第八章 数字调制系统

1、天津工业大学 信息学院 通信原理 第八章第八章 数字调制系统数字调制系统 内容简介内容简介： 8.1 8.1 引言引言 8.2 8.2 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 8.3 8.3 二进制数字调制的频谱特性二进制数字调制的频谱特性 8.4 8.4 二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能 8.5 8.5 多进制数字调制系统多进制数字调制系统 8.6 8.6 现代数字调制技术现代数字调制技术 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.1 8.1 引言引言 1.过程：过程： 用数字信号控制载波的参数（幅度、频率、用数字信号控制载波的参数（幅度、频率、 相位），使已调信号适合

2、于信道传输。相位），使已调信号适合于信道传输。 2.调制方法：调制方法： （1）模拟法：将数字信号看成是模拟信号的特）模拟法：将数字信号看成是模拟信号的特 例，用模拟电路实现。例，用模拟电路实现。 （2）键控法：将数字信号控制电子开关，从而）键控法：将数字信号控制电子开关，从而 实现对载波幅度、频率和相位的实现对载波幅度、频率和相位的 控制。控制。(ASK、FSK、PSK) 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.1 8.1 引言引言 3. 主要内容：主要内容： （1）二进制数字调制与解调原理。）二进制数字调制与解调原理。 （2）QPSK（QDPSK）调制与解调原理。）调制与解调原理。 已调信号

3、表达式已调信号表达式 解调框图及各点波形解调框图及各点波形 已调信号的频谱结构及信号带宽已调信号的频谱结构及信号带宽 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 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.2 8.2 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK)2ASK) 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK)2FSK) 二进制相移键控（二进制相移键控（2PSK)2PSK) 二进制差分相移键控（二进制差分相移键控（2DPSK)2DPSK) 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.2.1 二进制幅移键控（二进制幅移键控（2ASK） 二进制幅移键控二进

4、制幅移键控ASKASK信号是利用二进制数信号是利用二进制数 字基带脉冲序列中的字基带脉冲序列中的1 1、0 0码去控制载波输码去控制载波输 出的有或无得到的。对单极性不归出的有或无得到的。对单极性不归0 0的矩形的矩形 脉冲序列而言，脉冲序列而言，“1”1”码打开通路，送出载码打开通路，送出载 波；波；“0”0”码关闭通路，输出码关闭通路，输出0 0电平，所以电平，所以 又称为通又称为通- -断键控断键控OOK(onOOK(on-off Keying)-off Keying)。 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.2.1 二进制幅移键控（二进制幅移键控（2ASK） 一般情况下，调制信号是具有

5、一定波形形一般情况下，调制信号是具有一定波形形 状的二进制序列，即状的二进制序列，即 n sn nTtgats 式中式中TsTs为码元间隔；为码元间隔；g(tg(t) )为调制信号的脉冲为调制信号的脉冲 形状表达式，为讨论方便，这里设其为单极性不形状表达式，为讨论方便，这里设其为单极性不 归归0 0的矩形脉冲；的矩形脉冲；a an n为二进制符号，且为二进制符号，且 )1 (0 1 P P an 概率为 概率为 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.2.1 二进制幅移键控（二进制幅移键控（2ASK） 借助于模拟幅度调制原理，二进制序列幅借助于模拟幅度调制原理，二进制序列幅 移键控信号的一般表达

6、式为移键控信号的一般表达式为 tnTtgattste c n sncASK coscos 2 设输入序列为设输入序列为10011001，相应的输出波形如下图所示：，相应的输出波形如下图所示： 010100 信号ASK2 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.2.1 二进制幅移键控（二进制幅移键控（2ASK） 幅移键控调制器可以用一个相乘器实现幅移键控调制器可以用一个相乘器实现, ,也也 可以用一个开关电路来代替。两种调制电路的框可以用一个开关电路来代替。两种调制电路的框 图分别对应于下图（图分别对应于下图（a)a)、(b)(b)。 K )(ts t c cos 乘法器 )( 2 te ASK

