第6章数字载波调制资料课件

第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理第第6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统6.1 二进制数字幅度调制二进制数字幅度调制 6.2 二进制数字频率调制二进制数字频率调制 6.3 二进制数字相位调制二进制数字相位调制 6.4 二进制数字调制系统的性能二进制数字调制系统的性能比较比较 7/14/20241第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理6.1 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，这种调制信号为二进制数字信号时，这种调制称为二进制数字调制。在二进制数字调制称为二进制数字调制。在二进制数字调制中，载波的幅度、频率或相位只有两调制中，载波的幅度、频率或相位只有两种变化状态。种变化状态。6.1.1 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），），二进制幅度键控记作二进制幅度键控记作2ASK。7/14/20242第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理2ASK信号可表示为：信号可表示为：s(t)为单极性为单极性NRZ矩形脉冲序列：矩形脉冲序列：7/14/20243第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 图6.1 二进制振幅键控信号时间波形s7/14/20244第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理2ASK信号的产生方法（模拟法信号的产生方法（模拟法 键控法）键控法）图6.2 二进制振幅键控信号调制器原理框图7/14/20245第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 2ASK信号解调信号解调 2ASK信号解调信号解调的常用方法主要有的常用方法主要有两种：包络检波法（非相干解调法）和两种：包络检波法（非相干解调法）和相干检测法。相干检测法。7/14/20246第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 图6.3 二进制振幅键控信号解调器原理框图（a）非相干解调原理图（b）相干解调原理图 7/14/20247第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 图6.4 2ASK信号非相干解调过程的时间波形7/14/20248第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理6.1.2 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：调制信号的功率谱为设：调制信号的功率谱为Ps(f)，假定，假定则已调信号的功率谱为则已调信号的功率谱为Pe(f)：7/14/20249第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理设设s（t）为单极性不归零的矩形脉冲，则）为单极性不归零的矩形脉冲，则7/14/202410第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理令P=1/27/14/202411第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理图6.5 2ASK信号的功率谱7/14/202412第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 ASK信号的功率谱由连续谱和离信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成，它的谱零点带宽散谱两部分组成，它的谱零点带宽Bs=2fs，fs为基带信号的谱零点带宽，为基带信号的谱零点带宽，在数量上与基带信号的码元速率在数量上与基带信号的码元速率Rs相相同。同。7/14/202413第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理带宽为：带宽为：频带利用率为：频带利用率为：7/14/202414第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理6.1.3 2ASK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能 假定信道噪声为加性高斯白噪声，其均假定信道噪声为加性高斯白噪声，其均值为值为0、方差为、方差为 ；接收的信号为：；接收的信号为：1.包络检测时包络检测时2ASK系统的误码率系统的误码率 其接收带通滤波器其接收带通滤波器BPF的输出为：的输出为：7/14/202415第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理经包络检波器检测，输出包络：经包络检波器检测，输出包络：7/14/202416第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 发发“1”时，时，BPF输出包络的抽样值的一输出包络的抽样值的一维概率密度函数服从莱斯分布；维概率密度函数服从莱斯分布；而发而发“0”时，时，BPF输出包络的抽样值的输出包络的抽样值的一维概率密度函数服从瑞利分布。一维概率密度函数服从瑞利分布。图图6.5 2ASK包络检波时的误码率的几何表示包络检波时的误码率的几何表示7/14/202417第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 存在两种错判的可能性：一是发送的码元存在两种错判的可能性：一是发送的码元为为“1”1”时，错判为时，错判为“0”0”，其概率记为，其概率记为 ；二是发送的码元为；二是发送的码元为“0”0”时，错判为时，错判为“l”l”，其概率记为其概率记为 。