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1、第六章 正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),6.1 引言6.2 二進制數(shù)字調(diào)制原理6.3 二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能6.4 二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較6.5 多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)6.6 改進的數(shù)字調(diào)制方式,6.1 引言,正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),調(diào)制的功能： 使信號更適合于信道傳輸。 實現(xiàn)信道復(fù)用提高通信系統(tǒng)的有效性。 提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力提高通信系統(tǒng)的可靠性。,頻帶傳輸：可實現(xiàn)信號遠距離傳輸。傳輸信道是高頻帶通型。 傳輸必須經(jīng)過數(shù)字調(diào)制，將編碼波形的功率譜經(jīng) 數(shù)字調(diào)制變換到信道傳輸頻帶內(nèi)。,數(shù)學調(diào)制系統(tǒng),6.2 二進制數(shù)字調(diào)制原理,6.2.1 二進制振幅鍵控 2ASK,1.信號定義及表示 定義：用二進

2、制數(shù)字基帶信號控制正弦載波的振幅， 使其一一對應(yīng)變換。 “1” ACOSct=e1(t) “0” 0COSct=e2(t),2ASK信號表示為： e2ASK(t)= S(t)COSct其中S(t)是單極性不歸零矩形脈沖信號。,2ASK信號的平均功率為（當“0”“1”等概時）： PA2/4,2ASK信號的互相關(guān)系數(shù),兩個碼元波形e1(t)、e2(t)的互相關(guān)系數(shù) ,信號（波形）互相關(guān)系數(shù)的物理意義：描述信號（波形）的相似程度。,兩個波形完全相關(guān)。,兩個波形不相關(guān)或兩個波形是正交的。,兩個波形不相關(guān)且極性相反或兩個波形超正交。,2.調(diào)制方式,3.解調(diào)方式（非相干檢測、同步檢測）,帶通濾波器,低通濾

3、波器,抽樣 判決 再生,同步檢測原理框圖,3.解調(diào)方式（非相干檢測、同步檢測）,解調(diào)原理,4. 2ASK信號的頻譜特性,S(t)是單極性不歸零矩形脈沖信號,它的功率譜特性 為,2ASK信號的功率譜特性 為,f,0,6.2.2 二進制頻率鍵控 2FSK,1.信號定義及表示 定義：用二進制數(shù)字基帶信號控制正弦載波的頻率， 使其一一對應(yīng)變換。 “1” ACOS1t = e1(t) “0” ACOS2t = e2(t),如果二進制數(shù)字基帶信號S(t)是單極性不歸零矩形脈沖信號，2FSK信號可以表示為,2FSK信號相當于兩個2ASK信號之和。,2. FSK信號的功率譜密度函數(shù),f,0,FSK信號的頻帶寬

4、度,2FSK信號的互相關(guān)系數(shù),兩個碼元波形的互相關(guān)系數(shù),的正整數(shù),的正整數(shù),如果,2. 調(diào)制方式,與非門,反相器,BPF,多諧振蕩器f1,多諧振蕩器f2,與非門,與非門,S(t),e2fsk(t),多諧振蕩器f,可變分頻器 N,BPF,S(t),“1”N1,“0”N2,e2fsk(t),f/N1=f1,f/N2=f2,3. 解調(diào)方式,（包絡(luò)檢波、同步檢測、過零檢測、差分檢測）,BPF,低通濾波器,BPF,低通濾波器,抽樣 判決 再生,BPF,過零檢測,帶通限幅,微分器,整流器,脈沖展寬,LPF,抽樣判決再生,e2fsk(t),S(t),差分檢波法,延遲器輸出信號為,乘法器輸出,設(shè)計使,6.2.

5、3 二進制移相鍵控2PSK及二進制差分移相鍵控2DPSK,1. 定義、信號表示及波形、互相關(guān)系數(shù)、信號平均功率。,信號表示及波形:,一.二進制移相鍵控2PSK,定義：2PSK是用已調(diào)信號相位相對未調(diào)載波相位的變化來表示二進制數(shù)字基帶信號。,信號的互相關(guān)系數(shù):,信號平均功率:,2. 調(diào)制方式、解調(diào)方式（相干解調(diào)）,調(diào)制原理框圖,3. 2PSK解調(diào)存在的倒現(xiàn)象(相位模糊現(xiàn)象),正常解調(diào),二進制差分移相鍵控 2DPSK可解決倒問題。,倒現(xiàn)象,判決準則：抽樣值=0, 判：“0” 抽樣值0, 判：“1”,1.定義：利用相鄰碼元的正弦載波相位差表示數(shù)字信息。,二.二進制差分移相鍵控 2DPSK,bn 0

