chap7数字频带传输系统概述课件

2024/5/4通信原理1chap7 数字频带传输系统2024/5/4通信原理通信原理2本章纲要n7.1 引言引言n7.2 二二进制数字制数字调制与解制与解调原理原理n7.3 二二进制数字制数字调制系制系统的抗噪声性能的抗噪声性能n7.4 二二进制数字制数字调制系制系统的性能比的性能比较n7.5 多多进制数字制数字调制系制系统n作作业2024/5/4通信原理通信原理3引言1.数字信号的数字信号的传输方式方式 n数字信号共有两种数字信号共有两种传输方式：方式：基基带传输（已（已经在第五章介在第五章介绍）：数字信）：数字信号直接号直接传送的方式，适用于低通信道。送的方式，适用于低通信道。频带传输（将在本章介（将在本章介绍）：用数字基）：用数字基带信号信号经载波波调制后的制后的传送方式，适用于送方式，适用于带通信道。通信道。2.大多数的数字大多数的数字调制系制系统都都选择单频信号信号（正弦波或余弦波）作（正弦波或余弦波）作为载波。波。因此也称因此也称为正弦正弦载波数字波数字调制。制。2024/5/4通信原理通信原理4引言3.与模与模拟调制相比制相比n相同点相同点载波相同波相同都是以正弦都是以正弦载波波进行行调制；制；调制目的都是制目的都是频谱搬移；搬移；由于正弦波有振幅、由于正弦波有振幅、频率和相位三个参量，率和相位三个参量，因而相因而相应地有：地有：n振幅振幅调制制ASK（AM）；）；n频率率调制制FSK（FM）；）；n相位相位调制制PSK（PM）。）。2024/5/4通信原理通信原理5引言n不同点不同点调制信号不同制信号不同n模模拟调制：制：n调制信号是模制信号是模拟信号（信号（连续取取值）；）；n调制制过程：以程：以调制信号制信号对载波参量作波参量作连续调制；制；n解解调过程：程：对已已调载波的参量作波的参量作连续估估值。n数字数字调制：制：n调制信号是数字信号（离散取制信号是数字信号（离散取值）；）；n调制制过程：以程：以载波参量的离散状波参量的离散状态来表征数字来表征数字信息；信息；n解解调过程：程：对已已调载波的离散参量波的离散参量进行行检测。2024/5/4通信原理通信原理6二进制数字调制与解调原理7.2.1 二二进制振幅制振幅键控（控（2ASK、OOK）1.ASK概念概念n用二用二进制的数字信号去控制制的数字信号去控制载波的幅度。波的幅度。n即即传“1”信号信号时，发送送载波；波；传“0”信信号号时，送，送0电平。平。n也称也称这种种调制制为通（通（on）、断）、断(off)键控控OOK（on-off keying）。）。2024/5/4通信原理通信原理7二进制数字调制与解调原理2.2ASK的的时域表达式域表达式式中，式中，s(t)是是单极性极性信号信号2024/5/4通信原理通信原理8二进制数字调制与解调原理2024/5/4通信原理通信原理9二进制数字调制与解调原理3.2ASK信号的信号的产生生模模拟调制法（相乘法）；制法（相乘法）；键控法。控法。2024/5/4通信原理通信原理10二进制数字调制与解调原理4.2ASK信号的解信号的解调非相干解非相干解调（包（包络检波）波）由于由于s2ASK(t)就是一种就是一种AM波形，因而可以波形，因而可以采用包采用包络检波器波器进行解行解调。2024/5/4通信原理通信原理11二进制数字调制与解调原理2ASK2ASK信号非相干解调过程的时间波形信号非相干解调过程的时间波形2024/5/4通信原理通信原理12二进制数字调制与解调原理相干解相干解调：与与AM波形一波形一样，对s2ASK(t)亦可采用相干亦可采用相干解解调（同步解（同步解调）。）。抽样判决器的判决电平应取为其输入（解调）信号的抽样判决器的判决电平应取为其输入（解调）信号的高电平值之半（低电平为零）。由于接收信号电平可高电平值之半（低电平为零）。由于接收信号电平可能变化，应要求判决电平作相应变化，这正是能变化，应要求判决电平作相应变化，这正是2ASK缺点之一。缺点之一。