《通信原理》6基本數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)第一頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/172研究對(duì)象：數(shù)字信號(hào)的頻帶調(diào)制——即把數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制到正弦載波的某個(gè)參數(shù)上，這是一個(gè)頻譜搬移的過(guò)程。本章要點(diǎn)：第二頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/173研究目的：掌握二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)的時(shí)域和頻域特性掌握各種數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)(2ASK、2FSK、2PSK及2DPSK)的調(diào)制與解調(diào)的原理抗噪聲性能本章要點(diǎn)：第三頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/174本章研究的問(wèn)題：正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)第四頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/175本章研究的問(wèn)題：

實(shí)際信道中，大多數(shù)具有帶通傳輸特性，必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號(hào)。可以用數(shù)字基帶信號(hào)改變正弦型載波的幅度、頻率或相位中的某個(gè)參數(shù)，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字振幅調(diào)制、數(shù)字頻率調(diào)制和數(shù)字相位調(diào)制。也可以用數(shù)字基帶信號(hào)同時(shí)改變正弦型載波幅度、頻率或相位中的某幾個(gè)參數(shù)，產(chǎn)生新型的數(shù)字調(diào)制。第五頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/176本章研究的問(wèn)題：數(shù)字調(diào)制被稱為“鍵控”，是指調(diào)制過(guò)程可用數(shù)字信號(hào)脈沖對(duì)載波的參數(shù)進(jìn)行控制從而達(dá)到調(diào)制的目的。調(diào)制分為——線性調(diào)制和非線性調(diào)制解調(diào)分為——相干解調(diào)與非相干解調(diào)第六頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/177本章研究的問(wèn)題：2ASK

(Amplitudeshift-keying)2FSK(Frequencyshift-keying)2PSK(Phaseshift-keying)第七頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/178二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號(hào)而變化的數(shù)字調(diào)制

第八頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/179二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)第九頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1710二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）調(diào)制原理圖：二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)調(diào)制器原理框圖單極性的隨機(jī)脈沖序列相乘法開(kāi)關(guān)法基帶信號(hào)必須是矩形脈沖第十頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1711二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）解調(diào)原理圖：非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法) 相干解調(diào)(同步檢測(cè)法)帶通濾波器整流器低通濾波器

取樣判決器(a)包絡(luò)檢波定時(shí)脈沖abcd第十一頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1712二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）2ASK信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形圖第十二頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1713二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）帶通濾波器

取樣判決器

低通濾波器

相乘器(b)相干解調(diào)定時(shí)脈沖相干載波解調(diào)原理圖：非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法) 相干解調(diào)(同步檢測(cè)法)第十三頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1714二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）功率譜密度：第十四頁(yè)，共70頁(yè)。

B2ASK2023/4/1715二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）連續(xù)譜：由基帶信號(hào)波形g(t)確定離散譜：由載波分量確定

第一旁瓣峰值比主峰衰減14dB

B2ASK是基帶信號(hào)波形帶寬的兩倍

第十五頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1716二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）誤碼率：相干解調(diào)法：

當(dāng)符號(hào)的發(fā)送概率P(1)、P(0)及概率密度函數(shù)f1(x)、f0(x)一定時(shí)，系統(tǒng)總的誤碼率Pe將與判決門(mén)限b有關(guān)第十六頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1717二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）誤碼率Pe等于圖中陰影的面積。改變判決門(mén)限b，陰影的面積將隨之改變，也即誤碼率Pe的大小將隨判決門(mén)限b而變化。當(dāng)判決門(mén)限b取P(1)f1(x)與P(0)f0(x)兩條曲線相交點(diǎn)b*時(shí)，陰影的面積最小。即判決門(mén)限取為b*時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)的誤碼率Pe最小。這個(gè)門(mén)限就稱為最佳判決門(mén)限。第十七頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1718二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）誤碼率：相干解調(diào)法：

