通信原理—数字频带传输系统.ppt

1、二进制数字调制与解调原理 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性能比较 多进制数字调制系统 现代数字调制技术,数字频带传输系统,通信原理,电子科学与技术学院,2020/7/31,1,在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种信道中传输，因此，必须用数字基带信号对载波进行调制，产生已调数字信号。类似与模拟调制，有数字振幅调制、数字频率调制和数字相位调制。,数字调制系统基本结构,调制器,信 道,解调器,噪声源,基带信号输入,基带信号输出,振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。设发送的二进制符号

2、序列由0、1序列组成，发送0符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立。该二进制符号序列可表示为,二进制数字调制与解调原理(2ASK),二进制振幅键控（2ASK）,则二进制振幅键控信号可表示为,coswct,e2ASK,1,0,1,1,T,b,0,0,1,t,t,t,s(t),二进制数字调制与解调原理(2ASK),2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似。所以，对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)。,模拟相乘,数字键控,二进制数字调制与解调原理(2ASK),二进制振幅键控信号解调器原理框图,非相干解调,相干解调,二进制数字调制与解调原理(2ASK),

3、2ASK信号非相干解调过程的时间波形,二进制数字调制与解调原理(2ASK),在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号(2FSK信号)。图中波形g可分解为波形e和波形f，即二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1，0符号对应于载波频率f2，则二进制移频键控信号的时域表达式为,二进制移频键控(2FSK),二进制数字调制与解调原理(2FSK),二进制移频键控信号的时间波形,二进制数字调制与解调原理(2FSK),二进制移频键控信号解调器原理图,非相干解调,二进制移频键

4、控信号的解调方法很多，有模拟鉴频法和数字检测法，有非相干解调方法也有相干解调方法。,二进制数字调制与解调原理(2FSK),相干解调,二进制移频键控信号解调器原理图,二进制数字调制与解调原理(2FSK),2FSK非相干解调过程的时间波形,二进制数字调制与解调原理(2FSK),过零检测法原理图和各点时间波形,二进制数字调制与解调原理(2FSK),在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。通常用已调信号载波的0和 180分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0。二进制移相键控信号的时域表达式为,在2PSK调制中，an应选择双极性，即,二

5、进制移相键控（2PSK）,二进制数字调制与解调原理(2PSK),和2ASK不同,二进制移相键控信号的时间波形,若用n表示第n个符号的 绝对相位，则有,若g(t)是脉宽为Ts, 高度为1的矩形脉冲时，则有,二进制数字调制与解调原理(2PSK),这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对移相方式。,2PSK信号的调制原理图,采用模拟调制的方法产生2PSK信号,采用数字键控的方法产生2PSK信号,二进制数字调制与解调原理(2PSK),2PSK信号的解调通常都是采用相干解调。在相干解调过程中需要用到与接收的2PSK信号同频同相的相干载波。,二进制数字调制与解调原理(2PS

6、K),2PSK信号相干解调各点时间波形,1,0,a,1,1,0,1,0,0,b,c,d,e,二进制数字调制与解调原理(2PSK),当恢复的相干载波产生180倒相时，解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反，解调器输出数字基带信号全部出错。 这种现象通常称为“倒”现象。由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180的相位模糊，所以2PSK信号的相干解调存在随机的“倒”现象，从而使得2PSK方式在实际中很少采用。,二进制数字调制与解调原理(2PSK),在2PSK信号中，信号相位的变化是以未调正弦载波的相位作为参考，用载波相位的绝对数值表示数字信息的，所以称为绝对移相。但相干载波恢复中载

7、波相位的180相位模糊，导致解调出的二进制基带信号出现反向现象，从而难以实际应用。 为了解决2PSK信号解调过程的反向工作问题，提出了二进制差分相位键控(2DPSK)。 2DPSK方式是用前后相邻码元的载波 相对相位变化 来表示数字信息。假设前后相邻码元的载波相位差为，可定义一种数字信息与之间的关系为,二进制差分相位键控（2DPSK）,二进制数字调制与解调原理(2DPSK),还有其他定义方式吗？ 如何定义,则一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的载波相位关系如下所示: 二进制数字信息： 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 2DPSK信号相位： 0 0 0 0 0 0 或 0 0 0