7、)(ts )(b)(a )( 2 te ASK 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.2.1 二进制幅移键控（二进制幅移键控（2ASK） 二进制序列幅移键控信号的解调，与模拟双边带二进制序列幅移键控信号的解调，与模拟双边带AMAM 信号的解调方法一样，可以用相干解调或包络检波（非信号的解调方法一样，可以用相干解调或包络检波（非 相干解调）实现，如下图（相干解调）实现，如下图（a a）、（）、（b b）所示。设计电路）所示。设计电路 时，考虑到成本等综合因素，在时，考虑到成本等综合因素，在2ASK2ASK系统中很少使用相系统中很少使用相 干解调。干解调。 包络检波BPFLPF抽样判决 位定时 输

8、出)(te2ASK )(b )cos( 0 t )(te2ASK输出 位定时 抽样判决LPFBPF )(a )(tv )(tx)(ty )(ty 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 用二进制数字序列中的用二进制数字序列中的“1”1”或或“0”0”控制输控制输 出不同频率载波得到的信号，称为二进制频移键出不同频率载波得到的信号，称为二进制频移键 控控2FSK2FSK信号。已调信号的时域表达式为信号。已调信号的时域表达式为 n sn n snFSK tnTtgatnTtgate 212 coscos 式中式中g(tg(t) )为单极性不归为单极

9、性不归0 0的矩形脉冲信号的矩形脉冲信号, , 为为a an n的反码，若只考虑在一个码元的持续时间内，的反码，若只考虑在一个码元的持续时间内， 则则 n a 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 输入序列为输入序列为10011001时，已调时，已调2FSK2FSK的输出波形如的输出波形如 下图所示，图中下图所示，图中f f1 1代表代表“1”1”，f f2 2代表代表“0”0”。 0cos 1 cos 2 1 2 tA tA te FSK 1010 信号FSK2 1 f 2 f 1 f 2 f 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.2.2

10、二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 对于矩形脉冲序列频移键控调制器可以采用对于矩形脉冲序列频移键控调制器可以采用 模拟信号调频电路实现，也可以采用键控法，即模拟信号调频电路实现，也可以采用键控法，即 用输入二进制序列去控制两个独立的载波发生器，用输入二进制序列去控制两个独立的载波发生器， 序列中的序列中的“1”1”码控制输出载波频率码控制输出载波频率f1 f1 ；“0”0” 码控制输出载波频率码控制输出载波频率f2 f2 。两种调制电路的框图。两种调制电路的框图 分别示于下图（分别示于下图（a a）、（）、（b b）。）。 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.2.2 二进制频移键控（

11、二进制频移键控（2FSK） 调频器 模拟 )( FSK2 te)(ts 振荡器 ）（ 二进信息 NRZ 倒相 振荡器 门 相加 门 2 f 1 f )(b )(a )( FSK2 te 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 频移键控信号的解调也可以采用相干解调频移键控信号的解调也可以采用相干解调 或非相干解调，原理与二进制序列幅移键控信号或非相干解调，原理与二进制序列幅移键控信号 的解调相同，只是必须使用两套的解调相同，只是必须使用两套2ASK2ASK接收电路，接收电路， 如图（如图（a a）、（）、（b b）所示。与选择幅移键控信号解）所示

12、。与选择幅移键控信号解 调方式的同样理由，在调方式的同样理由，在2FSK2FSK系统中也很少使用相系统中也很少使用相 干解调。干解调。 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 位定时 t 2 cos t 1 cos 输出 相乘器 1 BPF 1 LPF 抽样判决 2 1 )(te2FSK 相乘器 2 BPF 2 LPF )( 2 ty )( 2 tx )( 1 tx )( 1 ty （a） 位定时 )( 2 tv )( 1 tv )( 2 ty )( 1 ty )(te2FSK 输出 抽样判决 包络检波 2 BPF 1 BPF 包络检波 2 1

13、 0 1输出 位定时 2 v 1 v 2 y 1 y 0 1 FSK2 e （b） 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 解调解调2FSK2FSK信号还可以用鉴频法、过零检测信号还可以用鉴频法、过零检测 法及差分检波法等。法及差分检波法等。 过零检测法的基本思想是，利用不同频率过零检测法的基本思想是，利用不同频率 的正弦波在一个码元间隔内过零点数目的不同，的正弦波在一个码元间隔内过零点数目的不同， 来检测已调波中频率的变化。其原理框图及各点来检测已调波中频率的变化。其原理框图及各点 波形如下图所示。波形如下图所示。 g 位定时 gf edcb

