第6章 数字信号的频带传输

1、第第6 6章章 数字信号的载波传输数字信号的载波传输6.1 6.1 引言引言6.2 6.2 二进制数字调制原理二进制数字调制原理6.3 6.3 二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较 6.4 6.4 多进制数字调制系统多进制数字调制系统6.16.1引言引言 在实际信道中，大多数信道具有带通传输在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种信道中传特性，数字基带信号不能直接在这种信道中传输，因此，必须用数字基带信号对载波进行调输，因此，必须用数字基带信号对载波进行调制，产生已调数字信号，才能在无线信道、光制，产生已调数字信号，才能在无线信道、光纤信道等媒质

2、中传输。类似于模拟调制，有数纤信道等媒质中传输。类似于模拟调制，有数字振幅调制、数字频率调制和数字相位调制。字振幅调制、数字频率调制和数字相位调制。数字调制：把数字基带信号变换为数字带通信数字调制：把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程。号（已调信号）的过程。数字带通传输系统：通常包括调制和解调过程数字带通传输系统：通常包括调制和解调过程的数字传输系统。的数字传输系统。数字调制技术有两种方法：数字调制技术有两种方法：利用模拟调制的方法去实现数字式调制；利用模拟调制的方法去实现数字式调制；通过开关键控载波，通常称为通过开关键控载波，通常称为键控法。键控法。 基本键控方式：振幅键控、频

3、移键控、相基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移移 键控键控数字调制可分为二进制调制和多进制调制。数字调制可分为二进制调制和多进制调制。 振幅键控 频移键控 相移键控an 1 0 1 1 0 1 0 02ASK2FSK2PSK二进制已调信号波形6.2 6.2 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 调制信号为二进制数字信号时，调制信号为二进制数字信号时，这种调制称为二进制数字调制。这种调制称为二进制数字调制。在二在二进制数字调制中，载波的幅度、频率进制数字调制中，载波的幅度、频率或相位只有两种变化状态。或相位只有两种变化状态。6.2.16.2.1二进制振幅键控二进制振幅键控（2ASK2ASK）设

4、：调制信号为设：调制信号为S(t), S(t), 载波为载波为coscosc ct, t, 则则 00 1 coscos)(2tttstsccASK1、2ASK2ASK信号的时域表达信号的时域表达 振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。二进制时，则为二进制振幅键控。其中其中 Ts 码元持续时间；码元持续时间； g(t) 持续时间为持续时间为T Ts s的基带脉冲波形，通常假设是的基带脉冲波形，通常假设是高度为高度为1 1，宽度等于，宽度等于T Ts s的矩形脉

5、冲的矩形脉冲； an 第第n n个符号的电平取值，若取个符号的电平取值，若取 则相应的则相应的2ASK2ASK信号就是信号就是OOKOOK（通（通- -断键控）信号。断键控）信号。 ttstSccos)(2ASKnsnnTtgats)()(PPan1, 1, 0概率为概率为载波s(t) 1 0 1 1 0an已调波tnTtgatcnsnASKcos2s一个单极性矩形脉冲序列与正弦载波相乘一个单极性矩形脉冲序列与正弦载波相乘 nSnnTtgats tcosc2tstSASKtcosc数字信号序列数字信号序列载波载波已调信号已调信号数字信号序列数字信号序列 nSnnTtgatsGNDtcosc载波

6、载波 tcosc2tstSASK已调信号已调信号10101载波s(t)1 0 1 1 0an已调波2 2、2ASK2ASK信号的产生信号的产生（1 1）模拟调制法）模拟调制法（2 2）键控法）键控法 cscsffPffPfP41412ASK2ASK信号的功率谱信号的功率谱ffc-fs fc fc+fsP2ASK(f)基带数字信号的功率谱基带数字信号的功率谱f-2fs -fs 0 fs 2fsPs(f)03 3、2ASK2ASK信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽由图可见由图可见：（1 1）2ASK2ASK信号的功率谱包含连续谱和离散谱。信号的功率谱包含连续谱和离散谱。（2) 2ASK2) 2A

