1第六章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)6.1引言6.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理6.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能6.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)/sundae_meng26.1引言數(shù)字調(diào)制也稱(chēng)鍵控信號(hào),有三種基本的調(diào)制方式：ASK，F(xiàn)SK，PSK可看成是模擬線(xiàn)性調(diào)制和角調(diào)制的特殊情況載波——

正弦波調(diào)制信號(hào)——

數(shù)字信號(hào)/sundae_meng36.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理6.2.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）

AmplitudeShiftKeying2ASK信號(hào)的產(chǎn)生乘法器～模擬幅度調(diào)制方法鍵控方法OOKOn-OffKeying/sundae_meng4=OOK信號(hào)有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）、相干解調(diào)（同步檢測(cè)法）、/sundae_meng52ASK的功率譜密度

S(t)是單極性的隨機(jī)矩形脈沖序列根據(jù)矩形波形g（t）的頻譜特點(diǎn)，對(duì)于所有m≠0的整數(shù)有/sundae_meng6當(dāng)P=1/2時(shí)/sundae_meng72ASK信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成2ASK信號(hào)帶寬是基帶脈沖波形帶寬的兩倍/sundae_meng86.2.2二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK）

FrequencyShiftKeying

～～/sundae_meng9已調(diào)信號(hào)

式中，g（t）為單個(gè)矩形脈沖，脈寬為

分別是第n個(gè)信號(hào)碼元的初相位與序列n無(wú)關(guān)，反映在上，表現(xiàn)為與改變時(shí)，其相位是不連續(xù)的。

/sundae_meng10FSK信號(hào)常用解調(diào)方法有非相干檢測(cè)法，相干檢測(cè)法，鑒頻法，過(guò)零檢測(cè)法，差分檢波法等為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，沒(méi)有考慮相位的影響/sundae_meng11FSK功率譜密度同樣由連續(xù)譜和離散譜組成。離散譜出現(xiàn)在兩個(gè)載頻位置/sundae_meng12若兩載頻之差較小，如則連續(xù)譜出現(xiàn)單峰。若兩載頻之差逐步增大，連續(xù)譜將出現(xiàn)雙峰。頻帶/sundae_meng136.2.32PSK，2DPSK

PhaseShiftKeying，DifferentialPSKg(t)是脈寬為T(mén)s的單個(gè)矩形脈沖在某一碼元持續(xù)時(shí)間Ts

內(nèi)觀(guān)察/sundae_meng140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(zhǔn)相位隨機(jī)跳變,就會(huì)在接收端發(fā)生錯(cuò)誤的恢復(fù),“倒π”現(xiàn)象。

2DPSK是利用前后相鄰碼元的相對(duì)載波相位值去表示數(shù)字信息的一種方式。相位偏移ΔΦΔΦ=π數(shù)字信息“1”ΔΦ=0數(shù)字信息“0”/sundae_meng15數(shù)字信息

絕對(duì)碼

00111001PSKDPSK相對(duì)碼

000101110/sundae_meng16相對(duì)移相：絕對(duì)碼→相對(duì)碼→絕對(duì)移相～φ載波移相2PSK調(diào)制方框圖0π/sundae_meng17～φ載波移相2DPSK調(diào)制方框圖碼變換0π/sundae_meng182PSK信號(hào)的功率譜密度

由于為雙極性矩形基帶信號(hào)，故：/sundae_meng19當(dāng)雙極性基帶信號(hào)“1”,“0”出現(xiàn)概率相等

則：

連續(xù)譜部分與2ASK信號(hào)的連續(xù)譜基本相同(僅相差一個(gè)常數(shù)因子)

因此2PSK信號(hào)的帶寬與2ASK相同/sundae_meng206.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能6.3.12ASK抗噪聲性能在一個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi),發(fā)送端:/sundae_meng21接收端

BPF半波或全波整流器LPF抽樣判決器定時(shí)脈沖輸入輸出非相干方式加性高斯白噪聲/sundae_meng22接收端帶通濾波器后

/sundae_meng231.包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)性能包絡(luò)發(fā)“1”

時(shí),廣義瑞利分布

發(fā)“0”

時(shí),瑞利分布

V>b判為“1”

門(mén)限電壓bV≤b判為“0”

/sundae_meng24發(fā)“1”

信噪比歸一化門(mén)限值發(fā)“0”總誤碼率Pe=P(1)Pe1+P(0)Pe2若P(1)=P(0)/sundae_meng25在大信噪比（r>>1）條件下最佳門(mén)限下界/sundae_meng262.同步檢測(cè)法的系統(tǒng)性能BPF相乘器LPF抽樣判決器定時(shí)脈沖輸入輸出相干方式高斯過(guò)程,0均值/sundae_meng27總誤碼率Pe=P(1)Pe1+P(0)Pe2

/sundae_meng28總誤碼率Pe=P(1)Pe1+P(0)Pe2

/sundae_meng29當(dāng)P(1)=P(0)=1/2時(shí)當(dāng)r>>1時(shí)/sundae_meng30例設(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)的誤碼率解/sundae_meng31包絡(luò)檢波同步檢測(cè)/sundae_meng326.3.22FSK抗噪聲性能BPF包絡(luò)檢波器抽樣判決器抽樣脈沖輸入輸出BPF包絡(luò)檢波器非相干解調(diào)/sundae_meng33發(fā)送碼元信號(hào)

