通信原理 第六章数字调制系统.ppt

1、第六章 数字调制系统,掌握二进制MSK、FSK、PSK调制原理 掌握二进制MSK、FSK、PSK解调原理 掌握二进制MSK、FSK、PSK调制的性能比较 了解多进制调制和改进型调制方式,数字调制的基本分类,用数字基带信号(因幅度取值有限而可视作开关信号)去键控高频正弦载波的振幅、频率或相位达调制目的（频谱搬移）,解调方式 相干解调法 非相干解调法 抗噪声性能 加性噪声 解调波形失真 数字识别器（抽样判决器）再生数据“误码” 要求Pe结果式(注: 接收已调波的形式及解调方案不同, 则Pe的结果也不一样),1、 2ASK,(1) 关于2ASK信号,信号表达式,OOK(通断键控) 用的最多且最简2A

2、SK 用1或0控制载波的有无,(2) 2ASK调制解调器,调制器,OOK调制器,线性调制器,解调器,OOK信号功率谱图形,特点：理论上谱宽，但有效带宽 B2RB 2fs,2、2FSK,(1)2FSK信号表达式,=,(2) 2FSK调制器,(3) 2FSK解调器,分离滤波法 原理 e0（t）= e01（t） + e02（t） 收端先分离两00K并分别解调、再比较 判决得结果数据 分类：非相干、相干 差分检波法 过零检测法 Ts内载频不同则过零次数也不同 据此解调2FSK,分离滤波法,过零检测法,(4)功率谱密度,基带谱,2FSK信号带宽:B=2Bb+|f2-f1| =2fs +|f2-f1| (

3、Bb=fs 基带带宽),2FSK为两不同载频的OOK信号之和 e0（t）=e01（t）+e02（t） 功率谱（仅连续谱）如右,3、2PSK, 用00和1800相位的载波表1和0 时域表达式：,(1) 2PSK信号表达式,e0（t）=,(2) 2PSK调制器, 相乘法产生, 相干解调器：,(3) 2PSK解调器,相干解调, 非相干解调(相位比较法)：,C（t）,4、2DPSK,2DPSK调制器, 相干解调,2DPSK解调器,相干解调, 差分相干解调,基带信号是双极性不归零波形，且P=1/2,四、性能比较,频带利用率方面-以已调信号有效频带宽度衡量,设码元宽度Ts ，则：,-2ASK，2PSK的频

4、带利用率一致 -2FSK频带利用率最低,B2FSK=f2 f1 + 2/Ts 2Bb,B2ASK= B2PSK = 2/Ts =2Bb,误码率（抗噪声性能方面）,一、2ASK系统的抗噪声性能,信号的表示：,接收的信号，加入加性噪声（和一定的衰减）,1包络检波的系统性能,2相干解调的系统性能,在大信噪比r条件下， 2ASK的同步解调性能总优于包络检波（误码率低） 但性能相差不大 同步解调原理上要简单些（不包含载波恢复部分）,例,已知OOK信号RB=4.8106B，已知信号幅度1mV，噪声n0=2 10-5W/Hz 求包络检波的误码率 求同步解调的误码率,大信噪比,二、2FSK系统的抗噪声性能,信

5、号的表示,1包络检波,由2FSK的解调，进入抽样判决的是两路包络：,2同步（相干）解调,例,FSK的在有效带宽为2400Hz的信道上传输,1、2FSK的带宽 2、使用包络检波的误码率 3、使用相干解调的误码率,2、信道带宽2400Hz，接受滤波器带宽 B=2RB=600Hz 容量一样，所以输出时带宽减少4倍，信噪比增大4倍 r=44=16,三、2PSK系统的抗噪声性能,12PSK相干解调,信号的表示,同步解调接受到的信号,22DPSK差分相干解调,波形表达式：,32DPSK的相干解调,（极性比较-码变换法）,在码变换器前系统的误码率（和2PSK相干解调一样）：,码变换器的输入一个错码会带来两个

6、输出错码,码变换器的输出误码率,例,2DPSK，RB=106B，n0=210-10 W/Hz,要求Pe不大于10-4 1、求差分相干解调的输入信号功率 2、采用相干码反变换的输入信号功率,说明，差分相干解调需要的信号功率稍高,相干解调性能优于非相干 相同Pe下，2PSK对r的要求最小、 2FSK次之、 2ASK要求最高（都相差3dB） 相同r下，相干解调2PSK的Pe最低（抗噪声性 能最好）,结 论,信道引起幅度变换的影响： （1）2FSK不需要判决门限，直接比较两路对信道变换不敏感 （2）2PSK判决门限为0不受信道变换影响 （3）2ASK判决门限为a/2（等概时）易受信道影响 衰落的影响：

