通信原理第五章-基本的数字调制系统ppt课件

数字通信数字通信(1)(1)第五章第五章基本的数字调制系统基本的数字调制系统数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统2本章提要n二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK2ASK）n二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）n二进制相移键控（二进制相移键控（2PSK2PSK）n二进制差分相移键控（二进制差分相移键控（2DPSK2DPSK）n二进制数字键控传输系统性能比较二进制数字键控传输系统性能比较n多进制数字键控多进制数字键控digital modulation数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统35.1 概述n数字基带信号的局限数字基带信号的局限数字基带信号的功率谱集中于低频段，所以只适合在低通信道中传输，而不适合在频率较高的带通信道中传输。n数字调制的目的数字调制的目的为使数字信号能在带通信道中传输，必须将数字基带信号的功率谱从低频段搬移到较高的频率。实现频率搬移的方法就是调制，即用数字基带信号对载波进行调制。n三种基本数字调制方式三种基本数字调制方式振幅键控（ASK）频移键控（FSK）相移键控（PSK）digital modulation数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统45.1 概述n三种基本数字调制方式的典型波形三种基本数字调制方式的典型波形1010ttt振幅键控ASK频移键控FSK相移键控PSKbandpass transmission数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统55.1 概述n数字调制与模拟调制的比较数字调制与模拟调制的比较数字调制数字调制模拟调制模拟调制载波载波正弦信号正弦信号调制信号调制信号数字基带信号模拟信号幅度调制方式幅度调制方式ASKAM频率调制方式频率调制方式FSKFM相位调制方式相位调制方式PSKPM调制性能调制性能误码率信噪比analog modulation数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统65.2 二进制振幅键控（2ASK）amplitude-shift keying(ASK)数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统75.2 二进制振幅键控（2ASK）n2ASK 2ASK 信号信号的典型波形的典型波形1111100000数字基带信号2ASK信号On-Off Keying(OOK)tt数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统85.2 二进制振幅键控（2ASK）n2ASK2ASK信号的调制信号的调制相乘法开关法binary ASK(BASK)数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统95.2 二进制振幅键控（2ASK）n2ASK 2ASK 信号信号的非相干解调的非相干解调包络检波包络检波noncoherent demodulation定时脉冲输出输入带通滤波全波整流低通滤波抽样判决数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统105.2 二进制振幅键控（2ASK）n包络检波器各点的波形包络检波器各点的波形输入1111100000输出全波整流低通滤波ttttenvelope detect 数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统115.2 二进制振幅键控（2ASK）n2ASK 2ASK 信号信号的相干解调的相干解调full-wave rectify定时脉冲带通滤波低通滤波抽样判决输出输入数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统125.2 二进制振幅键控（2ASK）n相干解调器各点的波形相干解调器各点的波形coherent demodulation1111100000输出输入本地载波低通滤波相乘数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统135.2 二进制振幅键控（2ASK）local carrier数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统145.2 二进制振幅键控（2ASK）bandwidth数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统155.2 二进制振幅键控（2ASK）error probability数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统165.2 二进制振幅键控（2ASK）n误码率曲线误码率曲线630369121518110 110 210 310 410 510 610 7相干ASK非相干ASKsignal-to-noise ratio数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统175.3 二进制频移键控（2FSK）frequency-shift keying(FSK)数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统185.3 二进制频移键控（2FSK）n2FSK 2FSK 信号信号的波形的波形1111000数字基带信号2FSK信号binary FSK(BFSK)数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统195.3 二进制频移键控（2FSK）n2FSK 2FSK 信号信号的调制的调制调频法开关法（选频法）调频器基带信号2FSK信号开关电路2FSK信号frequency selection数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统205.3 二进制频移键控（2FSK）n2FSK 2FSK 信号信号的非相干解调的非相干解调包络检波包络检波lowpass filter(LPF)定时脉冲输入输出n2FSK 2FSK 信号信号的相干解调的相干解调数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统215.3 二进制频移键控（2FSK）bandpass filter(BPF)输入低通滤波定时脉冲输出低通滤波数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统225.3 二进制频移键控（2FSK）n2FSK 2FSK 信号信号的非相干解调的非相干解调过零点检测法过零点检测法amplitude limiter限幅微分整流单稳态触发器低通滤波输入输出数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统235.3 二进制频移键控（2FSK）n2FSK 2FSK 过过零检测法各点的波形零检测法各点的波形monostable trigger数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统245.3 二进制频移键控（2FSK）n2FSK 2FSK 信号信号的分解的分解signal