7、SK信号的频带宽度为基带信号带宽的信号的频带宽度为基带信号带宽的 两倍。两倍。B B2ASK2ASK=2B=2BS S=2f=2fS S=2R=2RB B =R=RB B/B/B2ASK2ASK=0.5B/H=0.5B/HZ Z数字基带信号采用滚降频谱特性时数字基带信号采用滚降频谱特性时 B BS S=(1+)B=(1+)BN N=(1+)R=(1+)RB B/2/2例：设发送数字信息序列为例：设发送数字信息序列为0110101101，已知某，已知某2ASK2ASK系统的码元速率为系统的码元速率为1000B1000B，所用载波频，所用载波频率为率为2000H2000HZ Z。（1 1）画出相应

8、的）画出相应的2ASK2ASK信号的波形图；信号的波形图；（2 2）求）求2ASK2ASK信号的带宽。信号的带宽。全波或半波整流带通接收信号输出信号低通抽样判决定时脉冲提取(a) 包络检波（非相干解调）包络检波（非相干解调）2ASK全波整流低通输出 1 0 1 1 0 1 0 0输出信号4 4、2ASK2ASK信号的解调信号的解调全波或半波整流带通接收信号输出信号低通抽样判决定时脉冲提取(a) 包络检波包络检波 tcostsctcosc ts21 tcosc costs21 t2cos1ts21c t2coscosts21c本地相干载波提取带通接收信号输出信号低通抽样判决定时脉冲提取(b) 相

9、干解调相干解调相乘器相干解调必须载波同步，即接收端需提取同频同相的载波。2ASK信号相干解调过程的各点波形信号相干解调过程的各点波形 2ASK2ASK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能（1 1）相干解调法的抗噪声性能）相干解调法的抗噪声性能 相干解调法的误码率为相干解调法的误码率为222nare122rPerfc为解调器的输入信噪比；为解调器的输入信噪比；a a为为信号振幅，信号振幅， 为噪声功率。为噪声功率。2n 当当r r11，即大信噪比时，上式可近似表示，即大信噪比时，上式可近似表示为为4e11e422rrPerfc4e1erPr（2 2）非相干解调法的抗噪声性能）非相干解调法的抗噪声性能

10、误码率为误码率为4e1e2rP【例】 某2ASK信号传输系统，其码元速率RB=4.8106 Baud，发“1”和发“0”的概率相等，收信端分别采用相干解调和包络检波。已知收信端输入信号的幅度a=1mV ，信道中加性高斯白噪声的单边功率谱密度n0=210-15W/HZ 。试求： （1）相干解调时系统的误码率； （2）包络检波时系统的误码率。解：（1）带通滤波器带宽为带通滤波器输出噪声平均功率为信噪比为 相干解调时系统的误码率为 6B29.6 10 HzBR2801.92 10Wnn B26281 10261221.9210nar46.54e11ee1.66 103.1416 26r/Pr（2）包

11、络检波时系统的误码率为 可见，在相同的信噪比条件下，相干解调法的抗噪声性能优于包络检波法。但在大信噪比时，包络检波性能接近相干解调性能。/ 46.54e11ee7.51022rP结结 论：论：（1)1)信噪比一定时，相干解调法的抗噪声性能优信噪比一定时，相干解调法的抗噪声性能优于非相干解调法的性能，但在大信噪比时，两者于非相干解调法的性能，但在大信噪比时，两者性能相差不大；在系统误码率一定时，相干解调性能相差不大；在系统误码率一定时，相干解调法比非相干解调法对信号的信噪比要求低。法比非相干解调法对信号的信噪比要求低。（2 2）相干解调法需要提取相干载波，而非相干）相干解调法需要提取相干载波，而

12、非相干解调法不需要，可见相干解调法比非相干解调法解调法不需要，可见相干解调法比非相干解调法设备复杂。设备复杂。（3 3）一般而言，对于）一般而言，对于2ASK2ASK系统，大信噪比条件系统，大信噪比条件下适宜使用非相干解调法，而小信噪比情况下适下适宜使用非相干解调法，而小信噪比情况下适宜使用相干解调。宜使用相干解调。2FSK波形基带信号f1f2f1f20101sT载波频率随着基带信号0或1而变化 “0”频率为f1的正弦波 “1”频率为f2的正弦波6.2.2 6.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）1 1、2FSK2FSK信号的时域表达信号的时域表达 由于码元由于码元“1”