14、a 位定时 抽样判决LPF脉冲展宽整流微分限幅 (4) 差分检波法差分检波法 解调框图解调框图 在在2FSK调制系统中，用于表示调制系统中，用于表示“1”和和“0”的两个频率的两个频率f1 和和f2可以看作是以载波频率可以看作是以载波频率fc为中心，左右偏移为中心，左右偏移 个单位而个单位而 得到的，即：得到的，即： ， 。 分析分析 f fff c 1 fff c 2 c f 1 f 2 ff f f 0 BF LF )( 0 te )( 0 t e 抽样判决抽样判决 位定时 tAte c )cos()( 0 低频项低频项高频项高频项 因此，因此，2FSK信号可以表示为：信号可以表示为： 其

15、中：其中： ”“ ”“ 二进制 二进制 1 0 由差分检波法的解调框图，由差分检波法的解调框图， BF LPF )( 0 te )( 0 t e 抽样判决抽样判决 位定时 )(cos()cos()()( 00 tAtAtete cc )()(2cos)cos( 2 1 2 ccc tA 可求出乘法器的输出为：可求出乘法器的输出为： 经低通后：经低通后： )cos( 2 1 )( 2 0 c Ate 2 sin 2 1 2 sin 2 1 2 2 当 当 c c A A 若若 ， 1 22 1 22 1 2 2 0 当 当 c c A A e则：则： 由此可见，差分检波系统是将信号的由此可见，差

16、分检波系统是将信号的频率变化频率变化转化为转化为 幅度（电压）的变化幅度（电压）的变化，然后通过抽样判决器判断信号，然后通过抽样判决器判断信号 极性来识别二进制极性来识别二进制“0”和和“1”的。的。 天津工业大学 信息学院 通信原理 2PSK以载波的固定相位为参考，用与载波相同的以载波的固定相位为参考，用与载波相同的 相位表示相位表示“0”码；码；相位表示相位表示“1”码，则第码，则第k个码元可表个码元可表 示为：示为： 8.2.3 二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK） tnTtgate n sn00 cos)()( P P an 1, 0, 1 , 1, 1 概率为二进制 概率为二进

17、制 2PSK已调信号的时域表达式为：已调信号的时域表达式为： 1. 表达式表达式 0cos)cos( 1 cos)0cos( )( 0 二进制， 二进制， tAtA tAtA te cc cc k 2PSK信号的波形图如下图所示。信号的波形图如下图所示。 2. 调制方式调制方式 1000111 0000 （1）模拟法）模拟法 t c cos 乘法器 )( 0 te 双极性码 （2）键控法）键控法 K 开关电路 )(ts 移相移相 0 t c cos )( 0 te 3. 解调方法（相干解调）解调方法（相干解调） 2PSK信号的解调只能用相干解调一种形式。解调原理框图及信号的解调只能用相干解调一

18、种形式。解调原理框图及 波形如下图所示。波形如下图所示。 输出 判决器 抽样 LPF 相乘器 BPF 位定时 d c b a t c cos )( 0 te 100 0 111 输出 位定时 d c b a 1000111 3. 解调方法（相干解调）解调方法（相干解调） 2PSK信号的解调只能用相干解调一种形式。解调原理框图及信号的解调只能用相干解调一种形式。解调原理框图及 波形如下图所示。波形如下图所示。 输出 判决器 抽样 LPF 相乘器 BPF 位定时 d c b a t c cos )( 0 te 100 0 111 输出 位定时 d c b a 1000111 结论：结论： 2PSK

19、信号是用载波相位的绝对值来表示数字信息的，所以又称为绝信号是用载波相位的绝对值来表示数字信息的，所以又称为绝 对移相。对移相。 相干解调时，接收端的本地载波必须与发送载波同频同相。相干解调时，接收端的本地载波必须与发送载波同频同相。 若本地载波产生若本地载波产生180倒相时解调出的数字基带信号将全部出错，即倒相时解调出的数字基带信号将全部出错，即 出现出现“倒倒”现象。现象。 1011输出 位定时 d c b a 1000111 11 0 1011输出 位定时 d c b a 1000111 11 0 结论：结论： 2PSK信号是用载波相位的绝对值来表示数字信息的，所以又称为绝信号是用载波相位

