【教学课件】第七章数字调制技术

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,*,第七章 数字调制技术,7.1 概述,7.2 二进制数字调制,7.3 多进制调制系统,7.4 改进型数字调制技术,7.5 键控信号的等效基带法,7.6 数字调制技术在通信系统中的应用,本章教学基本要求：,掌握：,1、二进制数字调制基本原理,2、几种调制方式的特点、性能对比,3、会画2,ASK、2FSK、2PSK、2DPSK,信号波形图,理解：,多进制数字调制的几种方式,7.1 概述,对于大多数的数字传输系统来说，由于数,字基带信号往往具有丰富的低频成分，而实际,的通信信道又具有带通特性，有不少信道都不,能直接传送基带信号，而必须用基带信号来控,制高频载波的某些参量，这种把基带数字信号,变换为频带数字信号的过程称为,数字调制,，反,之，称为,数字解调,。我们把数字调制与解调合,起来称为,数字调制,，把包括调制和解调过程的,传输系统叫做,数字信号的频带传输系统,或,数字,调制系统,。,数字调制可分为二进制调制和多进制调制。在二进制,时有振幅键控（,ASK）、,频移键控（,FSK）、,移相键控,（,PSK）,调制方式。,键控：,即数字调制，把数字信息码元的脉冲序列看作“电键”对载波的参数进行控制的意思。,线性调制：,已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结,构相同，仅只是频率位置的搬移。,非线性调制：,已调信号的频谱结构与基带信号的频谱,结构不同。,相干解调：,由接收信号与本地参考载波信号的互相关,运算完成。,非相干解调：,一般指的是包络检波解调。,7.2 二进制数字调制,7.2.1,二进制振幅键控（2,ASK）,用二进制的数字信号去调制等幅的载波。即传“1”,信号时，发送载波，传“0”信号时，送0电平。,2,ASK,是用“0”，“1”码基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。,假设0符号出现的概率为,P，1,符号出现的概率为1-,P。,2ASK,信号的时域表达式，式（7-1）。,用模拟相乘法来产生,2ASK,信号，图7-3。,功率谱密度函数，式（7-5）。,2ASK,信号的功率谱，图7-2。,2,ASK,信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。,连续谱取决于,s(t),经线性调制后的双边带谱。,离散谱,由载波分量决定。（注：,s(t),是考虑的单极性脉冲随,机序列）。,2,ASK,信号的频带宽度是基带脉冲带宽的两倍。这,与模拟,AM、DSB,一样。,B,2ASK,=2B,b,二进制振幅键控的,解调：图7-4,1、非相干解调（包络检波）；,2、相干解调。,7.2.2,2,ASK,信号的抗噪声性能,1、,非相干解调：,考虑大信噪比及最佳,判决门限，,2,ASK,信号的误码,率为 式（7-18）。,2、,相干解调,考虑大信噪比及最佳,判决门限，,最佳,判决门限为,A/2，,2,ASK,信号的误码率为 式（7-32）。,7.2.3,二进制频率键控（2,FSK）,2FSK,是用两个不同频率的载波来传送二元数字信号。,传“1”信号时，发送频率为,f,1,的载波;,传“0”信号时，发送频率为,f,2,的载波。,2,FSK,已调信号的时域表达式，式（7-33）。,可见，2,FSK,信号由两个2,ASK,信号相加构成。,2,FSK,信号的时间波形，图7-7。,2,FSK,已调信号的频率带宽，式（7-34）,2,FSK,信号的功率谱，图7-8,2,FSK,信号的功率谱是两个,ASK,信号功率谱之和，即式,（7-35）。,由连续谱和离散谱组成,。,2,FSK,信号的解调：,1、,非相干方式,，图7-10（,a),2、,相干方式,，图7-10（,b),3、过零检测法：图7-11,7.2.4,2,FSK,信号的抗噪声性能,1、相干解调的,FSK,系统,图7-12,大信噪比情况，误码率为式（7-44）。