resolution2FSK信号数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统255.3 二进制频移键控（2FSK）power spectral density数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统265.3 二进制频移键控（2FSK）sinc function数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统275.3 二进制频移键控（2FSK）n2FSK 2FSK 信号信号频谱图频谱图impulse function数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统285.3 二进制频移键控（2FSK）n2FSK 2FSK 信号信号频谱图频谱图impulse function数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统295.3 二进制频移键控（2FSK）n2FSK 2FSK 信号信号频谱图频谱图impulse function数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统305.3 二进制频移键控（2FSK）n2FSK 2FSK 信号信号频谱图频谱图impulse function数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统315.3 二进制频移键控（2FSK）orthogonal数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统325.3 二进制频移键控（2FSK）interval数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统335.3 二进制频移键控（2FSK）integer数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统345.3 二进制频移键控（2FSK）complementary error function数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统355.3 二进制频移键控（2FSK）n误码率曲线误码率曲线630369121518110 110 210 310 410 510 610 7相干FSK非相干FSKcurve数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统365.4 二进制相移键控（2PSK）phase-shift keying(PSK)数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统375.4 二进制相移键控（2PSK）n2PSK 2PSK 信号信号的典型波形的典型波形数字基带信号2PSK信号010010binary PSK(BPSK)数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统385.4 二进制相移键控（2PSK）n2PSK 2PSK 信号信号的调制的调制相乘法（直接调相法）polar signal单极性基带信号2PSK 信号双极性基带信号电平转换器载波发生器数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统395.4 二进制相移键控（2PSK）n相乘法各点波形相乘法各点波形1111100000基带信号双极性信号载波2PSK信号phase discontinuity数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统405.4 二进制相移键控（2PSK）n2PSK2PSK信号的调制信号的调制相位选择法phase selection2PSK 信号倒相数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统415.4 二进制相移键控（2PSK）n相位选择法各点波形相位选择法各点波形inverter1111100000基带信号载波倒相载波2PSK信号数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统425.4 二进制相移键控（2PSK）n2PSK 2PSK 信号信号的解调的解调sampling decision输入带通滤波本地载波提取低通滤波抽样判决输出定时脉冲数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统435.4 二进制相移键控（2PSK）n2PSK 2PSK 解调器解调器的各点波形的各点波形synchronization1111100000输出输入本地载波低通滤波相乘数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统445.4 二进制相移键控（2PSK）2PSK 信号本地载波相位为0phase ambiguity数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统455.4 二进制相移键控（2PSK）equal probability数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统465.4 二进制相移键控（2PSK）n2PSK 2PSK 信号信号的频谱图的频谱图synchronization数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统475.4 二进制相移键控（2PSK）error rate数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统485.4 二进制相移键控（2PSK）n误码率曲线误码率曲线630369121518110 110 210 310 410 510 610 7curve数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统495.5 二进制差分相移键控（2DPSK）n基本原理基本原理2PSK 信号的特点2PSK 信号是利用载波的不同相位直接表示数字信息，也称为绝对相移。2DPSK 信号的特点2DPSK 信号利用载波的相对相位值表示数字信息，也称为相对相移。2DPSK 的实现首先，将基带信号由绝对码转换成相对码；然后，用相对码对载波进行2PSK调制。differential phase-shift keying(DPSK)数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统505.5 二进制差分相移键控（2DPSK）基带信号1011010011100002DPSK 信号0000002DPSK 信号000000differential code数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统515.5 二进制差分相移键控（2DPSK）n码变换器码变换器把绝对码变换成相对码。