當(dāng)發(fā)送的二進(jìn)制符號(hào)“1”和“0”等概，且判決門(mén)限取b*=時(shí)，誤碼率Pe為：

為信噪比。當(dāng)大信噪比時(shí)，誤碼率為：

第十八頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1719二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）誤碼率：包絡(luò)檢波法：

發(fā)送“1”符號(hào)時(shí)的抽樣值是廣義瑞利型隨機(jī)變量；發(fā)送“0”符號(hào)時(shí)的抽樣值是瑞利型隨機(jī)變量。在系統(tǒng)輸入信噪比一定的情況下，系統(tǒng)誤碼率將與歸一化門(mén)限值b0有關(guān)。誤碼率的幾何表示如圖所示：第十九頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1720二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）當(dāng)判決門(mén)限b取兩條曲線相交點(diǎn)即判決門(mén)限取為b*時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)的誤碼率Pe最小。誤碼率：包絡(luò)檢波法：第二十頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1721二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）

在實(shí)際工作中，系統(tǒng)總是工作在大信噪比的情況下，因此最佳歸一化判決門(mén)限應(yīng)取b*0=。此時(shí)系統(tǒng)的總誤碼率Pe為當(dāng)r→∞式，包絡(luò)檢波誤碼率為：誤碼率：包絡(luò)檢波法：第二十一頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1722二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）誤碼率：在相同的信噪比條件下，相干解調(diào)法的誤碼性能優(yōu)于包絡(luò)檢波法的性能；在大信噪比條件下，包絡(luò)檢波法的誤碼性能將接近相干解調(diào)法的性能。另外，包絡(luò)檢波法存在門(mén)限效應(yīng)，相干解調(diào)法無(wú)門(mén)限效應(yīng)。第二十二頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1723例題：

設(shè)某2ASK信號(hào)的碼元速率波特,接收端輸入信號(hào)的幅度a=1mV,信道中加性噪聲的單邊功率譜密度求：1.包絡(luò)檢波器解調(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)的誤碼率第二十三頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1724例題：解：包絡(luò)檢波時(shí)的誤碼率：相干解調(diào)時(shí)的誤碼率：第二十四頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1725二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK） 在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，若正弦載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化，則產(chǎn)生二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)（2FSK信號(hào)）。二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的疊加。第二十五頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1726二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）

二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的產(chǎn)生，可以采用模擬調(diào)頻電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以采用數(shù)字鍵控的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。下圖是數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的原理圖,圖中兩個(gè)振蕩器的輸出載波受輸入的二進(jìn)制基帶信號(hào)控制，在一個(gè)碼元Ts期間輸出f1或f2兩個(gè)載波之一。信號(hào)的調(diào)制：第二十六頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1727二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）信號(hào)的調(diào)制：第二十七頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1728二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的時(shí)間波形圖中波形g可分解為波形e和波形f。第二十八頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1729二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK） 2FSK信號(hào)的常用解調(diào)方法是非相干解調(diào)和相干解調(diào)法。其解調(diào)原理是將二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)分解為上下兩路二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)，分別進(jìn)行解調(diào)，通過(guò)對(duì)上下兩路的抽樣值進(jìn)行比較最終判決出輸出信號(hào)，此時(shí)可以不專門(mén)設(shè)置門(mén)限電平。信號(hào)的解調(diào)：第二十九頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1730二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）信號(hào)的解調(diào)：

相干解調(diào)原理圖：第三十頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1731二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）信號(hào)的解調(diào)：

非相干解調(diào)——包絡(luò)檢波法原理圖：第三十一頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1732二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）信號(hào)的解調(diào)：