20、的绝对值来表示数字信息的，所以又称为绝 对移相。对移相。 相干解调时，接收端的本地载波必须与发送载波同频同相。相干解调时，接收端的本地载波必须与发送载波同频同相。 若本地载波产生若本地载波产生180倒相时解调出的数字基带信号将全部出错，即倒相时解调出的数字基带信号将全部出错，即 出现出现“倒倒”现象。现象。 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.2.4 二进制差分移相键控（二进制差分移相键控（2DPSK） 2DPSK信号是利用已调信号的前后码元相位的信号是利用已调信号的前后码元相位的相对相对 变化变化表示二进制数字消息表示二进制数字消息1或或0的。的。 ”“ ”“ 1 00 二进制二进制 二进

21、制二进制 则：则： 设前后码元载波的相位差：设前后码元载波的相位差： 1 kk 信号信号DPSK2 01011100 相相位位 参参考考 1. 调制方式调制方式 2DPSK信号可以通过在信号可以通过在2PSK调制系统前加一级调制系统前加一级差差 分编码分编码电路来得到。电路来得到。 设：原数字基带信号的第设：原数字基带信号的第n位码为位码为an， 经差分编码经差分编码 后的输出为后的输出为bn，则编码及译码的过程如下：，则编码及译码的过程如下： （1）编码器）编码器 1 nnn bab Ts n a n b （2）译码器）译码器1 nnn bba Ts n a n b （3）2DPSK信号调制

22、框图及波形图。信号调制框图及波形图。 K 开关电路 移相移相 0 t c cos )( 0 te 码变换器码变换器 n a n b 01000111 1 11100 00 n b n a 信号DPSK 载波 相对码 绝对码 1 1 0 参考参考 2. 解调方式解调方式 （1）相干解调）相干解调 判决器 抽样 低通 相乘器带通 二进制信息 位定时 2DPSK信号信号 码反变换 f edc b a t c cos 10 位定时 f e d c b a 000111 10000111 参考参考 01111000 10 位定时 f e d c b a 000111 10000111 参考参考 0111

23、1000 2. 解调方式解调方式 （1）相干解调）相干解调 判决器 抽样 低通 相乘器带通 二进制信息 位定时 2DPSK信号信号 差分译码 f edc b a t c cos （2）差分相干解调）差分相干解调 判决器 抽样 低通相乘器 二进制信息 位定时 信号DPSK 带通 s T e d c b a 10 位定时 e d c b a 000111 10000111 （2）差分相干解调）差分相干解调 判决器 抽样 低通相乘器 二进制信息 位定时 信号DPSK 带通 s T e d c b a 10 位定时 e d c b a 000111 10000111 小结：小结： （1）在）在2DPS

24、K的相干解调过程中，若解调端的本地载的相干解调过程中，若解调端的本地载 波出现波出现180倒相时，系统的输出只在倒相的那一位出现倒相时，系统的输出只在倒相的那一位出现 错码，而不会出现成串错码。同学们可自行画出波形图错码，而不会出现成串错码。同学们可自行画出波形图 验证。验证。 （2）在）在2DPSK的差分相干解调中，由于不需要用本地的差分相干解调中，由于不需要用本地 载波参与解调，因此避免了载波参与解调，因此避免了“倒倒”现象。现象。 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.3 8.3 二进制数字调制信号的频谱特性二进制数字调制信号的频谱特性 一、一、2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度

25、2ASK信号的表达式为：信号的表达式为： tnTtgattste c n snc coscos 0 P P an 10 1 概率为 概率为 其中：其中： 式中基带信号式中基带信号s(t)是单极性矩形脉冲序列，是单极性矩形脉冲序列， ) 2 1 ()( 4 1 )( 4 )()()1 ()()1 ()( 2 22 PffTSa T mffmfGPffGPPffP s S sssss s(t)的功率谱密度为：的功率谱密度为： 0 s f2 s f )(fP s s f s f2f f sc ff sc ff c f c f0 )( 2 fP ASK s f2 ccscasca s cscsASK

26、ffffTffSTffS T fffff 16 1 16 4 1 22 2 结论：结论： （1）2ASK信号的频谱由连续谱和离散谱组成，且离散谱由载波信号的频谱由连续谱和离散谱组成，且离散谱由载波 分量确定，不能提取位定时。分量确定，不能提取位定时。 （2）2ASK信号的带宽为信号的带宽为BASK = 2fs，传输速率为，传输速率为RB = fs。 信道利用率为信道利用率为 。 )/(5 . 0 2 ASK HzB f f B R s sB （3）为了限制频带，可将基带信号变为余弦滚降信号后再进行）为了限制频带，可将基带信号变为余弦滚降信号后再进行 2ASK调制，其调制框图如下：调制，其调制框