,1、非相干解调,FSK,系统,误码率为式（7-49）。,7.2.5 二进制相位健控（,2,PSK）,二进制移相键控（2,PSK）,方式是受键控的载波相,位按基带脉冲而改变的一种数字调制方式。,传“1”信号时，发起始相位为,的载波；传“0”信号,时，发起始相位为0的载波。(或取相反的形式)。,二进制移相键控（2,PSK）,的时域表达式，式（7-50）。,时域波形为图7-13。,图7-14 2,PSK,调制,图7-15 2,PSK,相干解调,2,PSK,信号只能采用相干接收，而且在相干接收时,由于本地载波的载波相位是不确定的，因此，解调后所,得的数字信号的符号也容易发生颠倒，会出现,“倒,现,象”,，这种现象称为,相位模糊,，因此这种方式在实际中,已很少采用。解决办法：在实际应用中使用较多的是相,对(差分)相移键控(2,DPSK)。,7.2.6 二进制差分相位健控（,2,DPSK）,传“0”信号时，载波的起始相位与前一码元载波的,起始相位相同（即,0）；,传“1”信号时，载波的,起始相位与前一码元载波的起始相位相差,（,即,）。,故,一定要有参考相位。,图7-16 2,DPSK,调制器,2,DPSK,信号的解调：,1、2,DPSK,信号的相干解调,图7-18,2、2,DPSK,信号的差分相干解调,图7-19,由于二进制相移键控系统在抗噪声性能及信道利,用率等方面比二进制频移键控及二进制振幅键控优越，,因而被广泛应用于数字通信中。,7.2.7 2,PSK,及,2,DPSK,系统的抗噪声性能,2,PSK,系统的误码率为，式（7-58）,2,DPSK,系统的误码率为，式（7-63）,7.2.8 二进制数字调制的性能比较,7.3 多进制调制系统,多进制数字调制,是利用多进制数字基带信号去调,制载波的振幅、频率或相位。相应地有多进制数字振,幅调制、多进制数字频率调制、多进制数字相位调制,三种基本方式。与二进制相比，多进制数字调制系统,有以下特点：,（1）在相同的码元传输速率下，多进制,数字调制系统的信息速率是二进制系统,Log,2,L。,（,2,）,在相同的信息速率下，多进制数字调制系统的码元传,输速率比二进制系统的低。,（3）在相同的噪声下，多,进制系统的抗噪声性能低于二进制系统。,7.3.1 多进制振幅调制（,MASK）,和多进制频率调制（,MFSK）,1、多进制振幅调制（,MASK）,(以四进制为例),传“0”信号时，发0电平；,传“1”信号时，发幅度为1的载波；,传“2”信号时，发幅度为2的载波；,传“3”信号时，发幅度为3的载波。,MASK,信号，式（7-72）。,误码率公式，式（7-74）。,MASK,信号可以分解成若干个2,ASK,信号相加，其带宽与,2,ASK,信号的带宽相同。,2、多进制频率调制（,MASK）,(以4,FSK,为例),传“0”信号(或00)时，发送频率为,f,1,的载波；,传“1”信号(或10)时，发送频率为,f,2,的载波；,传“2”信号(或11)时，发送频率为,f,3,的载波；,传“3”信号(或01)时，发送频率为,f,4,的载波。,MFSK,信号，式（7-75）。,MFSK,信号的带宽，式（7-77）。,MFSK,信号的误码率，式（7-78）。,7.3.2 多进制相位调制（,MPSK）,多进制相位调制又称多相制，它是利用载波的多,种不同相位来表征数字信息的调制方式。,1、,QPSK,和,QDPSK,调制,当传双比特码元00时，发送起始相位为0的载波；,当传双比特码元10时，发送起始相位为,/2,的载波；,当传双比特码元11时，发送起始相位为,的载波；,当传双比特码元01时，发送起始相位为3,/2,的载波。,按这种定义方式定义的4,PSK,系统称,/2,系统(也,称,A,方式)。,2、,QPSK,解调,图7-26,7.4 改进型数字调制技术,7.5 键控信号的等效基带法,7.6 数字调制技术在通信系统中的应用,