1、第七章 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng) 本章主要內(nèi)容 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理及抗噪聲性能 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng) 改進(jìn)的數(shù)字調(diào)制方式7.1 引 言用數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制正弦載波的某些參量。調(diào)制器信道解調(diào)器噪聲源基帶信號(hào)輸入基帶信號(hào)輸出振幅鍵控相移鍵控頻移鍵控7.2 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理7.2.1 二進(jìn)制振幅鍵控2ASK1. 時(shí)域波形 g(t)為持續(xù)時(shí)間Ts的矩形脈沖概率為P概率為（1-P）2. 頻譜 s(t)為隨機(jī)單極性不歸零矩形脈沖序列單極性不歸零矩形脈沖序列功率譜012)(wSPf/fs單極性不歸零（1）2ASK信號(hào)功率譜包括連續(xù)譜和離散譜兩部分。（2）2ASK信號(hào)帶寬是矩形基帶隨機(jī)脈沖序列帶寬的2倍，既2fs。離散譜連

2、續(xù)譜B2ASK3. 調(diào)制與解調(diào)方式（1）調(diào)制方式（2）解調(diào)方式a. 相干解調(diào)同步解調(diào)帶通濾波器乘法器低通濾波器抽樣判決器輸入輸出定時(shí)脈沖Cos wctb. 非相干解調(diào)包絡(luò)檢波帶通濾波器半波或全波整流器低通濾波器抽樣判決器輸入輸出定時(shí)脈沖2ASK相干與非相干解調(diào)7.2.2 二進(jìn)制頻移鍵控2FSK1. 時(shí)域波形 用兩個(gè)不同的載頻表示1和0，可以看成是兩個(gè)不同載頻的振幅鍵控信號(hào)之和。概率為P概率為（1-P）概率為（1-P）概率為P2. 頻譜當(dāng) 時(shí)a.當(dāng)|f2-f1|較小（fs）時(shí)，PE(f)的連續(xù)譜出現(xiàn)單峰。b.當(dāng)|f2-f1|較大時(shí)，PE(f)的連續(xù)譜出現(xiàn)雙峰。c. 2FSK信號(hào)帶寬B=|f2-f

3、1|+2fs，基帶信號(hào)帶寬 f1=f0+fsf2=f0-fs f1=f0+0.4fsf2=f0-0.4fs離散譜3. 調(diào)制與解調(diào)方式（1） 調(diào)制方式（2） 解調(diào)方式a. 相干方式帶通濾波器帶通濾波器乘法器乘法器抽樣判決器輸入輸出低通濾波器低通濾波器cos w2tcos w1tb. 非相干方式帶通濾波器帶通濾波器包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器抽樣判決器輸入輸出輸樣脈沖c. 過(guò)零檢測(cè)方式限幅微分整流寬脈沖發(fā)生低通abcdef2FSK調(diào)制一般用于1200bit/s以下的數(shù)據(jù)傳輸.CCITT 推薦標(biāo)準(zhǔn)， “1” “0” 300 bit/s 980Hz 1180 Hz 600 bit/s 1300Hz 1700H

4、z 1200 bit/s 1300Hz 2100Hz模擬調(diào)頻鍵控方式相位連續(xù)相位不連續(xù)FSK的功率譜f1f27.2.3 二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）和二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）1. 時(shí)域波形概率為P概率為（1-P） g(t)為脈寬Ts的單個(gè)矩形脈沖相移鍵控（2PSK）: 用碼元周期內(nèi)的載波相位表示二進(jìn)制符號(hào)0、1。2PSK 0 0 1 1 1 0 0 1乘法器本地載波恢復(fù)帶通2PSK低通抽樣判決平方環(huán)、COSTAS環(huán)abcde 1 1 0 0 1 0 1abcde 1 1 0 0 1 0 1abcde問題：絕對(duì)調(diào)相解調(diào)時(shí)會(huì)帶來(lái)“倒或相位模糊”現(xiàn)象，從而造成接收端0、1恢復(fù)完全出錯(cuò)。差分相移

5、鍵控（2DPSK）：用前后相鄰碼元的載波相位變化（差）表示 二進(jìn)制符號(hào)0、1。01參考相位A方式0參考相位B方式A方式B方式2. 頻譜當(dāng)S(t)雙極性不歸零碼a.2PSK信號(hào)的功率譜的連續(xù)譜與2ASK信號(hào)基本相同，但當(dāng)P=1/2時(shí)，2PSK無(wú)離散譜。b. 2PSK信號(hào)帶寬與2ASK信號(hào)帶寬相同，既2fs。3. 調(diào)制與解調(diào)方式（1）調(diào)制方式載波移相開關(guān)0 eo(t) s(t)2PSK 調(diào)制載波移相開關(guān)0 eo(t) s(t)碼變換相對(duì)碼碼變換乘法器絕對(duì)碼 eo(t)載波相對(duì)碼2DPSK 調(diào)制（2）解調(diào)方式帶通抽樣判決器相乘低通已調(diào)信號(hào) 輸入數(shù)據(jù) 輸出載波2PSK相干解調(diào)帶通抽樣判決器鑒相器已調(diào)信