13、1”和和“0”0”分别用两个分别用两个不同频率的正弦波形来传送，而其振不同频率的正弦波形来传送，而其振幅不变，所以其表达式为：幅不变，所以其表达式为： ttsttsS212FSKcos)(cos)(t)式中式中 g(t) 单个矩形脉冲单个矩形脉冲， Ts 脉冲持续时间脉冲持续时间； n n和和 n n分别是第分别是第n n个信号码元（个信号码元（1 1或或0 0）的初）的初始相位，通常可令其为零。始相位，通常可令其为零。)cos()()cos()()(212FSKnnsnnnsntnTtgatnTtgatSPPan1, 1, 0概率为概率为PPan概率为概率为, 11, 02FSK信号的时域表

14、达式又可写成信号的时域表达式又可写成aak1011001ts(t)ts(t)bttcdettfgt2FSK信 号2ASK1t2ASK2t 1 0 1 1 0 1 0+= =2211coscosstnTtgatnTtgatnsnnsnFSK2FSKtt222cosstnTtgatnsnASK111cosstnTtgatnsnASK数字信息序列an载载波波集集.f0f1fM-1FSK信号输出频率选择法模拟的频率调制模拟的频率调制FSK信号输出数字基带信号连续相位的FSK载波fc用不同频率的载波代表不同数字信源符号FSK信号的相位不连续2 2、2FSK2FSK信号的产生信号的产生（1 1）数字键控法

15、）数字键控法（2 2）模拟调频法）模拟调频法f1f1-fsf2f2+fsfPFSK(f)fPFSK(f)fPFSK(f)f2f2+fsf1f1-fsf2f2+fsf1f1-fs2ASK信号的功率谱信号的功率谱PSffc-fs fc fc+fsPS(f)3 3、2FSK2FSK信号的信号的功率谱及带宽功率谱及带宽|f2-f1|fs|f2-f1|fs|f2-f1|2fs 2FSK2FSK信号可视为两个信号可视为两个2ASK2ASK信号的合成，信号的合成，则则2FSK2FSK信号功率谱为两个信号功率谱为两个2ASK2ASK功率谱之和。功率谱之和。 分析上图可见：分析上图可见：（1 1）2FSK2FS

16、K信号的功率谱与信号的功率谱与2ASK2ASK信号的功率谱信号的功率谱相似，由离散谱和连续谱两部分组成。相似，由离散谱和连续谱两部分组成。（2 2）连续谱的形状随着）连续谱的形状随着|f|f2 2-f-f1 1| |的大小而异。的大小而异。 |f|f2 2-f-f1 1|f|fs s出现双峰；出现双峰；|f|f2 2-f-f1 1|f|1r1时时 2e1e2rPr（2 2）包络检波法的抗噪声性能）包络检波法的抗噪声性能 系统的误码率为系统的误码率为2e1e2rP 可见，在大信噪比条件下，可见，在大信噪比条件下，2FSK2FSK的非相干解调的非相干解调与相干解调相比，在性能上相差较小，但采用相干

17、与相干解调相比，在性能上相差较小，但采用相干解调需要提供本地载波，从而使其在设备上变得较解调需要提供本地载波，从而使其在设备上变得较为复杂。因此在能够满足输入信噪比的条件下，为复杂。因此在能够满足输入信噪比的条件下，一一般多采用非相干解调。般多采用非相干解调。P191P191例例6.46.4 例：某例：某2FSK2FSK系统的传码率为系统的传码率为2 210106 6Baud Baud ，”1”1”码和码和”0”0”码对应的载波频率分别为码对应的载波频率分别为f f1 1=l0MHz=l0MHz， f f2 2=l5MHz=l5MHz。 (1)(1)请问相干解调器中的两个带通滤波器和两个请问相

