第6章数字信号的频带传输系统

1、第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统1第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统本章要点本章要点引言引言二进制数字调制原理二进制数字调制原理二进制数字调制的频谱特性二进制数字调制的频谱特性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 数字调制系统及应用数字调制系统及应用第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统2分类分类 幅移键控幅移键控2ASK-QAM频移键控频移键控2FSK-GMSK相移键控相移键控2PSKQPSK频带传输：频带传输：将基带信号进行调制，即将基带信号的频谱搬移到某将基带信号进行调制，即将基带信号的频谱搬移到某一高频

2、处，变为频带信号进行传输，称为频带传输方式一高频处，变为频带信号进行传输，称为频带传输方式。6.1 数字调制技术简介数字调制技术简介 调制信号：数字调制信号：数字 载波：正弦波载波：正弦波第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统3一、二进制幅移键控（一、二进制幅移键控（2ASK2ASK）调制与解调）调制与解调6.2 二进制数字调制原理二进制数字调制原理1 1定义：用二进制数字信号定义：用二进制数字信号“1 1、”去控制正弦载波的幅度去控制正弦载波的幅度调制信号：二进制数字信号调制信号：二进制数字信号“1 1、”二进制数字二进制数字调制调制载波：正弦波载波：正弦波对单极性不归对单

3、极性不归0的矩形脉冲序列，的矩形脉冲序列，“1”码打开通路，送出载波；码打开通路，送出载波； “0”码关闭通路，输出码关闭通路，输出0电平电平第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统4 一般情况下，调制信号是具有一定波形形状的二进制序列一般情况下，调制信号是具有一定波形形状的二进制序列 nsnnTtgatf 借助于模拟幅度调制原理，二进制序列幅移键控信号的借助于模拟幅度调制原理，二进制序列幅移键控信号的 一般表达式为一般表达式为 tnTtgattftscnsncASKcoscos2载波载波: e(t)=cosct2 2表达式表达式Ts:Ts:码元间隔码元间隔 g(t):g(t)

4、:调制信号脉冲表达式调制信号脉冲表达式第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统53波形波形信号ASK2c2s Acosct “1” 0 “0”S2ASK (t)=载波载波二进制代码二进制代码cs设：二进制代码为单极性不归零码设：二进制代码为单极性不归零码Ts第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统6t4产生方式产生方式（1）模拟法）模拟法 coscts (t) S2ASK (t) （2）数字键控法）数字键控法 coscts(t) s2ASK (t) “1”“0” 第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统7t(1)相干相干(同步同步)解调解调c A

5、cosct “1” 0 “0”S2ASK (t)=cos0t+5. 解调解调第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统8(2)非相干解调非相干解调(包络检波包络检波)二进制代码二进制代码 2ASK(a) b 位定时位定时输出（有延时）输出（有延时） 1 0 0 1第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统91 1定义：用二进制数字信号定义：用二进制数字信号 “ “ 1 1、”去控制载波的频率去控制载波的频率2 2数学表达式数学表达式 na式中式中g(t)g(t)为单极性不归为单极性不归0 0的矩形脉冲信号的矩形脉冲信号, ,na为为 的反码的反码二、二进制频移键控（

6、二、二进制频移键控（2FSK2FSK）调制与解调）调制与解调 nsnnsnFSKtnTtgatnTtgats212coscos第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统10 3波形波形若只考虑在一个码元的持续时间内若只考虑在一个码元的持续时间内 0cos 1 cos212tAtAtsFSK12s24s第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统11t4产生方式产生方式（1）模拟法）模拟法 （2）数字键控法）数字键控法 相位连续，易于相位连续，易于实现，稳定性差实现，稳定性差相位不连续，稳定度相位不连续，稳定度和准确性好和准确性好12S2FSK (t)S2FSK (t)

7、第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统12t（1）相干解调）相干解调5.解调解调“1”“0”x1(t) x2(t) 判判“1”x1(t) x2(t) 判判“0”S2FSK (t)第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统1301输出位定时2v1v2y1y01FSK2s（2）包络检波法）包络检波法v1(t) v2(t) 判判“1”v1(t) v2(t) 判判“0”“1”“0”S2FSK (t)第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统14g位定时（3）过零检测法）过零检测法 1 1 0 0 1 1第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系