2024/5/4通信原理通信原理13二进制数字调制与解调原理5.2ASK信号的功率信号的功率谱密度密度n由于二由于二进制的随机脉冲序列是一个随机制的随机脉冲序列是一个随机过程程,所以所以调制后的二制后的二进制数字信号也是一制数字信号也是一个随机个随机过程，因此在程，因此在频率域中只能用功率率域中只能用功率谱密度表示。密度表示。n二二进制振幅制振幅键控信号的功率控信号的功率谱密度密度P2ASK(f)：式中，式中，PS(f)是基带信号是基带信号s(t)的功率谱。的功率谱。2024/5/4通信原理通信原理14二进制数字调制与解调原理若若s(t)为为单极性单极性NRZ码码（幅值为（幅值为+1、0），且等概，），且等概，则基带信号的功率谱密度为：则基带信号的功率谱密度为：所以经过所以经过2ASK调制后信号的功率谱密度为：调制后信号的功率谱密度为：2024/5/4通信原理通信原理15二进制数字调制与解调原理2024/5/4通信原理通信原理16二进制数字调制与解调原理n结论：结论：2ASK信号的功率谱是基带信号信号的功率谱是基带信号s(t)功率功率谱的平移，并乘以系数谱的平移，并乘以系数1/4，因而，因而2ASK属于线性调制；属于线性调制；由于由于s(t)是单极性信号，有直流，因而调是单极性信号，有直流，因而调制后有载波分量。这样，制后有载波分量。这样，2ASK信号的功信号的功率谱包含连续谱和离散谱；率谱包含连续谱和离散谱；带宽带宽 频带利用率频带利用率2024/5/4通信原理通信原理17例7-1设发送数字信息序列送数字信息序列为11010010，码元速率元速率为1000Bd：（1）请画出当画出当载频为2kHz时的的2ASK信号波信号波形（形（2ASK规则是：是：“1”有有载波；波；“0”无无载波）。波）。（2）计算算该2ASK信号的信号的带宽和和频带利用率。利用率。2024/5/4通信原理通信原理18二进制数字调制与解调原理7.2.2 二二进制移制移频键控（控（2FSK）1.概念概念n 用数字基用数字基带信号去控制信号去控制载波的波的频率；率；n传“0”信号信号时，发送送频率率为f1的的载波；波；传“1”信号信号时，发送送频率率为f2的的载波。波。n可可见，FSK是用不同是用不同频率的率的载波来波来传递数数字消息的。字消息的。n2FSK信号波形可看作两个信号波形可看作两个2ASK信号波形信号波形的合成。的合成。2024/5/4通信原理通信原理19二进制数字调制与解调原理2.2FSK信号的信号的时域表达式域表达式2024/5/4通信原理通信原理20二进制数字调制与解调原理3.2FSK信号的信号的产生生模模拟调频法，法，产生相位生相位连续的的2FSK信号信号键控法，控法，产生相位不生相位不连续的的2FSK信号信号S(t)e0(t)压控压控 VCO 直接调频直接调频2024/5/4通信原理通信原理21二进制数字调制与解调原理2024/5/4通信原理通信原理22二进制数字调制与解调原理4.2FSK信号的解信号的解调相干解相干解调抽样抽样判决判决e0(t)S(t)定时脉冲定时脉冲 带通带通1 低通低通 cos1 t2 fs带通带通2 低通低通 cos2 t2 fs条件：条件：|f1-f2|2 fs 2024/5/4通信原理通信原理23二进制数字调制与解调原理包包络检波法波法抽样抽样判决判决e0(t)S(t)定时脉冲定时脉冲 条件：条件：|f1-f2|2 fs 2 fs带通带通2 包络检波包络检波 带通带通1 2 fs 包络检波包络检波 2024/5/4通信原理通信原理24二进制数字调制与解调原理n三个三个BPF的参数的参数n通通过2FSK信号，因而中心信号，因而中心频率率为 ，带宽为BBPFB2FSK；nBPF1用来通用来通过2ASK1（对应f1）信号，因而）信号，因而其中心其中心频率率f0=f1，带宽BBPF2fs；nBPF2用来通用来通过2ASK2（对应f2）信号，因而）信号，因而其中心其中心频率率f0=f2，带宽BBPF2fs。2024/5/4通信原理通信原理25二进制数字调制与解调原理过零点零点检测法法n特点：特点：“1”、“0”码元元对应的的载波波频率不同，即在率不同，即在单位位时间内内载波的波的过零点数零点数目不同，利用此特点，目不同，利用此特点，还原基原基带信号。信号。