27、图如下： BPF 基带信号基带信号 t c cos )( 0 te 余弦滤波器余弦滤波器 则经过余弦滤波器后基带信号带宽为则经过余弦滤波器后基带信号带宽为 ，sB fRB 2 1 2 1 2ASK信号的带宽为信号的带宽为 , s fBB)1 (2 ASK 信道利用率为信道利用率为 。 )/( 1 1 )1 ( ASK HzB f f B R s sB 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.3 8.3 二进制数字调制信号的频谱特性二进制数字调制信号的频谱特性 二、二、2FSK信号的频谱特性信号的频谱特性 1. 功率谱功率谱 2FSK信号的表达式为：信号的表达式为： n sn n sn tnTtg

28、atnTtgate 210 coscos )(0 )(1 )cos(cos)( )cos(cos)( 22 11 空号二进制 传号二进制 tAtAts tAtAts c c 其中：其中： 为载波角频率，为载波角频率，A为信号的幅度。为信号的幅度。 c 因此，因此，2FSK信号可看成是两个不同载频的信号可看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。信号的叠加。 2FSK信号的功率谱为：信号的功率谱为： 121211112 4 1 4 1 fffffffff ssssASK 2. 正交性正交性 要使要使s1(t)和和s2(t)互为正交，则要求它们之间的相关系数小互为正交，则要求它们之间的相关系数小 于

29、等于于等于0，即：，即： 0)()( 1 0 2112 s T b dttsts E scss T cc b T b TTSaTSa tdtAtA E dttsts E s s cos)()2( )cos()cos( 1 )()( 1 0 0 0 2112 其中：其中： ，是平均比特能量。，是平均比特能量。 s TT b T A dttsdttsE ss 2 )()( 2 1 2 0 2 2 0 2 1 通常，通常，fc是信号带宽的整数倍，即：是信号带宽的整数倍，即： 。 sc mff 因此，因此，0cos)( scsc TTSa )2( 12s TSa 要使要使 ，则需，则需0 12 nTs

30、2 即：即： s s f n T n f 44 s f n fff 2 2 12 或：或： 这说明，传这说明，传“1”的频率的频率f1和传和传“0”的频率的频率f2，各偏离载波频率，各偏离载波频率 fs/4的整数倍时，的整数倍时，2FSK信号具有正交性。信号具有正交性。 注注：s1(t)和和s2(t)互为正交信号时，对混有噪声后的正确接收有利。互为正交信号时，对混有噪声后的正确接收有利。 （1）2FSK信号的频谱由连续谱和离散谱组成。信号的频谱由连续谱和离散谱组成。 （2）离散谱位于）离散谱位于f1和和f2处。处。 （3）2FSK信号的带宽为信号的带宽为 。 ss f n fffB)2 2 (

31、2 12 （4）信道利用率为）信道利用率为 。 nfn f s s 4 2 )22/( 结论：结论： 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.3 8.3 二进制数字调制信号的频谱特性二进制数字调制信号的频谱特性 三、三、2PSK信号的频谱特性信号的频谱特性 2PSK信号的表达式为：信号的表达式为： n csnc tnTtgattstecoscos)( 0 )(0 )(1 )(cos)( cos)( 12 1 空号二进制 传号二进制 tstts tts c c s(t)是双极性不归零波形，是双极性不归零波形， ) 2 1 ()( )()0()21 ()(2)1 ()( 2 2 2 2 PfTSaT

32、 fGPffGPPffP Ss sss scasca s cscsPSK TffSTffS T ffPffPf 22 2 4 )()( 4 1 2PSK信号的功率谱为：信号的功率谱为： f sc ff sc ff c f c f0 )( 2 fP PSK s f2 （1）先验概率不等时，有连续谱和离散谱，先验概率）先验概率不等时，有连续谱和离散谱，先验概率 相等时，只有连续谱。相等时，只有连续谱。 （2）2PSK信号的连续谱与信号的连续谱与2ASK信号的连续谱基本相信号的连续谱基本相 同。同。 （3）2PSK信号的带宽为信号的带宽为 。 s fB2 结论：结论： 1. 将一个将一个6MHz视频

