第5章 数字频带传输技术.ppt

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1、第第5章章 数字频带传输技数字频带传输技术术第第5 5章章 数字信号的频带传输数字信号的频带传输5.15.1 二进制数字幅度调制二进制数字幅度调制 5.25.2 二进制数字频率调制二进制数字频率调制 5.35.3 二进制数字相位调制二进制数字相位调制 5.45.4 二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较5.55.5 多进制数字调制系统多进制数字调制系统11/5/202225.1 5.1 二进制数字幅度调制二进制数字幅度调制 调制信号为二进制数字信号时，这种调制称为二进制调制信号为二进制数字信号时，这种调制称为二进制数字调制。数字调制。在二进制数字调制中，载波的幅度、频率或在二

2、进制数字调制中，载波的幅度、频率或相位只有两种变化状态。相位只有两种变化状态。5.1.1 5.1.1 一般原理与实现方法一般原理与实现方法 数字幅度调制又称幅度键控（数字幅度调制又称幅度键控（ASK），二进制幅度键），二进制幅度键控记作控记作2ASK。1.定义：定义：2ASK是利用代表数字信息是利用代表数字信息“0”或或“1”的基带矩形的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续时断时续地输出。地输出。有载波输出时表示发送有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送，无载波输出时表示发送“0”。OOK 11/5/202232.2ASK信号时域表达式：信

3、号时域表达式：其中，其中，s(t)为单极性为单极性NRZ矩形脉冲序列：矩形脉冲序列：3.2ASK信号的产生方法（调制方法）信号的产生方法（调制方法）模拟法；键控法。模拟法；键控法。问：问：2ASK调制属于调制属于DSB调制？调制？OOK11/5/20224（2）相干检测法）相干检测法:4.2ASK信号解调信号解调AM常用方法主要有两种：常用方法主要有两种：（1 1）包络检波法：）包络检波法：11/5/202255.1.2 2ASK信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽 一个一个2ASK信号可以表示成：信号可以表示成：设：设：调制信号的功率谱为调制信号的功率谱为Ps(f)，则已调信号的功率谱为，则

4、已调信号的功率谱为Pe(f)：对于单极性对于单极性NRZ码，引用例码，引用例4.1的结果的结果得，得，2ASK信号功率谱信号功率谱 11/5/20226带宽为：带宽为：频带利用率为：频带利用率为：功率谱：功率谱：11/5/202275.1.3 2ASK5.1.3 2ASK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能 假定假定:信道噪声信道噪声为加性高斯白噪声，其均值为为加性高斯白噪声，其均值为0、双边功率谱密、双边功率谱密度方差为度方差为n0/2；接收的信号接收的信号(任一码元任一码元T Tb b内内)为：为：BPF输出为输出为：11/5/202281.包络检测时包络检测时2ASK系统的误码率系统的误码率

5、经包络检波器检测，输出包络信号经包络检波器检测，输出包络信号：问：一维问：一维pdfpdf服从什么分布？服从什么分布？11/5/20229发发“1”时时，BPF输出包络的输出包络的抽样值抽样值x的一维概率密度函数服从的一维概率密度函数服从莱莱斯分布；斯分布；发发“0”时时，BPF输出包络的输出包络的抽样值抽样值x的一维概率密度函数服从的一维概率密度函数服从瑞瑞利分布。利分布。11/5/202210存在两种错判：存在两种错判：一是发送的码元为一是发送的码元为“1”“1”时，错判为时，错判为“0”“0”，其概率记为，其概率记为P(0/1)P(0/1)；二是发送的码元为二是发送的码元为“0”“0”时

6、，错判为时，错判为“l”“l”，其概率记为，其概率记为P(1/0)P(1/0)。阴影面积阴影面积判决规则：判决规则：11/5/202211当当P(1)=P(0)=1/2P(1)=P(0)=1/2时时系统的系统的误码率误码率为为：不难看出，当不难看出，当Ud=Ud*时，该阴影面积之和最小，即误码率最，该阴影面积之和最小，即误码率最低。称此使误码率获最小值的门限为低。称此使误码率获最小值的门限为最佳门限最佳门限，可以证明，可以证明图中阴影面积和的一半。图中阴影面积和的一半。误码率：误码率：其中其中包检器输入信噪比。包检器输入信噪比。适用适用条件条件：等概、大信噪比、最佳门限。：等概、大信噪比、最佳