7/14/202418第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 则系统的总误码率为则系统的总误码率为：不难看出，当时，该阴影面积之和最小，不难看出，当时，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即误码率最低。称此使误码率获最小值的门限为最佳门限，其值为限为最佳门限，其值为 。系统的。系统的误码率近似为：误码率近似为：其中其中 表示信噪比。表示信噪比。7/14/202419第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理2.相干解调时相干解调时2ASK系统的误码率系统的误码率 其接收带通滤波器其接收带通滤波器BPF的输出为：的输出为：取本地载波，则乘法器输出，在抽样判取本地载波，则乘法器输出，在抽样判决器输入端得到：决器输入端得到：7/14/202420第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 x(t)值的一维概率密度为：值的一维概率密度为：7/14/202421第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理设判决门限为设判决门限为Ud,”1”错判为错判为“0”的概率为的概率为P（0/1），），“”错判为错判为“”的概率为的概率为P（1/0）。）。图图 6.6 2ASK相干检测时的误码率的几何表示相干检测时的误码率的几何表示7/14/202422第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理0 0，1 1等概发送时，最佳判决门限为：等概发送时，最佳判决门限为：这时系统总的误码率为：这时系统总的误码率为：Pe=P(1)P(0/1)+P(0)P(0/1)其中其中当信噪比远大于当信噪比远大于1时，上式近似为：时，上式近似为：7/14/202423第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 结论：在相同的信噪比条件下，相干解结论：在相同的信噪比条件下，相干解调（同步检测法）的误码性能优于包络检波调（同步检测法）的误码性能优于包络检波法的性能；在大信噪比情况下，法的性能；在大信噪比情况下，2ASK信号信号相干解调时的误码率总是低于包络检波时的相干解调时的误码率总是低于包络检波时的误码率，即相干解调误码率，即相干解调2ASK系统的抗噪声性系统的抗噪声性能优于非相干解调系统。另外，包络检波法能优于非相干解调系统。另外，包络检波法存在门限效应，存在门限效应，同步检测法无门限效应。同步检测法无门限效应。7/14/202424第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 例例 6-1设设某某2ASK系系统统中中二二进进制制码码元元传传输输速速率率为为9600波波特特，发发送送“1”符符号号和和“0”符符号号的的概概率率相相等等，接接收收端端分分别别采采用用同同步步检检测测法法和和包包络络检检波波法法对对该该2ASK信信号号进进行行解解调调。已已知知接接收收端端输输入入信信号号幅幅度度a=1mV，信信道道等等效效加加性性高高斯斯白白噪噪声声的的双双边边功功率率谱密度谱密度 =410-13W/Hz。试求试求:(1)同步检测法解调时系统总的误码率；同步检测法解调时系统总的误码率；(2)包络检波法解调时系统总的误码率。包络检波法解调时系统总的误码率。解解(1)对对于于2ASK信信号号，信信号号功功率率主主要要集集中中在在其其频频谱谱的的主主瓣瓣。因因此此，接接收收端端带带通通滤滤波波器器带带宽宽可可取取2ASK信信号号频频谱谱的的主主瓣瓣宽度，即宽度，即7/14/202425第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 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2n=2B=410-13219200=1.53610-8W信噪比为信噪比为 因因为为信信噪噪比比r32.551，所所以以同同步步检检测测法法解解调调时系统总的误码率为时系统总的误码率为 7/14/202426第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 (2)包络检波法解调时系统总的误码率为Pe=e-8.138=1.4610-4比较两种方法解调时系统总的误码率可以看出，在大信噪比的情况下，包络检波法解调性能接近同步检测法解调性能。7/14/202427第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理6.2 二进制数字频率调制二进制数字频率调制 6.2.1 调制原理与实现方法调制原理与实现方法 数字频移键控是用载波的频率来传数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。制载波的频率。7/14/202428第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 图 6.7 二进制移频键控信号的时间波形7/14/202429第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 2FSK信号在形式上如同信号在形式上如同两个不同频率交两个不同频率交替发送的替发送的ASK信号相叠加信号相叠加，因此已调信号的时，因此已调信号的时域表达式为：域表达式为：其中：其中：初相位可以是不连续，也可以是连续的；初相位可以是不连续，也可以是连续的；7/14/202430第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 图6.8 数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图2FSK信号的产生方法（模拟法信号的产生方法（模拟法 键控法）键控法）7/14/202431第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理6.2.2 2FSK信号的解调信号的解调 数字调频信号的解调方法很多，如鉴数字调频信号的解调方法很多，如鉴频法、相干检测法、包络检波法、过零检频法、相干检测法、包络检波法、过零检测法、差分检测法等。