e0(t)整形整形 微分微分 宽脉冲发生器宽脉冲发生器 整流整流 S(t)abcdef判判决决 低通低通 2024/5/4通信原理通信原理26e0(t)S(t)整形整形 微分微分 宽脉冲发生器宽脉冲发生器 低通低通 整流整流 abcdef判判决决 abcdef0 1 1 0 1 0 0 2024/5/4通信原理通信原理27二进制数字调制与解调原理5.2FSK信号的功率信号的功率谱 可可视为2个个2ASK的功率的功率谱相叠加相叠加f2f1f12024/5/4通信原理通信原理28二进制数字调制与解调原理n结论：2FSK的功率的功率谱包含包含连续谱和离散和离散谱（f1和和f2）；）；若若|f1-f2|fs，则为单峰曲峰曲线；而随着；而随着|f1-f2|的增大，逐的增大，逐渐出出现双峰；双峰；带宽B2FSK=2 fs+|f1-f2|2024/5/4通信原理通信原理29二进制数字调制与解调原理6.FSK的用途的用途nCCITT规定，低于定，低于1200bit/s的速率的速率时，使，使用用FSK方式；方式；n在微波通信系在微波通信系统中中传输监控信息，以控信息，以实现中中继站的无人站的无人值守。守。n目前广泛使用的目前广泛使用的单片片调制解制解调器，如器，如MC6800L,适用于适用于600波特以下的波特以下的传输速率，速率，中心中心频率率1170Hz，传“1”时，载频为1270Hz，传“0”时，载频为1070Hz，频偏偏为100Hz，带宽为BFSK=|f1-f2|+2fs|1270-1070|+2600=1400Hz。2024/5/4通信原理通信原理30例7-2设发送数字信息序列送数字信息序列为11010010，码元速率元速率为1000Bd，现采用采用键控法控法产生生2FSK信号，信号，并并设f1=2kHz，对应“1”；f2=1kHz，对应“0”。若两振。若两振荡器器输出振出振荡初相均初相均为0，画，画出出2FSK信号波形，并信号波形，并计算其算其带宽。2024/5/4通信原理通信原理31二进制数字调制与解调原理7.2.3 二二进制移相制移相键控控1.移相移相调制的概念制的概念n用数字基用数字基带信号控制信号控制载波的相位波的相位n载波初相波初相：每个：每个码元起始元起始时刻刻对应的的载波波相位相位2024/5/4通信原理通信原理32二进制数字调制与解调原理n移相移相键控在数据控在数据传输中中,尤其是在中速和中尤其是在中速和中高速的数高速的数传机机(2400-4800bit/s)中得到了广中得到了广泛的泛的应用。用。n移相移相键控有很好的抗干控有很好的抗干扰性性,在有衰落的信在有衰落的信道中也能道中也能获得很好的效果。得很好的效果。n移相信号可分移相信号可分为两种：两种：n(1)绝对相移；相移；n(2)相相对相移相移(差分相移差分相移)2024/5/4通信原理通信原理33二进制数字调制与解调原理2.绝对移相移相键控（控（2PSK或或BPSK）n传“1”信号信号时，发起始相位起始相位为的的载波；波；传“0”信号信号时，发起始相位起始相位为0的的载波。波。(或取相反的形式或取相反的形式)。2024/5/4通信原理通信原理342PSK：绝对移相信号：绝对移相信号A 方式：方式：0 表示表示“0”表示表示“1”表示表示“0”表示表示“1”或反之或反之B 方式：方式：或反之或反之载波初相载波初相1 0 0 1 0 1 1+E V S(t)-E V 0 0 0 A 方式：方式：B 方式：方式：2024/5/4通信原理通信原理35二进制数字调制与解调原理2PSK信号的信号的时域表达式域表达式信号的信号的产生生2024/5/4通信原理通信原理36二进制数字调制与解调原理2PSK解解调相干解相干解调n2PSK信号以相位信号以相位传输信息，其振幅、信息，其振幅、频率恒定，因而只能采用相干解率恒定，因而只能采用相干解调。带通带通低通低通抽样抽样判决判决e0(t)S(t)定时脉冲定时脉冲 cosc t抽样抽样判决判决带通带通e0(t)S(t)鉴相器鉴相器2024/5/4通信原理通信原理37二进制数字调制与解调原理相位模糊相位模糊倒倒现象象n在接收端由在接收端由2PSK信号中提取相干信号中提取相干载波波时，有可能得到两种反相的相干有可能得到两种反相的相干载波，即波，即coswct应改改为coswct，于是，于是LPF输出将出将为s(t)，抽，抽样判决判决结果出果出现反反码，这就是相就是相位模糊位模糊问题（对2PSK又称又称为倒倒现象象）。）