8、统152.2PSK2.2PSK表达式表达式 载波载波0 0相位表示相位表示“1”1”，载波，载波 相位表示相位表示“0”0”1.1.定义定义:用载波的固定相位直接去表示数字信号的用载波的固定相位直接去表示数字信号的“1、”tnTtgatscnsncos)()(2PSK)1 (, 1, 1PPan概率为概率为三、二进制绝对相移键控三、二进制绝对相移键控(2PSK)调制与解调调制与解调第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统16 Acosct - “1” 0相位相位Acos(ct + )- “0” 相位相位s2PSK (t)=1 0相位相位 0 相位相位载波载波设设g(t)是幅度为

9、是幅度为A的单极性不归零码的单极性不归零码第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统173.3.波形波形载波1 0相位相位 0 相位相位第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统184.4.产生方式产生方式a.模拟法模拟法 b.数字键控法数字键控法 “1”“0”S2PSK (t)S2PSK (t)第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统195.5.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信号的解调只能用相干解调一种形式 输出判决器抽样LPF相乘器BPF位定时dcbatccos1000111输出位定时dcba1

10、0001112PSKs第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统20结论：结论： 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，倒相时解调出的数字基带信号将全部出错，即出现即出现“倒倒”现象。现象。1011输出位定时dcba1000111110第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统211011输出位定时dcba1000111110结论：结论： 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

11、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，倒相时解调出的数字基带信号将全部出错，即出现即出现“倒倒”现象。现象。第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统22 1.定义：定义：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变化相对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。2.表达式：表达式： s2DPSK (t)=设前后码元载波的相位差：设前后码元载波的相位差：1kk”“”“100二二进进制制二二进进制制四、二进制相对相移键控四、二进制相对相移键控(2DPSK)调制与解调调制与解调第第

12、6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统23信号信号DPSK201011100相位相位参考参考3.波形图波形图 4.产生方式产生方式2DPSK信号信号antccos 差分编码差分编码 相乘器相乘器 BPFbna.模拟法模拟法 第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统24差分码绝对码的绝对码的2DPSK相当于相对（差分）码的相当于相对（差分）码的2PSK2DPSK信号信号antccos 差分编码差分编码 相乘器相乘器 BPFbn第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统25b.数字键控法数字键控法 差分码差分码2DPSK信号信号antccos 差分编码差

13、分编码 相乘器相乘器 BPFbna.模拟法模拟法 “0”“1”第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统265. 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fedcbatccos10位定时fedcba00011110000111参考参考01111000第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统2710位定时fedcba00011110000111参考参考011110002. 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fedcbatcco

14、sbbcnnn10第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统28（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sTedcba10位定时edcba00011110000111第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统29（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sTedcba10位定时edcba00011110000111抽样值抽样值0 判判“0”第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统30相干解调时，若本地载波产生相干解调时，若本地载波产生180倒相时，即出现倒相时，

15、即出现“倒倒”现象。现象。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fedcbatccos10位定时fedcba00011110000111参考参考01111000 1 1 1 0 1 0 1 110010111第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统31小结：小结：（1）在）在2DPSK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。错码，而不会出现成串错码。（2）在）在2DPSK的差分相干解调中，由于不需要用本地

16、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。第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统32一、一、2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度2ASK信号的表达式为：信号的表达式为： ttstnTtgatsccnsnASKcoscos2设调制信号设调制信号S(t)的功率谱密度为的功率谱密度为PS)()(41)(2cscsASKffPffPfP2ASK信号的功率谱密度为：信号的功率谱密度为：6.3 二进制数字调制系统的频谱特性二进制数字调制系统的频谱特性第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统33PPan101概