33、信号输入至调制器，调制器的载频，视频信号输入至调制器，调制器的载频， 请计算下列各调制信号传输带宽。请计算下列各调制信号传输带宽。 例题：例题： （1）若调制方式是）若调制方式是AM。 （2）若调制方式是）若调制方式是FM。 （3）对视频信号进行抽样，抽样速率为）对视频信号进行抽样，抽样速率为14MHz/s，每，每 样值量化后（有样值量化后（有16个量化电平），在编码为二进个量化电平），在编码为二进 制码，然后通过升余弦滤波（滚降因子），在进制码，然后通过升余弦滤波（滚降因子），在进 行行PSK调制调制 。 2. 数字通信系统传输两路数字通信系统传输两路A律律PCM数字语音信号数字语音信号 。

34、 例题：例题： （1）求信息速率）求信息速率 。 （2）用二进制数字基带系统传输此信号，求最小信道带）用二进制数字基带系统传输此信号，求最小信道带 宽宽 。 （3）用）用2DPSK系统传输此信号，求最小信道带宽系统传输此信号，求最小信道带宽 。 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.4 8.4 二进制数字调制信号的抗噪声性能二进制数字调制信号的抗噪声性能 一、一、2ASK信号的抗噪声性能（只讨论相干解调）信号的抗噪声性能（只讨论相干解调） 要求要求ASK相干解调的误码率相干解调的误码率Pe，需要先求出在抽样，需要先求出在抽样 判决前信号的电平及噪声分布，即分别求出相干解调器判决前信号的电平及噪

35、声分布，即分别求出相干解调器 输出端的信号和噪声。输出端的信号和噪声。 2ASK信号可以表示为：信号可以表示为： ”二进制“ ”二进制“ 0 1 0 cos )( 0 tA te c 接收端的信号经相干解调后的输出为：接收端的信号经相干解调后的输出为： 因此，发因此，发“1”码时，码时，x(t)的一维概率密度函数为的一维概率密度函数为: 0)( 1 )( )( tn tnA tx c c 注：注： 是窄带高斯噪声的同相分量，服从高斯分布。是窄带高斯噪声的同相分量，服从高斯分布。 )(tnc 2 )( exp 2 1 )( 2 2 2 1 Ax xP 发发“0”码时，码时，x(t)的一维概率密度

36、函数为的一维概率密度函数为: 2 exp 2 1 )( 2 2 2 0 x xP AxB P(x) P1(x) P0(x) 和和 的曲线如下图所示。的曲线如下图所示。 )( 1 xP)( 2 xP 所以，总的误码率所以，总的误码率Pe为为: dx x dx Ax P B B e 2 exp 22 1 2 )( exp 22 1 2 2 2 2 当发当发“1”的概率与发的概率与发“0”的概率相等时，的概率相等时， B=1/2。 令输入信噪比为令输入信噪比为 ，则相干解调，则相干解调ASK的误码率为的误码率为: 2 2 2 n A r 此时总误码率为：此时总误码率为： 22 2 1 2 A erf

37、cP e 2 2 1r erfcP e 又因为当又因为当x1时：时： x e xerfc x )( 2 所以在大信噪比所以在大信噪比 (r1)的情况下的情况下,系统的误码率为系统的误码率为 ： 4/ 1 r e e r P 二、二进制频带传输系统的性能比较二、二进制频带传输系统的性能比较 结论：结论：先比调制，再比解调。先比调制，再比解调。 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.5 8.5 多进制数字调制多进制数字调制 传码率相同时，多进制系统的传信率高于二进制系统。传码率相同时，多进制系统的传信率高于二进制系统。 特点：特点： 多进制信号占有与二进制信号相同的带宽。多进制信号占有与二进制信号

38、相同的带宽。 多进制调制系统的信道利用率高。多进制调制系统的信道利用率高。 多进制调制系统的可靠性低于二进制调制系统。多进制调制系统的可靠性低于二进制调制系统。 在设计时，要力争达到在设计时，要力争达到M个信号状态之间正交。个信号状态之间正交。 用多进制信息编码序列用多进制信息编码序列mi=m1, m2, , mM的的M 个状态来控制载波的幅度、频率、相位，从而得到个状态来控制载波的幅度、频率、相位，从而得到 MASK, MFSK, MPSK, MDPSK。 一、一、MASK信号信号 1、表达式、表达式 n csn tnTtgatecos)()( 0 1 2 1 0 M an 概率为P1 概率