18、干解调器中的两个带通滤波器和两个 低通滤波器应具有怎样的幅频特性？画出示低通滤波器应具有怎样的幅频特性？画出示 意图说明。意图说明。 (2)(2)试求该试求该2FSK2FSK信号占用的频带宽度。信号占用的频带宽度。6.2.36.2.3二进制相移键控（二进制相移键控（2PSK2PSK）和）和二进制差分相移键控（二进制差分相移键控（2DPSK2DPSK） 相移键控是利用载波相位的变化来传相移键控是利用载波相位的变化来传递数字信息，通常可以分为绝对相移键递数字信息，通常可以分为绝对相移键控（控（2PSK2PSK）和相对相移键控（）和相对相移键控（2DPSK2DPSK）两）两种方式，下面分别讨论。种方

19、式，下面分别讨论。 在二进制相移键控在二进制相移键控(2PSK)(2PSK)中，以二元中，以二元数字信号数字信号“1”“1”或或“0”“0”去控制载波相位改去控制载波相位改变，通常载波信号用相位变，通常载波信号用相位“0”“0”和和“”“”分别代表分别代表“1”1”和和“0”0”，而其振幅和频率，而其振幅和频率保持不变。所以保持不变。所以2PSK2PSK信号表达式为：信号表达式为： tAtScPSKcos)(21 1、二进制绝对相移键控（、二进制绝对相移键控（2PSK2PSK）在该公式中，当发送在该公式中，当发送 “1” “1”时，时，=0=0；当发送；当发送“0”“0”时，时，= 发送发送“

20、1”1”时时 发送发送“0”0”时时 2PSK2PSK信号是以载波的不同相位直接表示相应的数信号是以载波的不同相位直接表示相应的数字码元，这种调制方式称为字码元，这种调制方式称为绝对相移键控。绝对相移键控。)cos()cos()(2tAtAtSccPSKtAtScPSKcos)(2基带信号波形调制波形：调制相位:11110000000二进制数字信号: 2PSK2PSK信号可以表述为一个双极性非归零矩形脉信号可以表述为一个双极性非归零矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘：冲序列与一个正弦载波的相乘：式中式中这里，这里，g g( (t t) )是脉宽为是脉宽为T Ts s的单个矩形脉冲，而的单个矩形脉

21、冲，而a an n的统计特性为的统计特性为 ttstsccos)(2PSKnsnnTtgats)()(PPan1, 1, 1概率为概率为双极性码 1 0 1 1 0 1 0 0ak载波2PSK信号+1+1+1+1-1-1-1-12PSK2PSK的实现方式的实现方式ttstScPSKcos)()(2双极性矩形脉冲序列与正弦载波相乘双极性矩形脉冲序列与正弦载波相乘双极性变换载波发生器2PSK信号信源码序列ak（a) 相乘器实现2PSK信号载波发生器信源码序列ak2PSK信号（b) 相位选择法0相载波相载波 PSK特点与ASK有相同的频带利用率无离散载波分量 解调时存在相位模糊2ASK信号的功率谱信

22、号的功率谱ffc-fs fc fc+fsP2ASK(f)2PSK信号的功率谱信号的功率谱ffc-fs fc fc+fsP2PSK(f) 2PSK2PSK信号的带宽、频带利用率也与信号的带宽、频带利用率也与2ASK2ASK信号的相同。信号的相同。 BssASKPSKRfBBB22222)/(2122HzBaudASKPSK载波提取2PSK信号低通抽样判决时钟提取相干解调输出信号 1 1 1 0 0 1 0 02PSK信号载波2PSK信号载波输出信号低通输出2PSK2PSK信号的解调一般采用相干解调。信号的解调一般采用相干解调。 1 1 1 0 0 1 0 0载波提取2PSK信号低通抽样判决时钟提

23、取相干解调输出信号2PSK信号载波2PSK信号载波输出信号低通输出 0 0 0 1 1 0 1 1相位模糊 2PSK 2PSK方式存在方式存在“相位模糊相位模糊” ” 现象现象, ,又又称称“倒倒”或或“反向工作反向工作”现象，为了克现象，为了克服这种现象，实际中采用服这种现象，实际中采用2DPSK2DPSK。 由接收端参考相位倒相造成的误码现由接收端参考相位倒相造成的误码现象称为象称为“倒倒”现象。现象。2 2、二进制相对相移键控（、二进制相对相移键控（2DPSK2DPSK） 它不是利用载波相位的绝对数值传它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用本码元与前一码元送数字信息，而是用本码