1001101010101011基带序列变换后序列ttcode converter 数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统525.5 二进制差分相移键控（2DPSK）n2DPSK 2DPSK 信号信号的调制的调制oscillator2DPSK 信号倒相码变换器数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统535.5 二进制差分相移键控（2DPSK）n2DPSK 2DPSK 调制器调制器各点波形各点波形1001101010101011载波2DPSK 信号ttttabsolute code数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统545.5 二进制差分相移键控（2DPSK）n2DPSK 2DPSK 信号信号的解调的解调相位比较法delay定时脉冲输出带通滤波延时T低通滤波抽样判决输入数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统555.5 二进制差分相移键控（2DPSK）n相位比较法各点波形相位比较法各点波形10011010phase comparator数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统565.5 二进制差分相移键控（2DPSK）n2DPSK 2DPSK 信号信号的解调的解调相干解调法（极性比较法）polarity comparator输入带通滤波本地载波提取低通滤波抽样判决输出定时脉冲逆码变换数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统575.5 二进制差分相移键控（2DPSK）n相干解调法各点波形相干解调法各点波形10011010inverse code converter数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统585.5 二进制差分相移键控（2DPSK）n逆码变换逆码变换1001101010101011基带序列相对码sequence数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统595.5 二进制差分相移键控（2DPSK）exponential function数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统605.5 二进制差分相移键控（2DPSK）n误码率曲线误码率曲线630369121518110 110 210 310 410 510 610 7Pe相干2DPSK非相干2DPSKdecibel5.6 二进制数字键控传输系统性能比较n各种二进制键控方法的各种二进制键控方法的误码率误码率曲线曲线数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统61630369121518110 110 210 310 410 510 610 7Pe相干 2DPSK非相干 2DPSK相干 2PSK相干 FSK非相干 FSK相干 ASK非相干 ASKtransmission performance5.6 二进制数字键控传输系统性能比较n各种二进制键控方法的误码率公式各种二进制键控方法的误码率公式数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统62transmission performance非相干非相干相干相干2ASK2FSK2DPSK2PSK数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统635.7 多进制数字调制M-ary digital modulation数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统645.7.1 多进制振幅键控（MASK）M-ary ASK数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统655.7.1 多进制振幅键控（MASK）nMASK MASK 信号信号的时间波形的时间波形1320102301multi-level signal数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统665.7.1 多进制振幅键控（MASK）n抑制载波抑制载波的的 MASK MASK 信号信号的时间波形的时间波形1320102301waves数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统675.7.1 多进制振幅键控（MASK）nMASK MASK 信号信号的时域分解的时域分解decomposition数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统685.7.1 多进制振幅键控（MASK）bit rate数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统695.7.1 多进制振幅键控（MASK）error function complement数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统705.7.1 多进制振幅键控（MASK）n误码率曲线误码率曲线051035301520110 110 210 310 410 510 625signal-noise-ratio数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统715.7.2 多进制频移键控（MFSK）M-ary FSK数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统725.7.2 多进制频移键控（MFSK）nMFSK MFSK 信号信号的时间波形的时间波形基带信号MFSK信号baseband signal数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统735.7.2 多进制频移键控（MFSK）frequency spectrum数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统745.7.2 多进制频移键控（MFSK）nMFSK MFSK 信号信号的调制的调制series-parallel converter二进制信息逻辑译码电路0MFSK信号串并转换门电路门电路门电路101数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统755.7.2 多进制频移键控（MFSK）nMFSK MFSK 信号信号的非相干解调的非相干解调logical decoder二进制信息MFSK信号1包络检波包络检波包络检波抽样判决并串转换05.7.2 多进制频移键控（MFSK）数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统76parallel-series converter数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统775.7.2 多进制频移键控（MFSK）n误码率曲线误码率曲线非相干解调105018155110 110 210 310 410 510 610non-coherent demodulation数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统785.7.2 多进制频移键控（MFSK）n误码率曲线误码率曲线相干解调105018155110 110 210 310 410 510 610coherent demodulation数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统795.7.3 多进制相移键控（MPSK）M-ary PSK数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统805.7.3 