8、0 0 ,数字信息与之间的关系也可以定义为,二进制数字调制与解调原理(2DPSK),2DPSK信号调制过程波形图,1 0 0 1 0 1 1 0,二进制数字调制与解调原理(2DPSK),2DPSK信号调制器原理图,二进制数字调制与解调原理(2DPSK),2DPSK信号相干解调器原理图和解调过程各点时间波形,在解调过程中，若相干载波产生180相位模糊， 解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊度的问题。 。,二进制数字调制与解调原理(2DPSK),2DPSK信号差分相干解调器原理图和各点时间波形,二进制数字调制与解调原理(2DP

9、SK),由于差分相干解调方式在解调的同时完成了码反变换作用，故解调器中不需要码反变换器。另外，差分相干解调方式不需要专门的相干载波，因此是一种非相干解调方法。 2DPSK系统是一种实用的数字调相系统， 但 其抗加性白噪声性能比2PSK的要差。,二进制数字调制与解调原理(2DPSK),2ASK信号的功率谱密度,若二进制基带信号 s(t) 的功率谱密度为,二进制数字调制信号的功率谱密度,二进制数字调制信号的功率谱密度,2ASK信号的功率谱密度示意图,二进制数字调制信号的功率谱密度,二进制振幅键控信号的功率谱密度由离散谱和连续谱两部分组成 离散谱由载波分量确定，连续谱由基带信号波形g(t)确定 二进

10、制振幅键控信号的带宽B2ASK是基带信号波形带宽的两倍, B2ASK=2B。,对相位不连续的二进制移频键控信号，可以看成由两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加，其中一个频率为f1，另一个频率为f2。因此，相位不连续的二进制移频键控信号的功率谱密度可以近似表示成两个不同载波的二进制振幅键控信号功率谱密度的叠加。 相位不连续的二进制移频键控信号的时域表达式为,根据二进制振幅键控信号的功率谱密度可以得到,2FSK信号的功率谱密度,二进制数字调制信号的功率谱密度,令概率P=1/2，则有,二进制数字调制信号的功率谱密度,相位不连续2FSK信号的功率谱示意图,相位不连续的2FSK信号的功率谱由离散谱和连

11、续谱所组成；离散谱位于两个载频f1和f2处；连续谱由两个中心位于f1和f2处的双边谱叠加形成；若两个载波频差小于fs，则连续谱在fc处出现单峰；若载频差大于fs，则连续谱出现双峰。,二进制数字调制信号的功率谱密度,若以二进制移频键控信号功率谱第一个零点之间的频率间隔计算二进制移频键控信号的带宽，则该二进制移频键控信号的带宽B2FSK为,二进制数字调制信号的功率谱密度,2PSK与2DPSK信号有相同的功率谱。2PSK信号可表示为双极性不归零二进制基带信号与正弦载波相乘，则2PSK信号的功率谱为,代入基带信号功率谱，可得,2PSK及2DPSK信号的功率谱密度,二进制数字调制信号的功率谱密度,2PS

12、K(2DPSK)信号的功率谱密度,一般情况下2PSK信号的功率谱密度由离散谱和连续谱所组成，其结构与2ASK信号的功率谱密度相类似，带宽也是基带信号带宽的两倍。当二进制基带信号的“1”符号和“0”符号出现概率相等时，则不存在离散谱。,若P=1/2,二进制数字调制信号的功率谱密度,二进制数字调制系统的抗噪声性能,通信系统的抗噪声性能是指系统克服加性噪声影响的能力。在数字通信系统中，衡量系统抗噪声性能的重要指标是误码率，因此，分析二进制数字调制系统的抗噪声性能，也就是分析在信道等效加性高斯白噪声的干扰下系统的误码性能，得出误码率与信噪比之间的数学关系。 在二进制数字调制系统抗噪声性能分析中，假设信