7、门限。11/5/2022122.相干解调时相干解调时2ASK系统的误码率系统的误码率 取本地载波为取本地载波为2cosct，则抽样判决器输入端：，则抽样判决器输入端：BPF输出混合信号输出混合信号问：一维问：一维pdf分布？分布？11/5/202213x(t)值的一维概率密度为：值的一维概率密度为：11/5/202214存在两种错判的可能性：存在两种错判的可能性：阴影面积阴影面积 系统误码率系统误码率 11/5/202215不难看出，不难看出，最佳判决门限最佳判决门限为：为：可以证明，这时系统的可以证明，这时系统的误码率误码率为：为：当当r1时，上式近似为：时，上式近似为：11/5/20221

8、6讨论：讨论：在大信噪比情况下，在大信噪比情况下，2ASK信号相干解调时的误码率总是低信号相干解调时的误码率总是低于包络检波时的误码率，即相干解调于包络检波时的误码率，即相干解调2ASK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能优于非相干解调系统。优于非相干解调系统。但两者相差并不太大。然而，包络检波解调不需要稳定的本地但两者相差并不太大。然而，包络检波解调不需要稳定的本地相干载波，故在电路上要比相干解调简单的多。相干载波，故在电路上要比相干解调简单的多。包络检波法存在门限效应，相干检测法无门限效应。包络检波法存在门限效应，相干检测法无门限效应。对对2ASK系统，大信噪比条件下使用包络检测，而小信噪比系

9、统，大信噪比条件下使用包络检测，而小信噪比条件下使用相干解调。条件下使用相干解调。11/5/202217例例5.15.1 设某设某2ASK信号的码元速率信号的码元速率RB4.8106波特，接收端输入信号波特，接收端输入信号的幅度的幅度A1mV，信道中加性高斯白噪声的单边功率谱密度，信道中加性高斯白噪声的单边功率谱密度n0=210-15W/Hz。试求：。试求：（1）包络检波法解调时系统的误码率；）包络检波法解调时系统的误码率；（2）同步检测法解调时系统的误码率。）同步检测法解调时系统的误码率。解：解：（1）BPF带宽带宽 BPF输出噪声功率输出噪声功率解调器输入信噪比解调器输入信噪比包检法解调时

10、包检法解调时 （2）同步检测）同步检测解调解调时时11/5/2022185.2 5.2 二进制数字频率调制二进制数字频率调制 5.2.1 5.2.1 调制原理与实现方法调制原理与实现方法 1.1.定义定义:数字频率调制又称频移键控（数字频率调制又称频移键控（FSK），是用载波），是用载波的频率不同来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制的频率不同来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。载波的频率。二进制频移键控记作二进制频移键控记作2FSK，此时，此时 “1”f1 “0”f211/5/202219（1）波形）波形:“1”f1 ;“0”f2特点特点：基带信号：基带信号s(t)为单极性

11、为单极性NRZ信号；信号；一路一路2FSK信号可视为两信号可视为两路路2ASK信号的之合成！信号的之合成！2.2.波形与表达式波形与表达式11/5/202220（2）时域表达式）时域表达式2FSK信号表达式信号表达式其中其中:基带信号表达式基带信号表达式（单极性单极性NRZ）11/5/202221模拟法：如图模拟法：如图a所示。所示。键控法：如图键控法：如图b所示。所示。3.3.调制方法调制方法问：问：最简单的模拟法是什么？最简单的模拟法是什么？图图b中的中的s(t)必须为单极性必须为单极性NRZ吗？吗？11/5/2022224.2FSK信号的实现方法信号的实现方法核心思想核心思想：一路一路2

12、FSK视为视为两路两路2ASK信号信号的的合成合成。11/5/202223数字调频信号的解调方法很多，如数字调频信号的解调方法很多，如:相干检测法：相干检测法：一路一路2FSK视为两路视为两路2ASK信号的合成。信号的合成。包络检波法：包络检波法：一路一路2FSK视为两路视为两路2ASK信号的合成。信号的合成。鉴鉴 频频 法：法：模拟法：模拟法：FM解调。解调。过零检测法：过零检测法：2FSK特有。特有。差分检测法：差分检测法：差分相干的方法。差分相干的方法。5.2.2 2FSK信号的解调信号的解调逆逆过过程程11/5/2022241.1.包络检波法包络检波法核心思想：核心思想：一路一路2FS

13、K视为两路视为两路2ASK信号的合成。信号的合成。问：问：BPF1、BPF2的带宽？的带宽？接收机入端还需加接收机入端还需加BPF2FSK？可否采用时域分路？可否采用时域分路？11/5/2022252.2.相干检测法相干检测法核心思想：核心思想：一路一路2FSK视为两路视为两路2ASK信号之合成。信号之合成。问：问：BPF的带宽？的带宽？各点波形？各点波形？11/5/202226思路：思路：与与FM的鉴频解调的鉴频解调方法类似。方法类似。原理：原理：鉴频器输出电压鉴频器输出电压与输入信号瞬时频偏与输入信号瞬时频偏成正比。成正比。判决规则：判决规则：门限门限Vd=(V1+V2)/2 VVd“0”