6、號(hào) 輸入數(shù)據(jù) 輸出載波2PSK極性比較法解調(diào)2DPSK相干解調(diào)帶通抽樣判決器相乘低通DPSK信號(hào) 輸入數(shù)據(jù) 輸出載波碼（反）變換器2DPSK差分相干解調(diào)帶通抽樣判決器相乘低通DPSK信號(hào) 輸入數(shù)據(jù) 輸出延遲Ts7.3 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能7.3.1 2ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能發(fā)送端0tTs其他接收端0tb, 則判為“1”碼若V1）(2)小信噪比（r1,7.3.2 2F SK系統(tǒng)的抗噪聲性能1. 包絡(luò)檢波法（非相干解調(diào)）的系統(tǒng)噪聲性能判決規(guī)則若V1(t)V2(t), 則判為“1”碼若V1(t)V2(t) , 則判為“0”碼帶通濾波器帶通濾波器包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器抽樣判決器輸入輸出抽樣脈沖

7、12總的誤碼率 r包絡(luò)檢波器輸入信噪比2. 相干解調(diào)的系統(tǒng)噪聲性能總的誤碼率大信噪比下大信噪比下，2FSK采用相干解調(diào)較包絡(luò)檢波的噪聲性能相差不多，但前者設(shè)備卻要復(fù)雜得多 。例7.2 用2FSK方式，在有效帶寬2400Hz的信道上傳送二進(jìn)制數(shù)字信息。 2FSK信號(hào)的兩個(gè)頻率為：f1=2025Hz，f2=2225Hz，碼速率RB=300波特， 信道輸出端的信噪比為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)的系統(tǒng)誤碼率；(3) 采用同步檢波法解調(diào)時(shí)的系統(tǒng)誤碼率。 解: 2FSK信號(hào)的帶寬ff2-f1+2fS=f2-f1+2RB =800Hz又因信道有效帶寬2400Hz，

8、為上、下支路帶通濾波器帶寬的4倍，所以帶通濾波器輸出信噪比r比輸入信噪比提高了4倍。又由于輸入信噪比為6db（4倍），故濾波器輸出信噪比r為: r=44=16由于碼速率為300波特,包絡(luò)接收系統(tǒng)上、下支路帶通濾波器1和2的帶寬 近似為: 同步檢波法解調(diào)時(shí)的系統(tǒng)誤碼率7.3.3 2PSK、2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能1. 2PSK采用相干解調(diào)（極性比較法）總的誤碼率大信噪比下2 .2DPSK采用差分相干解調(diào)總的誤碼率7.4 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較差分相干2DPSK非相干解調(diào)非相干解調(diào) 0 2fs相干2PSK2PSK2DPSK 無(wú)|f2-f1|+2fs相干解調(diào)2FSK a/2 2fs相干解調(diào)2

9、ASK判決門限帶寬誤碼率pe解調(diào)方式調(diào)制方式信噪比方差接收信號(hào)幅度碼元速率（1）頻帶寬度2FSK系統(tǒng)頻帶利用率最低。（2）誤碼率a.對(duì)每一種調(diào)制方式，相干解調(diào)略優(yōu)于非相干解調(diào)。b. 當(dāng)r，Pe 同一極限值。c. 在抗加性高斯白噪聲方面，相干2PSK性能最好，2FSK 次之，2ASK最差。（3）對(duì)信道特性變化的敏感性 2ASK的接收幅度a易受信道特性變化影響，相應(yīng)判決器的門限隨之變化，因此2ASK的特性最差。（4）設(shè)備的復(fù)雜程度相干解調(diào)方式設(shè)備一般較非相干設(shè)備復(fù)雜。7.5 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制特點(diǎn)：（1）在相同的碼元速率下，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的信息速率高于二進(jìn) 制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。（2）

10、在相同的信息速率下，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的碼元速率低于二進(jìn) 制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。(3) 線性調(diào)制系統(tǒng) (MASK. MDPSK. MQAM 等)可提高系統(tǒng)的頻系利用率。（4）非線性調(diào)制系統(tǒng)(MFSK等)可提高抗衰落能力，其有效性低于2FSK.7.5.1 多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制及噪聲性能1.多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制（多電平制）原理 2ASK波形概率為P概率為（1-P） MASK波形概率為P1概率為P2概率為P3概率為PM利用載波的多種振幅表示數(shù)字信息。 在信息傳輸速率相同時(shí)，MASK的碼速率降低為2ASK信號(hào)的1/log2M 倍，因此MASK帶寬是2ASK帶寬的1/log2M 倍。 在碼速率相同時(shí)，MASK的帶

11、寬與2ASK帶寬相同。MASK的帶寬是M進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)帶寬的兩倍；MASK的頻帶利用率超過(guò)1b/s Hz。2.多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制抗噪聲性能基帶信號(hào)為雙極性M電平波形發(fā)送端波形發(fā)送d電平發(fā)送3d電平發(fā)送（M-1）d電平0tTs其他t其他t0tTs其他t0t0時(shí)的單邊功率譜對(duì)照。功率譜密度/dB （4）四相相對(duì)移相鍵控（4DPSK，QDPSK）A 方式00101101參考相位B 方式0110參考相位1100注意此時(shí)代表的是相對(duì)碼信號(hào)波形QDPSK信號(hào)的產(chǎn)生a. 碼變換加調(diào)相法QDPSK信號(hào)的解調(diào)（1）極性比較法（2）相位比較法2. 多相制(MPSK)的抗噪聲性能若各符號(hào)等概出現(xiàn)，且合成相位服從一維概率密度f(wàn)(),則系統(tǒng)誤碼率二相制四相制