通信原理PPT第6章

1、1通信原理第第6章数字调制章数字调制2数字调制l定义定义数字调制：用数字调制：用数字基带信号数字基带信号控制控制载波载波的的某参量。某参量。常用的载波信号为正弦信号 ，其中 为载波振幅， 为载波的角频率， 为载波的初始相位。)cos(nctwAAcn3数字调制的分类n振幅键控(ASK):用数字消息控制载波的幅度n移频键控(FSK):用数字消息控制载波的频率n移相键控(PSK):用数字消息控制载波的相位n数字调制又可分为二进制和M进制4二进制振幅键控(2ASK)l2ASK的时域表达式及波形的时域表达式及波形l2ASK的产生与解调的产生与解调l2ASK的功率谱密度的功率谱密度l2ASK的抗噪声性能

2、的抗噪声性能52ASK的时域表达式l定义：用二进制的数字信号去控制载波的振幅。定义：用二进制的数字信号去控制载波的振幅。l时域表达式：时域表达式： tnTtgatASKcnsncos)()(2g(t)是持续时间为是持续时间为Ts的矩形脉冲，的矩形脉冲，an取值服从取值服从PPan1,0,1概率为概率为单极性矩形脉冲序列单极性矩形脉冲序列。nsnnTtgatb)()(ttbtASKccos)()(262ASK的波形特点当传“1”信号时，发送载波当传“0”信号时，发送0电平72ASK信号的实现（1）相乘器法相乘器法82ASK信号的实现（2）l当基带信号b(t) 为高电平时，开关电路如图所示;当基带

3、信号b(t) 为低电平时，开关处于断开状态。此时二进制振幅键控信号又常称为通-断键控信号(OOK信号)。 92ASK的动画演示102ASK的解调（1）非相干解调非相干解调(包络检波法包络检波法)带 通滤 波 器全 波整 流 器低 通滤 波 器抽 样判 决 器定 时脉 冲输 出)(2teASKabcd112ASK的解调（2）带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2teASKtccos相干解调相干解调(同步检测法同步检测法)http:/ b(t)的功率谱密度P2ASK (f) 2ASK信号的功率谱密度则由上式可得则由上式可得bP13142ASK的功率谱密度特点l2ASK信号的功率谱由

4、连续谱和离散谱两部分信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成组成 l2ASK信号的带宽信号的带宽 是数字基带信号带宽的两倍是数字基带信号带宽的两倍 RsBASK22式中式中 Rs = 1/Ts即，即，2ASK信号的传输带宽是码元速率的两倍信号的传输带宽是码元速率的两倍152ASK的抗噪声性能l非相干解调非相干解调l相干解调相干解调这里的这里的r指的是信噪比指的是信噪比,r116习题1已知某已知某OOK系统的码元传输速率系统的码元传输速率103B，所用的载，所用的载波信号为：波信号为：（1）所设传送的数字信息为）所设传送的数字信息为0 1 1 0 0 1，试画出相，试画出相应的应的OOK信号波形示

5、意图；信号波形示意图；（2）求）求OOK信号的带宽。信号的带宽。17习题2若采用若采用OOK方式传送二进制数字信息，已知方式传送二进制数字信息，已知码元传输速率，接收端解调器输入信号的码元传输速率，接收端解调器输入信号的振幅，信道加性噪声为高斯白噪声，且其振幅，信道加性噪声为高斯白噪声，且其单边功率谱密度。试求：单边功率谱密度。试求：（1）非相干接收时，系统的误码率；）非相干接收时，系统的误码率；（2）相干接收时，系统的误码率。）相干接收时，系统的误码率。18习题3 若采用若采用OOK方式传送二进制数字信息。已方式传送二进制数字信息。已知发送端发出的信号振幅为知发送端发出的信号振幅为5V，输入

6、接收，输入接收端解调器的高斯噪声功率，今要求误码率。端解调器的高斯噪声功率，今要求误码率。试求：试求：（1）非相干接收时，由发送端到解调器输入）非相干接收时，由发送端到解调器输入端的衰减应为多少？端的衰减应为多少？（2）相干接收时，由发送端到解调器输入端）相干接收时，由发送端到解调器输入端的衰减应为多少？的衰减应为多少？19二进制移频键控2FSKl2FSK的时域表达式及波形的时域表达式及波形l2FSK的产生与解调的产生与解调l2FSK的功率谱密度的功率谱密度l2FSK的抗噪声性能的抗噪声性能202FSK的时域表达式l定义：用二进制的数字信号控制载波的频率。定义：用二进制的数字信号控制载波的频率