。n相位模糊相位模糊现象是不允象是不允许的，因而的，因而2PSK实际上不用，而是采用上不用，而是采用2DPSK。2024/5/4通信原理通信原理38二进制数字调制与解调原理3.差分移相差分移相键控（控（2DPSK或或BDPSK）n相相对载波初相波初相 ：后：后码元的元的载波初相波初相2与与前相前相邻码元元载波初相波初相1的差的差值。n=2-1A 方式：方式：0 表示表示“0”表示表示“1”表示表示“0”表示表示“1”或反之或反之B 方式：方式：或反之或反之2024/5/4通信原理通信原理391 0 0 1 0 1 1+E S(t)-EA 方式：方式：B 方式：方式：绝对码绝对码相对码相对码参考点参考点001 1 1 0 0 1 0码变换码变换2024/5/4通信原理通信原理40二进制数字调制与解调原理2DPSK信号的信号的产生生2024/5/4通信原理通信原理41二进制数字调制与解调原理 码变换电路的功能路的功能:将将绝对码ak变成相成相对码bk。具体具体变换关系关系为：例如：例如：绝对码ak:0 0 1 1 1 0 0 1 相相对码bk:0 0 0 1 0 1 1 1 02024/5/4通信原理通信原理42比较比较1 0 0 1 0 1 1+E S(t)-E0 0 0 0 2PSK2DPSK判判0 1 1 0 1 0 0到到 现象：现象：0判判0 0 0 1 0 1 1全错全错错错 1 位位2024/5/4通信原理通信原理43二进制数字调制与解调原理2DPSK信号的解信号的解调n相干解相干解调-码变换带通带通低通低通抽样抽样判决判决e0(t)S(t)定时脉冲定时脉冲 cosc t码反变换码反变换2024/5/4通信原理通信原理44二进制数字调制与解调原理n差分相干差分相干检波波抽样抽样判决判决带通带通低通低通e0(t)S(t)延时延时Ts2024/5/4通信原理通信原理451 0 0 1 0 1 1 S(t)+E-Eabc=a bde1 0 0 1 0 1 1判判0抽样抽样判决判决带通带通低通低通e0(t)S(t)延时延时Tsabcde2024/5/4通信原理通信原理46二进制数字调制与解调原理4.2PSK和和2DPSK信号的功率信号的功率谱n对于于2DPSK，虽然定然定义方式与方式与2PSK不一不一样,但已但已调信号的波形是一信号的波形是一样的，即的，即说明明它它们的的频率成分是相同的，因此率成分是相同的，因此2PSK与与2DPSK信号具有相同的功率信号具有相同的功率谱密度密度。二。二者的区者的区别在于在于0、1符号的分布略有符号的分布略有变化，化，但是但是总的来的来讲是近似相同的。是近似相同的。nsPSK(t)相当于一个相当于一个双极性不双极性不归零零随机矩形随机矩形脉冲序列与一脉冲序列与一载波构成双波构成双边带幅度幅度调制。制。2024/5/4通信原理通信原理47二进制数字调制与解调原理双极性双极性NRZ矩形脉冲的功率谱为矩形脉冲的功率谱为2024/5/4通信原理通信原理48二进制数字调制与解调原理B2PSK=2 fs-fcfc+fsfc-fs2024/5/4通信原理通信原理49二进制数字调制与解调原理n功率功率谱密度特点密度特点总结：n由由连续谱与离散与离散谱两部分两部分组成；成；n带宽是是绝对脉冲序列的二倍，脉冲序列的二倍，BPSK2fs(Hz)；n与与2ASK功率功率谱的区的区别：n当当P1/2时，P2PSK与与P2ASK类似；似；n当当P1/2时，2PSK无离散无离散谱，而，而2ASK存存在离散在离散谱。2024/5/4通信原理通信原理50例7-3设发送数字信息序列送数字信息序列为11010010，码元速率元速率为1000Bd：（1）请画出当画出当载频为2kHz时的的2PSK信号和信号和2DPSK信号的波形（信号的波形（2PSK相位相位规则是：是：“1”0；“0”；差分；差分编码规则为“1变0不不变”，并，并设相相对码参考参考码元元为“0”）。）。