1、第7章 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)1、二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制、解調(diào)原理1.1、二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）1.2、二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）1.3、二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）1.4、二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）2、二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能3、二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較4、多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)11.1、2ASK調(diào)制器及其波形s(t)eo(t)coscteo(t)s(t)開(kāi)關(guān)電路Ks(t)載波eo(t) 1 0 0 1an22ASK的非相干解調(diào)器定時(shí)脈沖 輸入 帶通 濾波器半波或全波整流器 低通 濾波器 抽樣 判決器 輸出32ASK的相干解調(diào)器 抽樣 判決器 輸入 帶通 濾波器cosct 低通 濾波器 輸出

2、定時(shí)脈沖42ASK信號(hào)功率譜Sx()0Sy()0c-c1、有載頻成分2、B=2fs3、51.2、 2FSK調(diào)制器及其波形eo(t) 模擬 調(diào)頻器s(t)eo(t)f1 f2 f2 f1開(kāi)關(guān)電路Ks(t) f1載波eo(t) f2載波1 0 0 1ans(t)62FSK的非相干解調(diào)器1抽樣脈沖 帶通 濾波器 包絡(luò) 檢波器 抽樣 判決器 輸出 輸入 帶通 濾波器 包絡(luò) 檢波器272FSK的相干解調(diào)器 帶通 濾波器cos1t 低通 濾波器抽樣脈沖 抽樣 判決器 輸出 輸入 帶通 濾波器cos2t 低通 濾波器1282FSK信號(hào)功率譜fo0ff1=fo+fsf2=fo-fsf1=fo+0.5fsf2=

3、fo-0.5fsf1=fo+0.4fsf2=fo-0.4fs1、有載頻成分2、 為單峰 為雙峰3、91.3、2PSK調(diào)制器及其波形 1 0 0 1 0 1 1 0 an絕對(duì)碼載波2PSK信號(hào)coscteo(t)s(t)eo(t)0s(t)移相載波Ks(t)102PSK的相干解調(diào)器 抽樣 判決器 輸入 帶通 濾波器cosct 低通 濾波器 輸出定時(shí)脈沖112PSK解調(diào)器 抽樣 判決器 輸入 帶通 濾波器cosct 低通 濾波器 輸出定時(shí)脈沖鑒相器1、2PSK調(diào)制也稱(chēng)絕對(duì)調(diào)相。2、若本地載波相位反相，則判決結(jié)果相反，且預(yù)先不知，即存在相位模糊。3、為克服相位模糊問(wèn)題，常采用2DPSK（也稱(chēng)相對(duì)調(diào)相

4、）。121.4、 2DPSK信號(hào)波形 1 0 0 1 0 1 1 0 s(t)載波2PSK信號(hào) 0 0 0 0 DPSK信號(hào) 0 0 0 0 an 絕對(duì)碼bn相對(duì)碼 1 1 1 0 0 1 0 0 s (t)13DPSK信號(hào)調(diào)制器絕對(duì)碼2DPSK信號(hào)差 分編 碼cosct相對(duì)碼anbn移相0s(t)Keo(t)載波差 分編 碼s (t)2PSK信號(hào)2PSK2PSK2DPSK14DPSK信號(hào)解調(diào)器 碼（反）變換器2PSK解調(diào)器 數(shù)據(jù)輸出定時(shí)脈沖 2DPSK信號(hào)2DPSK信號(hào)帶 通低 通抽 樣判 決 器輸出延遲Ts152PSK信號(hào)功率譜Sx()Sy()00c-c1、無(wú)載頻成分2、B=2fs3、16

5、2、二進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)抗噪性能BPFs(t)ni(t)y(t)yi(t) 解調(diào)器抗噪模型17復(fù)習(xí)1窄帶隨機(jī)過(guò)程1、其同相分量 和反相分量 仍是平穩(wěn)高斯過(guò)程，且均值為0、方差相等；同一時(shí)刻上 、 互不相關(guān)或統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。2、其包絡(luò) 的一維分布是瑞利分布，相位 的一維分布是均勻分布；就一維分布而言， 、 統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。均值為0、方差為 的窄帶平穩(wěn)高斯過(guò)程18復(fù)習(xí)2窄帶高斯噪聲 c m SNi ()c0-cc+ m-c- m-c+ mc- m nc(t)同相分量； ns(t)正交分量 包絡(luò)V(t)是瑞利分布 n(t)、nc(t)、ns(t)均為零均值、高斯、遍歷的19復(fù)習(xí)3正弦波+窄帶高斯過(guò)程合成信號(hào)的包絡(luò)服從

6、廣義瑞利分布。 - 小信噪比時(shí)，服從瑞利分布 - 大信噪比時(shí)，服從高斯分布合成信號(hào)的相位較復(fù)雜。 - 小信噪比時(shí)，服從均勻分布 - 大信噪比時(shí)， 集中在信號(hào)相位附近20包絡(luò)V(t)是廣義瑞利分布0階修正貝塞爾函數(shù)復(fù)習(xí)4正弦波+窄帶高斯噪聲21 2.1、2ASK系統(tǒng)誤碼率設(shè)在T內(nèi)，帶通濾波后的接收信號(hào)和噪聲電壓等于:其中，n(t)是一個(gè)窄帶高斯過(guò)程 ，故有將上兩式代入y(t)式，得到： 這是濾波后的接收電壓，下面用它來(lái)計(jì)算誤碼率。22（1）相干解調(diào)法的誤碼率：抽樣判決處的電壓x(t) 為式中，nc(t)高斯過(guò)程。當(dāng)發(fā)送“1”時(shí)，x(t)的概率密度等于：當(dāng)發(fā)送“0”時(shí)，x(t)的概率密度等于： h