13、道特性是恒参信道，在信号的频带范围内其具有理想矩形的传输特性(可取传输系数为K)。噪声为等效加性高斯白噪声，其均值为零，方差为2。,对二进制振幅键控信号可采用包络检波法进行解调，也可以采用同步检测法进行解调。但两种解调器结构形式不同，因此分析方法也不同。 1. 同步检测法的系统性能 在一个码元的时间间隔Ts内，发送端输出的信号波形sT(t)为,其中,二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能,二进制数字调制系统的抗噪声性能,2ASK信号同步检测法的系统性能分析模型,式中,二进制数字调制系统的抗噪声性能,设接收端带通滤波器具有理想矩形传输特性，恰好使信号完整通过，则带通滤波器的输出波形y(t)为

14、,n(t)为窄带高斯噪声，其均值为零，方差为2n。,二进制数字调制系统的抗噪声性能,设对第k个符号的抽样时刻为kTs，则x(t)在kTs时刻的抽样值x为,二进制数字调制系统的抗噪声性能,一维概率密度函数f (x)为,发送“1”,发送“0”,图 7- 23 抽样值x的一维概率密度函数,二进制数字调制系统的抗噪声性能,式中：,二进制数字调制系统的抗噪声性能,图 7 24 同步检测时误码率的几何表示,总误码率,当判决门限b取P(1)f1(x)与P(0)f0(x)两条曲线相交点b*时，阴影的面积最小。即判决门限取为b*时，此时系统的误码率Pe最小。这个门限就称为最佳判决门限。,二进制数字调制系统的抗噪

15、声性能,当 ，大信噪比时,求最佳门限b*,当P(1)=P(0)=1/2时,则最小误码率为,式中 为信噪比,二进制数字调制系统的抗噪声性能,包络检波法的系统性能 包络检波法解调过程不需要相干载波，比较简单。接收端带通滤波器的输出波形与相干检测法的相同。,图 7 25 包络检波法的系统性能分析模型,一维概率密度函数为,发送“1” (广义瑞利),发送“0” (瑞利),在kTs时刻包络检波器输出波形的抽样值为,包络检波法的系统性能,式中,Marcum Q函数,归一化门限值,信噪比,包络检波法的系统性能,总误码率,与同步检测法类似，在系统输入信噪比一定的情况下，系统误码率将与归一化门限值b0有关。,求最

16、佳门限b*,P(1)=P(0),包络检波法的系统性能,当,最佳归一化门限b0*,当,最佳归一化门限b0*,在实际工作中，系统总是工作在大信噪比的情况下， 因此最佳归一化判决门限应取 。,包络检波法的系统性能,当r式， 上式的下界为,可以看出：在相同的信噪比条件下，同步检测法的误码性能优于包络检波法的性能；在大信噪比条件下，包络检波法的误码性能将接近同步检测法的性能。另外，包络检波法存在门限效应， 同步检测法无门限效应。,总误码率,包络检波法的系统性能,【例】设某2ASK系统中二进制码元传输速率为9600波特，发送“1”符号和“0”符号的概率相等，接收端分别采用同步检测法和包络检波法对该2ASK

17、信号进行解调。已知接收端输入信号幅度a=1mV，信道等效加性高斯白噪声的双边功率谱密度 =410-13W/Hz。 试求: (1) 同步检测法解调时系统总的误码率； (2) 包络检波法解调时系统总的误码率。 解：(1)对于2ASK信号，信号功率主要集中在其频谱的主瓣。因此，接收端带通滤波器带宽可取2ASK信号频谱的主瓣宽度，即,包络检波法的系统性能,信噪比,因为信噪比r32.551，所以同步检测法解调,滤波器带宽,输出噪声平均功率,(2) 包络检波法解调时系统总的误码率为,在大信噪比的情况下，包络检波法解调性能接近同步检测法解调性能。,包络检波法的系统性能,对2FSK信号解调同样可以采用同步检测