24、元与前一码元相位之差来传送数字信息的。相位之差来传送数字信息的。”数字信息“，”数字信息“，1001 0 1 1 0 1 0 绝对调相2PSK相对调相2DPSK1 1 0 1 1 0 0 为了克服相位模糊问题，可采用差分编码。即每个码元的载波相位不是以固定相位作参考，而是以前一码元的相位作参考。如当本码元为“1”时，载波相位相对前一码元的相位变换；当码元为“0”时，载波相位相对前一码元的相位不变。绝对码an相对码bn相 对 码 bn(参 考 )2DPSK信 号 波 形2PSK信 号 波 形载 波 信 号二 进 制 序 列 波 形绝 对 码 an数 字信 息110100011011100 2DP

25、SK 2DPSK信号可以看作是把数字信息序信号可以看作是把数字信息序列（绝对码列（绝对码a an n）变换成相对码）变换成相对码b bn n，然后再，然后再根据相对码根据相对码b bn n进行进行2PSK2PSK而形成。而形成。 绝对码载波信号2DPSK信号 1 0 0 1 0 1 1 0f(t)tf(t)tf(t)tf(t)tf(t)t差分码(单极性)差分码(双极性) 绝对码绝对码a an n和相对码和相对码b bn n是可以互相转换是可以互相转换的，其转换关系为：的，其转换关系为： 1nnnbab1nnnbba 相对相移键控本质上就是对差分码相对相移键控本质上就是对差分码信号的绝对相移键控

26、信号的绝对相移键控。即。即 实现相对调相的最常用方法如图所示。实现相对调相的最常用方法如图所示。 ttstScDPSKcos)()(2nsnnTtgbts)()(（绝对码）（绝对码）差分差分编码编码电平电平转换转换相乘器相乘器载波载波发生器发生器单极单极NRZNRZ( (相对码相对码) )2DPSK2DPSK双极双极NRZNRZcosct0开关电路e2DPSK(t)180 移相s(t)码变换abcedf0 0 1 0 1 1 0相乘相乘载波发生器载波发生器DPSK信号信号绝对码绝对码相对码相对码低通低通抽样判决抽样判决码反变换码反变换位定时位定时abcedf相干解调框图相干解调框图1nnnbb

27、aabcedf0 0 1 0 1 1 0相乘相乘载波发生器载波发生器DPSK信号信号绝对码绝对码相对码相对码低通低通抽样判决抽样判决码变换码变换位定时位定时abcedf相干解调框图相干解调框图1bnnnba相乘延迟TSDPSK信号绝对码低通抽样判决位定时abced差分相干解调差分相干解调 差分相干解调直接利用了前后码元差分相干解调直接利用了前后码元的信息，解调和译码同时完成，无需专的信息，解调和译码同时完成，无需专门的相干载波，是一种很实用的方法。门的相干载波，是一种很实用的方法。 无论是无论是2PSK2PSK还是还是2DPSK2DPSK信号，就波形本身信号，就波形本身而言，它们都可以等效成双

28、极性信号作用下而言，它们都可以等效成双极性信号作用下的调幅信号，无非是一对倒相信号的序列。的调幅信号，无非是一对倒相信号的序列。有以下结论：有以下结论： （1 1）2DPSK2DPSK与与2PSK2PSK有相同的功率谱；有相同的功率谱； （2 2）它们的带宽和频带利用率均相同。）它们的带宽和频带利用率均相同。 BssASKPSKDPSKRfBBBB222222)/(21222HzBaudASKPSKDPSK（3 3）检测这两种信号时判决器均可工作在最佳）检测这两种信号时判决器均可工作在最佳门限电平（零电平）。门限电平（零电平）。（4 4）2PSK2PSK系统存在系统存在“相位模糊相位模糊”问题