（2）计算算该2PSK信号和信号和2DPSK信号的信号的带宽。2024/5/4通信原理通信原理51二进制数字调制系统的抗噪性能7.3.1 2ASK系系统的抗噪性能的抗噪性能n接收信号描述接收信号描述分析：一个码元宽度分析：一个码元宽度Ts的信号的信号发送信号发送信号 ST(t)=UT(t)=Acosc t 0 t 1）的情况下）的情况下2024/5/4通信原理通信原理58P193例7-1解解：(1)对于对于2ASK信号，信号功率主要集中在其频谱的主信号，信号功率主要集中在其频谱的主瓣。因此，接收端带通滤波器带宽可取瓣。因此，接收端带通滤波器带宽可取2ASK信号频谱的信号频谱的主瓣宽度，即主瓣宽度，即B=2RB=29600=19200 Hz带通滤波器输出噪声平均功率为带通滤波器输出噪声平均功率为 n2=0.52B=410-13219200=1.53610-8W信噪比为信噪比为2024/5/4通信原理通信原理59P193例7-1 (2)(2)包络检波法解调时系统总的误码率为包络检波法解调时系统总的误码率为 比比较较两两种种方方法法解解调调时时系系统统总总的的误误码码率率可可以以看看出出，在在大大信信噪噪比比的的情情况况下下，包包络络检检波波法法解解调调性性能能接接近近同同步步检检测测法法解解调调性性能。能。因因为为信信噪噪比比r32.551r32.551，所所以以同同步步检检测测法法解解调调时时系系统总的误码率为统总的误码率为2024/5/4通信原理通信原理60例7-4例：例：已知已知2ASK 的码元速率的码元速率 RB=4.810 6 波特，解波特，解调器输入信号的幅度调器输入信号的幅度a=1mv，信道加性噪，信道加性噪声的单边功率谱密度为声的单边功率谱密度为 n0=210-15 W/Hz，试求试求:1）包络检波的误码率）包络检波的误码率 2）同步检波的误码率）同步检波的误码率解：解：Rb=RB=4.810 6 bit/s 2024/5/4通信原理通信原理61例7-4 带通滤波器的带宽带通滤波器的带宽 B=2RB=9.610 6 （Hz）带通的输出噪声功率带通的输出噪声功率n2 =n0 B=1.9210-8 (W)解调器的输入信噪比解调器的输入信噪比 此系统为大信噪比工作此系统为大信噪比工作 1）包络检波）包络检波2）同步检波）同步检波2024/5/4通信原理通信原理62二进制数字调制系统的抗噪性能7.3.2 2FSK系系统的抗噪性能的抗噪性能1.同步同步检波的系波的系统性能性能2024/5/4通信原理通信原理63二进制数字调制系统的抗噪性能BPF1支路：支路：BPF2支路：支路：分分别通通过上下两个上下两个LPF的的输出出为判决规则：判决规则：x1 x2 判判“1”x1 V2 判判“1”V1 V2 判判“0”2024/5/4通信原理通信原理69例7-5FSKFSK的在有效带宽为的在有效带宽为2400Hz2400Hz的信道上传输，的信道上传输，f f1 1=980Hz,=980Hz,f f2 2=1580Hz,R=1580Hz,RB B=300B,=300B,输入信噪比为输入信噪比为6dB6dB。试求：。试求：（1 1）2FSK2FSK的带宽；（的带宽；（2 2）使用包络检波的误码率；）使用包络检波的误码率；（3 3）使用相干解调的误码率。）使用相干解调的误码率。解：解：（1 1）2FSK2FSK的带宽：的带宽：f=|ff=|f2 2-f-f1 1|+2f|+2fs s=|f|f2 2-f-f1 1|+2|+2R RB B=1200Hz=1200Hz（2 2）信道带宽信道带宽2400Hz2400Hz，接，接收收滤波器带宽滤波器带宽B=2RB=2RB B=600Hz=600Hz容量一样，所以输出时带宽减少容量一样，所以输出时带宽减少4 4倍，信噪比增大倍，信噪比增大4 4倍倍r=4r=44=164=162024/5/4通信原理通信原理70二进制数字调制系统的抗噪性能7.3.3 2PSK和和2DPSK系系统的抗噪性能的抗噪性能1.2PSK相干解相干解调系系统性能性能 s(t)为双极性非归零信号为双极性非归零信号 判决器的输入信号为判决器的输入信号为x(t)=-a+nc(t)发发“0”a+nc(t)发发“1”a0f1(x)f0(x)-a2024/5/4通信原理通信原理71二进制数字调制系统的抗噪性能 发发“1”错判错判发发“0”错判错判2PSK 系统总误码率系统总误码率 2024/5/4通信原理通信原理72二进制数字调制系统的抗噪性能2.2DPSK相干解相干解调系系统性能性能系统特征：在系统特征：在 2PSK 系统的基础上增加码反变换电路。