39、为P2 概率为P3 概率为PM 其中其中 2、波形、波形 t 1 3 2 1 2 f(t) 10 3 10 t e0(t) (a)多进制基带信号 (b)MASK的已调波形 3、MASK频率特性频率特性 （1）带宽：）带宽： 码元间隔仍为码元间隔仍为Ts s fBB2 ASK2MASK （2）传信率：）传信率： MM BBb kRMRR 2 log （3）信道利用率：）信道利用率： ASK2 MASK 2 k f kR B R s Bb 二、二、MFSK信号信号 MFSK系统是用多个系统是用多个(M个个)频率的振荡，分别代表不同的频率的振荡，分别代表不同的 多进制数字信息，而在某一码元间隔多进制

40、数字信息，而在某一码元间隔Ts内只发送一个频率。内只发送一个频率。 相加 路 电 辑 逻 门电路1 f 2 f 门电路 M f 门电路 1 2 k 1 2 M )(发 输入 变换 并串/ 信道 M k 2 1 1 变换 串并/ 决 判 样 抽 BPF 路 电 辑 逻 检波 包络 1 f带通 2 f带通 检波 包络 M f带通 检波 包络 1 22 M 位定时 )(收 输出 sLHMFSK fffB2 2、波形、波形 (b)MFSK的已调波形 t SMFSK(t) t 1 2 f(t) 0 33 2 10 (a)多进制基带信号 3、带宽、带宽 天津工业大学 信息学院 通信原理 三、三、MPSK信

41、号信号 利用载波的多种相位（或相位差）来表征数字信号的调制利用载波的多种相位（或相位差）来表征数字信号的调制 方式。各码元对应的调相波相位均隔方式。各码元对应的调相波相位均隔 。M2 1、表达式、表达式 k csk k csk k ncsMPSK tkTtgbtkTtga tkTtgts sincos cos ； nknk basincos 其中：其中： n 有两种方式有两种方式 Mn M n Mn M n n n , 2, 1) 12( , 2, 1 2 ) 1( 方式方式A 方式方式B ， ， 均为常数，均为常数，n k a k b 可看作时两个正交载波进行多电平双边带调幅所得的可看作时两

42、个正交载波进行多电平双边带调幅所得的 已调波之和，因此有：已调波之和，因此有： )( MPSK te )(2 MASKMPSK HzfBB s 一般一般 M=4 或或 M=8 ， M 再大误码率的影响不容忽视。再大误码率的影响不容忽视。 MPSK信号还可以用矢量图来描述，在矢量图中通常以信号还可以用矢量图来描述，在矢量图中通常以0弧弧 度载波相位作为参考矢量。度载波相位作为参考矢量。 2 2 0 0 2 2 0 4 4 4 3 4 3 (A) 2 2 00 4 4 4 3 4 38 3 8 3 0 8 8 8 7 8 7 8 5 8 5 (B) （1）双比特码元与相位的关系）双比特码元与相位的

43、关系 2、QPSK (4PSK) 双比特码元双比特码元载波相位载波相位 ab方式方式A方式方式B 000 10 11 01 4/3 4/ 4/3 4/ 2/ 2/ t (a) 011000101 f (t) 101 双比特码元 t (b) 载波 t (c) 4PSK /2系统 t (d) 4PSK /4系统 （2）波形）波形 90090180270270 （3）产生方法：可采用调相法和相位选择法。）产生方法：可采用调相法和相位选择法。 输入ABAB 1101 S4PSK(t) 单/双 极性变换 sin ct cos ct / 2串/并转换 B 1,1 A 1,0 单/双 极性变换 0 A 1

44、0 /2 -/2 1 B 0 B(1) A(1) (1,1) (1,0) B(0) A(0) (0,1) (0,0) 调相法调相法 1,-1 1, 1 相位选择法相位选择法 输入 输出 逻辑选相电路 / 2 BPF串/并变换 四相载波发生器 3 /20 （4）相干解调）相干解调 输出 并 / 串 变 换 S4PSK(t) LPF LPF sin ct cos ct / 2 抽样判决 抽样判决 定时 （1）波形）波形 t (a) 011000101 f (t) 101 双 比 特 码元 0 (c) t 4DPSK /2系统 0 (d) t 4DPSK /4系统 0 3、QDPSK (4DPSK)

