1、,7.0 引言 7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理 7.2 二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 7.3 二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較 7.4 多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),本章內(nèi)容簡介,7.0 引言,數(shù)字調(diào)制就是對基帶數(shù)據(jù)信號進行變換，實現(xiàn)信號頻譜的“搬移”，即把含有大量低頻成分的基帶信號頻譜搬移到一個很高的頻段上去。這種向高頻的搬移在數(shù)據(jù)的發(fā)送端進行，搬移的過程稱作“調(diào)制”，在稱作調(diào)制器的設(shè)備中完成。在數(shù)據(jù)的接收端，有一個相反的變換被稱作“解調(diào)”的過程，解調(diào)過程在稱作解調(diào)器的設(shè)備中完成。,經(jīng)過調(diào)制的后的信號在一個很高的頻段上占有一定的帶寬，由于所處頻段很高，使得其最高頻率和最低頻率的相對

2、偏差變?。ㄗ罡哳l率和最低頻率的比值略大于1），這樣的信號稱為頻帶信號或射頻信號，相應(yīng)的傳輸系統(tǒng)稱作頻帶傳輸系統(tǒng)。,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.0 引言,調(diào)制實現(xiàn)對基帶數(shù)據(jù)信號頻譜的“搬移”，即把含有大量低頻成分的基帶信號頻譜搬移到一個很高的頻段上去。其目的主要有兩個： 無線(Wireless)傳輸 頻分多路復(fù)用(FDM),頻帶傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型,基帶信號為什么要進行調(diào)制？,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.0 引言,數(shù)字調(diào)制就是用待傳輸?shù)幕鶐?shù)據(jù)信號控制某一高頻正弦波（載波）的參數(shù)：振幅、頻率或相位。 控制正弦波振幅稱作“數(shù)字振幅調(diào)制”，控制正弦波頻率稱作“數(shù)字頻率調(diào)制”，控制正弦波相位稱作“數(shù)字

3、相位調(diào)制”。 由于數(shù)字基帶信號只有有限種符號（電平），調(diào)制后的正弦波也只有有限種振幅、頻率或相位，因此這幾種調(diào)制常稱為“振幅鍵控”、“頻移鍵控”和“相移鍵控”。,如何進行調(diào)制實現(xiàn)基帶信號頻譜的“搬移” ？,圖7-1 正弦載波的三種二進制鍵控波形,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理,7.1.1 二進制振幅鍵控(2ASK),一.2ASK信號的波形與頻譜,圖7-2 基帶數(shù)據(jù)信號s(t)與2ASK信號eo(t)的波形示意圖,可以看出，2ASK信號可以看作是單極性二進制基帶數(shù)據(jù)矩形脈沖序列信號s(t)和一個高頻載波cosc t 相乘的結(jié)果。,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2ASK信號的

4、波形與頻譜,7.1.1 二進制振幅鍵控(2ASK),可以看出，2ASK信號可以看作是單極性二進制基帶數(shù)據(jù)矩形脈沖序列信號s(t)和一個高頻載波cosc t 相乘的結(jié)果。,由于高頻載波cosc t 在數(shù)字序列s(t)的控制(調(diào)制)下，一會兒有波形，一會兒沒有波形，就象用一個開關(guān) (Key)控制通斷(ON and OFF)一樣，因此，2ASK又稱為OOK。,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2ASK信號的波形與頻譜,7.1.1 二進制振幅鍵控(2ASK),由于基帶數(shù)據(jù)脈沖序列信號s(t)是隨機的,則2ASK(OOK)信號也是隨機的、功率型信號, 其頻譜特性須用功率譜密度來表示。,第七章 數(shù)字帶通傳輸系

5、統(tǒng),一.2ASK信號的波形與頻譜,7.1.1 二進制振幅鍵控(2ASK),前面章節(jié)中，式(6.1-30)給出了單極性矩形不歸零脈沖基帶數(shù)據(jù)序列信號s(t) 的功率譜密度表示:,代入式（7.1-4), 便可獲得已調(diào)制2ASK信號的功率譜密度PE(f) 結(jié)果:,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2ASK信號的波形與頻譜,7.1.1 二進制振幅鍵控(2ASK),圖7-3 基帶數(shù)據(jù)s(t)與2ASK信號eo(t)的功率譜密度示意圖,正頻率： 0頻到第一零點,正頻率： 主瓣寬度,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),二. 2ASK信號的產(chǎn)生與解調(diào),7.1.1 二進制振幅鍵控(2ASK),圖7-4 2ASK信號的產(chǎn)生原理

6、框圖, 2ASK信號的產(chǎn)生,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),二. 2ASK信號的產(chǎn)生與解調(diào),7.1.1 二進制振幅鍵控(2ASK),圖7-5 2ASK信號的解調(diào)原理框圖, 2ASK信號的解調(diào),框圖中各點波形如何 ？,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理,7.1.2 二進制頻移鍵控(2FSK),一.2FSK信號的波形與頻譜,2FSK信號可看作是兩路不同高頻載波(cos1t 和cos2t )產(chǎn)生的2ASK信號波形的疊加結(jié)果。,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1.2 二進制頻移鍵控(2FSK),一.2FSK信號的波形與頻譜,圖7-7 2FS