7、*Pe0p0(x)p1(x)Pe1hA令h為判決門(mén)限23則發(fā)“1”錯(cuò)判為“0”的概率等于： 發(fā)“0”錯(cuò)判為“1”的概率等于：當(dāng)P(1) = P(0) 時(shí)，相干解調(diào)的總誤碼率為：當(dāng)h值等于最佳門(mén)限值h*時(shí)，當(dāng)信噪比r1時(shí)， h*Pe0p0(x)p1(x)Pe1hA24（2）包絡(luò)檢波法 的誤碼率 輸出是其輸入電壓y(t)的包絡(luò)，故有 假定判決門(mén)限值等于h，并規(guī)定當(dāng)V h時(shí)，判為收到“1”；當(dāng)V h時(shí)，則判為“0”。 可以計(jì)算出，當(dāng)大信噪比時(shí)，誤碼率為：25例1、設(shè)某2ASK信號(hào)的碼元速率RB4.8106B，采用包絡(luò)檢波法或同步檢測(cè)法解調(diào)。已知接收端輸入信號(hào)的幅度a1mV，信道中加性高斯白噪聲的單邊

8、功率譜密度no 210-15W/Hz。 試求： 1) 包絡(luò)檢波法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率； 2) 同步檢測(cè)法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率。26解：基帶矩形脈沖的帶寬為1/T Hz。2ASK信號(hào)的帶寬應(yīng)該是它的兩倍，即2/T Hz。故接收端帶通濾波器的最佳帶寬應(yīng)為:B 2/T = 2RB =9.6 106 Hz故帶通濾波器輸出噪聲平均功率等于:因此其輸出信噪比等于：（1）包絡(luò)檢波法時(shí)的誤碼率為： （2）相干解調(diào)法時(shí)的誤碼率為：27例2 采用二進(jìn)制頻移鍵控方式在有效帶寬為2400Hz的信道上傳送二進(jìn)制數(shù)字信息。已知2FSK信號(hào)的兩個(gè)頻率：f12025Hz，f22225Hz，碼元速率RB300B，信道輸出端的信噪比

9、為6dB。 試求： 1) 2FSK信號(hào)的帶寬； 2) 采用包絡(luò)檢波法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率； 3) 采用同步檢測(cè)法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率。28 2.2、全部二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能2ASK2FSK2PSK/ 2DPSK2DPSK相干解調(diào)非相干解調(diào)Pe調(diào)制方式解調(diào)方式差分解調(diào)29r=0.1:0.1:35;x=10*log10(r);y1=0.5*exp(-0.25*r);r1=sqrt(0.25*r);z1=0.5*erfc(r1);y2=0.5*exp(-0.5*r);r2=sqrt(0.5*r);z2=0.5*erfc(r2);y3=0.5*exp(-r);r3=sqrt(r);z3=0.5*erfc

10、(r3);semilogy(x,y1,r,x,y2,g,x,y3,b,x,z1,y,x,z2,m,x,z3,c);axis(-10 16 0.0000001 1);xlabel(r/dB);ylabel(Pe);title(Error Rate);3、二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能的MATLAB計(jì)算與比較30相干OOK 非相干OOK非相干FSK相干PSK差分相干DPSK相干FSK31一、誤碼率比較與結(jié)論1、從橫向來(lái)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)方式的誤碼率。2、從縱向來(lái)比較，在誤碼率Pe一定的情況下，2PSK、2FSK、2ASK系統(tǒng)所需要的信噪比關(guān)系為：r2AS

11、K=2r2FSK=4r2PSK所以2PSK優(yōu)于2FSK優(yōu)于2ASK、若都采用相干解調(diào)方式，在誤碼率Pe相同的情況下，所需要的信噪比2ASK比2FSK高3dB，2FSK比2PSK高3 dB，2ASK比2PSK高6 dB。32二、 頻帶寬度 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 B2ASK=B2PSK=2 Ts 2ASK系統(tǒng)和2PSK（2DPSK）系統(tǒng)具有相同的頻帶寬度。 2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度近似為 B2FSK=|f2-f1|+ 大于2ASK系統(tǒng)或2PSK系統(tǒng)的頻帶寬度。因此，從頻帶利用率上看，2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率最低。 33

12、三、 對(duì)信道特性變化的敏感性以上對(duì)二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能分析， 都是針對(duì)恒參信道條件進(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)信道特性的變化是否敏感。 34在2FSK系統(tǒng)中，判決器據(jù)上下兩個(gè)支路解調(diào)輸出樣值的大小來(lái)進(jìn)行，不需要設(shè)置判決門(mén)限，因而對(duì)信道的變化不敏感。在2PSK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(mén)限為零，與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度無(wú)關(guān)。因此，判決門(mén)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(mén)限狀態(tài)。對(duì)2ASK系統(tǒng)，判決器的最佳判決門(mén)限為a/2（當(dāng)P(1)=P(0)時(shí)），它與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度有關(guān)。當(dāng)信道特性發(fā)生變化時(shí)，接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度將隨著發(fā)生變化，從而導(dǎo)致最佳判決門(mén)限也將隨之而變。 這時(shí)，接收機(jī)不容易保持在最佳判決門(mén)限狀態(tài)，因此，2ASK對(duì)信道特性變化敏感，性能最差。35 通過(guò)從幾個(gè)方面對(duì)各種二進(jìn)制數(shù)字