六章数字调制系统.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第六章 数字调制系统,6.1 引言,6.2 二进制数字调制原理,6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能,6.4 多进制数字调制系统,1,6.1 引言,数字调制也称键控信号,有三种基本的调制方式：ASK，FSK，PSK可看成是模拟线性调制和角调制的特殊情况,载波 正弦波,调制信号 数字信号,2,6.2 二进制数字调制原理,6.2.1 二进制振幅键控（2ASK）,Amplitude Shift Keying,2ASK信号的产生,乘法器,模拟幅度调制方法,键控方法,OOK On-Off Keying,3,=,OOK信号有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）、,4,2ASK的功率谱密度,S(t)是单极性的随机矩形脉冲序列,根据矩形波形g（t）的频谱特点，对于所有m0的整数有,5,6.2.2 二进制移频键控（2FSK）Frequency Shift Keying,8,已调信号,式中，g（t）为单个矩形脉冲，脉宽为,分别是第n个信号码元的初相位与序列n无关，反映在 上，表现为 与,改变时，其相位是不连续的。,9,FSK信号常用解调方法有非相干检测法，相干检测法，鉴频法，过零检测法，差分检波法等,为简明起见，没有考虑相位的影响,10,FSK,功率谱密度同样由连续谱和离散谱组成。离散谱出现在两个载频位置,11,若两载频之差较小，如 则连续谱出现单峰。,若两载频之差逐步增大，连续谱将出现双峰。,频带,12,6.2.3 2PSK，2DPSKPhase Shift Keying，Differential PSK,g(t)是脉宽为T,s,的单个矩形脉冲,在某一码元持续时间T,s,内观察,13,0相位发送0,相位发送1.发送端与接收端必须要有相同的相位参考.,若参考基准相位随机跳变,就会在接收端发生错误的恢复,“倒”现象。,2DPSK是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。,相位偏移 ,=数字信息“1”,=0 数字信息“0”,14,数字信息,绝对码,0 0 1 1 1 0 0 1,PSK,DPSK,相对码,0 0 0 1 0 1 1 1 0,15,相对移相：绝对码相对码绝对移相,载波,移相,2PSK调制方框图,0,16,载波,移相,2DPSK调制方框图,码变换,0,17,2PSK信号的功率谱密度,由于 为双极性矩形基带,信号，故：,18,当双极性基带信号“1”,“0”出现概率相等则：,连续谱部分与2ASK信号的连续谱基本相同(仅相差一个常数因子),因此 2PSK信号的带宽与2ASK相同,19,6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能,6.3.1 2ASK抗噪声性能,在一个码元持续时间内,发送端:,20,接收端,BPF,半波或全,波整流器,LPF,抽样,判决器,定时脉冲,输入,输出,非相干方式,加性高斯,白噪声,21,接收端带通滤波器后,22,1.包络检波法的系统性能,包络,发“1”时,广义瑞利分布,发“0”时,瑞利分布,V b 判为“1”,门限电压b,V b 判为“0”,23,发“1”,信噪比,归一化门限值,发“0”,总误码率 P,e,=P(1)P,e1,+P(0)P,e2,若P(1)=P(0),24,在大信噪比（r1）条件下,最佳门限,下界,25,2.同步检测法的系统性能,BPF,相乘器,LPF,抽样,判决器,定时脉冲,输入,输出,相干方式,高斯过程,0均值,26,总误码率 P,e,=P(1)P,e1,+P(0)P,e2,27,总误码率 P,e,=P(1)P,e1,+P(0)P,e2,28,当 P(1)=P(0)=1/2 时,当 r1 时,29,例 设某2ASK信号的码元速率 波特,接收端输入信号的幅度a=1mV,信道中加性噪声的单边功率谱密度,求 1.包络检波器解调时系统的误码率,2.