18、法和包络检波法。 同步检测法的系统性能 在码元时间宽度Ts区间，发送端产生的2FSK信号可表示为,其中,二进制移频键控(2FSK)系统抗噪声性能,图 7 26 2FSK信号采用同步检测法性能分析模型,二进制移频键控(2FSK)系统抗噪声性能,若只发送“1”,与载波相乘后,二进制移频键控(2FSK)系统抗噪声性能,滤波后,概率密度,当x1(t)的抽样值x1小于x2(t)的抽样值x2时，判决器输出“0”符号，发生将“1”符号判为“0”符号的错误，其错误概率P(0/1)为,式中,二进制移频键控(2FSK)系统抗噪声性能,同理,当 ，大信噪比时,二进制移频键控(2FSK)系统抗噪声性能,图7-27 2

19、FSK 信号采用包络检测波法解调性能分析,包络检波法的系统性能 与2ASK信号解调相似，2FSK信号也可以采用包络检波法解调。,二进制移频键控(2FSK)系统抗噪声性能,发送“1”,二进制移频键控(2FSK)系统抗噪声性能,同样,比较式(7.2 - 55)和式(7.2- 64)可以看出， 在大信噪比条件下，2FSK信号采用包络检波法解调性能与同步检测法解调性能接近，同步检测法性能较好。对2FSK信号还可以采用其他方式进行解调。,二进制移频键控(2FSK)系统抗噪声性能,二进制移相键控(2PSK)和二进制差分相位键控 (2DPSK)系统的抗噪声性能 在二进制移相键控方式中，有绝对调相和相对调相两

20、种调制方式，相应的解调方法也有相干解调和差分相干解调。 2PSK相干解调系统性能 2PSK信号的解调通常都是采用相干解调方式(又称为极性比较法) 。,图 7 - 282PSK信号相干解调系统性能分析模型,2PSK信号采用相干解调方式与2ASK信号采用相干解调方式分析方法类似。在发送“1”符号和发送“0”符号概率相等时，最佳判决门限b*=0。,其中,当 ，大信噪比时,二进制数字调制系统的性能比较,在数字通信中，误码率是衡量数字通信系统的重要指标之一，上一节我们对各种二进制数字通信系统的抗噪声性能进行了详细的分析。下面我们将对二进制数字通信系统的误码率性能、频带利用率、对信道的适应能力等方面的性能

21、做进一步的比较。 误码率 二进制数字调制方式有2ASK、2FSK、2PSK及2DPSK，每种数字调制方式又有相干解调方式和非相干解调方式。,二进制数字调制系统的误码率公式一览表,二进制数字调制系统的性能比较,由表 可以看出，从横向来比较，对同一种数字调制信号，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式的误码率。从纵向来比较，在误码率Pe一定的情况下，2PSK、2FSK、2ASK系统所需要的信噪比关系为,上式表明，若都采用相干解调方式，在误码率Pe相同的情况下，所需要的信噪比2ASK是2FSK的2倍，2FSK是2PSK的2倍，2ASK是2PSK的4倍。若都采用非相干解调方式，在误码率Pe相同

22、的情况下，所需要的信噪比2ASK是2FSK的2倍，2FSK是2DPSK的2倍，2ASK是2DPSK的4倍。,二进制数字调制系统的性能比较,上式表明，若都采用相干解调方式，在误码率Pe相同的情况下，所需要的信噪比2ASK比2FSK高3dB，2FSK比2PSK高3dB，2ASK比2PSK高6dB。若都采用非相干解调方式，在误码率Pe相同的情况下，所需要的信噪比2ASK比2FSK高3dB，2FSK比2DPSK高3 dB，2ASK比2DPSK高6dB。 反过来，若信噪比r一定，2PSK系统的误码率低于2FSK系统，2FSK系统的误码率低于2ASK系统。,二进制数字调制系统的性能比较,误码率Pe与信噪比

