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1、第六章 正弦载波数字调制系统,引言,二进制数字调制系统的性能比较,二进制数字调制系统的抗噪声性能,二进制数字调制原理,6.1 引言,数字调制信号三种基本信号形式(二进制)2ASK 振幅键控(线性调制)2FSK 移频键控(非线性调制)2PSK 移相键控,本章重点讨论二进制数字调制系统的原理及其抗噪声性能返回目录,6.2 二进制数字调制原理,6.2.1 二进制振幅键控(2ASK) 公式表示: eo(t)=ang(t-nTs)cosct n g(t)是持续时间为TS的矩形脉冲 an= 0 概率为P 1 概率为1-P 令S(t)= ang(t-nTs) n eo(t)=S(t)cosct,产生方法:
2、1 一般模拟幅度调制方法 2 键控法(OOK)(on-off-keying)S(t) 乘法器 e0(t) 载波 cosct ( a ) eo(t) S(t) (b),乘法器,图6.1.2,OOk信号的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)输入 (a)非相干解调框图 定时脉冲输入 定时脉冲 cosct (b) 相干解调框图,带通滤波器,半波或全波整流器,低通滤波器,抽样判决器,带通滤波器,相乘器,低通滤波器,抽样判决器,2ASK的功率谱密度为结论2ASK功率谱密度由连续谱和离散谱两部分组成。2ASK信号的带宽是基带脉冲波形带宽的两倍。OOK信号的第一旁瓣峰值比主峰衰
3、减14dB。,6.2.2 二进制移频键控(2FSK),已调信号的数学表达式e0(t)= ang(t-nTs)cos(1t+n)+ ang(t- n n nTs)cos(2t+n) an= 0 概率 P an= 0 概率 1-P 1 1-P 1 p产生方法: a 模拟调频法 nn不仅与第n个信码有关,且nn保 持一定关系 b 键控法: 载波nn与n 无关,相位不连续,2FSK 常用解调法 : 相干检测法 S(t) e0(t)非相干检测法其他:鉴频法 e0(t) 过零检测法差分检测法,模拟调频器,f1,f2,(a),(b),图6.2.1调频信号产生框图,输出输入 抽样脉冲 非相干方式输入 抽样脉冲
4、 输出 相干方式,带通1,包络检波,带通2,包络检波,抽样判决器,带通1,带通2,低通,相乘器,相乘器,低通,抽样判决器,图6.2.2(a),图6.2.2(b),cos1 t,cos2 t,图6.2.2(c) 过零检测方框图及各点波形,输入 输出 图6.2.2(d)差分检测法原理方框图,带通,低通,x,实践表明 :当延迟失真为零时，这种方法的检测性能不如普通鉴频器有严重延迟失真时，它的性能比鉴频法优越2FSK一般用于话音频带内低于1200bit/s数据传输时，在衰落信道中传输数据时，它也被广泛应用2FSK信号的频谱分析有许多方法，其中之一 看成是两个振幅键控信号相叠加,2FSK的功率谱密度为波
5、形 a f2=fo-fs b f2=fo+0.4fs f1 =fo+fs f1=fo-0.4fs,结论1.2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成 两个双边谱叠加两个载频 2. 两个载频之差较小时，连续谱呈单峰 大 双3. 2FSK第一个零点带宽: f=|f2-f1|+2fs,6.2.3 二进制移相键控及二进制差分相位键控(2PSK及2DPSK)2PSK信号形式一般表示为 eo(t)=ang(t-nTs)cosct ng(t)是脉宽为TS的单个矩阵脉冲 an= +1 p -1 1-p在码元内eo(t)= cosct p -cosct 1-p,2PSK绝对移相方式，缺点：有“倒现象”“反向工作”
6、现象2DPSK : = “1” =0 “0” 为本码元初相与前一码元初相之差数字信息 1DPSK信号相位0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1,a表示绝对码，C表示相对码Ci=Ci-1ai ai=Ci Ci-1或2PSK0相 “1” “0” 2DPSK =0 “1” = “0”,矢量图，二相调制移相信号矢量图 参考相位 （a）A方式 （b）方式,参考相位,参考相位2PSK中，是未调制载波的相位 2DPSK中，前一码元载波的相位CCITT建议：A方式中，相位，0如果一个周期内包含整数个载波，2DPSK中前后码元当 =0时，相位会连续 方式中 /2 ，2
7、DPSK两相邻码元之间，必然发生载波相位的跳变，便于检测到码元起止时刻，提供码元定时信息,2PSK ,2DPSK信号的调制与解调模拟调制法键控法 载波S(t)双极性 码变换不归零码e0(t)载波e0(t)移相码变换,相乘,图6.2.62PSK及2DPSK信号产生框图,(a),(b),PSK 解调 a.相干解调2DPSKb.鉴相器 极性比较法解调c.PSK相干解调码反变换d.差分相干解调（实用的方法）,2PSK信号的频谱PE(f)=Ps(f+fc)+Ps(f-fc)/4当 为等概双极性基带波形时g1(t)=-g2(t)=g(t) G(f)=TsSa(fTs),PE(f),-fc fc f,图6.