7、。l时域表达式：时域表达式： PPaaPPannnn概率为概率为的反码概率为概率为个信号码元第, 11, 0, 1, 1, 0)cos()()cos()()(221nnsnnnsntnTtgatnTtgatFSK.,个信号码元的初相位分别是第nnnttbttbtFSK22112cos)(cos)()(212FSK的波形特点2fl当传送“1”时，发送载波频率l当传送“0”时，发送载波频率1f222FSK的产生232FSK的动画演示242FSK信号的解调方法（1)p非相干解调252FSK信号的解调方法（2)p相干解调带通滤波器带通滤波器抽样判决器输出低通滤波器低通滤波器12)(2teFSK定时脉冲

8、相乘器相乘器t1cost2cos262FSK的功率谱密度ttbttbtFSK22112cos)(cos)()()()(41)()(41)(221122211ffPffPffPffPfPbbbbFSK不难写出这种2FSK信号的功率谱密度的表示式：信号带宽信号带宽sffff212272ASK的抗噪声性能l非相干解调非相干解调l相干解调相干解调这里的这里的r指的是信噪比指的是信噪比221reerP28二进制移相键控2PSKl2PSK的时域表达式及波形的时域表达式及波形l2PSK的产生与解调的产生与解调l2PSK的功率谱密度的功率谱密度l2PSK的抗噪声性能的抗噪声性能292PSK的概念l定义：用二进

9、制的数字信号去控制载波的相定义：用二进制的数字信号去控制载波的相位。位。l时域表达式：时域表达式：l当当b(t)=1时，对应的是时，对应的是l当当b(t)=0时，对应的是时，对应的是ttbtScPSKcos)(21)(2)cos(costtcc)0cos(costtcc302PSK的波形特点传传“1”信号时，发起始相位为信号时，发起始相位为的载波；的载波； 传传“0”信号时，发起始相位为信号时，发起始相位为0的载波。的载波。312PSK的实现322PSK的动画演示332PSK的解调 2PSK通常采用相干解调342PSK的功率谱已调信号的带宽是基带信号的倍 352PSK抗噪声性能2PSK采用相干

10、解调362PSK“倒”现象 l2PSK发送端是以某一个相位作基准的发送端是以某一个相位作基准的 ，如，如果这个参考相位发生变化（果这个参考相位发生变化（0相位变相位变相位相位或或相位变相位变0相位相位 ），会在接收端得到完全），会在接收端得到完全相反的数字信号，这种现象称为相反的数字信号，这种现象称为 2PSK“倒倒”现象现象 。37二进制差分相移键控（二进制差分相移键控（2DPSK）1. 一般原理及实现方法一般原理及实现方法2DPSK方式是利用前后相邻码元相位之差来传送方式是利用前后相邻码元相位之差来传送数字信息的。数字信息的。1 0 1 1 0 0 12PSK2DPSK图5-24 2DPS

11、K信号的波形绝对码an0 1 1 0 1 1 1 0相对码bn相位 0 0382DPSK产生的步骤l将绝对码变换成相对码将绝对码变换成相对码l对相对码进行绝对移相键控（对相对码进行绝对移相键控（2PSK）392DPSK的解调l相干解调相干解调相干载波BPFLPF抽判按2PSK解调码 反变 换s2DPSK(t)anbn1nnnbab1nnnbbal码反变换码反变换402DPSK的功率谱密度l无论是无论是2PSK还是还是2DPSK信号，就波形本身而信号，就波形本身而言，它们都可以等效成双极性信号作用下的调言，它们都可以等效成双极性信号作用下的调幅信号，无非是一对倒相信号的序列。有以下幅信号，无非是

12、一对倒相信号的序列。有以下结论：结论： l（1）2DPSK与与2PSK有相同的功率谱；有相同的功率谱；l（2）它们的带宽和频带利用率均相同。）它们的带宽和频带利用率均相同。bbsASKPSKDPSKfTBBBB222222)/(21222HzBaudASKPSKDPSK412DPSK的抗噪声性能l2DPSK相干解调的总误码率相干解调的总误码率ePe21r为解调输入的信噪比为解调输入的信噪比42习题1l设载频为设载频为1800Hz，码元速率为，码元速率为1200Baud，发送数字信息为发送数字信息为011010（设定参考载波相（设定参考载波相位为位为sin3600t).若相位偏移若相位偏移0度代