系统的基础上增加码反变换电路。码反变换电路自身不产生误码（与噪声无关），但其码反变换电路自身不产生误码（与噪声无关），但其输入相对码有误差时，必然会造成其输出绝对码与发输入相对码有误差时，必然会造成其输出绝对码与发端基带信号失真，因而系统总误码应为端基带信号失真，因而系统总误码应为2PSK 系统的误系统的误码加码反变换的误码积累。码加码反变换的误码积累。2024/5/4通信原理通信原理73二进制数字调制系统的抗噪性能结论：结论：系统总误码率系统总误码率图 7 30 码反变换器对错码的影响2024/5/4通信原理通信原理75+E S(t)-E绝对码绝对码正确相对码正确相对码01 0 0 1 0 1 11 1 1 0 0 1 0码反变换码反变换错误相对码错误相对码1 0 1 0 0 1 001 0 0 0 0 1 001 0 0 1 0 1 00码反变换码反变换码反变换码反变换错误相对码错误相对码错误相对码错误相对码2024/5/4通信原理通信原理76码反变换引入的误码规律：码反变换引入的误码规律：相对码中出现的相对码中出现的每一串错码每一串错码，反变换后产生，反变换后产生两位错码两位错码。设设 Pn 表示同步检波输出相对码中出现表示同步检波输出相对码中出现 n 个个连续连续错码错码事件的概率事件的概率表示码反变换输出的总误码率表示码反变换输出的总误码率 “n 个码元同时出错个码元同时出错”属同时发生事件属同时发生事件“该串错码两端都有一个正确码元该串错码两端都有一个正确码元”2024/5/4通信原理通信原理77二进制数字调制系统的抗噪性能3.2DPSK非相干解非相干解调的系的系统性能性能 y1(t)=a+n1c(t)cosc t-n1s(t)sinc ty2(t)=a+n2c(t)cosc t-n2s(t)sinc t2024/5/4通信原理通信原理78二进制数字调制系统的抗噪性能判决规则：判决规则：若若x0，则判决为则判决为“1”符号符号正确判决正确判决若若x0，则判决为则判决为“0”符号符号错误判决错误判决结论：结论：系统总误码率系统总误码率2024/5/4通信原理通信原理79P202例7-2若若采采用用2DPSK2DPSK方方式式传传送送二二进进制制数数字字信信息息，已已知知发发送送端端发发出出的的信信号号振振幅幅为为5V5V，输输入入接接收收端端解解调调器器的的高高斯斯噪噪声声功功率率2 2n n=3=31010-12-12W W，今要求误码率，今要求误码率P Pe e=10=10-5-5。试求：。试求：(1)(1)采采用用差差分分相相干干接接收收时时，由由发发送送端端到到解解调调器器输输入入端端的的衰减为多少？衰减为多少？(2)(2)采采用用相相干干解解调调码码反反变变换换接接收收时时，由由发发送送端端到到解解调调器输入端的衰减为多少？器输入端的衰减为多少？解解：(1)(1)2DPSK2DPSK方方式式传传输输，采采用用差差分分相相干干接接收收，其其误误码码率为率为 PePe=e e-r-r=10=10-5-5 可得可得 r=10.82r=10.82 又因为又因为 r=r=2024/5/4通信原理通信原理80P202例7-2衰衰减减分分贝贝数数：k=20lg(5/a)=20lg58.06k=20lg(5/a)=20lg58.0610-6=115.9 10-6=115.9 dBdB（2 2）采用相干解调）采用相干解调码反变换接收时误码率为码反变换接收时误码率为 Pe2P=Pe2P=erfcerfc =10 =10-5-5可得可得 r=9.8r=9.8 a=a=衰减分贝数衰减分贝数:k=20lg(5/a)=20lg =116.3 dB:k=20lg(5/a)=20lg =116.3 dB由由分分析析结结果果可可以以看看出出，当当系系统统误误码码率率较较小小时时，2DPSK2DPSK系系统统采采用用差差分分相相干干方方式式接接收收与与采采用用相相干干解解调调码码反变换方式接收的性能很接近。