29、，而问题，而2DPSK2DPSK系统不存在系统不存在“相位模糊相位模糊”问题。问题。 因此在实际应用中，真正作为传输用的数因此在实际应用中，真正作为传输用的数字调相信号几乎都是字调相信号几乎都是DPSKDPSK信号。信号。 2PSK2PSK系统相干解调的抗噪声性能系统相干解调的抗噪声性能e12Perfcr在大信噪比（在大信噪比（r r11）条件下，上式可近似表示为）条件下，上式可近似表示为e1e2 rPr2DPSK2DPSK系统相干解调的抗噪声性能系统相干解调的抗噪声性能 设设PePe为码反变换器输入端相对码序列为码反变换器输入端相对码序列 b bn n 的误码的误码率，并假设每个码出错概率相

30、等且统计独立，率，并假设每个码出错概率相等且统计独立，PePe 为为码反变换器输出端绝对码序列码反变换器输出端绝对码序列 a an n 的误码率，则的误码率，则eeePPP)1 ( 2 在大信噪比在大信噪比( (r1 ) )条件下，条件下，P Pe e1 1，因此，因此ee2PP 2DPSK2DPSK系统差分相干解调的抗噪声性能系统差分相干解调的抗噪声性能reeP21误码率为误码率为 2DPSK 2DPSK相干解调误码率指标优于差分相干相干解调误码率指标优于差分相干 解调系统。解调系统。6.3 6.3 二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较1. 1. 误码率误码率2DPSK2

31、PSK2FSK2ASK非相干解调相干解调421rerfc421re221rerfc221rererfc21rerfcre21r=10时时 2ASK、2FSK 、2PSK误码率误码率方式方式误码率误码率相干解调相干解调非相干解调非相干解调2ASK1.2610-2 4.110-2 2FSK7.910-4 3.3710-32PSK3.910-6 2.2710-5 Pe=10-5时时2ASK、2FSK和和 2PSK所需要的信噪比所需要的信噪比 方式方式信噪比信噪比倍倍分贝分贝2ASK36.415.62FSK18.212.62PSK9.19.6结论：结论：1 1、对同一种数字调制信号，采用相干解调方式、

32、对同一种数字调制信号，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式的误码率。的误码率低于采用非相干解调方式的误码率。2 2、在误码率一定的情况下，、在误码率一定的情况下，2PSK2PSK、2FSK2FSK、2ASK2ASK系统所需要的信噪比关系为系统所需要的信噪比关系为 r r2ASK2ASK=2r=2r2FSK2FSK=4r=4r2PSK2PSK 3 3、若信噪比、若信噪比r r一定，一定，2PSK2PSK系统的误码率低于系统的误码率低于2FSK2FSK系统，系统，2FSK2FSK系统的误码率低于系统的误码率低于2ASK2ASK系统。系统。 2. 2. 频带宽度频带宽度 若传输的码元时间宽

33、度为若传输的码元时间宽度为TsTs，则，则2ASK2ASK系系统和统和2PSK(2DPSK)2PSK(2DPSK)系统的频带宽度为系统的频带宽度为2/Ts2/Ts，即即 B B2ASK2ASK=B=B2PSK2PSK=2/Ts=2/Ts 2FSK2FSK系统的频带宽度为系统的频带宽度为 B B2FSK2FSK=|f=|f2 2-f-f1 1|+2/Ts|+2/Ts 因此，从频带利用率上看，因此，从频带利用率上看，2FSK2FSK系统系统的频带利用率最低。的频带利用率最低。 3. 3. 对信道特性变化的敏感性对信道特性变化的敏感性 信道特性变化的灵敏度对最佳判决门限有信道特性变化的灵敏度对最佳判