14、3.3.鉴频法鉴频法注：注：无须分路。无须分路。问：问：完整的解调模型完整的解调模型?11/5/2022274.4.过零检测法过零检测法 （1）原理原理 常识常识：单位时间内信号经过零点的次数多少，可以用单位时间内信号经过零点的次数多少，可以用来衡量频率的高低。来衡量频率的高低。想法把想法把过零数目不同转换为电压不同。过零数目不同转换为电压不同。11/5/202228问：问：作为数字调制信号解调，该模型还缺少什么环节？作为数字调制信号解调，该模型还缺少什么环节？判决规则如何制定？判决规则如何制定？模型：模型：各点波形：各点波形：11/5/2022295.5.差分检测法差分检测法发送发送“1”码

15、码发送发送“0”码码（2）模型）模型（1）差分相干的概念：）差分相干的概念：是一种是一种“相干相干”解调（含乘法器），但解调（含乘法器），但本地载波来自于输入信号本身的延迟。本地载波来自于输入信号本身的延迟。将将2FSK信号表示信号表示为为角频率偏移角频率偏移有两有两种取值：种取值：（3）原理）原理核心：核心：只需证明只需证明11/5/202230V是是的函数，但是一个复杂函数。的函数，但是一个复杂函数。数学分析数学分析乘法器输出乘法器输出11/5/202231结论：结论：输出电压与角频偏输出电压与角频偏呈线性关系。针对呈线性关系。针对的两种取值，的两种取值，经抽样判决器可检测出经抽样判决器可

16、检测出“1”和和“0”。此时此时合理的选取延迟合理的选取延迟 ，使得，使得 则有则有优点：优点：无须同频同相载波；适于信道有较严重延迟失真时无须同频同相载波；适于信道有较严重延迟失真时。11/5/2022325.2.3 2FSK信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽 核心思想：核心思想：2FSK信号可视为两个信号可视为两个2ASK信号的合成：信号的合成：则则2FSK信号功率谱为两个信号功率谱为两个2ASK功率谱之和。功率谱之和。11/5/202233（2）连续谱的形状随着）连续谱的形状随着 的大小而异：的大小而异：讨论：讨论：（1）2FSK信号的功率信号的功率谱与谱与2ASK信号的功率谱信号的功

17、率谱相似，由离散谱和连续相似，由离散谱和连续谱两部分组成。谱两部分组成。，出现双峰；，出现双峰；，出现单峰。，出现单峰。（3）2FSK信号的频带宽度为信号的频带宽度为 5.2.3 2FSK信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽 11/5/202234讨论：讨论：（3）2FSK信号的频带宽信号的频带宽度为度为 5.2.3 2FSK信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽（4）2FSK信号频谱不重叠的最小带宽为信号频谱不重叠的最小带宽为 此时系统的频带利用率为此时系统的频带利用率为 11/5/2022355.2.4 2FSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能 1.1.同步检测法的系统性能同步检测法的系统性

18、能模型模型发送端产生的发送端产生的2FSK2FSK信号：信号：11/5/202236接收端上、下支路两个接收端上、下支路两个BPF1BPF1、2 2输出波形输出波形:发送端产生的发送端产生的2FSK2FSK信号信号:接收机收入端合成波形接收机收入端合成波形:11/5/202237注：该两式同样适于包络检测法。注：该两式同样适于包络检测法。（1）发送）发送“1”符号时符号时 上下支路低通滤波器输出分别为：上下支路低通滤波器输出分别为：考虑到考虑到n1(t)为窄带高斯噪声为窄带高斯噪声，则：，则：Why?11/5/202238（1）发送）发送“1”符号时符号时 上下支路低通滤波器输出分别为：上下支

19、路低通滤波器输出分别为：高斯：均值高斯：均值a、方差、方差n2;高斯：均值高斯：均值0、方差、方差n2。将造成发送将造成发送“1”码而错判为码而错判为“0”码，错误概率为：码，错误概率为：式中，式中，z=x1-x2。显然，。显然，z也是高斯随机变量，且均值为也是高斯随机变量，且均值为0，方，方差为差为z2（可以证明，（可以证明，z2=2 n2），其一维概率密度函数），其一维概率密度函数11/5/202239 分路滤波器输出端信噪功率比分路滤波器输出端信噪功率比（2）同理可得，发送）同理可得，发送“0”符号而错判为符号而错判为“1”符号的概率为符号的概率为11/5/202240在大信噪比条件下，