7、K信號eo(t)可表示為兩路2ASK信號波形疊加,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1.2 二進制頻移鍵控(2FSK),2FSK信號可看作是兩路不同高頻載波(cos1t 和cos2t )產(chǎn)生的2ASK信號波形的疊加結(jié)果。,一.2FSK信號的波形與頻譜,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2FSK信號的波形與頻譜,7.1.2 二進制頻移鍵控(2FSK),第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2FSK信號的波形與頻譜,7.1.2 二進制頻移鍵控(2FSK),第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2FSK信號的波形與頻譜,7.1.2 二進制頻移鍵控(2FSK),圖7-8 基帶數(shù)據(jù)s(t)與2FSK信號eo(t)的功率譜密度示

8、意圖,正頻率： 0頻到第一零點,正頻率： 含兩主瓣,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1.2 二進制頻移鍵控(2FSK),圖7-9 2FSK信號的產(chǎn)生原理框圖, 2FSK信號的產(chǎn)生,二. 2FSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1.2 二進制頻移鍵控(2FSK),圖7-10a 2FSK信號解調(diào)原理（非相干解調(diào)）, 2FSK信號的解調(diào),框圖中各點波形如何？,二. 2FSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),為何不用一條支路解調(diào)？,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1.2 二進制頻移鍵控(2FSK),圖7-10b 2FSK信號解調(diào)原理（相干解調(diào)）, 2FSK信號的解調(diào),框圖中各點波形如何 ？,二. 2FSK

9、信號的產(chǎn)生與解調(diào),第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1.2 二進制頻移鍵控(2FSK),圖7-11 2FSK信號解調(diào)原理（過零檢測法）, 2FSK信號的解調(diào),框圖中各點波形如何 ？,二. 2FSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1.2 二進制頻移鍵控(2FSK), 2FSK信號的解調(diào)（其他方法）,二. 2FSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1 二進制數(shù)字調(diào)制原理,7.1.3 二進制相移鍵控(2PSK/2DPSK),一.2PSK信號的波形與頻譜,圖7-12 基帶數(shù)據(jù)信號s(t)與2PSK信號eo(t)的波形示意圖,可以看出，2PSK信號可以看作是雙極性二進制基帶數(shù)據(jù)

10、矩形脈沖序列信號s(t)和一個高頻載波cosc t 相乘的結(jié)果。,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2PSK信號的波形與頻譜,7.1.3 二進制相移鍵控,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2PSK信號的波形與頻譜,7.1.3 二進制相移鍵控,假設(shè)信源輸出碼元中“1”和“0”等概率，前面章節(jié)中給出雙極性矩形不歸零脈沖基帶信號s(t) 的功率譜密度表示:,代入式（7.1-11), 便可獲得已調(diào)制2PSK信號的功率譜密度PE(f) 結(jié)果:,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2PSK信號的波形與頻譜,7.1.3 二進制相移鍵控,圖7-13 基帶數(shù)據(jù)s(t)與2PSK信號eo(t)的功率譜密度示意圖,正頻率： 0頻

11、到第一零點,正頻率： 主瓣寬度,2PSK頻譜與2ASK頻譜有何區(qū)別？,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),2DPSK信號的波形與頻譜,7.1.4 二進制差分相移鍵控, 2DPSK信號用前后碼元載波相位的變化量傳遞信息。 當(dāng)輸入基帶數(shù)據(jù)為“0”時， 輸出載波相位相對前一碼元變化= 0 ； 當(dāng)輸入基帶數(shù)據(jù)為“1”時， 輸出載波相位相對前一碼元變化= 1 。,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),2DPSK信號的波形與頻譜,7.1.4 二進制差分相移鍵控,絕對碼,相對碼/差分碼,圖7-14 基帶數(shù)據(jù)信號s(t)與2DPSK信號eo(t)的波形示意圖,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),2DPSK信號的波形與頻譜,7.1.4 二進制

12、差分相移鍵控,用絕對碼直接控制載波相位，產(chǎn)生PSK信號，稱為絕對相移鍵控；用差分碼控制載波相位，產(chǎn)生DPSK信號，稱為差分相移鍵控。,為什么通常用差分相移鍵控2DPSK調(diào)制，而一般不用絕對相移鍵控2PSK調(diào)制？,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),2DPSK信號的波形與頻譜,7.1.4 二進制差分相移鍵控,2DPSK信號的頻譜與2PSK信號的頻譜有什么不同？,結(jié)論：由于差分碼與絕對碼的碼速、碼形都相同，如果“0”和“1”出現(xiàn)概率也相同，則2DPSK信號的頻譜與2PSK信號的頻譜將完全相同。,eo(t)是2PSK還是2DPSK？,eo(t)與s1(t)是何關(guān)系？,eo(t)與s2(t)是何關(guān)系？,第七章