同步检测法解调时系统的误码率,解,30,包络检波,同步检测,31,6.3.2 2FSK抗噪声性能,BPF,包络,检波器,抽样,判决器,抽样脉冲,输入,输出,BPF,包络,检波器,非相干解调,32,发送码元信号,带通滤波器的输出,33,两路输入包络（发送码元“1”）,广义瑞利分布,瑞利分布,34,同理,总误码率,35,同步检测法 （0，Ts）发送“1”，送入抽样判决器比较的两路波形,BPF,相乘器,LPF,抽样,判决器,抽样脉冲,输出,BPF,相乘器,LPF,输入,比较,大小,36,同理,总误码率,当r1,当r1时,包络检波与同步检测性能相差很小,37,6.3.3 2PSK和2DPSK系统的 抗噪声性能,2PSK采用同步检测法（极性比较法）系统误码率,（1）,当r1时，,（2）,38,2DPSK差分相干检测,BPF,相乘器,LPF,抽样,判决器,定时脉冲,DPSK,输出,延迟T,s,参考信号受到加性噪声干扰,（3）,39,2DPSK极性比较 码变换解调极性比较法即同步检测法，码变换器输入端的误码率可用（1）（2）表示，码变换器使误码率增加 总误码率,BPF,相乘器,LPF,抽样,判决器,输入,输出,码(反),变换,a,b,c,d,e,f,40,1 1 1 0 0 1 0 0,0 0 1 0 1 1 0,a,b,c,d,e,f,41,同步检测输出有一个码元错误，码变换输出引起两个相邻码元错误,例 0 0 1 0 0,0 1 1 0,同步检测输出有两个相继错码，码变,换输出引起两个相邻码元错误,0 0 1 0 1 1,0 1 1 1 0,42,若输出中出现一长串连续错码，则在码变换输出中仍引起两个码元错误,0 0 1 0,1,0,0,1,0 1 1,1 1 0 1,令Pn表示一串n个码元连续错误这一事件出现的概率,则 码变换器输出的误码率为：,出现一串n个码元连续错误是“n个码元同时出错与在该一串错码两端都有一码元不错”,（4）,（5）,43,（5）代入（4）,又 ,很小,很大（）,码变换总,是使误码,率增加,（6）,44,（6）代入（1）得,例 设某2FSK调制系统的码元传输速率为1000Baud，已调信号的载频为1000Hz、2000Hz；,1）试讨论应选择怎样的解调器解调？,2）若发送数字信息是等可能的，试画出它的功率谱密度草图。,45,在通信系统测试中，通常不直接计算或测量某测试点的电压或负载吸收的功率，而是计算它们与某一电压或功率基准量之比的对数,功率电平dBm P,0,=1mW（零功率电平）,P155 例,电压电平dbv V,0,=0.775V（零电压电平）,46,在600电阻上测量,功率电平等于电压电平,47,6.4 多进制数字调制系统,特点,在相同的码元传输速率下，信息传输速率比二进制系统高。R,b,=R,BN,2,N b/s,在相同的信息传输速率下，多进制码元传输速率比二进制低。增大码元宽度，会增加码元的能量，并能减少由于信道特性引起的码间干扰的影响。,在相同的噪声下，多进制数字调制系统的抗噪声性能低于二进制数字调制系统。,48,6.4.1 MASK,L电平的调制信号,可看成由时间上不重叠的L个不同振幅值的OOK信号的叠加,因而,其功率谱密度便是这L个信号的功率谱密度之和,尽管叠加后的谱结构很复杂,但就带宽而言,L电平调制信号的带宽与二电平的相同.,49,BPF,LPF,抽样判决,A(t),A(t),x(t),为第K个电平对应的信号,K=1，2，L,当 时，第K个电,平的码元将会错判。,门限电平,50,当发送L个电平的可能性相同时，每一电平的概率为1/L）,51,信号功率,52,6.4.2 MFSK i=1，2，L,要求MFSK信号L个状态之间具有正交关系，则：,n，m为正整数，且 mn,非相干接收,是2FSK误码率的 L-1 倍.,53,6.4.3 MPSK,受调相位,有M种不同取值,多相调制的波形可以看作是对两个正交,载波进行多电平双边带调制所得信号之,和,多相调制信号的带宽与多电平双边带,调制时的相同.,多相制中使用最广泛的是四相制和,八相制,四相制记为4PSK或QPSK.,54,QPSK利用载波的四种不同相位来表征数字信息,每一载波相位代表2比特信息,每个四进制码元又被称为双比特码元,a b (A方式)(B方式),0 0 0 225,1 0 90 315,1 1 180 45,0 1 270 135,55,参考相位,00,10,11,01,参考相位,00,10,11,01,QPSK信号的矢量图,56,串/并变换,-/2,+,a,b,输入,输出,调制,LPF,抽样判决,LPF,抽样判决,并/串,a,b,-/2,QPSK相干接收,57,6.4.4 幅相键控方式(APK),APK信号的可能状态数为MN,如M=N=4,则可合成16APK信号.,58,令,在一个码元内,其中,此信号可用二维空间内的点(An,Bn)表示,n=1,2,L,这种信号点的集合称为信号星座图,59,两种幅度和4种相位的状态数L=8的信号点的集合,若各信号状态出现的概率相等,则调制信号的平均发送功率,60,8PSK信号点,61,在L=8 的5种信号星座图可以看出,(4)是最佳的一种方案,在同样的性能下,即在保证信号状态点之间的最小距离为2的情况下,(4)方案所用的平均信号功率最小.,62,