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1、第七章 数字调制系统,本章主要内容 二进制数字调制原理及抗噪声性能 多进制数字调制系统 改进的数字调制方式,7.1 引 言,用数字基带信号调制正弦载波的某些参量。,7.2 二进制数字调制原理,7.2.1 二进制振幅键控2ASK,1.时域波形,g(t)为持续时间Ts的矩形脉冲,2.频谱,s(t)为随机单极性不归零矩形脉冲序列,单极性不归零矩形脉冲序列功率谱,（1）2ASK信号功率谱包括连续谱和离散谱两部分。（2）2ASK信号带宽是矩形基带随机脉冲序列带宽的2倍，既2fs。,3.调制与解调方式,（1）调制方式,（2）解调方式,a.相干解调同步解调,b.非相干解调包络检波,2ASK相干与非相干解调,
2、7.2.2 二进制频移键控2FSK,1.时域波形,用两个不同的载频表示1和0，可以看成是两个不同载频的振幅键控信号之和。,2.频谱,3.调制与解调方式,（1）调制方式,（2）解调方式,a.相干方式,b.非相干方式,c.过零检测方式,2FSK调制一般用于1200bit/s以下的数据传输.CCITT 推荐标准，“1”“0”300 bit/s 980Hz 1180 Hz 600 bit/s 1300Hz 1700Hz 1200 bit/s 1300Hz 2100Hz,模拟调频,键控方式,模拟调频,键控方式,相位连续,相位不连续,FSK的功率谱,f1,f2,7.2.3 二进制相移键控（2PSK）和二进
3、制差分相移键控（2DPSK）,1.时域波形,相移键控（2PSK）:用码元周期内的载波相位表示二进制符号0、1。,问题：绝对调相解调时会带来“倒或相位模糊”现象，从而造成接收端0、1恢复完全出错。,差分相移键控（2DPSK）：用前后相邻码元的载波相位变化（差）表示 二进制符号0、1。,2.频谱,当,S(t)双极性不归零码,a.2PSK信号的功率谱的连续谱与2ASK信号基本相同，但当P=1/2时，2PSK无离散谱。b.2PSK信号带宽与2ASK信号带宽相同，既2fs。,3.调制与解调方式,（1）调制方式,（2）解调方式,7.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能,7.3.1 2ASK系统的抗噪声性能,
4、其中，ni(t)为信道加性高斯白噪声，信号经信道传输只有衰耗，没有畸变。,n(t)为窄带高斯噪声，可以表示为,所以接收端输入信号y(t)表示为,1.包络检波法（非相干解调）的系统噪声性能,发“1”码时，包络,广义瑞利分布,发“0”码时，包络,瑞利分布,系统总的错判概率,（1）发“1”而错判为“0”的概率Pe1,引入Q函数计算,令,则,或,（2）发“0”而错判为“1”的概率Pe2,（3）系统总的错判概率Pe,当P(1)=P(0)=1/2,可见，Pe取决输入信噪比和归一化门限。,在系统输入信噪比一定情况下，系统误码率Pe与归一化门限有关。,当P(1)=P(0),(1)大信噪比（r1）,(2)小信噪
5、比（r1）,求最佳门限b*下非相干接收时的误码率Pe=?,在大信噪比下，有,利用,当 r 时，,例：设某2ASK系统二进制码元的传输速率为9600波特，发送“0”、“1”等概，采用包络检波法解调。已知接收端输入信号的幅度为1mV,信道等效加性高斯白噪声的双边功率谱密度，求系统总的误码率。,解：,2ASK信号的带宽,带通输出的噪声功率,信噪比,误码率,2.相干解调法的系统噪声性能,（1）发“1”而错判为“0”的概率Pe1,（2）发“0”而错判为“1”的概率Pe2,当P(1)=P(0)=1/2,最佳门限,当r1,7.3.2 2F SK系统的抗噪声性能,1.包络检波法（非相干解调）的系统噪声性能,2
6、.相干解调的系统噪声性能,总的误码率,大信噪比下,大信噪比下，2FSK采用相干解调较包络检波的噪声性能相差不多，但前者设备却要复杂得多。,例7.2 用2FSK方式，在有效带宽2400Hz的信道上传送二进制数字信息。2FSK信号的两个频率为：f1=2025Hz，f2=2225Hz，码速率RB=300波特，信道输出端的信噪比为6db。试求：(1)2FSK信号的带宽；(2)采用包络检波法解调时的系统误码率；(3)采用同步检波法解调时的系统误码率。,解:2FSK信号的带宽ff2-f1+2fS=f2-f1+2RB=800Hz,又因信道有效带宽2400Hz，为上、下支路带通滤波器带宽的4倍，所以带通滤波器