20、上式可近似表示为在大信噪比条件下，上式可近似表示为（3）于是，）于是，2FSK信号同步检测法解调时信号同步检测法解调时系统的误码率系统的误码率：注：无须等概，无门限一说。注：无须等概，无门限一说。11/5/2022412.2.包络检波法的系统性能包络检波法的系统性能分析模型：分析模型：（1）发送）发送“1”符号时符号时 y1(t)=?y2(t)=?11/5/202242 v1(t)广义瑞利分布；广义瑞利分布；v2(t)瑞利分布。瑞利分布。当当v1 v2时，则发生将时，则发生将“1”码判决为码判决为“0”码的错误，经计算，码的错误，经计算，得得:（1）发送）发送“1”符号符号11/5/20224

21、3（2）同理可得，发送）同理可得，发送“0”符号而错判为符号而错判为“1”符号的概率为符号的概率为（3）2FSK信号采用包络检波法解调时系统的信号采用包络检波法解调时系统的误码率误码率：讨论：讨论：（1）在输入信号信噪比一定时，相干解调的误码率小于非）在输入信号信噪比一定时，相干解调的误码率小于非相干解调的误码率。相干解调的误码率。（2）相干解调时，需要插入两个相干载波，电路较为复杂。）相干解调时，需要插入两个相干载波，电路较为复杂。11/5/202244例例5.25.2 采用二进制频移键控方式在有效带宽为采用二进制频移键控方式在有效带宽为1800Hz的传输的传输信道上传送二进制数字信息。已知

22、信道上传送二进制数字信息。已知2FSK信号的两个载频信号的两个载频f11800Hz，f22500Hz，码元速率，码元速率RB300波特，传输信道输波特，传输信道输出端信噪比出端信噪比rc6dB。试求：。试求：（1）2FSK信号的带宽；信号的带宽；（2）同步检测法解调时系统的误码率；）同步检测法解调时系统的误码率；（3）包络检波法解调时系统的误码率。）包络检波法解调时系统的误码率。解解（1）2FSK信号的带宽为信号的带宽为（2）、（）、（3）关键在于求出关键在于求出r!11/5/202245（2）由于）由于300B，故接收系统上、下支路带通滤波器，故接收系统上、下支路带通滤波器BPF1和和BPF

23、2的带宽为的带宽为故带通滤波器输出信噪比应为故带通滤波器输出信噪比应为同步检测法解调时系统的误码率为同步检测法解调时系统的误码率为（3）包络检波法解调时系统的误码率为）包络检波法解调时系统的误码率为11/5/2022465.3 二进制数字相位调制二进制数字相位调制 数字相位调制又称相移键控（数字相位调制又称相移键控（PSK），是利用高频载波相位），是利用高频载波相位的变化来传送数字信息的。二进制相移键控记作的变化来传送数字信息的。二进制相移键控记作2PSK。根据载波相位表示数字信息的方式不同，数字调相分为绝对根据载波相位表示数字信息的方式不同，数字调相分为绝对相移（相移（PSK）和相对相移（）

24、和相对相移（DPSK）两种。）两种。5.3.1 5.3.1 二进制相移键控二进制相移键控（2PSK）1.1.一般原理及实现方法一般原理及实现方法 （1 1）定义）定义 绝对相移绝对相移是利用载波的相位（初相）直接表示数字信号的相是利用载波的相位（初相）直接表示数字信号的相移方式。移方式。相位选择原则：相位选择原则：易于实现；相位间距尽可能大。二进制相移易于实现；相位间距尽可能大。二进制相移键控中键控中:A方式：方式：0和和；B方式：方式：-/2和和-/2。11/5/202247（2）时域表达式时域表达式A方式方式2PSK已调信号的已调信号的时域表达式时域表达式为为其中：与其中：与2ASK及及2

25、FSK时不同，时不同，s(t)为双极性数字基带信号为双极性数字基带信号:在某一个在某一个码码元持元持续时间续时间Tb内观察时，有内观察时，有问：问：2PSK调制是调制是AM调制？调制？11/5/202248（4）2PSK信号的调制方框图信号的调制方框图 （3）2PSK信号的波形信号的波形（a）模拟调制法，（）模拟调制法，（b）键控法）键控法 就模就模拟调拟调制法而言，与制法而言，与产产生生2ASK信号比信号比较较，只是，只是对对s(t)要求不同，因要求不同，因此，此，2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。调幅信号。11/5/202249