非相干解調(diào)——過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法原理圖：第三十二頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1733二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）第三十三頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1734二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）功率譜密度：第三十四頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1735二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）功率譜密度： 相位不連續(xù)的二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的功率譜由離散譜和連續(xù)譜所組成。其中，離散譜位于兩個(gè)載頻f1和f2處；連續(xù)譜由兩個(gè)中心位于f1和f2處的雙邊譜疊加形成；若兩個(gè)載波頻差小于fs，則連續(xù)譜在fc處出現(xiàn)單峰；若載頻差大于fs，則連續(xù)譜出現(xiàn)雙峰。若以二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)功率譜第一個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間隔計(jì)算二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的帶寬，則該二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的帶寬B2FSK為B2FSK=|f2-f1|+2fs=|f2-f1|+2RB第三十五頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1736二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）誤碼率：

相干解調(diào)法的誤碼率：在大信噪比條件下，誤碼率為：第三十六頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1737二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）誤碼率：

包絡(luò)檢波法的誤碼率：

在大信噪比條件下，2FSK信號(hào)采用包絡(luò)檢波法解調(diào)性能與相干解調(diào)法解調(diào)性能接近。但相干解調(diào)法需要產(chǎn)生同頻同相的本地載波，故比包絡(luò)檢波復(fù)雜。在信道性能不穩(wěn)定的情況下，很難實(shí)現(xiàn)相干接收，故多用包絡(luò)檢波法。第三十七頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1738二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）

在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)信號(hào)。2PSK信號(hào)的典型波形第三十八頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1739二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）若g(t)是脈寬為T(mén)s，高度為1的矩形脈沖這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)數(shù)字信息的相位鍵控，通常被稱為絕對(duì)移相方式。第三十九頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1740二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）信號(hào)的產(chǎn)生——相乘法相乘法第四十頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1741二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）信號(hào)的產(chǎn)生——選擇法選擇法第四十一頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1742二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）信號(hào)的解調(diào)——相干接收法第四十二頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1743第四十三頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1744二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180°倒相時(shí)，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò)。

由于在2PSK信號(hào)的載波恢復(fù)過(guò)程中存在著180°的相位模糊，所以2PSK信號(hào)的相干解調(diào)存在隨機(jī)的“倒π”現(xiàn)象，從而使得2PSK方式在實(shí)際中很少采用。第四十四頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1745二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）功率譜密度：2PSK信號(hào)的功率譜密度條件：1、0等概沒(méi)有離散頻率分量第四十五頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1746二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）2PSK信號(hào)和2ASK信號(hào)的功率譜密度的關(guān)系：聯(lián)系：2PSK信號(hào)的功率譜密度和2ASK信號(hào)功率譜密度中的連續(xù)譜部分形狀相同，因此這兩種信號(hào)的帶寬相同，均為基帶信號(hào)帶寬的兩倍。區(qū)別：2PSK信號(hào)的功率譜密度中沒(méi)有離散分量，此分量為2ASK信號(hào)的載波分量。轉(zhuǎn)化：2ASK信號(hào)可以看成是2PSK信號(hào)與載波的疊加，而2PSK信號(hào)可以看成是抑制載波后的2ASK信號(hào)。第四十六頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1747二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）誤碼率：2PSK信號(hào)采用同步檢測(cè)法時(shí)的系統(tǒng)誤碼率為：在大信噪比下，第四十七頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1748二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）2PSK信號(hào)解調(diào)時(shí)，由于相干載波恢復(fù)中載波相位的180°相位模糊，導(dǎo)致解調(diào)出的二進(jìn)制基帶信號(hào)出現(xiàn)反相現(xiàn)象，從而難以實(shí)際應(yīng)用。為了解決2PSK信號(hào)解調(diào)過(guò)程的反相工作問(wèn)題，提出了二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)。第四十八頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1749二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）相對(duì)移相：以前后相鄰碼元的載波相位的相對(duì)變化來(lái)表示數(shù)字信息的

2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位變化來(lái)表示數(shù)字信息。假設(shè)前后相鄰碼元的載波相位差為Δφ，可定義一種數(shù)字信息與Δφ之間的關(guān)系為第四十九頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1750二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）數(shù)字信息11010011102DPSK相位000000或00000碼元的相位不直接代表基帶信號(hào)，相鄰碼元的相位差才代表基帶信號(hào)。一組二進(jìn)制數(shù)字信息與其對(duì)應(yīng)的2DPSK信號(hào)的載波相位關(guān)系如下所示：