测法、差分检测法等。7/14/202432第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理1.包络检波法包络检波法7/14/202433第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 2FSK包络检波过程的时间波形 7/14/202434第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理2.相干检测法相干检测法 7/14/202435第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理3.过零检测法过零检测法 2FSK信号的信号的过零点数随载频的变过零点数随载频的变化而不同化而不同，因此，检测出，因此，检测出过零点数过零点数就可就可以得到载频的差异，从而进一步得到调以得到载频的差异，从而进一步得到调制信号的信息。制信号的信息。7/14/202436第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理2FSK信号过零检测法原理及各点波形7/14/202437第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理4.差分检测法差分检测法 角频率频移有两种取值，乘法器输出为：角频率频移有两种取值，乘法器输出为：合理的选取延迟，使得合理的选取延迟，使得 7/14/202438第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理此时此时 输出电压与角频偏呈线性关系，实现近输出电压与角频偏呈线性关系，实现近似线性的频幅转换特性，这正是鉴频特性所似线性的频幅转换特性，这正是鉴频特性所要求的。针对的两种取值，经抽样判决器可要求的。针对的两种取值，经抽样判决器可检测出检测出“1”和和“0”。7/14/202439第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理6.2.3 2FSK信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽 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。7/14/202440第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理2FSK信号的功率谱7/14/202441第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理分析上图可见：分析上图可见：（1）2FSK信号的功率谱与信号的功率谱与2ASK信号的信号的功率谱相似，由离散谱和连续谱两部分组成。功率谱相似，由离散谱和连续谱两部分组成。（2）连续谱的形状随着）连续谱的形状随着 的大小而的大小而异。异。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 7/14/202442第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理6.2.4 2FSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能 1.同步检测法的系统性能同步检测法的系统性能 7/14/202443第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理发送端产生的发送端产生的2FSK信号可表示为：信号可表示为：接收机收入端合成波形为：接收机收入端合成波形为：接收端上、下支路两个带通滤波器接收端上、下支路两个带通滤波器BPF1、BPF2的输出波形分别为：的输出波形分别为：7/14/202444第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 考虑到这里的噪声为窄带高斯噪声则：考虑到这里的噪声为窄带高斯噪声则：发送发送“1”符号，则上下支路低通滤波器符号，则上下支路低通滤波器输出分别为：输出分别为：7/14/202445第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理注意：在注意：在2FSK信号的解调器中，抽信号的解调器中，抽样判决器的判决过程与样判决器的判决过程与2ASK不同。不同。在在2ASK信号解调中，判决是与一个信号解调中，判决是与一个固定的门限比较。在固定的门限比较。在2FSK信号解调信号解调中，判决是对上下两路的抽样值进行中，判决是对上下两路的抽样值进行比较。比较。7/14/202446第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 将造成发送将造成发送“1”码而错判为码而错判为“0”码，码，错误概率为：错误概率为：其一维概率密度函数可表示为：其一维概率密度函数可表示为：7/14/202447第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 同理可得，发送同理可得，发送“0”符号而错符号而错判为判为“1”符号的概率为符号的概率为 于是可得于是可得2FSK信号采用同步检测法解调信号采用同步检测法解调时系统的误码率为：时系统的误码率为：在大信噪比条件下，上式可近似表示为在大信噪比条件下，上式可近似表示为 7/14/202448第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理2.