23、r的关系曲线,在相同的信噪比r下，相干解调的2PSK系统的误码率Pe最小。,二进制数字调制系统的性能比较,Pe=10-5时2ASK、2FSK和 2PSK所需要的信噪比,r=1时 2ASK、2FSK、2PSK/2DPSK的误码率,二进制数字调制系统的性能比较,2ASK系统和2PSK(2DPSK)系统具有相同的频带宽度。 2FSK系统的频带宽度近似为,频带宽度 若传输的码元时间宽度为Ts，则2ASK系统和2PSK(2DPSK)系统的频带宽度近似为2/Ts，即,大于2ASK系统或2PSK系统的频带宽度。因此，从频带利用率上看，2FSK系统的频带利用率最低。,二进制数字调制系统的性能比较,对信道特性变

24、化的敏感性 上一节中对二进制数字调制系统抗噪声性能分析，都是针对恒参信道条件进行的。在实际通信系统中，除恒参信道之外，还有很多信道属于随参信道，也即信道参数随时间变化。因此，在选择数字调制方式时，还应考虑系统对信道特性的变化是否敏感。 在2FSK系统中，判决器是根据上下两个支路解调输出样值的大小来作出判决，不需要人为地设置判决门限，因而对信道的变化不敏感。在2PSK系统中，当发送符号概率相等时，判决器的最佳判决门限为零，与接收机输入信号的幅度无关。因此，判决门限不随信道特性的变化而变化，接收机总能保持工作,二进制数字调制系统的性能比较,在最佳判决门限状态。对于2ASK系统，判决器的最佳判决门限

25、为a/2(当P(1)=P(0)时)，它与接收机输入信号的幅度有关。当信道特性发生变化时，接收机输入信号的幅度将随着发生变化，从而导致最佳判决门限也将随之而变。这时，接收机不容易保持在最佳判决门限状态，因此，2ASK对信道特性变化敏感，性能最差。 在恒参信道传输中，如果要求较高的功率利用率，则应选择相干2PSK和2DPSK，而2ASK最不可取；如果要求较高的频带利用率，则应选择相干2PSK和2DPSK，而2FSK最不可取。若传输信道是随参信道， 则2FSK具有更好的适应能力。,二进制数字调制系统的性能比较,多进制数字调制系统,二进制数字调制系统是数字通信系统最基本的方式，具有较好的抗干扰能力。由

26、于二进制数字调制系统频带利用率较低，使其在实际应用中受到一些限制。在信道频带受限时 为了提高频带利用率，通常采用多进制数字调制系统。其代价是增加信号功率和实现上的复杂性。,可知，在信息传输速率不变的情况下，通过增加进制数M，可以降低码元传输速率，从而减小信号带宽，节约频带资源，提高系统频带利用率。,多进制数字振幅调制信号的时间波形,多进制数字调制系统,MASK系统相干解调的误码率Pe性能曲线,为了得到相同的误码率Pe，所需的信噪比随M增加而增大。,多进制数字调制系统,图 7- 36 FLEX系统4FSK信号频率关系,多进制数字调制系统,多进制数字频率调制系统的组成方框图,多进制数字调制系统,M

27、FSK系统误码率 性能曲线,非相干解调,相干解调,在M一定的情况下，信噪比r越大，误码率Pe越小；在r一定的情况下，M越大，误码率Pe也越大。另外，相干解调和非相干解调的性能差距将随M的增大而减小；同一M下，随着信噪比r的增加非相干解调性能将趋于相干解调性能。,多进制数字相位调制,多进制数字相位调制(MPSK)信号的表示形式,多进制数字调制系统,4PSK,2PSK,8PSK,(Constellation),信号矢量图,多进制数字调制系统,M进值数字相位调制信号功率谱,M越大，功率谱主瓣越窄， 从而频带利用率越高。,多进制数字调制系统,4PSK信号的产生与解调,双比特ab与载波相位的关系,相位选