34、决门限有一定的影响。一定的影响。 2ASK2ASK系统最差，系统最差，2FSK2FSK系统和系统和2PSK2PSK系统较好。系统较好。 4. 4. 设备的复杂程度设备的复杂程度 相干解调比非相干解调复杂。相干解调比非相干解调复杂。 2ASK2ASK系统的结构最简单。系统的结构最简单。全波或半波整流带通接收信号输出信号低通抽样判决定时脉冲提取(a) 包络检波（非相干解调）包络检波（非相干解调）2ASK全波整流低通输出 1 0 1 1 0 1 0 0输出信号2ASK2ASK信号的解调信号的解调 f1 f0 f1 f1 f0 f1 f02FSKttatb非相干解调带通滤波器1带通滤波器0包络检波器包

35、络检波器位定时恢复判决器数据数据2FSK输入输入abcdc 1 0 1 1 0 1 0d2FSK2FSK信号的解调信号的解调载波提取2PSK信号低通抽样判决时钟提取相干解调输出信号 1 1 1 0 0 1 0 02PSK信号载波2PSK信号载波输出信号低通输出2PSK2PSK信号的解调一般采用相干解调。信号的解调一般采用相干解调。6.4 6.4 多进制数字调制系统多进制数字调制系统 多进制数字调制是利用多进制数字基带信多进制数字调制是利用多进制数字基带信号去控制载波的幅度、频率或相位。号去控制载波的幅度、频率或相位。 相应的有相应的有MASKMASK、MFSKMFSK、MPSKMPSK。多进制

36、数字调制方式的特点是：多进制数字调制方式的特点是：（1 1）在相同码元速率下，多进制数字调制系统）在相同码元速率下，多进制数字调制系统的信息传输速率高于二进制数字调制系统；的信息传输速率高于二进制数字调制系统；（2) 2) 在相同的信息速率下，多进制数字调制系在相同的信息速率下，多进制数字调制系统的码元传输速率低于二进制调制系统；统的码元传输速率低于二进制调制系统；（3 3）多进制数字调制系统的设备复杂，判决电）多进制数字调制系统的设备复杂，判决电平增多，误码率高于二进制数字调制系统。平增多，误码率高于二进制数字调制系统。多进制振幅键控又称多进制振幅键控又称多电平调制多电平调制优点：优点：M

37、MASKASK信号的带宽和信号的带宽和2ASK2ASK信号带信号带宽相同，故单位频带的信息传输速率高宽相同，故单位频带的信息传输速率高即频带利用率高。即频带利用率高。6.4.1 6.4.1 多进制振幅键控（多进制振幅键控（MASKMASK）(b) MASK信号(a) 基带多电平单极性不归零信号0010110101011110000t0t010110101011110001230123例如 四进制幅度调制00011011S0(t)S1(t)S2(t)S3(t)载载波波集集1011M进制符号序列进制符号序列二进制信源序列二进制信源序列载载波波集集S0(t)S1(t)S2(t)S3(t)码元频带利用

38、率码元频带利用率信息频带利用率信息频带利用率频带宽度频带宽度 MASKMASK系统的信息频带利用率是系统的信息频带利用率是2ASK2ASK系统系统的的loglog2 2M M倍。倍。M进制数字振幅调制系统的误码率进制数字振幅调制系统的误码率Pe性能曲线性能曲线10 110 210 310 410 510 605101520r/dBPe12530248164FSK4FSK信号波形举例信号波形举例 (a) 4FSK信号波形信号波形f3f1f2f4TTTTtf1f2f3f400011011(b) 4FSK信号的取值信号的取值6.4.2 6.4.2 多进制频移键控（多进制频移键控（MFSKMFSK）数

39、字信息序列an载载波波集集.f0f1fM-1FSK信号输出用不同频率的载波代表不同数字信源符号图图6-25 6-25 多进制频移键控系统框图多进制频移键控系统框图 多进制数字频率调制系统误码率性能曲线多进制数字频率调制系统误码率性能曲线10 110 210 310 410 510 610 7 505101520r/dB102432210 81在在M M一定的情一定的情况下，信噪比况下，信噪比r r越大，误码越大，误码率率PePe越小；在越小；在r r一定的情况一定的情况下，下，M M越大，越大，误码率误码率PePe也越也越大。大。 多进制数字相位调制又称多相调制，它是多进制数字相位调制又称多相