26、不考虑噪声时，带通滤波器输出可表示为：不考虑噪声时，带通滤波器输出可表示为：（5）2PSK信号的解调信号的解调11/5/2022502PSK接收系统接收系统各点波形各点波形如图所示：如图所示：讨论：讨论：2PSK信号相干解调的过程：信号相干解调的过程：输入已调信号与本地载波信号输入已调信号与本地载波信号进行极性比较极性比较法。进行极性比较极性比较法。“倒倒”现象绝对移相的主现象绝对移相的主要缺点。要缺点。11/5/2022512.2PSK2.2PSK信号的频谱和带宽信号的频谱和带宽 2PSK信号的功率谱密度可以写成：信号的功率谱密度可以写成：对于双极性对于双极性NRZ码组成的基带信号码组成的基

27、带信号2PSK2PSK信号功率谱信号功率谱：表明：在数字调制中，表明：在数字调制中，2PSK（后面将看到（后面将看到2DPSK也同样）的也同样）的频谱特性与频谱特性与2ASK十分相似。十分相似。11/5/202252讨讨论论：相相位位调调制制本本质质上上是是一一种种非非线线性性调调制制，但但在在数数字字调调相相中中，由由于于表表征征信信息息的的相相位位变变化化只只有有有有限限的的离离散散取取值值，因因此此，可可以以把把相相位位变变化化归归结结为为幅幅度度变变化化数数字字调调相相同同线线性性调调制制的的数数字字调调幅幅就就联联系系起来了起来了，为此可以把数字调相信号当作线性调制信号来处理了。，为

28、此可以把数字调相信号当作线性调制信号来处理了。因此，因此，2PSK信号的信号的带宽带宽、频带利用率频带利用率也与也与2ASK信号的相同。信号的相同。11/5/202253假定：假定：信道噪声信道噪声为加性高斯白噪声，其均值为为加性高斯白噪声，其均值为0、方差为、方差为n2；发射端发送的发射端发送的2PSK信号信号为为:3.2PSK3.2PSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能 2PSK信号相解调系统模型：信号相解调系统模型：经信道传输，经信道传输，接收端输入信号接收端输入信号为：为：11/5/202254相干解调后，得相干解调后，得 经经带通滤波器输出带通滤波器输出：一维一维pdf呈何分布？呈何

29、分布？?11/5/202255高斯分布：高斯分布：a，n n2 2;高斯分布：高斯分布：-a，n2。之后的分析完全类似于之后的分析完全类似于2ASK相干解调时的分相干解调时的分析方法。析方法。11/5/2022562PSK系统的系统的最佳判决门限最佳判决门限电平电平为：为：在大信噪比下，上式成为：在大信噪比下，上式成为：在最佳门限时，在最佳门限时，2PSK系统的系统的误码率误码率为：为：不难得到（过程从略，自己证明）：不难得到（过程从略，自己证明）：11/5/2022575.3.2 5.3.2 二进制差分相移键控（二进制差分相移键控（2DPSK2DPSK）1.1.一般原理及实现方法一般原理及实

30、现方法 2DPSK不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的是用前后码元的相对载波相位相对载波相位值传送数字信息。所谓相对载值传送数字信息。所谓相对载波相位是指本码元初相与前一码元初相之差。波相位是指本码元初相与前一码元初相之差。关键：关键：基带信号基带信号“1”、“0”与初相之间不存在一与初相之间不存在一一对应关系一对应关系11/5/202258讨论：讨论：基带信号基带信号“1”、“0”与初相之间不存在一一对应关系（绝对关系），与初相之间不存在一一对应关系（绝对关系），而是相对关系而是相对关系解决解决“倒倒”现象。现象。单从波形上看，单

31、从波形上看，2DPSK与与2PSK是无法分辩的，比如图中是无法分辩的，比如图中2DPSK也也可以是另一符号序列可以是另一符号序列 bn（称为相对码）经绝对移相而形成的。称为相对码）经绝对移相而形成的。重要结论：重要结论：相对移相信号可以看作是把数字信息序列相对移相信号可以看作是把数字信息序列an（绝对码）（绝对码）变换成相对码变换成相对码bn，然后再根据相对码进行绝对移相而形成。，然后再根据相对码进行绝对移相而形成。11/5/202259这就为这就为2DPSK信号的调制与解调指出了一种信号的调制与解调指出了一种借助绝对移相借助绝对移相途径实现途径实现的方法。的方法。绝对码和相对码是可以互相转换