28、择法产生4PSK信号原理图,4PSK正交调制器,多进制数字调制系统,4PSK信号相干解调原理图,4PSK信号相干解调也会产生相位模糊问题，并且是0、 90、180和270四个相位模糊。,多进制数字调制系统,4DPSK信号产生原理图,4DPSK信号的产生与解调,多进制数字调制系统,4DPSK信号相干解调加码反变换器方式原理图,多进制数字调制系统,4DPSK信号差分相干解调方式原理图,多进制数字调制系统,MPSK系统相干解调的误码率性能曲线,多进制数字调制系统,2020/7/31,88,偏移四相相移键控（OQPSK）,QPSK信号是利用正交调制方法产生的，其原理是先对输入数据作串/并变换，即将二进

29、制数据每两比特分成一组，得到四种组合：（1，1）、（-1，1）、（-1，-1）和（1，-1），每组的前一比特为同相分量，后一比特为正交分量。然后利用同相分量和正交分量分别对两个正交的载波进行2PSK调制，最后将调制结果叠加，得到QPSK信号。,对QPSK做正交调制时，将正交分量Q(t)的基带信号相对于同向分量I(t)的基带信号延迟半个码元间隔（TS/2 一个比特间隔）。这种方法称为偏移四相相移键控。,为了减小包络起伏,现代数字调制技术,2020/7/31,89,现代数字调制技术,QPSK和OQPSK信号的相位关系,QPSK信号的相位关系,OQPSK信号的相位关系,2020/7/31,90,经带

30、通滤波器后，OQPSK信号中包络的最大值与最小值之比约为 ，不再出现比值无限大的现象。也就是说，滤波后的QPSK信号和OQPSK信号有本质区别。,如果采用相干解调方式，理论上OQPSK信号的误码性能与相干解调的QPSK相同。但是，频带受限的OQPSK信号包络起伏比频带受限的QPSK信号小，经限幅放大后频谱展宽的少，所以OQPSK的性能优于QPSK。,实际中，OQPSK比QPSK应用更广泛。,偏移四相相移键控（OQPSK）,现代数字调制技术,2020/7/31,91,与OQPSK只有四个相位点不同， p/4 -QPSK信号已调信号的相位被均匀地分配为相距 p/4 的八个相位点，如图a）所示。 八

31、个相位点被分为两组，分别用“”和“”表示，如图（b）和（c）所示。 如果能够使已调信号的相位在两组之间交替跳变，则相位跳变值就只能有 p/4 和 ，从而避免了QPSK信号相位突变的现象。而且相邻码元间至少有 的相位变化，从而使接收机容易 进行时钟恢复和同步。 由于最大相移 比QPSK的 最大相移小，所以称为移位QPSK，简称为 p/4 -QPSK。,/4四相相移键控,现代数字调制技术,2020/7/31,92,/4 -QPSK信号的星座图,现代数字调制技术,2020/7/31,93,需要指出的是， p/4 -QPSK的优势还在于它可以采用差分检测，这是因为p/4 -QPSK信号内的信息完全包含

32、在载波的两个相邻码元之间的相位差中。差分检测是一种非相干解调，这大大简化了接收机的设计。而且，通过研究还发现，在存在多径和衰落时, p/4 -QPSK的性能优于OQPSK.,现代数字调制技术,所以， p/4 -QPSK日益得到重视，现在北美和日本的数字蜂窝移动通信系统中已采用p/4 -QPSK调制方式。,2020/7/31,94,OQPSK和p/4 -QPSK虽然避免了QPSK信号相位突变180度的现象，改善了包络起伏，但是并没有从根本上解决包络起伏问题。究其原因，包络起伏是由相位的非连续变化引起的。因此，我们自然会想到使用相位连续变化的调制方式，这种方式称为连续相位调制（CPM）。,现代数字