40、调制，它是利用载波的多种不同相位来表征数字信息的调利用载波的多种不同相位来表征数字信息的调制方式。与二进制数字相位调制相同，多进制制方式。与二进制数字相位调制相同，多进制数字相位调制也有绝对相位调制和差分相位调数字相位调制也有绝对相位调制和差分相位调制两种。制两种。 6.4.3 6.4.3 多进制相移键控多进制相移键控多进制的两种矢量图多进制的两种矢量图四相调制四相调制（QPSK)00011110225 135 45315 B方式方式双信息符号与双信息符号与 k的关系的关系A方式双信息符号与方式双信息符号与 k的关系的关系00101101090 180 270系系统统2 参考相位参考相位2 2

41、3 001011010A方式方式参考相位参考相位43 45 47 110100104 B方式方式系统系统4 iq-1 +1+1-17 /4 5 /43 /4 /40t +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 -1 +14 45 47 43 +1-1-1 +1四相调制四相调制（QPSK)串/并变换载波发生及90移相器tcosctsinc 正交调制器正交调制器二进制双极性二进制双极性不归零码不归零码QPSK 输出输出IQQI+1-1+1+1-1-1-1+1-1+1调相法产生调相法产生B B方式方式4PSK4PSK信号信号相位选择法产生相位选择法产生4PSK4PSK信号信号B B方式方式4P

42、SK4PSK信号相干解调原理框图信号相干解调原理框图 * *2 2、多进制的相对移相、多进制的相对移相(MDPSK)(MDPSK) 4DPSK4DPSK的相干解调原理框图的相干解调原理框图4DPSK4DPSK信号的差分相干解调信号的差分相干解调例：对最高频率为例：对最高频率为6MH6MHZ Z的模拟信号按奈氏的模拟信号按奈氏速率抽样后进行速率抽样后进行PCMPCM编码，量化电平数编码，量化电平数M=8M=8，编码信号先通过，编码信号先通过=0.2=0.2的升余弦滚的升余弦滚降滤波器处理，再对载波进行调制。降滤波器处理，再对载波进行调制。（1 1）采用）采用2PSK2PSK调制，求占用信道带宽和

43、信调制，求占用信道带宽和信息频带利用率息频带利用率b b（2 2）将调制方式改为）将调制方式改为8PSK8PSK，信息速率不变，信息速率不变，求占用信道带宽和信息频带利用率求占用信道带宽和信息频带利用率b b* *6.4.46.4.4正交幅度调制（正交幅度调制（QAMQAM） 正交振幅调制（正交振幅调制（QAMQAM）是一种幅度和）是一种幅度和相位联合键控（相位联合键控（APKAPK）的调制方式。它可）的调制方式。它可以提高系统可靠性，且能获得较高的信以提高系统可靠性，且能获得较高的信息频带利用率，是目前应用较为广泛的息频带利用率，是目前应用较为广泛的一种数字调制方式。一种数字调制方式。APK

44、APK信号的振幅和相位独立地同时受到调制信号的振幅和相位独立地同时受到调制 ：式中，式中，k k = = 整数；整数；A Ak k和和 k k分别可以取多个离散值。分别可以取多个离散值。上式可以展开为上式可以展开为令令 X Xk k = = A Ak kcoscos k k Y Yk k = - = -A Ak ksinsin k k从上式看出，从上式看出，s sk k( (t t) )可以看作是两个正交的振幅键控可以看作是两个正交的振幅键控信号之和信号之和若若 k k值取值取4545 和和-45-45 ，A Ak k值取值取+ +A A和和- -A A，则，则APKAPK信号信号 QPSKQPSK信号信号 4QAM4QAM信号信号 )cos()(0kkktAtsTktkT) 1( tAtAtskkkkk00sinsincoscos)(tYtXtskkk00sincos)(代入上式，得到代入上式，得到 M MQAMQAM又称星座调制又称星座调制(c) 64QAM信号矢量图 (d) 256QAM信号矢量图 01110010Akk(a) 4QAM信号矢量图 (b) 16QAM信号矢量图16QAM16QAM信号产生方法信号产生方法(1)(1)正交调幅法：用两路独立的正交正交调幅法：用两路独立的正交4