32、的，其转换关系为：绝对码和相对码是可以互相转换的，其转换关系为：11/5/202260关于绝对码和相对码的相互转换：关于绝对码和相对码的相互转换：11/5/2022612DPSK实现方法：实现方法：相对相移本质上就是对差分码信号的绝对相移。相对相移本质上就是对差分码信号的绝对相移。2DPSK表达式表达式（a）模拟调制法，（）模拟调制法，（b）键控法）键控法11/5/202262（2 2）差分相干解调法。）差分相干解调法。2DPSK信号信号的解调的解调有有两种两种方法：相干解调方法：相干解调-码变换法；差分相干解调。码变换法；差分相干解调。（1 1）相干解调）相干解调-码变换法。码变换法。11/

33、5/202263模型模型波形波形原理：原理：直接比较前后直接比较前后码元的相位差而构成码元的相位差而构成的。的。特点：特点：不需要码变换不需要码变换器，也不需要专门的器，也不需要专门的相干载波发生器，相干载波发生器，因因此设备比较简单、实此设备比较简单、实用。用。11/5/202264 2.2DPSK信号的频谱和带宽信号的频谱和带宽 无论是无论是2PSK还是还是2DPSK信号，就波形本身而言，它们都信号，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幅信号，无非是一对倒相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。有以下信号的序列。有以下结论结论：（1）2DPSK与与

34、2PSK有相同的功率谱；有相同的功率谱；（2）它们的它们的带宽和频带利用率均相同。带宽和频带利用率均相同。11/5/2022653.2DPSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能 （1）极性比较）极性比较-码变换法解调时码变换法解调时2DPSK系统的抗噪性能系统的抗噪性能分析模型：分析模型：于是，要求最终的于是，要求最终的2DPSK系统误码率系统误码率Pe，只需在此基础上再，只需在此基础上再考虑码反变换器引起的误码率即可。考虑码反变换器引起的误码率即可。码反变换器输入端的误码率为已知：码反变换器输入端的误码率为已知：11/5/202266考察码反变换器对误码的影响考察码反变换器对误码的影响：以序列

35、：以序列0110111001为例。为例。可见：可见：bn n中错一个，中错一个，an n总错两个；总错两个；bn n连错连错n n个，个，an n总错两头。总错两头。11/5/202267设：设：Pn bn中连错中连错n个码的概率，则码反变换器输出的误码个码的概率，则码反变换器输出的误码率为率为Pn由什么事件来决定？找由什么事件来决定？找Pn？Pn由两个事件同时发生决定：由两个事件同时发生决定：代入上式，代入上式，并利用等比级数求和公式，得并利用等比级数求和公式，得11/5/202268以这方式解调时的误码率为：以这方式解调时的误码率为：由此可见，码反变换器器总是使系统误码率增加，通由此可见，

36、码反变换器器总是使系统误码率增加，通常认为增加一倍。常认为增加一倍。当误码率很小时：当误码率很小时：11/5/202269（2）差分相干解调时）差分相干解调时2DPSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能分析模型：分析模型：由于存在着带通滤波器输出信号与其延迟的信号相乘的问题，由于存在着带通滤波器输出信号与其延迟的信号相乘的问题，因此需要同时考虑两个相邻的码元，分析过程较为复杂。因此需要同时考虑两个相邻的码元，分析过程较为复杂。结论：结论：最佳门限最佳门限误码率误码率为接收端带通滤波器输出端信噪比。为接收端带通滤波器输出端信噪比。11/5/2022704.2PSK与与2DPSK系统的比较系统的比较

37、 （1）检测这两种信号时判决器均可工作在最佳门限电平）检测这两种信号时判决器均可工作在最佳门限电平（零电平）。（零电平）。（2）2DPSK抗噪声性能不及抗噪声性能不及2PSK。（3）2PSK系统存在系统存在“反向工作反向工作”问题，而问题，而2DPSK系统不存系统不存在在“反向工作反向工作”问题。问题。因此在实际应用中，真正作为传输用的数字调相信号几因此在实际应用中，真正作为传输用的数字调相信号几乎都是乎都是DPSK信号。信号。见例题见例题5.3。11/5/202271例例5.35.3 用用2DPSK在某微波线路上传送二进制数字信息，已知传在某微波线路上传送二进制数字信息，已知传码率为码率为1

38、06波特，接收机输入端的高斯白噪声的双边功率谱密度波特，接收机输入端的高斯白噪声的双边功率谱密度为为n0/21010W/Hz，若要求误码率，若要求误码率Pe104，求：，求：（1）采用相干解调）采用相干解调-码变换法接收时，接收机输入端的最小信码变换法接收时，接收机输入端的最小信号功率。号功率。（2）采用差分法接收时，接收机输入端的最小信号功率。）采用差分法接收时，接收机输入端的最小信号功率。解解（1）相干解调）相干解调-码变换法码变换法有有查查erfc(x)函数表，得函数表，得 =2.75，所以，所以r=7.5625。因为因为所以所以11/5/202272（2）采用差分法接收时）采用差分法接