帶通濾波器的輸出/sundae_meng34兩路輸入包絡(luò)（發(fā)送碼元“1”）廣義瑞利分布

瑞利分布/sundae_meng35同理總誤碼率/sundae_meng36同步檢測(cè)法（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/sundae_meng37同理總誤碼率當(dāng)r>>1

當(dāng)r>>1時(shí),包絡(luò)檢波與同步檢測(cè)性能相差很小

/sundae_meng386.3.32PSK和2DPSK系統(tǒng)的

抗噪聲性能2PSK采用同步檢測(cè)法（極性比較法）系統(tǒng)誤碼率（1）當(dāng)r>>1時(shí)，

（2）/sundae_meng392DPSK差分相干檢測(cè)BPF相乘器LPF抽樣判決器定時(shí)脈沖DPSK輸出延遲Ts參考信號(hào)受到加性噪聲干擾（3）/sundae_meng402DPSK極性比較—

碼變換解調(diào)

極性比較法即同步檢測(cè)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abcdef/sundae_meng41111001000010110abcdef/sundae_meng42同步檢測(cè)輸出有一個(gè)碼元錯(cuò)誤，碼變換輸出引起兩個(gè)相鄰碼元錯(cuò)誤例0010×0011×0×同步檢測(cè)輸出有兩個(gè)相繼錯(cuò)碼，碼變換輸出引起兩個(gè)相鄰碼元錯(cuò)誤0010×1×1011×10×/sundae_meng43若輸出中出現(xiàn)一長(zhǎng)串連續(xù)錯(cuò)碼，則在碼變換輸出中仍引起兩個(gè)碼元錯(cuò)誤0010×1×0×0×1011×1101×令Pn表示一串n個(gè)碼元連續(xù)錯(cuò)誤這一事件出現(xiàn)的概率則碼變換器輸出的誤碼率為：出現(xiàn)一串n個(gè)碼元連續(xù)錯(cuò)誤是“n個(gè)碼元同時(shí)出錯(cuò)與在該一串錯(cuò)碼兩端都有一碼元不錯(cuò)”

（4）（5）/sundae_meng44（5）代入（4）

又∵很小

很大（）

碼變換總是使誤碼率增加（6）/sundae_meng45（6）代入（1）得

例設(shè)某2FSK調(diào)制系統(tǒng)的碼元傳輸速率為1000Baud，已調(diào)信號(hào)的載頻為1000Hz、2000Hz；1）試討論應(yīng)選擇怎樣的解調(diào)器解調(diào)？2）若發(fā)送數(shù)字信息是等可能的，試畫(huà)出它的功率譜密度草圖。/sundae_meng46在通信系統(tǒng)測(cè)試中，通常不直接計(jì)算或測(cè)量某測(cè)試點(diǎn)的電壓或負(fù)載吸收的功率，而是計(jì)算它們與某一電壓或功率基準(zhǔn)量之比的對(duì)數(shù)功率電平dBmP0=1mW（零功率電平）

P155例電壓電平dbvV0=0.775V（零電壓電平）/sundae_meng47在600Ω電阻上測(cè)量,功率電平等于電壓電平/sundae_meng486.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)特點(diǎn)在相同的碼元傳輸速率下，信息傳輸速率比二進(jìn)制系統(tǒng)高。Rb=RBN㏒2Nb/s在相同的信息傳輸速率下，多進(jìn)制碼元傳輸速率比二進(jìn)制低。增大碼元寬度，會(huì)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(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能低于二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。/sundae_meng496.4.1MASKL電平的調(diào)制信號(hào)

可看成由時(shí)間上不重疊的L個(gè)不同振幅值的OOK信號(hào)的疊加,因而,其功率譜密度便是這L個(gè)信號(hào)的功率譜密度之和,盡管疊加后的譜結(jié)構(gòu)很復(fù)雜,但就帶寬而言,L電平調(diào)制信號(hào)的帶寬與二電平的相同./sundae_meng50×BPF×LPF抽樣判決A(t)A(t)x(t)……為第K個(gè)電平對(duì)應(yīng)的信號(hào)K=1，2，…L當(dāng)時(shí)，第K個(gè)電平的碼元將會(huì)錯(cuò)判。門(mén)限電平/sundae_meng51當(dāng)發(fā)送L個(gè)電平的可能性相同時(shí)，每一電平的概率為1/L）/sundae_meng52信號(hào)功率

/sundae_meng536.4.2MFSK

i=1，2，…L要求MFSK信號(hào)L個(gè)狀態(tài)之間具有正交關(guān)系，則：

n，m為正整數(shù)，且m>n非相干接收是2FSK誤碼率的L-1倍./sundae_meng546.4.3MPSK

受調(diào)相位,有M種不同取值多相調(diào)制的波形可以看作是對(duì)兩個(gè)正交載波進(jìn)行多電平雙邊帶調(diào)制所得信號(hào)之和,多相調(diào)制信號(hào)的帶寬與多電平雙邊帶調(diào)制時(shí)的相同.

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./sundae_meng55QPSK利用載波的四種不同相位來(lái)表征數(shù)字信息,每一載波相位代表2比特信息每個(gè)四進(jìn)制碼元又被稱(chēng)為雙比特碼元

ab(A方式)(B方式)000°225°1090°315°