33、调制技术,最小频移键控（MSK）,MSK是一种特殊的2FSK信号，它是二进制连续相位频移键控（CPFSK）的一种特殊情况。,2FSK信号通常是由两个独立的振荡源产生的，在频率转换处相位不连续，因此，会造成功率谱产生很大的旁瓣分量，若通过带限系统后，会产生信号包络的起伏变化，这种起伏是我们所不需要的。,2020/7/31,95,MSK称为最小移频键控， 有时也称为快速移频键控(FFSK) 所谓“最小”是指这种调制方式能以最小的调制指数(0.5)获得正交信号； 所谓“快速”是指在给定同样的频带内，MSK能比2PSK的数据传输速率更高，且在带外的频谱分量要比2PSK衰减的快。,现代数字调制技术,最小

34、频移键控（MSK）,2020/7/31,96,（1）MSK信号的包络是恒定不变的； （2）MSK是调制指数为0.5的正交信号，频率偏移等于（ ）Hz； （3）MSK波形相位在码元转换时刻是连续的； （4）MSK附加相位在一个码元持续时间内线性地变化 等；,现代数字调制技术,MSK信号具有如下特点,2020/7/31,97,现代数字调制技术,MSK信号的正交性,MSK信号可以表示为,除载波相位之外的附加相位,2020/7/31,98,当ak=1 时，信号的频率为 当ak=1时，信号的频率为,现代数字调制技术,最小频差,调制指数,最小频差等于码元传输速率的一半,2020/7/31,99,MSK信号

35、的相位连续性,根据相位 连续条件，要求在 时满足,可见，MSK信号在第k个码元的起始相位不仅与当前的ak 有关，还与前面的ak-1和 有关。,2020/7/31,100,现代数字调制技术,MSK信号的产生与解调,2020/7/31,101,现代数字调制技术,MSK信号的产生方框图,2020/7/31,102,现代数字调制技术,MSK解调器原理框图,2020/7/31,103,MSK信号虽然具有频谱特性和误码性能较好的特点，然而，在一些通信场合，例如在移动通信中，MSK所占带宽仍较宽。此外，其频谱的带外衰减仍不够快，以至于在25kHz信道间隔内传输16kbit/s的数字信号时，将会产生邻道干扰。

36、,高斯最小频移键控（GMSK）,为此，人们设法对MSK的调制方式进行改进：,在频率调制之前用一个低通滤波器对基带信号进行预滤波，它通过滤出高频分量，给出比较紧凑的功率谱，从而提高谱利用率。,现代数字调制技术,2020/7/31,104,为了获得窄带输出信号的频谱，预滤波器必须满足以下条件： （1）带宽窄并且具有陡峭的截止特性； （2）脉冲响应的过冲较小； （3）保证输出脉冲的面积不变，以保证/2的相移。,要满足这些特性，选择高斯型滤波器是合适的。此高斯型滤波器的传输函数为 式中，B为高斯滤波器的3dB带宽,现代数字调制技术,2020/7/31,105,调制前先利用高斯滤波器将基带信号成形为高斯

37、型脉冲，再进行MSK调制，这样的调制方式称为高斯最小频移键控(GMSK),高斯型脉冲,现代数字调制技术,2020/7/31,106,正交振幅调制（QAM）是一种幅度和相位联合键控（APK）的调制方式。它可以提高系统可靠性，且能获得较高的信息频带利用率，是目前应用较为广泛的一种数字调制方式。,正交幅度调制（QAM）,现代数字调制技术,正交振幅调制是用两路独立的基带数字信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，利用已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输。,2020/7/31,107,正交振幅调制的信号表示,APK时域表示,APK是指载波的幅度和相位两个参量同时受基带信号的控制,An是基带信号第n个码元的幅度， 是第n个信号码元的初始相位， g(t)是幅度为1、宽度为Ts 的单个矩形脉冲。,现代数字调制技术,2020/7/31,108,利用三角公式将上式进一步展开，得到QAM信号的表达式,现代数字调制技术,2020/7/31,109,矢量端点的分布图称为星座图。通常可以用星座图来描述QAM信号的信号空间分布状态。MQAM目前研究较多，并被建议用于数字通信中的是十六进制的正交幅度调制（16QAM）或六十四进制的正交幅度调制（64QAM），下面重点讨论16QAM。,星座图,现代数字调制技术,2020/7/31,1