3）,40,2DPSK極性比較 — 碼變換解調極性比較法即同步檢測法，碼變換器輸入端的誤碼率可用（1）（2）表示，碼變換器使誤碼率增加 總誤碼率,BPF,相乘器,LPF,抽樣判決器,,,,,輸入,輸出,,,碼(反)變換,,a,b,c,d,e

14、,f,41,,,,,,,,,,,,,,,,1 1 1 0 0 1 0 0,,,,,,,,0 0 1 0 1 1 0,a,b,c,d,e,f,42,同步檢測輸出有一個碼元錯誤，碼變換輸出引起

15、兩個相鄰碼元錯誤,例 0 0 1 0× 0 0 1 1× 0 ×,同步檢測輸出有兩個相繼錯碼，碼變換輸出引起兩個相鄰碼元錯誤,0 0 1 0× 1 × 1

16、,0 1 1 × 1 0 ×,43,若輸出中出現一長串連續(xù)錯碼，則在碼變換輸出中仍引起兩個碼元錯誤,0 0 1 0× 1× 0× 0× 1 0 1 1× 1 1 0

17、 1×令Pn表示一串n個碼元連續(xù)錯誤這一事件出現的概率則 碼變換器輸出的誤碼率為：出現一串n個碼元連續(xù)錯誤是“n個碼元同時出錯與在該一串錯碼兩端都有一碼元不錯”,（4）,（5）,44,（5）代入（4）,又 ∵,,很小,很大（ ）,,碼變換總是使誤碼率增加,（6）,45,（6）代入（1）得,例 設某2FSK調制系統(tǒng)的碼元傳輸速率為1000Baud，已調信號的載頻為1000Hz、2

18、000Hz；1）試討論應選擇怎樣的解調器解調？2）若發(fā)送數字信息是等可能的，試畫出它的功率譜密度草圖。,,46,在通信系統(tǒng)測試中，通常不直接計算或測量某測試點的電壓或負載吸收的功率，而是計算它們與某一電壓或功率基準量之比的對數,功率電平dBm P0=1mW （零功率電平） P155 例電壓電平dbv V0=0.775V （零電壓電平）,47,在600Ω電阻上測量,功率電平等于電壓電平,48,6.4 多

19、進制數字調制系統(tǒng),特點在相同的碼元傳輸速率下，信息傳輸速率比二進制系統(tǒng)高。 Rb=RBN㏒2N b/s在相同的信息傳輸速率下，多進制碼元傳輸速率比二進制低。增大碼元寬度，會增加碼元的能量，并能減少由于信道特性引起的碼間干擾的影響。在相同的噪聲下，多進制數字調制系統(tǒng)的抗噪聲性能低于二進制數字調制系統(tǒng)。,49,6.4.1 MASK,L電平的調制信號 可看成由時間上不重疊的L

20、個不同振幅值的OOK信號的疊加,因而,其功率譜密度便是這L個信號的功率譜密度之和,盡管疊加后的譜結構很復雜,但就帶寬而言,L電平調制信號的帶寬與二電平的相同.,50,,×,,,BPF,,×,,,LPF,抽樣判決,A(t),A(t),x(t),,,,,,,,,…,…,,,為第K個電平對應的信號K=1，2， …L當 時，第K個電平的碼元將會錯判。,門限電平,51,當發(fā)送L個電平的可

21、能性相同時，每一電平的概率為1/L）,52,信號功率,53,6.4.2 MFSK i=1，2，…L,要求MFSK信號L個狀態(tài)之間具有正交關系，則： n，m為正整數，且 m>n非相干接收是2FSK誤碼率的 L-1 倍.,54,6.4.3 MPSK,受調相位,有M種不同取值多相調制的波形可以看作是對兩個正交載波進行多電平雙邊帶調制所得信號之和,多相調制信號的帶寬與多電平雙邊帶調制時的相同.

22、 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.,55,QPSK利用載波的四種不同相位來表征數字信息,每一載波相位代表2比特信息,每個四進制碼元又被稱為雙比特碼元 a b (A方式) (B方式) 0 0 0° 225° 1 0

23、 90° 315° 1 1 180° 45° 0 1 270° 135°,,,,,56,,,,參考相位,00,10,11,01,,,,參考相位,00,10,11,01,QPSK信號的矢量圖,57,,

24、串/并變換,-π/2,×,×,+,,,,,,,,,,,,,a,b,輸入,輸出,調制,,,,×,,LPF,,抽樣判決,,,×,,LPF,,抽樣判決,,并/串,,,,a,b,-π/2,,,,QPSK相干接收,58,6.4.4 幅相鍵控方式(APK),APK信號的可能狀態(tài)數為M×N, 如M=N=4, 則可合成16APK信號.,59,令,在一個碼元內其中此信號可用二維空間內的點(A

25、n, Bn) 表示,n=1,2, …L這種信號點的集合稱為信號星座圖,60,兩種幅度和4種相位的狀態(tài)數L=8的信號點的集合,若各信號狀態(tài)出現的概率相等,則調制信號的平均發(fā)送功率,61,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,8PSK信號點,62,在L=8 的5種信號星座圖可以看出,(4) 是最佳的一種方案,在同樣的性能下