6、0 1 0 1 1 0,an 0 1 1 1 0 1,波形：,調(diào)制過程： anbn2PSK,信號表示：,2DPSK調(diào)制方式,2DPSK解調(diào)方式（同步檢測、差分相干檢測）,差分相干檢測分析,S(t),e2Dpsk(t),LPF,fs,抽樣,判決,位同步,恢復(fù),延遲Ts,LPF輸出,任意碼元周期2DPSK信號,延遲器輸出,乘法器輸出,抽樣判決值,判決為“1”判決為“0”,BPF,如果P=1/2, 2PSK、2DPSK頻譜相同,2PSK、 2DPSK信號頻譜,6.3 二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能,6.3 二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能,6.3.1 2ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能,一.非相干解調(diào)1建立模型

7、分析解調(diào)過程,Y(t),V(t),Pe,2. 抽樣時刻信號加噪聲的一維概率密度函數(shù)f1(V)，f0(V),發(fā)1時，正弦信號加窄帶高斯過程的包絡(luò)V(t)服從廣義瑞利分布。,發(fā)0時，窄帶高斯過程的包絡(luò)V(t)服從瑞利分布。,誤碼率Pe=P(1)P(0/1)+P(0)P(1/0)=P(1)P(Vb)+P(0)P(Vb),3. 求錯誤的轉(zhuǎn)移概率,0 b V,4. 誤碼率Pe及結(jié)論,2ASK系統(tǒng)采用包絡(luò)檢波的誤碼率 Pe與先驗概率P(1)、P(0)有關(guān)。 Pe與解調(diào)器輸入信噪比 有關(guān)。 Pe與判決門限 有關(guān)。缺點 只有判決門限b(b0)是接收端可以設(shè)置的。,如果P(1)=P(0)=1/2,如果再有r1大

8、輸入信噪比，最佳判決門限ba/2,二. 2ASK系統(tǒng)采用相干解調(diào)的抗噪聲性能,6.3.2 2FSK系統(tǒng)的抗噪聲性能,2. 信號加噪聲的一維概率密度函數(shù),3. 求錯誤的轉(zhuǎn)移概率,4. 2FSK系統(tǒng)相干解調(diào)的誤碼率及結(jié)論,三. 二進制差分移相鍵控采用差分檢測時系統(tǒng)抗噪聲性能,假設(shè)：前后兩個符號均為“0”,誤碼率及結(jié)論,結(jié)論,6.4 二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較,6.例：P147.例6.3.1 P150.例6.3.2 P154.例6.3.3,6.5 多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),6.5.1 MASK調(diào)制系統(tǒng),2. MASK系統(tǒng),3. MASK系統(tǒng)的抗噪聲性能,r ，erfc ( ) , Pe 。L ，erfc

9、 ( ) , Pe 。對于不同的L值，要保持相同Pe，要大致以 的倍率增大r。 如：4電平系統(tǒng)與2電平系統(tǒng)有相同的Pe時，4電平系統(tǒng)信噪比是 2電平系統(tǒng)信噪比的5倍(7db)左右。 如：16電平系統(tǒng)與2電平系統(tǒng)有相同的Pe時，16電平系統(tǒng)信噪比是 2電平系統(tǒng)信噪比的85倍(19.3db)左右。,5 10 15 20 25 30 35,r(db),Pe,1101102103104105106,4 8 16,6.5.3 多進制數(shù)字相位調(diào)制的原理及抗噪聲性能,（相對于載波）,000,001,010,011,100,101,110,111,2. 四相絕對移相鍵控(4PSK， QPSK),3. 四相差分

10、移相鍵控,4進差分編譯關(guān)系,4DPSK調(diào)制與解調(diào)方法,4DPSK調(diào)制方法,差分編加正交移相鍵控,差分編加相位選擇法,4DPSK解調(diào)方法,極性比較法,相位比較法,4DPSK調(diào)制,c,d,k,差分編加正交移相鍵控,4DPSK解調(diào),（極性比較法）,串并轉(zhuǎn)換,4進差分編,單/雙,/4,/4,單/雙,BPF,LPF,/4,/4,抽樣判決,LPF,抽樣判決,差分譯,并串轉(zhuǎn)換,a,b,c,d,a,b,c,d,ab , ab ,4DPSK信號,4DPSK信號,0,1,00,0,1,0,1,1,0,11,01,10,0,cd,/1#,/1#,0“0”0 “1”,BPF,LPF,/4,/4,抽樣判決,LPF,抽樣