17、率为概率为其中：其中： 设基带信号设基带信号s(t)是单极性不归零矩形脉冲序列是单极性不归零矩形脉冲序列)(41).(41)(2fTfSaTfPsSs第第5章章s(t)的功率谱密度为：（的功率谱密度为：（P=1/2、单边、单边)(41).(21)(222fATfSaTAfPsSs单设设A=1，s(t)的功率谱密度为：（双边）的功率谱密度为：（双边）第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统34s(t)的功率谱密度为（双边）：的功率谱密度为（双边）：)(41).(41)(2fTfSaTfPsSs第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统35)()(41)(2cscsA

18、SKffPffPfP ccscascascscsASKffffTffSTffSTfffff16116412222ASK信号的实质是将基带信号的实质是将基带功率谱密度搬移到功率谱密度搬移到fc处处第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统36可见，传输可见，传输2ASK信号的带宽是基带脉冲波形带宽的两倍信号的带宽是基带脉冲波形带宽的两倍 B2ASK=2B基基=2fS=2RB(Hz)第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统37二、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： nsnnsnFSKtnTtgatnTtg

19、ats212coscos01 21coscos二进制二进制tAtA其中：其中：A为信号的幅度为信号的幅度为为“1”、“0”的角频率的角频率12第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统38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 2FSK信号的带宽为信号的带宽为 )f (P)f (P)f (P2ASK21ASK2FSK2两个连续谱的峰两个连续谱的峰-峰距离由两峰距离由两个载频之差决定，若差值小个载频之差决定，若差值小于于fs则出现则出现单峰单峰（如波形（如波形b），），波形波形a为差值等于为差值等于2fs的

20、情况，的情况，此时的两个载频此时的两个载频f1、f2分别分别为为fc+fs和和fc-fs 。对于相位不连续的对于相位不连续的2FSKHzfffBsFSK2122第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统39三、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： ncsncPSKtnTtgattstscoscos)(2 s(t)是相当于双极性不归零波形，是相当于双极性不归零波形，(A=1，双边，双边)21().()()0()21 ()(2)1 ()(2222PTfSaTfGPffGPPffPSssssAcosct - “1”-Acosct - “0”=

21、第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统40 scascascscsPSKTffSTffSTffPffPf2224)()(41 2PSK信号的功率谱为：信号的功率谱为：fscff scff cfcf0)(2fPPSKsf22PSK2PSK信号的连续谱与信号的连续谱与2ASK2ASK信号的连续谱基本相同。信号的连续谱基本相同。2PSK2PSK信号的带宽为信号的带宽为 B2PSK=B2ASK=2fS=B基基(Hz)第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统41一、误码率一、误码率P Pe e与输入信噪比与输入信噪比r r的关系曲线的关系曲线6.4 二进制数字调制系统的

22、抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统42 二、结论二、结论1. 误码率：误码率：r增大，增大，Pe下降下降 ；同一调制方式；同一调制方式, 相干解调好；解调方式相相干解调好；解调方式相同调制方式不同同调制方式不同 ，PSK系统要求的信噪比系统要求的信噪比r比比FSK系统小系统小 ，FSK系统系统比比ASK系统要求的系统要求的r小。小。2. 判决门限判决门限 ：2FSK中，根据两路解调信号的大小作出判决；中，根据两路解调信号的大小作出判决；2PSK和和2DPSK系统的最佳判决门限电平为系统的最佳判决门限电平为0，稳定性也好；，稳定性也好

23、；ASK系统的最佳门限系统的最佳门限电平与信号幅度有关，不容易设置。电平与信号幅度有关，不容易设置。3.频带宽度频带宽度 ：当传码率相同时，当传码率相同时，PSK、DPSK、ASK系统具有相同系统具有相同的带宽，而的带宽，而FSK系统的带宽较宽，频带利用率最低。系统的带宽较宽，频带利用率最低。4.设备复杂性：设备复杂性：三种调制方式的发送设备其三种调制方式的发送设备其复杂性相差不多复杂性相差不多,接收设备中采用相干解调的接收设备中采用相干解调的设备要比非相干解调时复杂设备要比非相干解调时复杂 。第第6章章 数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统436.5 移动通信系统移动通信系统 一、移动通信中的现代数字调制技术一、移动通信中的现代数字调制技术 1. 1.移动通信中移动通信中 线性调制技术：以线性调制技术：以PSK为基础，