8、2.8 2PSK信号频谱图,结论:2PSK或2DPSK信号频谱当P=1/2不存在离散谱带宽与2ASK相同B=2fs返回目录,6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能,6.3.1 通断键控(OOK)系统的抗噪声性能发送波形:ST(t)= uT(t) “1” 0 “0”uT(t)= Acosct 0tTs 0 其他 t接收端的输入波形:yi(t)= ui(t)+ni(t) “1” ui(t)= acosct 0tTs ui(t) “0” 0 其他tni(t)为加性高斯噪声,带通滤波器输出波形: y(t)= ui(t)+n(t) “1” n(t) “0”n(t)=nc(t)cosct-ns(t)sin
9、ct 窄带高斯过程y(t)=acosct+nc(t)cosct-ns(t)sinct ”1” nc(t)cosct-ns(t)sinct “0”,包络检波法的系统性能:V(t)= “1” “0” 广义瑞利分布 瑞利分布,设判决门限为b,抽样值V(t)b 判 “1” b “0”Pe1 “1”判为”0”的概率Pe2 “0”判为”1”的概率Q函数定义:Pe1=1-Q(2r,b0)Pe2=Pe=P(1)Pe1+P(0)Pe2= P(1)1-Q(2r,b0)+P(0),当P(1)=P(0)=1/2时,Pe= +1-Q(2r,b0)/2 Pe是Pe1和Pe2两个阴影面积之和成正比,当b0=b0两面积之和最
10、小,因此称b0*为最佳门限对于任意的r值, b0的取值将介于 2 和r/2之间.,2. 同步检测法的系统性能抽样判决器输入端波形:x(t)= a+nc(t) “1” nc(t) “0”,当P(0)=P(1)时 Pe=P(0)Pe1+P(1)Pe2Pe是图中有斜线区域总面积一半,设最佳门限为x ,由f1(x)=f0(x)得x=a/2归一化门限 bo=r/2Pe=erfc(r/2) /2当r1时,当r相同时,且r1 Pe包络=e-r/4 /2 Pe包络Pe相干,但包络Pe相干 检波电路比较简单,6.3.2 二进制移频键控(2FSK)系统的抗噪声 性能,发送码元 ST(t)= u1T(t) “1”
11、u2T(t) “0” u1T(t)= Acos1t 0tTs 0 其他t u2T(t)= Acos2t 0tTs 0 其他t,带通滤波器输出端: y(t)= u1R(t)+n(t) “1” u2R(t)+n(t) “0” n(t)为窄带高斯过程u1R(t)= acos1t 0tTs 0 其他tu2R(t)= acos2t 0tTs 0 其他t,包络检波法 设(0,TS)发”1” 可求得所以: 2FSK非相干接收 系统的总误码率,同步检测法: 抽样判决波形 设发”1” 信号 X1(t)= a+n1c(t) 1通道 X2(t)= n2c(t) 2通道等概时所以总的误码率为,当r1 既大信噪比的情况
12、下: 包络与同步性能差不多 , 包络检波的设备简单常用,6.3.3二进制移相键控及差分相位键控(2PSK,2DPSK)系统的抗噪声性能,发送端发出的信号：ST(t)= u1T(t) 发送“”时 u0T(t)=-u1T(t) 发送“”时u1T(t) Acosct otTs 0 其他t同步检测时低通滤波器输出波形：x(t)= a+nc(t) “1” -a+nc(t) “0”,极性比较法码变换法的系统误码率=erfc(r )/2码变化误码率,同步检测器输出中有一个错码，二个连续错码，n个连续错码，将引起码变换输出中有两个错码,设Pn为一串n个码元连续错误这一事件出现的概率n=1,2,3 码变换器输出
13、的误码率为Pe=2P1+2P2+2Pn+Pn=(1-Pe)2 Pen（1-Pe)2 一串码两端不错 Pen n个码同时出错,Pe=2(1-Pe)Pe Pe/Pe=2(1-Pe)当Pe1 Pe/Pe2当Pe=1/2 Pe/Pe1 Pe/Pe 变化范围 12 返回目录,极性比较法-码变换法检测二进制相对移相信号时误码率,6.4 二进制数字调制系统的性能比较,1.频带宽度从小到大2ASK=2PSK2FSK 2fs 2fs+|f2-f1|2.误码率,相干方式略优于非相干方式相同Pe 信噪比r,要求从小到大 2PSK2FSKOOK 差dB(2倍)相同r时, Pe从小到大排列2PSK2FSKOOK即抗干扰性能从好到差的排队2PSK,2FSK,OOK,3. 对信道特性变化的敏感性2FSK：没有门限，直接比较两路解调输出的大小2PSK：判决门限，不随信道特性变化00K：判决门限a/2，与a有关，即与信道特性变化有关，接收机不易保持最佳判决门限Pe增加,4 设备复杂程度：同一种调制方式：相干解调比非相干解码复杂非相干解调时： 复杂程度依次为2DPSK,2FSK,OOK.目前用得多 2DPSK：高速数据传输 2FSK：中低速数据传输2400bit/s 1200bit/s 600bit/s返回目录,