反变换方式接收的性能很接近。2024/5/4通信原理通信原理81二进制数字调制系统的性能比较信号信号解调方法解调方法频频 宽宽Pe门门限限用用 途途2ASK非相干非相干2fs有有相干相干有有2FSK非相干非相干|f2-f1|+2fs中、低速数据传输中、低速数据传输相干相干2PSK2fs相干相干有有2DPSK非相干非相干2fs有有相干相干有有高速数据传输高速数据传输2024/5/4通信原理通信原理82二进制数字调制系统的性能比较n总结：n抗噪声：相干抗噪声：相干2PSK、2DPSK优于于2FSK优于于2ASKn带宽：2PSK、2DPSK、2ASK优于于2FSKn最广的最广的调制：制：n2DPSK：高速数据（可解决相位模糊）：高速数据（可解决相位模糊）n2FSK：低速数据，用于衰落信道：低速数据，用于衰落信道2024/5/4通信原理通信原理83多进制数字调制系统n实际的数字通信系的数字通信系统通常采用多通常采用多进制数字制数字调制，在多制，在多进制数字制数字调制系制系统中，在每个符号中，在每个符号间隔隔(0,Ts)内可能内可能发送的符号有送的符号有M种，通常种，通常选取取M=2n，n为大于大于1的正整数。的正整数。n在在M进制数字制数字调制系制系统中，每个符号可以表中，每个符号可以表示示log2M个二元消息符号，因此，在相同的个二元消息符号，因此，在相同的码元元传输速率下，速率下，M进制数字制数字调制系制系统的信息的信息传输速率比二速率比二进制系制系统的高。的高。2024/5/4通信原理通信原理84多进制数字调制系统7.4.1 MASK的原理及抗噪声性能的原理及抗噪声性能 1.概念概念nMASK：多：多进制数字振幅制数字振幅调制。制。n以四以四进制制为例例n传“0”信号信号时，发0电平；平；n传“1”信号信号时，发幅度幅度为1的的载波；波；n传“2”信号信号时，发幅度幅度为2的的载波；波；n传“3”信号信号时，发幅度幅度为3的的载波。波。n 4ASK中，每个双比特中，每个双比特码元元对应一种幅度一种幅度的的载波。波。2024/5/4通信原理通信原理85多进制数字调制系统2024/5/4通信原理通信原理86多进制数字调制系统2.时域表达式域表达式把把2ASK和和MASK波形进行比较，可以看出，它波形进行比较，可以看出，它可以由不同幅度的二电平调制波形叠加形成。可以由不同幅度的二电平调制波形叠加形成。2024/5/4通信原理通信原理87多进制数字调制系统2024/5/4通信原理通信原理88多进制数字调制系统3.传输带宽nM进制数字振幅制数字振幅调制信号每个符号可以制信号每个符号可以传送送log2M比特信息。比特信息。n在信息在信息传输速率相同速率相同时，码元元传输速率降速率降低低为2ASK信号的信号的1/log2M倍。倍。nMASK信号的信号的带宽在相同信息速率在相同信息速率时是是2ASK的的1/log2M倍。倍。2024/5/4通信原理通信原理89多进制数字调制系统4.MASK系系统的解的解调n与与2ASK信号解信号解调相似，相似，可以采用相干解可以采用相干解调方式，也可以采用非相干解方式，也可以采用非相干解调方式。方式。5.系系统的抗噪性能的抗噪性能n系系统的的总误码率率为2024/5/4通信原理通信原理90多进制数字调制系统2024/5/4通信原理通信原理91多进制数字调制系统7.4.2 MFSK的原理及抗噪声性能的原理及抗噪声性能1.概念概念n传“0”信号信号(或或00)时，发送送频率率为f1的的载波；波；n传“1”信号信号(或或10)时，发送送频率率为f2的的载波；波；n传“2”信号信号(或或11)时，发送送频率率为f3的的载波；波；n传“3”信号信号(或或01)时，发送送频率率为f4的的载波。波。2024/5/4通信原理通信原理92多进制数字调制系统2.组成框成框图2024/5/4通信原理通信原理93多进制数字调制系统3.