13、數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),2DPSK信號的波形與頻譜,7.1.4 二進制差分相移鍵控,圖7-15 基帶數(shù)據(jù)s(t)與2DPSK信號eo(t)的功率譜密度示意圖,正頻率： 0頻到第一零點。,正頻率： 主瓣寬度,結(jié)論：2DPSK信號的頻譜與2PSK信號的頻譜將完全相同。,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1.4 二進制差分相移鍵控, 2PSK/2DPSK的移相方式與矢量圖,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1.4 二進制差分相移鍵控,二. 2PSK/2DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),圖7-17a 2PSK信號的產(chǎn)生原理框圖, 2PSK信號的產(chǎn)生,如何產(chǎn)生DPSK信號？,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1.4 二進制差分相

14、移鍵控,二. 2PSK/2DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),圖7-17b 2DPSK信號的產(chǎn)生原理框圖, 2DPSK信號的產(chǎn)生,差分編碼器如何實現(xiàn) ？,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1.4 二進制差分相移鍵控,二. 2PSK/2DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào), 差分編碼/解碼器實現(xiàn),差分編碼 dk = akdk-1,差分解碼 ak = dkdk-1,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1.4 二進制差分相移鍵控,二. 2PSK/2DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),2PSK/2DPSK信號對于數(shù)字信號的“0”、“1”具有相同的載波幅度和載波頻率，因此無法使用包絡(luò)檢波方法進行非相干解調(diào)。, 2PSK信號的解調(diào),框圖中各點波形

15、如何 ？,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1.4 二進制差分相移鍵控,二. 2PSK/2DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1.4 二進制差分相移鍵控,二. 2PSK/2DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào), 2DPSK信號的解調(diào),圖7-20 2DPSK信號的解調(diào)原理框圖,框圖中各點波形如何？,第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.1.4 二進制差分相移鍵控,二. 2PSK/2DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),7.1.4 二進制差分相移鍵控,二. 2PSK/2DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),7.4 多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),多進制(M)振幅鍵控(MASK),多進制

16、(M)頻移鍵控(MFSK),多進制(M)相移鍵控(MPSK/MDPSK),多進制(M)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)特點：,多進制(M2)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)在相同的碼元速率下，信息傳輸速率比二進制系統(tǒng)要高。,多進制(M)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)在相同信息速率下，由于碼速低，使得占用頻帶寬度比二進制系統(tǒng)要窄，信道利用率得以提高。,多進制(M)聯(lián)合鍵控(如APK),多進制(M)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)在相同的信息速率下的低碼速，使碼元加寬，有利于提高系統(tǒng)的誤碼性能。,第五章 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),7.4 多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),7.4.1 多進制數(shù)字振幅調(diào)制原理及抗噪聲性能,一. 多進制(M)數(shù)字振幅調(diào)制(MASK)原理,第五章 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),7.4.1

17、多進制數(shù)字振幅調(diào)制原理及抗噪聲性能,一. 多進制(M)數(shù)字振幅調(diào)制(MASK)原理,圖7-22 多進制(M)數(shù)字振幅調(diào)制(MASK)波形,第五章 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),7.4.1 多進制數(shù)字振幅調(diào)制原理及抗噪聲性能,一. 多進制(M)數(shù)字振幅調(diào)制(MASK)原理,圖7-23 多進制(M)數(shù)字振幅調(diào)制(MASK)的頻譜與帶寬,正頻率： 主瓣寬度,第五章 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),7.4.1 多進制數(shù)字振幅調(diào)制原理及抗噪聲性能,二. 多進制(M)數(shù)字振幅調(diào)制(MASK)系統(tǒng), MASK信號的發(fā)送與接收,嚴(yán)格說來這是一種振幅與相位聯(lián)合調(diào)制，常稱為抑制載波調(diào)幅。,第五章 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),7.4 多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),7.4.

18、2 多進制數(shù)字頻率調(diào)制原理及抗噪聲性能,一. 多進制(M)數(shù)字頻率調(diào)制(MFSK)原理,第五章 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),7.4 多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),7.4.2 多進制數(shù)字頻率調(diào)制原理及抗噪聲性能,一. 多進制(M)數(shù)字頻率調(diào)制(MFSK)原理,第五章 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),7.4.2 多進制數(shù)字頻率調(diào)制原理及抗噪聲性能,一. 多進制(M)數(shù)字頻率調(diào)制(MFSK)原理,圖7-26 基帶數(shù)據(jù)s(t)與MFSK信號eo(t)的功率譜密度示意圖,正頻率： 0頻到第一零點,正頻率： 含M個主瓣,第五章 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),7.4 多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),7.4.3 多進制數(shù)字相位調(diào)制原理及抗噪聲性能,一. 多進制(M)數(shù)字相位調(diào)制(MPSK)原理,應(yīng)用最多的是四相調(diào)制(4PSK或QPSK)和八相調(diào)制(8PSK)。而且常用差分方式。,第五章 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),7.4