包络检波法的系统性能包络检波法的系统性能 发送发送“1”符符号号 7/14/202449第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 经计算大信噪比时经计算大信噪比时2FSK信号采用包络检信号采用包络检波法解调时系统的误码率为：波法解调时系统的误码率为：（1）在输入信号信噪比一定时，相干解）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；当系调的误码率小于非相干解调的误码率；当系统的误码率一定时，相干解调比非相干解调统的误码率一定时，相干解调比非相干解调对输入信号的信噪比要求低。对输入信号的信噪比要求低。（2）相干解调时，需要插入两个相干载）相干解调时，需要插入两个相干载波，电路较为复杂。波，电路较为复杂。7/14/202450第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理6.3 二进制数字相位调制二进制数字相位调制 根据载波相位表示数字信息的方式不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（同，数字调相分为绝对相移（PSK）和相和相对相移（对相移（DPSK）两种。两种。6.3.1 二进制相移键控（二进制相移键控（2PSK）1.一般原理及实现方法一般原理及实现方法 7/14/202451第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 2PSK信号的典型波形如图所示：信号的典型波形如图所示：2PSK信号的调制方框图如图所示：信号的调制方框图如图所示：7/14/202452第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 2PSK信号的解调：信号的解调：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：7/14/202453第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 2PSK接收系统各点波形如图所示：接收系统各点波形如图所示：7/14/202454第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 注意：当恢复的相干载波产生注意：当恢复的相干载波产生180倒相倒相时，解调出的数字基带信号将与发送的数字时，解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好相反，解调器输出数字基带信基带信号正好相反，解调器输出数字基带信号全部出错。这种现象称为号全部出错。这种现象称为“反向工作反向工作”（“倒相倒相”现象或者现象或者“倒倒 ”现象）。现象）。所以所以2PSK方式在实际中很少采用。方式在实际中很少采用。7/14/202455第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 2.2PSK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，由于不存在直流成码，由于不存在直流成分，因此，分，因此，2PSK信号功率谱示意图如下图所信号功率谱示意图如下图所示：示：7/14/202456第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 因因此此，2PSK信信号号的的带带宽宽、频频带带利利用用率率也也与与2ASK信号的相同。信号的相同。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。为为此此可可以以把把数数字字调调相相信信号当作线性调制信号来处理了。号当作线性调制信号来处理了。7/14/202457第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 3.2PSK系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能 2PSK信号相干解调系统模型如图所示：信号相干解调系统模型如图所示：经信道传输，接收端输入信号为：经信道传输，接收端输入信号为：7/14/202458第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 经带通滤波器输出：经带通滤波器输出：与本地载波相乘后，经低通滤波器滤除与本地载波相乘后，经低通滤波器滤除高频分量，在抽样判决器输入端得到：高频分量，在抽样判决器输入端得到：7/14/202459第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 2PSK 信号概率密度函数7/14/202460第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 2PSK系统的最佳判决门限电平为系统的最佳判决门限电平为：在最佳门限时，在最佳门限时，2PSK系统的误码率为：系统的误码率为：在大信噪比下，上式成为：在大信噪比下，上式成为：7/14/202461第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理6.3.2 二进制差分相移键控（二进制差分相移键控（2DPSK）1.一般原理及实现方法一般原理及实现方法 它不是利用载波相位的绝对数值传送数它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用本码元与前一码元相位之差字信息，而是用本码元与前一码元相位之差来传送数字信息的。来传送数字信息的。7/14/202462第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理7/14/202463第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 相对移相信号可以看作是把数字信息序相对移相信号可以看作是把数字信息序列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对移相而形成。