第五十頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1751二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）信號(hào)的調(diào)制：將基帶信號(hào)序列（絕對(duì)碼）進(jìn)行變換，變成相對(duì)碼，然后再對(duì)載波進(jìn)行2PSK調(diào)制。差分編碼相乘器載波發(fā)生器二進(jìn)信息（絕對(duì)碼）（相對(duì)碼）DPSK信號(hào)2DPSK調(diào)制器絕對(duì)碼中的碼元“1”使相對(duì)碼元改變；絕對(duì)碼中的碼元“0”使相對(duì)碼元不變；第五十一頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1752二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）基帶序列111001101變換后序列01011101102PSK調(diào)制后相位0000第五十二頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1753二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）2DPSK信號(hào)調(diào)制過(guò)程波形圖11110000第五十三頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1754二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）單純從波形上看，2DPSK與2PSK是無(wú)法分辨的

解調(diào)2DPSK信號(hào)時(shí)并不依賴于某一固定的載波相位參考值，只要前后碼元的相對(duì)相位關(guān)系不破壞，則鑒別這個(gè)相位關(guān)系就可正確恢復(fù)數(shù)字信息，這就避免了2PSK方式中的倒現(xiàn)象發(fā)生

第五十四頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1755二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）信號(hào)的解調(diào)——相位比較法：

解調(diào)原理是直接比較前后碼元的相位差，從而恢復(fù)發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。由于解調(diào)的同時(shí)完成了碼反變換作用，故解調(diào)器中不需要碼反變換器。由于差分相干解調(diào)方式不需要專門(mén)的相干載波，因此是一種非相干解調(diào)方法。第五十五頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1756二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）信號(hào)的解調(diào)——極性比較法：

對(duì)2DPSK信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對(duì)碼，再通過(guò)碼反變換器變換為絕對(duì)碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。在解調(diào)過(guò)程中，若相干載波產(chǎn)生180°相位模糊，解調(diào)出的相對(duì)碼將產(chǎn)生倒置現(xiàn)象，但是經(jīng)過(guò)碼反變換器后，輸出的絕對(duì)碼不會(huì)發(fā)生任何倒置現(xiàn)象，從而解決了載波相位模糊度的問(wèn)題。

第五十六頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/17572DPSK信號(hào)相干解調(diào)器原理圖和解調(diào)過(guò)程各點(diǎn)時(shí)間波形第五十七頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1758二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）功率譜密度：

2DPSK信號(hào)的功率譜密度及信號(hào)帶寬與2PSK信號(hào)是完全一樣的。誤碼率——相位比較法：誤碼率——極性比較法：第五十八頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1759二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較頻帶寬度

若傳輸?shù)拇a元時(shí)間寬度為T(mén)，則2ASK系統(tǒng)和2PSK(2DPSK)系統(tǒng)的頻帶寬度近似為2/T，即

B2ASK=B2PSK=2/T 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|+2/T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。第五十九頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1760二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較誤碼率

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率公式一覽表第六十頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1761二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較誤碼率從橫向來(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。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r2ASK=2r2FSK=4r2PSK

第六十一頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1762二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較r2ASK=2r2FSK=4r2PSK上式表明，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是2FSK的2倍，2FSK是2PSK的2倍，2ASK是2PSK的4倍。若都采用非相干解調(diào)方式，在誤碼率Pe相同的情況下，所需要的信噪比2ASK是2FSK的2倍，2FSK是2DPSK的2倍，2ASK是2DPSK的4倍。

第六十二頁(yè)，共70頁(yè)。2023/4/1763二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較誤碼率將上式轉(zhuǎn)換為分貝表示式為

(r2ASK)dB=3dB+(r2FSK)dB=6dB+(r2PSK)dB上式表明，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3dB，2ASK比2PSK高6