第7章数字调制系统课件

第7章数字调制系统7.1引言7.2二进制数字调制原理7.3二进制数字调制系统的抗噪声性能7.4多进制数字调制系统17.1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27.2二进制数字调制原理7.2.1二进制振幅键控（2ASK）2ASK信号的产生方法:乘法器～模拟幅度调制方法键控法3

=2ASK信号有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）、相干解调（同步检测法）框图见书4

2ASK的功率谱密度:

s(t)是单极性的随机矩形脉冲序列,其功率谱密度为根据矩形波形g（t）的频谱特点，对于所有m≠0的整数有5当P=1/2时62ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成2ASK信号带宽是基带脉冲波形带宽的两倍77.2.2二进制移频键控（2FSK）

FrequencyShiftKeying

～～8已调信号

式中，g（t）为单个矩形脉冲，脉宽为

分别是第n个信号码元的初相位与序列n无关，反映在上，表现为与改变时，其相位是不连续的。

92FSK产生方法：模拟调频电路法（直接调频）键控法如图10FSK信号常用解调方法有非相干检测法，相干检测法，鉴频法，过零检测法，差分检波法等为简明起见，没有考虑相位的影响11FSK功率谱密度同样由连续谱和离散谱组成。离散谱出现在两个载频位置12若两载频之差较小，如则连续谱出现单峰。若两载频之差逐步增大，,则连续谱将出现双峰。频带：137.2.32PSK，2DPSK

PhaseShiftKeying，DifferentialPSK

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14

0相位发送0,π相位发送1.

发送端与接收端必须要有相同的相位参考.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π”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ΔΦΔΦ=π数字信息“1”ΔΦ=0数字信息“0”15数字信息

绝对码

00111001PSKDPSK相对码

00010111016相对移相：绝对码→相对码→绝对移相～φ载波移相2PSK调制方框图0π17～φ载波移相2DPSK调制方框图码变换0π182PSK信号的功率谱密度

由于为双极性矩形基带信号，故：19当双极性基带信号“1”,“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(仅相差一个常数因子)

因此2PSK信号的带宽与2ASK相同207.3二进制数字调制系统的抗噪声性能7.3.12ASK抗噪声性能在一个码元持续时间内,发送端:21接收端

BPF半波或全波整流器LPF抽样判决器定时脉冲输入输出非相干方式加性高斯白噪声22接收端带通滤波器后

231.包络检波法的系统性能包络发“1”时,广义瑞利分布发“0”时,瑞利分布

V>b判为“1”

门限电压bV≤b判为“0”

24发“1”

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(0)25在大信噪比（r>>1）条件下最佳门限下界（归一化的）262.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高斯过程,0均值27总误码率Pe=P(1)Pe1+P(0)Pe2

28总误码率Pe=P(1)Pe1+P(0)Pe2

29当P(1)=P(0)=1/2时当r>>1时30例设某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31包络检波同步检测327.3.22FSK抗噪声性能BPF包络检波器抽样判决器抽样脉冲输入输出BPF包络检波器非相干解调33发送码元信号

带通滤波器的输出34两路输入包络（发送码元“1”）广义瑞利分布瑞利分布35同理总误码率36同步检测法（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BPF相乘器LPF输入比较大小37同理总误码率当r>>1

当r>>1时,包络检波与同步检测性能相差很小

387.3.32PSK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（1）当r>>1时，

（2）392DPSK差分相干检测BPF相乘器LPF抽样判决器定时脉冲DPSK输出延迟Ts参考信号受到加性噪声干扰（3）40

2DPSK极性比较法

—码变换解调

极性比较法即同步检测法，码变换器输入端的误码率可用表示，码变换器使误码率增加

BPF相乘器LPF抽样判决器输入输出码(反)变换abcdef总误码率：41

11100100

0010110abcdef42同步检测输出有一个码元错误，码变换输出引起两个相邻码元错误例0010×0011×0×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0010×1×1011×10×43若输出中出现一长串连续错码，则在码变换输出中仍引起两个码元错误0010×1×0×0×1011×1101×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个码元连续错误等效为“n个码元同时出错与在该一串错码两端都有一码元不错”

（4）（5）44（5）代入（4）

又∵很小

很大（）

码变换总是使误码率增加（6）45

（6）代入（1）得

467.4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。特点：

多进制信号占有与二进制信号相同的带宽。

多进制调制系统的信道利用率高。

多进制调制系统的可靠性低于二进制调制系统。

在设计时，要力争达到M个信号状态之间正交。用多进制信息编码序列{mi}={m1,m2,……,mM}的M个状态来控制载波的幅度、频率、相位，从而得到MASK,MFSK,MPSK,MDPSK。477.4.1MASKL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.1、表达式48×BPF×LPF抽样判决A(t)A(t)x(t)……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。门限电平49当发送L个电平的可能性相同时，每一电平的概率为1/L50信号功率

512、波形t13212f(t)10310te0(t)(a)多进制基带信号(b)MASK的已调波形523、MASK频率特性（1）带宽：∵码元间隔仍为Ts∴（2）传信率：（3）信道利用率：537.4.2MFSK信号

MFSK系统是用多个(M个)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Ts内只发送一个频率。

相加路电辑逻门电路1f2f门电路Mf门电路MMMM12k12M)(发输入变换并串/信道MMk211变换串并/决判样抽BPF路电辑逻检波包络1f带通2f带通检波包络Mf带通检波包络122MMMM位定时)(收输出542、波形(b)MFSK的已调波形tSMFSK(t)t12f(t)033210(a)多进制基带信号3、带宽554MFSK抗噪声性能

i=1，2，…L非相干接收：是2FSK误码率的L-1倍.567.4.3MPSK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方式。各码元对应的调相波相位均隔。1、表达式其中：

有两种方式

方式A

方式B

57∵，，均为常数，∴可看作时两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：一般M=4或M=8，M再大误码率的影响不容忽视。58

MPSK信号还可以用矢量图来描述，在矢量图中通常以0弧度载波相位作为参考矢量。

(A)(B)59（1）双比特码元与相位的关系2、QPSK(4PSK)双比特码元载波相位ab方式A方式B00010110160t(a)011000101f(t)101双比特码元t(b)载波t(c)4PSKπ/2系统t(d)4PSKπ/4系统（2）波形90°0°90°180°270°270°61（3）产生方法：可采用调相法和相位选择法。输入ABAB1101S4PSK(t)单/双极性变换sinctcos

ct

/2串/并转换B1,1A1,0单/双极性变换0A1

0/2-/21B0B(1)A(1)(1,1)(1,0)B(0)A(0)(0,1)(0,0)①调相法1,-11,162②相位选择法输入输出逻辑选相电路

/2BPF串/并变换四相载波发生器

3/2063（4）相干解调输出并/串变换S4PSK(t)LPFLPFsinctcos

ct

/2抽样判决抽样判决定时64QPS