【大学课件】 数字调制系统

1、1第六章 数字调制系统6.1 引言6.2 二进制数字调制原理6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能6.4 多进制数字调制系统http:/ 引言数字调制也称键控信号,有三种基本的调制方式：ask，fsk，psk可看成是模拟线性调制和角调制的特殊情况 载波 正弦波 调制信号 数字信号 http:/ 二进制数字调制原理6.2.1 二进制振幅键控（2ask） amplitude shift keying 2ask信号的产生乘法器)(ts)(0tetccostccos)(ts)(0te模拟幅度调制方法键控方法ook on-off keyinghttp:/ = ook信号有两种基本的解调方法：非相干解调（

2、包络检波法）、相干解调（同步检测法）、nsnnttgats)()(ppan110以概率以概率)(0te)(tstccos)(ts)(0tehttp:/ fps)(smff 222)()1 (mssmfgpf0)(smfg)( fps2)()1(fgppfs222)0()()1 (gfpfshttp:/ fpe)()(16122ccsffgffgf)()()0(16122ccsffffgfhttp:/ 二进制移频键控（2fsk） frequency shift keying)(ts)(0te1f2f)(ts)(0tehttp:/ 分别是第n个信号码元的初相位与序列n无关，反映在 上，表现为 与

3、改变时，其相位是不连续的。 nn)(0te12http:/ fpesf8.0sf20fsff 0sff 0sff20sff202210fffhttp:/ 则连续谱出现单峰。若两载频之差逐步增大，连续谱将出现双峰。频带sfsffff212http:/ 2psk，2dpskphase shift keying， differential psk g(t)是脉宽为ts的单个矩形脉冲 在某一码元持续时间ts 内观察)(0tetnttgacnsncos )(ppan111以概率以概率ptpttecc1coscos)(0概率为概率为http:/ 0相位发送0, 相位发送1.发送端与接收端必须要有相同的相位

4、参考. 若参考基准相位随机跳变,就会在接收端发生错误的恢复,“倒”现象。 2dpsk是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。 相位偏移 = 数字信息“1” =0 数字信息“0”http:/ 0 0 1 1 1 0 0 1pskdpsk相对码 0 0 0 1 0 1 1 1 0http:/ 为双极性矩形基带 信号，故：)()(41)(cscseffpffpfpnsnnttga)()( fpe)()()1(22ccsffgffgppf)()()0()21(41222ccsffffgpfhttp:/ , “0”出现概率相等则： 连续谱部分与2ask信号的连续谱基本相同(仅相差一个

5、常数因子) 因此 2psk信号的带宽与2ask相同)()(4122ccsffgffgf)( fpehttp:/ 二进制数字调制系统的抗噪声性能6.3.1 2ask抗噪声性能 在一个码元持续时间内,发送端:”发“”发“）（001)(tutsttttttatusct其它00cos)(http:/ 包络检波法的系统性能包络)()()(22tntnatvsc发“1” 时, 广义瑞利分布)()()(22tntntvsc 发“0” 时, 瑞利分布 v b 判为“1” 门限电压b v b 判为“0” http:/ 信噪比 归一化门限值发“0”总误码率 pe=p(1)pe1 + p(0)pe2若p(1)=p(

6、0),2(1)()(0011brqdvvfbvppbe222/narnbb/0bbeedvvfbvpp2/0220)()(2/02021),2(1 21beebrqpdtettiqt2/ )(022)(),(http:/ 下界2/*ab 2/*0rb 4/21)2(41reererfcprepre4/21http:/ 同步检测法的系统性能bpf相乘器lpf抽样判决器定时脉冲输入输出相干方式tccos)(ty)(tx”发“”发“0)(1)()(tntnatxcc高斯过程,0均值http:/ pe=p(1)pe1 + p(0)pe2 *)(0 xf)(1xf1ep2epabhttp:/ pe=p(

7、1)pe1 + p(0)pe2 *)(0 xf)(1xf1ep2epa*bhttp:/ p(1) = p(0) =1/2 时)2(21rerfcpe当 r1 时4/1reerp2/*0rbbnhttp:/ 设某2ask信号的码元速率 波特,接收端输入信号的幅度a=1mv,信道中加性噪声的单边功率谱密度求 1.包络检波器解调时系统的误码率 2.同步检测法解调时系统的误码率解 6108 . 4brhzwn/10250bsrf hzrfbbs6106 . 922wbnn8021092. 11262/22narhttp:/ . 721reep44/1067.11reerphttp:/ 2fsk抗噪声性