传输带宽 带宽为BMFSK|fM-f1|+f其中：其中：fM最高最高选用用载频；f1最低最低选用用载频；f单个个M进制制码元信号的有效元信号的有效带宽。2024/5/4通信原理通信原理94多进制数字调制系统4.抗噪性能抗噪性能n非相干接收的非相干接收的误码率率为:n相干接收相干接收误码率率为:2024/5/4通信原理通信原理95多进制数字调制系统2024/5/4通信原理通信原理96多进制数字调制系统n结论：n无无论是相干解是相干解调还是非相干解是非相干解调，系，系统误码率率Pe都都仅与信噪比与信噪比r及及进制数制数M有关。有关。n在在M一定的情况下，一定的情况下，r越大，越大，则Pe越小；在越小；在一定一定r下，下，M越大，越大，则Pe越大。越大。n相干解相干解调与非相干解与非相干解调性能之性能之间的差异将的差异将随随M的增大而减小；而且，同一的增大而减小；而且，同一M下的每下的每一一对相干和非相干曲相干和非相干曲线将随信噪比将随信噪比r的增加的增加而而趋于同一极限于同一极限值。2024/5/4通信原理通信原理97多进制数字调制系统7.4.3 MPSK的原理及抗噪声性能的原理及抗噪声性能1.4PSK（即（即QPSK）概念概念n当当传双比特双比特码元元00时，发送起始相位送起始相位为0的的载波；波；n当当传双比特双比特码元元10时，发送起始相位送起始相位为/2的的载波；波；n当当传双比特双比特码元元11时，发送起始相位送起始相位为的的载波；波；n当当传双比特双比特码元元01时，发送起始相位送起始相位为3/2的的载波。波。按按这种定种定义方式定方式定义的的QPSK系系统称称/2系系统(也称也称A方式方式)。2024/5/4通信原理通信原理98多进制数字调制系统QPSK信号的信号的时间波形波形 n对QPSK信号信号还有另外一种定有另外一种定义方式：称方式：称/4系系统或或B方式。具体定方式。具体定义如下：如下：n当当传双比特双比特码元元00时，发送起始相位送起始相位为45的的载波；波；n当当传双比特双比特码元元10时，发送起始相位送起始相位为135的的载波；波；n当当传双比特双比特码元元11时，发送起始相位送起始相位为225的的载波；波；n当当传双比特双比特码元元01时，发送起始相位送起始相位为315的的载波。波。2024/5/4通信原理通信原理99多进制数字调制系统双比特码元双比特码元载波下相位载波下相位(n)abA方式方式 B方式方式 011000110 90 80 70 225 315 45 135 2024/5/4通信原理通信原理100多进制数字调制系统矢量表示矢量表示2024/5/4通信原理通信原理101多进制数字调制系统2.4DPSK（或（或QDPSK）概念：概念：n传双比特双比特码元元00时,0；n传双比特双比特码元元10时,90；n传双比特双比特码元元11时,180；n传双比特双比特码元元01时，270 2024/5/4通信原理通信原理102多进制数字调制系统3.QPSK及及QDPSK信号的信号的带宽 2024/5/4通信原理通信原理103多进制数字调制系统4.QPSK产生与解生与解调调相法：由两路相互正交的相法：由两路相互正交的2PSK相加构相加构成成2024/5/4通信原理通信原理104多进制数字调制系统相位相位选择法法四相载波发生器分别送出调相所需的四种不同相四相载波发生器分别送出调相所需的四种不同相位的载波。按照串位的载波。按照串/并变换器输出的双比特码元并变换器输出的双比特码元的不同，逻辑选相电路输出响应相位的载波。的不同，逻辑选相电路输出响应相位的载波。2024/5/4通信原理通信原理105多进制数字调制系统相干解相干解调2024/5/4通信原理通信原理106多进制数字调制系统5.QDPSK产生与解生与解调n产生生2024/5/4通信原理通信原理107多进制数字调制系统n解解调2024/5/4通信原理通信原理108多进制数字调制系统6.系系统抗噪性能抗噪性能n4PSK信号采用相干解信号采用相干解调器，系器，系统总误码率率Pe为n4DPSK方式的方式的误码率率为2024/5/4通信原理通信原理109多进制数字调制系统2024/5/4通信原理通信原理110作业nP227习题n7-1n7-4n7-7n7-8