45、 27090090180270 27000902701800 （2）产生方法）产生方法 二进制 信号 S4DPSK(t) 串 / 并 变 换 C D A B 单 / 双 极性变换 单 / 双 极性变换 cos(0t+ / 4) cos( 0t- / 4) ABAB - / 4 / 4 cos 0t 码 型 变 换 1 / 4 -3 / 4 0 D 1 0 - / 4 3 / 4 C (1,0) (0,0) D(0) C(0) (0,1) (1,1) C(1) D(1) （3）解调方法）解调方法 相干解调法：原理同相干解调法：原理同4PSK，只是在输出端需将相对码变，只是在输出端需将相对码变 为

46、绝对码。为绝对码。 输出 数字信息 码 型 变 换 S4DPSK(t) - / 4 载波提取 定时 LPF抽样判决 定时 C LPF D 抽样判决 / 4 并 / 串 变 换 A B 差分相干解调法差分相干解调法 )sin( 10 n tA )cos( 10 n tA )(txB )(txA )(tyB )(tyA 变换 串并/ 判决 抽样 延迟 LPF s TBPF 判决 抽样 2 LPF 位定时 B A 输出 信号 DPSK4 天津工业大学 信息学院 通信原理 8.6 8.6 现代数字调制技术现代数字调制技术 一、正交幅度调制（一、正交幅度调制（MQAM） 1、概念：以载波的幅度与相位两个

47、参数同时表示一个、概念：以载波的幅度与相位两个参数同时表示一个 比特或一个多元符号的信息，又称为幅相键比特或一个多元符号的信息，又称为幅相键 控控APK。 2、优点：比单一参数受控数字符号的频带传输方式更、优点：比单一参数受控数字符号的频带传输方式更 富有抗干扰能力。富有抗干扰能力。 3、过程：以、过程：以16QAM为例。为例。 （1） ak = 01 11 10 00 00 01 11 10 01 00 利用利用 个双极性不归零电平来表示，个双极性不归零电平来表示，416 ML 00 10 11 01 3 3 1 1 即：即：g(t) = -1, +1, +3, -3, -3, -1, +1

48、, +3, -1, -3 （2）串并变换，）串并变换， gI (t) = -1, +3, -3, +1, -1 gQ(t) = +1, -3, -1, +3, -3 （3）两支路分别乘以互为正交的正弦载波，相加后构成）两支路分别乘以互为正交的正弦载波，相加后构成16QAM。 2/ 电平转换 M 串/并变换 2 t c cos t c sin )( 0 te k a MQAM系统调制框图系统调制框图 4、表达式：、表达式：tbAtaAte cici sincos)( 000 其中：其中： 、 分别为同相与正交支路分别为同相与正交支路 个电平的权值。个电平的权值。 i a i bM 为最小幅度。为

49、最小幅度。 0 A 与与 在在MQAM系统中构成的阵列为：系统中构成的阵列为： i a i b ) 1, 1() 1, 3() 1, 1( )3, 1()3, 3()3, 1( ) 1, 1() 1, 3() 1, 1( ),( LLLLLL LLLLLL LLLLLL ba ii 本例中，构成的阵列为：本例中，构成的阵列为： )3, 3()3, 1()3, 1()3, 3( ) 1, 3() 1, 1() 1, 1() 1, 3( ) 1, 3() 1, 1() 1, 1() 1, 3( )3, 3()3, 1()3, 1()3, 3( ),( ii ba 5、星座图、星座图 M dMPSK

50、 sin2 1 2 1 2 M L dMQAM 各端点之间的最小距离（欧式距离）：各端点之间的最小距离（欧式距离）： 最小距离大说明抗噪声性能好。最小距离大说明抗噪声性能好。 47. 0 16 QAM d39. 0 16 PSK d 二、最小频移键控（二、最小频移键控（MSK） 1、概念、概念 （1）MSK是一种相位连续、包络恒定并且占用带宽最小的二是一种相位连续、包络恒定并且占用带宽最小的二 进制正交进制正交FSK信号。信号。 对于对于2FSK信号：信号： c f 1 f 2 ff f f 04 s f nf 当当n1时，正交时，正交2FSK信号有最小带宽，信号有最小带宽， 此时：此时： 2 2 21 s f fff （2）调制指数：）调制指数： 2 12 s f f h （3）相位连续性。）相位连续性。