39、收时有有所以所以11/5/2022735.4 5.4 二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较内容内容:系统的误码率、频带宽度及频带利用率、对信道的适应能系统的误码率、频带宽度及频带利用率、对信道的适应能力、设备的复杂度等。力、设备的复杂度等。1.误码率误码率（见（见表表5-1）对二进制数字调制系统的抗噪声性能做如下两个方对二进制数字调制系统的抗噪声性能做如下两个方面的比较：面的比较：（1）同一调制方式不同检测方法的比较同一调制方式不同检测方法的比较 对于同一调制方式不同检测方法，相干检测的抗噪对于同一调制方式不同检测方法，相干检测的抗噪声性能优于非相干检测。声性能优于非相干检

40、测。11/5/202274名名 称称2DPSK2PSK2FSK2ASK相干检测相干检测（相干（相干-码变换）码变换）相干检测相干检测（相干（相干-码变换）码变换）非相干非相干检检 测测带带 宽宽备备 注注5.4 5.4 二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较1.1.误码率误码率 同一调制方式不同检测方法的比较。同一调制方式不同检测方法的比较。相干、包检相干、包检;同一检测方法不同调制方式的比较。同一检测方法不同调制方式的比较。3dB11/5/202275名名 称称2DPSK2PSK2FSK2ASK相干检测相干检测（相干（相干-码变换）码变换）相干检测相干检测（相干（相干-码变

41、换）码变换）非相干非相干检检 测测带带 宽宽备备 注注频带宽度：频带宽度：2FSK调制系统最差。调制系统最差。对信道特性变化的敏感性对信道特性变化的敏感性 ：信道特性变化的灵敏度对最佳判决门限信道特性变化的灵敏度对最佳判决门限有影响。有影响。2ASK系统最差、系统最差、2FSK系统和系统和2PSK系统较好。系统较好。设备的复杂程度设备的复杂程度11/5/2022765.5 5.5 多进制数字调制多进制数字调制引言引言:目的：目的：提高频带利用率，实现信息高效传输。提高频带利用率，实现信息高效传输。定义：定义：利用利用多进制数字基带信号多进制数字基带信号去调制高频载波的某个参量，去调制高频载波的

42、某个参量，如幅度、频率或相位的过程。如幅度、频率或相位的过程。分类：分类：根据被调参量的不同，多进制数字调制可分为：根据被调参量的不同，多进制数字调制可分为：多进制幅度键控（多进制幅度键控（MASK）；）；多进制频移键控（多进制频移键控（MFSK）；）；多进制相移键控（多进制相移键控（MPSK、MDPSK）。）。多进制幅相键控（多进制幅相键控（MAPK振幅相位联合键控）等。振幅相位联合键控）等。11/5/202277特点特点:与二进制数字调制相比，多进制数字调制有以下几个特点：与二进制数字调制相比，多进制数字调制有以下几个特点：（1）RbM=kRBM，M=2k在码元速率（传码率）相同条件下，可

43、以提高信在码元速率（传码率）相同条件下，可以提高信息速率（传信率），使系统频带利用率增大。息速率（传信率），使系统频带利用率增大。（2）RBM=RB2/k（信息速率不变时）（信息速率不变时）减小带宽、增加码元能量（能减小码干影响）。减小带宽、增加码元能量（能减小码干影响）。正是基于这些特点，使多进制数字调制方式得到了广正是基于这些特点，使多进制数字调制方式得到了广泛的使用。泛的使用。代价代价:信号功率需求增加和实现复杂度加大。信号功率需求增加和实现复杂度加大。11/5/2022785.5.3 5.5.3 多进制数字相位调制多进制数字相位调制（MPSK）1.1.多相制信号表达式及相位配置多相制信

44、号表达式及相位配置定义：定义：利用载波的多种不同相位状态来表征数字信息的调制方利用载波的多种不同相位状态来表征数字信息的调制方式。又称式。又称多相制多相制。有绝对相位调制（。有绝对相位调制（MPSK）和相对相位调）和相对相位调制（制（MDPSK）两种。）两种。表达式：表达式：设载波为设载波为cosct，则，则M进制数字相位调制信号可表示为进制数字相位调制信号可表示为为第为第n个码元对应的相位，共个码元对应的相位，共有有M种不同取值。且种不同取值。且，易于实现。，易于实现。11/5/202279改写改写分别为多电平信号。分别为多电平信号。MPSK信号可以看成是两个正交载波进行多电平双边带信号可以