多进制相移键控（MPSK）constellation数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统815.7.3 多进制相移键控（MPSK）nMPSK MPSK 信号信号的星座图表示的星座图表示0100111010110001方式 A方式 B100111000010001011110101000100101111110010011001constellation数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统825.7.3 多进制相移键控（MPSK）quadrature modulation数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统835.7.3 多进制相移键控（MPSK）nQPSK QPSK 信号信号的正交调制的正交调制in-phase component串并转换电平产生电平产生移相 90载波发生器数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统845.7.3 多进制相移键控（MPSK）nQPSK QPSK 正交调制正交调制的各点波形的各点波形1011000110101100quadrature component数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统855.7.3 多进制相移键控（MPSK）nQPSK QPSK 信号信号的相位选择调制的相位选择调制quadrature modulator串并转换选相电路四相载波发生器带通滤波数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统865.7.3 多进制相移键控（MPSK）nQPSK QPSK 相位相位选择调制各点波形选择调制各点波形1111000001001110Quadrature Phase Shift Keying数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统875.7.3 多进制相移键控（MPSK）nQPSKQPSK信号的解调信号的解调regenerator低通滤波载波恢复移相 90低通滤波位定时恢复抽样判决抽样判决并串转换数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统885.7.3 多进制相移键控（MPSK）n误码率曲线误码率曲线105018155110 110 210 310 410 510 610Bit Error Rate(BER)数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统895.7.4 多进制差分相移键控（MDPSK）n基本原理基本原理类似于 2DPSK 对于 2PSK，MDPSK 是对当前码元的相位与前一相邻码元的相位之差进行 MPSK。例如：对于 QDPSK，若前一相邻码元的相位 90，而当前输入的码元为 180，则相应的 QDPSK 的相位为 270。再如：若前一相邻码元的相位为270，而当前输入的码元也为270，则相应的QDPSK的相位为540，即180。与 2DPSK 相似，MDPSK 也可有效克服相位不确定的缺点。M-ary differential PSK(MDPSK)数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统905.7.4 多进制差分相移键控（MDPSK）nQDPSK QDPSK 信号的编码规则和码变换信号的编码规则和码变换0 001 0901 11800 127011011000101110001100110101100000001110000101010000101001111101101001110code conversion数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统915.7.4 多进制差分相移键控（MDPSK）nQDPSK QDPSK 正交调制正交调制串并转换码变换载波发生移相 45电平产生电平产生quadrature modulation数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统925.7.4 多进制差分相移键控（MDPSK）nQDPSK QDPSK 信号信号的正交解调的正交解调载波恢复移相 45低通滤波低通滤波位定时恢复抽样判决抽样判决逆码变换并串转换quadrature demodulation数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统935.7.4 多进制差分相移键控（MDPSK）n逆码变换逆码变换01001110011100001010100001010011111011000001101100010111000110011010110inverse of code conversion数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统945.7.4 多进制差分相移键控（MDPSK）nQDPSK QDPSK 信号信号的相位比较解调的相位比较解调载波恢复移相 45低通滤波抽样判决低通滤波抽样判决位定时恢复并串转换phase comparer数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统955.7.4 多进制差分相移键控（MDPSK）n误码率曲线误码率曲线50302515110 110 210 310 410 510 620510phase comparator数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统965.7.5 振幅相位联合键控（APK）amplitude phase keying(APK)数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统975.7.5 振幅相位联合键控（APK）n16PSK 16PSK 和和 16QAM 16QAM 信号信号的星座图的星座图16PSK 星座图16QAM 星座图1 种幅度16 种相位3 种幅度12 种相位quadrature amplitude modulation数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统985.7.5 振幅相位联合键控（APK）n32QAM 32QAM 星座星座图图constellation数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统995.7.5 振幅相位联合键控（APK）n128QAM 128QAM 星座星座图图Quadrature Amplitude Modulation数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统1005.7.5 振幅相位联合键控（APK）nMQAM MQAM 信号的调制信号的调制ab载波发生器移相 90电平产生电平产生串并转换carrier generator数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统1015.7.5 振幅相位联合键控（APK）nMQAM MQAM 信号信号的解调的解调低通滤波载波恢复移相 90低通滤波位定时恢复抽样判决抽样判决并串转换phase shifter数字通信(1)第五章 基本的数字调制系统102本章习题n7-17-1n7-27-2