正弦载波数字调制系统课件

1、第6章正弦载波数字调制系统调制的原因：提高信道的利用率提高有效性减小天线的尺寸、物理实现容易、减小相对带宽改善了信息传输的均匀性、提高可靠性6.1 引言正弦载波的3种键控波形一个二进制振幅键控信号可以表示成一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦型载波的相乘:g(t)是持续时间Ts的矩形脉冲，an取值服从 令：则：6.2 二进制数字调制原理6.2.1 二进制振幅键控（2ASK）二进制振幅键控信号产生方法（调制方法）二进制振幅键控信号，一个信号状态始终为零，相当于处在断开状态，此时称为通断键控信号（OOK信号:on-off keying ）ook信号解调方法相干解调：利用了载波信号的相位信息进行解调非相

2、干解调：在解调过程中不利用相位，只用包 络（幅度）信息进行解调ook信号功率谱连续谱：取决于g(t)经线性调制后的双边带谱离散谱：处于载波频率上6.2.2 二进制移频键控（2FSK）2FSK信号是0符号对应于载频w1，而1符号对应于载频w2的已调波形2FSK信号的产生：用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调制而获得，模拟调频法实现数字调频键控法：利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通2FSK信号的产生：2FSK信号解调方法非相干检测法相干检测法鉴频法过零检测法差分检波法过零检测法基本思想：过零点数随不同频率而异，检出过零点数可以得到关于频率的差异差分检测法差分检波法基于输入

3、信号与其延迟t的信号相比较，信道上的延迟失真将同时影响相邻信号，故不影响最终的鉴频效果注意：2FSK信号可以等价为两个不同的载波信号分别对两个基带信号调幅的成，其功率谱结构也可以看作是两个2ASK信号功率谱的叠加相位不连续2FSK信号功率谱2FSK信号的功率谱同样由了连续谱和离散谱组成。其中，连续谱由两个双边谱叠加，离散谱出现在两个载频位置上传输2FSK信号所需第一零点带宽为6.2.32PSK及2DPSK二进制移相键控（2PSK）：二进制移相键控（2PSK）方式是受键控的载波相位按基带脉冲而改变的一种数字调制方式。2PSK信号一般表示为：g(t) 是脉宽TS的单个矩形脉冲，an统计特性为： 在

4、其一码元持续时间内观察时，e0(t)为：发送二进制符号0（an取+1）时e0(t)取0相位；发送二进制符号1 （an取-1）时e0(t)取 相位。倒现象对于2PSK信号，解调时必须有一个基准的参考相位。如果参考相位发生随机跳变此后解出的所有代码将全部颠倒，称为“倒现象”。绝对移相键控（2PSK）：以载波的不同相位直接去表示相应数字信息的相位键控通常称为绝对移相键控方式。相对（差分）移相键控（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。2PSK及2DPSK调制2PSK解调相干解调又称为PSK同步检测法解调2DPSK解调6.3.1 OOK系统的抗噪声性能6.3二进制数

5、字调制系统的抗噪声性能 同步检测时误码率的几何表示按抗噪声性能差异调制解调方法从高到低2PSK相干解调同步相干2DPSK差分相干2DPSK相干2FSK非相干2FSK相干OOK非相干2ASK6.4 二进制数字调制系统性能比较频带宽度：当码元宽度Ts时，2ASK系统与2PSK系统的第一零点带宽为2/Ts，2FSk的第一零点带宽为|f2-f1|+2/Ts误码率：在每一对相干与非相干的键控系统中，相干方式略优于非相干方式。相同误码率条件下，信噪比要求上2PSk比2FSK小3dB、2FSK比OOK小3dB。三种数字调制系统的Pe-r在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK性能最好，2FSK次之，OOK最差对

6、信道特性的敏感性：OOK的性能最差，当信道存在严重衰落时，通常采用非相干检测。设备的复杂程度：相干解调的设备比非相干解调时复杂；而同为非相干解调时，2DPSK的设备最复杂，2FSK次之，OOK最简单。性能比较多进制系统特点：相同的码元传输速率下，多进制系统的信息传输速率比二进制系统的高增大码元宽度，就会增加码元的能量，并能减小由于信道特性应起的码间干扰的影响等抗噪声能力降低6.5 多进制数字调制系统6.5.1 多进制数字振幅调制多进制数字振幅调制（MASK）原理上是通断键控（OOK）方式的推广传输效率高的根本原因：比二进制系统由高得多的信息传输速率在相同的码元传输速率下，多电平调制信号的带宽与

7、二电平的相同MASK方式性能特点高传信率 Rb=RB*log2M=nRB带宽与ASK相同，因而信道利用率高发送端进行串并变换，把二进制转换成M进制，接受端需进行并串变换抗干扰性能差，M值每增大1倍，电功率大约增加5倍，才能保持误码率不变抗衰落能力比2ASK更差应用背景MASK虽然是一种高效率的传输方式，由于它的抗噪声能力，尤其抗衰落的能力不强，因而它一般只适宜在恒参信道中，高信噪比条件下的高速传输6.5.2 多进制数字频率调制多频制（MFSK）：K比特信息用M=2K个频率通道进行通信特点：要求占据较宽的频带，因此它的信道频带利用率不高。第一零点带宽为fm-f1+2fs应用背景：衰落信道，信道带

8、宽充裕，高速传输MFSK方式性能特点传信率提高了，是2FSK的log2M倍信道利用率降低，必须占用更大的信道带宽抗噪声能力比2FSK降低了抗衰落能力由于MASK6.5.3 多进制数字相位调制多相制（MPSK、MDPSK）： 绝对移相、 相对（差分）移相四相绝对移相键控（QPSK）用4个不同的相位信息表示四种状态或一个双比特码四相相对移相键控（QDPSK）利用前后相邻码元之间的相对相位变化来表示4个信息状态多进制移相键控系统性能相同的传信率，传码率降低一倍，码元增加一倍，带宽减小一半，信道利用率提高一倍相同的传码率，传信率提高一倍抗干扰能力降低34dB应用： 高速率，频带受限，四线租用电话线路Q

9、PSK信号的产生QPSK信号相干解调QDPSK信号的产生QDPSK信号解调6.5.4 振幅相位联合键控系统多进制系统的频带利用率高，但它是通过牺牲功率利用率来换取的。随着M值的增加，在信号空间中各信号点间的最小距离减小，相应的信号判决区域也随之减小。振幅相位联合键控（APK）方式为克服上述问题而提出的。正交振幅调制（QAM）正交振幅调制（QAM）是用两个独立的基带波形对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制期望的信号特性：相邻码元间相位是连续的，包络是恒定的，同时占用较小的频带宽度6.6 改进的数字调制方式6.6.1 最小移频键控（MSK）最小移频键控（MSK）MSK是FSK信号的一种改进型，是一种在相邻码元间保持相位连续性，同时它具有正交信号的最小频差，恒定包络的调制方式与FSK相比，MSK信号在一个码元宽度内两个载频形影变化严格相差1800MSK信号表示式：或者：当 频率间隔调制指数两信号波形相关系数MSK是正交调制，其信号波形的相关系数为零第一项为零条件：令k取最小值1，则：第二项为零条件： 即：说明：