13、表数字信号度代表数字信号“0”,180度代表度代表数字信号数字信号 “1”,试画出这时的试画出这时的2DPSK信号波信号波形；形；43多进制数字调制系统l多进制数字振幅键控多进制数字振幅键控(MASK)l多进制数字频率键控多进制数字频率键控(MFSK)l多进制数字相位键控多进制数字相位键控(MPSK)44多进制振幅键控(MASK)lM进制振幅键控信号的时域表达式为进制振幅键控信号的时域表达式为 其中， 为基带信号波形， 4546MASK波形图47MASK与2ASK带宽比较MASK信号的功率谱与2ASK信号的完全相同。它相当于 电平基带信号对载波进行双边带调幅，因此MASK信号的带宽是 电平基带

14、信号的两倍。由于 电平信号每个码元间隔内可以传送 比特信息，码元速率下降为信息速率的 倍，因此MASK信号的带宽在相同信息速率时是2ASK的 倍。48MFSK的产生串并变换电路和逻辑电路将输入的二进制码转换成多进制码。当某组二进制码到来时，逻辑电路的输出仅打开相应的一个门电路，将和该门电路相应的载波发送出去;其他频率对应的门电路此时是关闭的 49MFSK的带宽键控法产生的MFSK信号，可以看作由 个幅度相同、载频不同、时间上互不重叠的2ASK信号叠加的结果。设MFSK信号码元的宽度为 ，即传输速率 （Baud），则 频制信号的带宽为 式中 为最高选用载频， 为最低选用载频。50MPSK 进制数

15、字相位调制系统，载波的相位有 种取值，MPSK系统是利用载波的 种相位来表征数字信息。 时域表达式为 为受调的载波相位; ; 51多进制相位调制系统中使用的最广泛的是四相制和八相制。本节以四相制为例来讲述多进相位调制系统的原理 。52QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) lQPSK利用载波的四种相位来表征数字信息。利用载波的四种相位来表征数字信息。因此，对输入的二进制序列应该先分组，将因此，对输入的二进制序列应该先分组，将每两个比特编为一组，然后用四种不同的每两个比特编为一组，然后用四种不同的载波相位去表征他们。载波相位去表征他们。53l如果输入的二进制数字信

16、息序列为如果输入的二进制数字信息序列为1001001110.,则可将它们分成则可将它们分成10，01，00，11，.由于每个载波相位代表两个比特信由于每个载波相位代表两个比特信息，所以每个四进制码元又被称作双比特息，所以每个四进制码元又被称作双比特码元，我们把组成双比特码元的前一个信码元，我们把组成双比特码元的前一个信息比特用息比特用a表示，后一个信息用表示，后一个信息用b表示，双表示，双比特码元中两个信息比特比特码元中两个信息比特ab通常按格雷码通常按格雷码排列。排列。54格雷码（RBC)l格雷码是一种循环码，第一次循环的码元格雷码是一种循环码，第一次循环的码元因子是因子是(0110),第二

17、次循环的码元因子是第二次循环的码元因子是(00111100),第三次循环的码元因子是第三次循环的码元因子是(0000111111110000),以此类推。以此类推。55双比特码元与载波相位的关系56QPSK的波形l输入二进制序列输入二进制序列0001101157QPSK的产生58QPSK的解调59习题l设发送数字信息序列为设发送数字信息序列为01011000110100，画出相应的画出相应的4PSK信号的所有可能波形。信号的所有可能波形。60l设一个设一个2FSK传输系统的两个载频分别等于传输系统的两个载频分别等于10 MHz和和10.4 MHz，码元传输速率为，码元传输速率为 Bd，接收端解调器输入信号的峰值振幅接收端解调器输入信号的峰值振幅，加性高斯白噪声的单边功率谱密度，加性高斯白噪声的单边功率谱密度 W/Hz 。试求：。试求：采用非相干解调（包络检波）时的误码率；采用非相干解调（包络检波）时的误码率；6102 V 40A180106n61（1） 2FSK信号采用非相干解调时的误码率。信号采用非相干解调时的误码率。信号带宽为信号带宽为 因此因此 221re