对码进行绝对移相而形成。绝对码和相对码是可以互相转换的，其转绝对码和相对码是可以互相转换的，其转换关系为：换关系为：7/14/202464第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理绝对码：1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 2PSK信号相位：0 0 0 0相对码1：0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 02DPSK信号相位：0 0 0 0 0 0相对码2：1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 2DPSK信号相位 0 0 0 0 0 绝对移相与相对移相的关系7/14/202465第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 相对相移本质上就是对相对码信号的绝相对相移本质上就是对相对码信号的绝对相移。对相移。即即 实现相对调相的最常用方法如图所示。实现相对调相的最常用方法如图所示。7/14/202466第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 2DPSK的解调有两种的解调有两种:一种是相干解调一种是相干解调-码变换法码变换法（极性比较法），（极性比较法），一种是差分相干解调（相位比较法）一种是差分相干解调（相位比较法）。（1）相干解调）相干解调-码变换法码变换法 其解调原理是：对其解调原理是：对2DPSK信号进行相干解调，恢信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，若相在解调过程中，若相干载波产生干载波产生180相位模糊，相位模糊，解调出的相对码将产生倒解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊度的问发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊度的问题。题。7/14/202467第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理2DPSK信号相干解调（极性比较法）原理图和各点时间波形 7/14/202468第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 解调原理是直接比较前后码元的相解调原理是直接比较前后码元的相位差，从而恢复发送的二进制数字信位差，从而恢复发送的二进制数字信息。由于解调的同时完成了码反变换息。由于解调的同时完成了码反变换作用，作用，故解调器中不需要码反变换器。故解调器中不需要码反变换器。由于差分相干解调方式不需要专门的由于差分相干解调方式不需要专门的相干载波，因此是一种非相干解调方相干载波，因此是一种非相干解调方法。法。2）差分相干解调）差分相干解调7/14/202469第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理2DPSK信号差分相干解调(相位比较法）原理图和各点时间波形7/14/202470第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 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，就波形本信号，就波形本身而言，它们都可以等效成双极性信号作用身而言，它们都可以等效成双极性信号作用下的调幅信号，无非是一对倒相信号的序列。下的调幅信号，无非是一对倒相信号的序列。有以下结论：有以下结论：（1）2DPSK与与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。7/14/202471第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 3.2DPSK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系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能 为了分析码反变换器对误码的影响，以序为了分析码反变换器对误码的影响，以序列列00616111为例，可以得到下图：为例，可以得到下图：2DPSK信号相干解调系统性能分析模型7/14/202472第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理码反变换器对误码的影响7/14/202473第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 2DPSK极性比较法的误码率应在极性比较法的误码率应在2PSK信号极性比较法的基础上再考虑码反变换器所信号极性比较法的基础上再考虑码反变换器所造成的误码率。造成的误码率。码反变换器输出的每一个码元是码反变换器输出的每一个码元是由输入的由输入的两个相邻码元决定的两个相邻码元决定的。若相干检测输出中有若相干检测输出中有一个一个码元错误，则在码元错误，则在码反变换器输出中将引起码反变换器输出中将引起两个两个相邻码元错误。相邻码元错误。若有若有两个相继的错码两个相继的错码，在码反变换器输出中也，在码反变换器输出中也引起两个码元错误，若出现一长串连续错码，引起两个码元错误，若出现一长串连续错码，则在码反变换器输出中仍引起两个码元错误。则在码反变换器输出中仍引起两个码元错误。此时码反变换器输出端绝对码序列的误码率此时码反变换器输出端绝对码序列的误码率是码反变换器输入端相对码序列误码率的两倍。是码反变换器输入端相对码序列误码率的两倍。可见，码反变换器的影响是使输出误码率增大。可见，码反变换器的影响是使输出误码率增大。