8、能bpf包络检波器抽样判决器抽样脉冲输入输出bpf包络检波器12)(ty非相干解调http:/ 瑞利分布http:/ （0，ts）发送“1”，送入抽样判决器比较的两路波形bpf相乘器lpf抽样判决器抽样脉冲输出t1cosbpf相乘器lpft2cos输入12)(2tx)(1tx)()(11tnatxc)()(22tntxc比较大小http:/ 2/21reerp当r1时,包络检波与同步检测性能相差很小 http:/ 2psk和2dpsk系统的 抗噪声性能2psk采用同步检测法（极性比较法）系统误码率)(21rerfcpe（1）当r1时， reerp21（2）http:/ 码变换解调极性比较法即同

9、步检测法，码变换器输入端的误码率可用（1）（2）表示，码变换器使误码率增加 总误码率 )(1212rerfpebpf相乘器lpf抽样判决器输入输出tccos码(反)变换abcdefhttp:/ 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0abcdefhttp:/ 0 0 1 0 0 0 1 1 0 同步检测输出有两个相继错码，码变换输出引起两个相邻码元错误0 0 1 0 1 10 1 1 1 0 http:/ 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1令pn表示一串n个码元连续错误这一事件出现的概率则 码变换器输出的误码率为：出现一串n个码元连续错误是“n个码元同时出

10、错与在该一串错码两端都有一码元不错” nepppp222212 , 1,)1 (2npppneen（4）（5）http:/ )1 ()1 (222eeeeeppppp11112eeeeppppeeeppp)1 (2)1 (2/ eeepppep很小 2/ eeppep很大（ ） 211/ eepp码变换总码变换总是使误码是使误码率增加率增加（6）http:/ 设某2fsk调制系统的码元传输速率为1000baud，已调信号的载频为1000hz、2000hz；1）试讨论应选择怎样的解调器解调？2）若发送数字信息是等可能的，试画出它的功率谱密度草图。)(1212rerfpehttp:/ p0=1mw

11、 （零功率电平） p155 例电压电平dbv v0=0.775v （零电压电平） mwmwpppdbmpxxw1)(lg10lg100vvvvvdbvpxxv775. 0)(lg20lg200http:/ . 0lg102xv6 . 0lg20 xvvvvx775. 0)(lg20vphttp:/ 多进制数字调制系统特点1.在相同的码元传输速率下，信息传输速率比二进制系统高。 rb=rbn2n b/s2.在相同的信息传输速率下，多进制码元传输速率比二进制低。增大码元宽度，会增加码元的能量，并能减少由于信道特性引起的码间干扰的影响。3.在相同的噪声下，多进制数字调制系统的抗噪声性能低于二进制数字

12、调制系统。http:/ maskl电平的调制信号 可看成由时间上不重叠的l个不同振幅值的ook信号的叠加,因而,其功率谱密度便是这l个信号的功率谱密度之和,尽管叠加后的谱结构很复杂,但就带宽而言,l电平调制信号的带宽与二电平的相同.ttateccos)()(0dlddta) 1(,3,)()(0tehttp:/ dl) 2( dl)1(dl) 1( )()()(tntvtxck)(tvk为第k个电平对应的信号k=1，2， l当 时，第k个电平的码元将会错判。dtnc)(门限电平http:/ mfsk i=1，2，l要求mfsk信号l个状态之间具有正交关系，则： n，m为正整数，且 mn非相干接

13、收是2fsk误码率的 l-1 倍.) 1(cos)(0titatecsbtnnrf/sbctmrmf2/)2/(2/21reelp222narhttp:/ mpsk)cos()(0kctatetbtackcksincos 受调相位,有m种不同取值多相调制的波形可以看作是对两个正交载波进行多电平双边带调制所得信号之和,多相调制信号的带宽与多电平双边带调制时的相同. 多相制中使用最广泛的是四相制和八相制,四相制记为4psk或qpsk.khttp:/ a b (a方式) (b方式) 0 0 0 225 1 0 90 315 1 1 180 45 0 1 270 135kkhttp:/ 幅相键控方式(apk)nncsntnttgate)cos()()(0nnnpapapaa,2211mmnppp,2211apk