45、看成是两个正交载波进行多电平双边带调制所得两路调制所得两路MASK信号的叠加。信号的叠加。令令有有这里这里同相分量同相分量正交分量正交分量各有各有M种取值。种取值。可视为为可视为为M进制基带信号。进制基带信号。11/5/202280相量配置（相量配置（M2、4、8）：虚线为参考相位。对虚线为参考相位。对MPSK而言，参考相位为载波的初相；对而言，参考相位为载波的初相；对MDPSK而言，参考相位为前一已调载波码元的初相。而言，参考相位为前一已调载波码元的初相。注：矢量端点分布图称为星座图注：矢量端点分布图称为星座图 11/5/2022812.MPSK信号的频谱、带宽及频带利用率信号的频谱、带宽及

46、频带利用率MPSK信号可以看成是载波互为正交的两路信号可以看成是载波互为正交的两路MASK信号的信号的叠加，因此，叠加，因此，MPSK信号的频带宽度应与信号的频带宽度应与MASK时的相同。时的相同。其中其中fb=1/Tb是是M进制信号码元速率。此时信息速率是进制信号码元速率。此时信息速率是2ASK及及2PSK的的k倍。也就是说，倍。也就是说，MPSK系统的频带利用率是系统的频带利用率是2PSK的的k倍。倍。同相分量同相分量正交分量正交分量11/5/2022823.4PSK信号的产生与解调信号的产生与解调用的最为广泛。用的最为广泛。四相制：四相制：4PSK四进制绝对移相键控，又称四进制绝对移相键

47、控，又称QPSK；4DPSK四进制差分相位键控，又称四进制差分相位键控，又称QDPSK）。）。原理：原理：利用载波的四种不同相位（相位差）来表征数字信息。利用载波的四种不同相位（相位差）来表征数字信息。双比特码元双比特码元ab:由于每一种载波相位代表两个比特信息，故每个由于每一种载波相位代表两个比特信息，故每个四进制码元又被称为双比特码元四进制码元又被称为双比特码元ab ，习惯上把双比特的前一习惯上把双比特的前一位用位用a代表，后一位用代表，后一位用b代表。代表。矢量图：矢量图：A方式方式B方式方式11/5/202283 矢量图：矢量图：k k(4PSK)/(4PSK)/k k(4DPSK):

48、(4DPSK):abab（双比特（双比特（双比特（双比特码码码码元）元）元）元）:A方式方式B方式方式对应关系：对应关系：重要结论：重要结论：4PSK可看作两个互为正交的可看作两个互为正交的2PSK的合成。的合成。4PSK、4DPSK与与 2PSK功率谱密度分布规律相同。功率谱密度分布规律相同。A方式可视为方式可视为B方式顺时针旋转方式顺时针旋转/4（滞后）而得。（滞后）而得。11/5/202284（1 1）4PSK4PSK信号的产生信号的产生多相制信号常用的产生方法有：多相制信号常用的产生方法有：直接调相法；直接调相法；相位选择法。相位选择法。1 1）相位选择法）相位选择法 以以B方式为例方

49、式为例相当于键控法。相当于键控法。问：问：如何形成如何形成A方式的方式的4PSK信号？信号？11/5/2022852 2）直接调相法）直接调相法以以B方式为例方式为例问：问：如何形成如何形成A方式的方式的4PSK信号？载波相位？信号？载波相位？4PSK信号可以看成是由两个载波正交的信号可以看成是由两个载波正交的2PSK调制器构成，调制器构成，分别形成图（分别形成图（b）中的虚线矢量，再经加法器合成后，得图）中的虚线矢量，再经加法器合成后，得图（b）中实线矢量图。）中实线矢量图。11/5/202286（2）4PSK信号的解调信号的解调以以B方式为例。方式为例。原理：原理：正交分路、相干解调、并正

50、交分路、相干解调、并/串还原。串还原。此法也称为此法也称为极性比较法极性比较法。问：问：如何解调如何解调A方式的方式的4PSK信号？信号？基础：基础：4PSK信号可以看成是由两个载波正交的信号可以看成是由两个载波正交的2PSK调制器的调制器的合成。合成。11/5/2022874.4DPSK信号的产生与解调信号的产生与解调5.（1）4DPSK信号的产生信号的产生方法方法:4PSK调制调制+码变换器码变换器。以以A方式方式为例为例(较较B方式，滞后方式，滞后/4)问：问：采用相位选择法如何产生采用相位选择法如何产生 4DPSK信号？信号？产生产生B方式方式4DPSK？11/5/202288（2）4