11、判決,并串轉(zhuǎn)換,a,b, ab ,4DPSK信號,0“0”0 “1”,Ts,4DPSK解調(diào)方法相位比較法,6.5.4 振幅相位聯(lián)合鍵控APK,兩種調(diào)制方式,正交調(diào)幅QAM,復(fù)合移相鍵控,以16QAM為例,00011110,00011110,16QAM星座圖,6.5.4 振幅相位聯(lián)合鍵控APK,兩種調(diào)制方式,正交調(diào)幅QAM,復(fù)合移相鍵控,以16QAM為例,00011110,00011110,16QAM信號星座圖,16QAM星座圖,星座圖：“矢量頂點的分布圖”。,“全部M個點的集合陣列稱為信號空間的星座圖，它是M元信號空間的直觀表示”。,16進制復(fù)合移相鍵控,信號最小距離的定義及意義,當兩個信號最

12、大振幅均為A時， 16PSK信號的最小距離 d10.39A 16APK信號的最小距離 d20.47A d2比d1大1.2倍（1.64db） 16PSK信號的平均功率A2/2 16APK信號的平均功率0.56A2/2,信號的最小距離：（也稱歐幾里得距離或歐氏距離） 信號星座圖中，兩相鄰信號點的最小距離。 信號的歐氏距離越大，系統(tǒng)誤碼率越小。,16APK信號與16PSK信號比較。設(shè)16PSK信號的振幅為A，,16QAM信號星座圖,16PSK信號星座圖,d1,d2,當兩個信號平均功率相等時。（解調(diào)器輸入信噪比相等） 16PSK信號的最小距離 d10.39A 16APK信號的最小距離 d20.63A

13、d2比d1大1.6倍（4.2db） 16APK系統(tǒng)的誤碼率小于16PSK系統(tǒng)的誤碼率。,6.6 改進的數(shù)字調(diào)制方式,6.6.1 最小移頻鍵控（MSK）,2. MSK是2FSK信號的特例 即：具有最小的頻差且相位連續(xù) 。,MSK信號在碼元切換點相位連續(xù)相位常數(shù)的選擇保證碼元切換點相位連續(xù)。相位常數(shù)需滿足,的初始相位為0相。所以,ak= ak-1,附近相位函數(shù) 是直線方程,0,t,Ts 3Ts 5Ts 7Ts,一組與解調(diào)原理有關(guān)的數(shù)據(jù)在0, 2Ts區(qū)間當數(shù)據(jù)為11或10，當數(shù)據(jù)為00或01，,1 0 0 1 1 1 0 0,3. MSK信號的產(chǎn)生方法與解調(diào)方法,的產(chǎn)生方法：,為奇數(shù),為奇數(shù),為偶數(shù)

14、,和 各自經(jīng)過2Ts才可能改變極性，且交錯(k奇、k偶)。,尋找,或 akak-1，且k為偶數(shù),或 akak-1，且k為奇數(shù),和 與 的這種關(guān)系，可以通過差分編、串/并變換、延時Ts實現(xiàn)。,差分碼具有經(jīng)2Ts，若 則反碼(反相)的特性。,也具有類似的特性。用 生成,交錯讀 ，,設(shè)差分碼Ck有,K為奇數(shù)，,K為偶數(shù)。,ak,ck,Ik,Qk,差分編,串/并,Ts,c,a,Q,I,C的奇數(shù),C的偶數(shù),Ik,Qk,ak,ck,Smsk(t),載波恢復(fù),積分判決,積分判決,交替讀取,LPF,LPF,ak,積分判決工作周期為2Ts。后“清零”重新積分。兩個積分判決工作周期錯開Ts。,相干解調(diào)積分延遲判決

15、法,LPF,4. 結(jié)論,MSK信號是等幅相位連續(xù)最小頻差的FSK信號。功率譜密度函數(shù)為BMSK1.5fs功率譜旁瓣幅度小，對相鄰信道干擾小。如要進一步提高這個性能采用高斯最小移頻鍵控(GMSK)。MSK信號有較好的抗振幅衰落性能。MSK廣泛應(yīng)用于移動通信。,6.6.3 時頻調(diào)制方式,時頻調(diào)制信號是 “在一個或一組二進制符號的持續(xù)時間內(nèi)。用若干個較窄的射頻脈沖來傳輸原二進制符號信息。而相鄰的射頻脈沖具有不同的頻率。并按串序發(fā)送。,時隙,時頻調(diào)制編碼原則：1.碼集合中，任一時隙內(nèi)頻率正交。2.相鄰的射頻脈沖盡可能具有不同的頻率。,時頻調(diào)制適合隨參信道。,第六章習題,二進制數(shù)字調(diào)制基本原理部分（6-1，6-2，6-3，6-4，6-5）,抗噪聲性能部分（6-7，6-8，6-10，6-12，6-13，6-15）,4進制移相鍵控（6-16）最小移頻鍵控MSK（6-18）,第六章 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)完,