7/14/202474第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理以这方式解调时的误码率为：以这方式解调时的误码率为：当误码率很小时：当误码率很小时：由此可见，码反变换器器总是使系统误由此可见，码反变换器器总是使系统误码率增加，通常认为增加一倍。码率增加，通常认为增加一倍。（2）差分相干解调时）差分相干解调时2DPSK系统的抗噪系统的抗噪声性能声性能7/14/202475第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理2DPSK信号差分相干解调误码率分析模型7/14/202476第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理相位比较法与极性比较法重要区别在于前者的参考信号不再相位比较法与极性比较法重要区别在于前者的参考信号不再像后者那样具有固定的载频和相位，此时它是受到加性噪声像后者那样具有固定的载频和相位，此时它是受到加性噪声干扰的。因此，设在一个码元时间内发送的是干扰的。因此，设在一个码元时间内发送的是1码，且令前码，且令前一个码元也为一个码元也为1码（也可为码（也可为0码），则在前后码元的分别表示码），则在前后码元的分别表示为为式中式中 为无迟延支路波形，为无迟延支路波形，为迟延支路波形。相乘为迟延支路波形。相乘-低通低通滤波器，则输出为滤波器，则输出为对对 进行抽样判决，进行抽样判决，判为判为1码，码，判为判为0码。码。经计算，经计算，2DPSK系统相位比较法总误码率为系统相位比较法总误码率为7/14/202477第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 4.2PSK与与2DPSK系统的比较系统的比较 （1）检测这两种信号时判决器均可工作在）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）。最佳门限电平（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系统不存在系统不存在“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数字调相信号几乎都是DPSK信号。信号。7/14/202478第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理6.4 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.误码率误码率（见（见表表6-1）对二进制数字调制系统的抗噪声性能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：做如下两个方面的比较：（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。干检测的抗噪声性能优于非相干检测。7/14/202479第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理名名 称称 Pe r 的关系的关系非相干非相干2ASK相干相干2ASK非相干非相干2FSK相干相干2FSK相干相干2PSK差分相干差分相干2DPSK表表6-1 二进制系统误码率二进制系统误码率(大信噪比）大信噪比）7/14/202480第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 （2）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 做横向比较，可以看出：做横向比较，可以看出：1）相干检测时，在相同误码率条件下，）相干检测时，在相同误码率条件下，对信噪比的要求是：对信噪比的要求是：2PSK比比2FSK小小3dB，2FSK比比2ASK小小3dB；2）非相干检测时，在相同误码率条件非相干检测时，在相同误码率条件下，对信噪比的要求是：下，对信噪比的要求是：2DPSK比比2FSK小小3dB，2FSK比比2ASK小小3dB。7/14/202481第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理二进制数字调制系统的 Per关系曲线7/14/202482第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 3.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一定的影响。有一定的影响。2ASK系统最差。系统最差。2FSK系统和系统和2PSK系系统较好。统较好。2.频带宽度频带宽度 从频带利用率的角度看，从频带利用率的角度看，2FSK系统系统频带利用率不如频带利用率不如2ASK、2PSK高。高。7/14/202483第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 对于对于2ASK、2FSK及移相键控三种方式及移相键控三种方式来说，发送端设备复杂程度相差不多，接收端来说，发送端设备复杂程度相差不多，接收端的复杂程度则与所选用的调制和解调方式有关。的复杂程度则与所选用的调制和解调方式有关。对于同一种调制方式，相干解调的设备要比非对于同一种调制方式，相干解调的设备要比非相干解调时复杂；而同为非相干解调时，相干解调时复杂；而同为非相干解调时，2DPSK的设备最复杂，的设备最复杂，2FSK次之，次之，2ASK最最简单。简单。4.设备的复杂程度设备的复杂程度 7/14/202484第第6 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统通信原理 综上，选择一种数字调制和解调方式，综上，选择一种数字调制和解调方式，要全面考虑各种因素，又要抓住最主要的要全面考虑各种因素，又要抓住最主要的要求，才能作出最佳的选择，目前用得最要求，才能作出最佳的选择，目前用得最多的数字调制方式是相干多的数字调制方式是相干2DPSK和非相干和非相干2FSK，相干，相干2DPSK主要用于高速数据传输，主要用于高速数据传输，非相干非相干2FSK用于中、低速数据传输。用于中、低速数据传输。7/14/202485