7、 严重的衰落，应该使用非相干解调此时不易提取载波 功率的要求： 严格功率要求时，用相干解调信噪比要求小，但载波提取困难,对信道特性敏感性,2ASK优于2FSK优于2PSK优于2DPSK（由它们的调制器及接收机方框图可见） 相干接收机设备较复杂（因C(t)的提取困难）,设备复杂度方面,五、多进制数字调制系统,1、 MASK,数学描述,特点 （1）功率谱由来与2ASK的相似 （2）相同Rb时，带宽是2ASK的N倍,缺点:抗干扰，抗衰落能力差！少用！,2、 MFSK,多频制系统的组成方框图(P161),3、 MPSK(多元绝对移相键控),QPSK矢量图及相位选择(教材P164165),调制器 数字选

8、相法,正交调制法,脉冲插入法,解调器正交相干解调,4、 MDPSK,n与双比特码间关系： 令： n = KK-1 - K与K-1表相邻双比特码对应的载波初相 则：,5 联合键控,问题的提出,这种信号的一个码元可以表示为 式中，k = 整数；Ak和k分别可以取多个离散值。 上式可以展开为 令 Xk = AkcoskYk = -Aksink 则信号表示式变为 Xk和Yk也是可以取多个离散值的变量。从上式看出，sk(t)可以看作是两个正交的振幅键控信号之和。,矢量图 在信号表示式中，若k值仅可以取/4和-/4，Ak值仅可以取+A和-A，则此QAM信号就成为QPSK信号，如下图所示： 所以，QPSK信

9、号就是一种最简单的QAM信号。,QAM和APK的星座图,MQAM调制器,QAM(正交振幅调制系统)原理简介:,优点: 频带利用率高!(RbM=log2MRb2) 缺点: 抗噪声性能差!,复合相移法：它用两路独立的QPSK信号叠加，形成16QAM信号，如下图所示。 图中虚线大圆上的4个大黑点表示第一个QPSK 信号矢量的位置。在这4个位置上可以叠加上第 二个QPSK矢量，后者的位置用虚线小圆上的4 个小黑点表示。,6 MSK最小频移键控,最小频移键控（MSK）信号是一种包络恒定、相位连 续、带宽最小并且严格正交的2FSK信号，其波形图 如下：,MSK是一种特殊形式的FSK，其频差是满足两个频率相

10、互正交(即相关函数等于0)的最小频差，并要求FSK信号的相位连续，其频差f=f2-f1=1/2Tb, 即调制指数为,式中，Tb为输入数据流的比特宽度。,MSK的信号表达式为,MSK的相位轨迹,MSK信号的功率谱,与FSK性能相比，由于各支路的实际码元宽度为2Tb， 其对应的低通滤波器带宽减少为原带宽的1/2，从而使MSK的输出信噪比提高了一倍。 经过差分译码后的误比特率为,1)振幅包络恒定,2)信号的频率偏移=,3)信号在一个码元期间准确线性变化,4)一个码元期间，信号包含1/4载波周期的整数倍,5)码元转换时刻无相位跃变,7 GMSK 高斯滤波最小频移键控,MSK振幅恒定，功率谱主瓣以外衰减

11、较快 但仍不能满足移动通信中衰减70-80dB的要求，GMSK即对此提出。 特点： 带宽窄、锐截止； 抑制了高频成分、 防止过量的瞬时频率偏移,正交频分复用 单载波调制和多载波调制比较 单载波体制：码元持续时间Ts短，但占用带宽B大；由于信道特性|C(f)|不理想，产生码间串扰。 多载波体制：将信道分成许多子信道。假设有10个子信道，则每个载波的调制码元速率将降低至1/10，每个子信道的带宽也随之减小为1/10。若子信道的带宽足够小，则可以认为信道特性接近理想信道特性，码间串扰可以得到有效的克服。,正交频分复用(OFDM) 特点： 为了提高频率利用率和增大传输速率，各路子载波的已调信号频谱有部分重叠； 各路已调信号是严格正交的，以便接收端能完全地分离各路信号； 每路子载波的调制是多进制调制； 每路子载波的调制制度可以不同，根据各个子载波处信道特性的优劣不同采用不同的体制。并且可以自适应地改变调制体制以适应信道特性的变化。 OFDM的缺点： 对信道产生的频率偏移和相位噪声很敏感； 信号峰值功率和平均功率的比值较大，这将会降低射频功率放大器的效率,OFDM的频域特性 设在一个子信道中，子载波的频率为fk、码元持续时间为T