7、输出信噪比r比输入信噪比提高了4倍。又由于输入信噪比为6db（4倍），故滤波器输出信噪比r为:r=44=16,由于码速率为300波特,包络接收系统上、下支路带通滤波器1和2的带宽 近似为:,同步检波法解调时的系统误码率,7.3.3 2PSK、2DPSK系统的抗噪声性能,1.2PSK采用相干解调（极性比较法）,总的误码率,大信噪比下,2.2DPSK采用差分相干解调,总的误码率,7.4 二进制数字调制系统的性能比较,（1）频带宽度,2FSK系统频带利用率最低。,（2）误码率,a.对每一种调制方式，相干解调略优于非相干解调。,b.当r，Pe 同一极限值。,c.在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK性能
8、最好，2FSK 次之，2ASK最差。,（3）对信道特性变化的敏感性,2ASK的接收幅度a易受信道特性变化影响，相应判决器的门限随之变化，因此2ASK的特性最差。,（4）设备的复杂程度,相干解调方式设备一般较非相干设备复杂。,7.5 多进制数字调制系统,多进制数字调制特点：,（1）在相同的码元速率下，多进制数字调制系统的信息速率高于二进 制数字调制系统。,（2）在相同的信息速率下，多进制数字调制系统的码元速率低于二进 制数字调制系统。,(3)线性调制系统(MASK.MDPSK.MQAM 等)可提高系统的频系利用率。,（4）非线性调制系统(MFSK等)可提高抗衰落能力，其有效性低于2FSK.,7.
9、5.1 多进制数字振幅调制及噪声性能,1.多进制数字振幅调制（多电平制）原理,2ASK波形,MASK波形,利用载波的多种振幅表示数字信息。,在信息传输速率相同时，MASK的码速率降低为2ASK信号的1/log2M 倍，因此MASK带宽是2ASK带宽的1/log2M 倍。,在码速率相同时，MASK的带宽与2ASK带宽相同。,MASK的带宽是M进制数字基带信号带宽的两倍；,MASK的频带利用率超过1b/s Hz。,2.多进制数字振幅调制抗噪声性能,基带信号为双极性M电平波形,设ST(t)经信道不产生任何畸变，且接收端输入带通滤波器具有理想特性，则其输出为,判决门限：0，2d,(M-2)d,当发送M
10、个电平等概率时，有系统总误码率,M=2，4，8，16时,多电平调制时，虽然效率高，但其抗噪声能力不高，尤其是抗衰落能力不强，适合在恒参信道中采用。,7.5.2 多进制数字频率调制及噪声性能,1 多进制数字频率调制（多频制）原理,利用载波的多种频率表示数字信息。,2 多进制数字频率调制抗噪声性能,非相干接收：,相干接收：,7.5.3 多进制数字相位调制及噪声性能,1.多进制数字相位调制（多相制）原理,利用载波的多种相位或相位差表示数字信息。,式中,即看作是对两个正交载波进行多电平双边带调制信号之和。因此，MPSK信号的频带宽度应与MASK时的相同。,（1）四相绝对移相键控（4PSK，QPSK）,
11、QPSK信号的产生,a.调相法（正交调制）,8PSK信号的产生,b.相位选择法,QPSK信号的解调,双极性1KHz,双极性500Hz,输入序列1KHz,I路500Hz,Q路500Hz,QPSK,（2）偏置正交相移键控OQPSK,当ab两个码元同时发生变化时，载波相位产生180o的变化，从而在频带受限系统中引起信号包络的很大起伏。,解决方法：将ab码相互错开半个码元，这样最大相位差变化为90o.,（3）/4 相移QPSK,问题：若连续输入11111，则载波相位始终为45o,不利于提取位同步.解决方法：交替使用A、B方式。,信息速率Rb相同的2PSK、4PSK、8PSK信号在f-fC0时的单边功率
12、谱对照。,（4）四相相对移相键控（4DPSK，QDPSK）,注意此时代表的是相对码信号波形,QDPSK信号的产生,a.码变换加调相法,QDPSK信号的解调,（1）极性比较法,（2）相位比较法,2.多相制(MPSK)的抗噪声性能,若各符号等概出现，且合成相位服从一维概率密度f(),则系统误码率,二相制,四相制,例：已知电话信道可用的信号传输频带为600-3000Hz，载频为1800Hz，说明采用=1升余弦滚降基带信号QPSK调制可以传输2400b/s数据.,串并转换后的二进制序列码速率为1200Baud，经过=1升余弦滚降滤波器基带信号的带宽为,QPSK码速率,解：,作业：7-1，7-5，7-20,
