《数字调制系统》PPT课件.ppt
第六章 正弦载波数字调制系统,6.1 引言6.2 二进制数字调制原理6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能6.4 二进制数字调制系统的性能比较6.5 多进制数字调制系统6.6 改进的数字调制方式,6.1 引言,正弦载波数字调制系统,调制的功能：使信号更适合于信道传输。实现信道复用提高通信系统的有效性。提高通信系统的抗干扰能力提高通信系统的可靠性。,频带传输：可实现信号远距离传输。传输信道是高频带通型。传输必须经过数字调制，将编码波形的功率谱经 数字调制变换到信道传输频带内。,数学调制系统,6.2 二进制数字调制原理,6.2.1 二进制振幅键控 2ASK,1.信号定义及表示 定义：用二进制数字基带信号控制正弦载波的振幅，使其一一对应变换。“1”ACOSct=e1(t)“0”0COSct=e2(t),2ASK信号表示为：e2ASK(t)=S(t)COSct其中S(t)是单极性不归零矩形脉冲信号。,2ASK信号的平均功率为（当“0”“1”等概时）：PA2/4,2ASK信号的互相关系数,两个码元波形e1(t)、e2(t)的互相关系数,信号（波形）互相关系数的物理意义：描述信号（波形）的相似程度。,两个波形完全相关。,两个波形不相关或两个波形是正交的。,两个波形不相关且极性相反或两个波形超正交。,2.调制方式,3.解调方式（非相干检测、同步检测）,带通滤波器,低通滤波器,抽样 判决 再生,同步检测原理框图,3.解调方式（非相干检测、同步检测）,解调原理,4.2ASK信号的频谱特性,S(t)是单极性不归零矩形脉冲信号,它的功率谱特性 为,2ASK信号的功率谱特性 为,f,0,6.2.2 二进制频率键控 2FSK,1.信号定义及表示 定义：用二进制数字基带信号控制正弦载波的频率，使其一一对应变换。“1”ACOS1t=e1(t)“0”ACOS2t=e2(t),如果二进制数字基带信号S(t)是单极性不归零矩形脉冲信号，2FSK信号可以表示为,2FSK信号相当于两个2ASK信号之和。,2.FSK信号的功率谱密度函数,f,0,FSK信号的频带宽度,2FSK信号的互相关系数,两个码元波形的互相关系数,的正整数,的正整数,如果,2.调制方式,与非门,反相器,BPF,多谐振荡器f1,多谐振荡器f2,与非门,与非门,S(t),e2fsk(t),多谐振荡器f,可变分频器 N,BPF,S(t),“1”N1,“0”N2,e2fsk(t),f/N1=f1,f/N2=f2,3.解调方式,（包络检波、同步检测、过零检测、差分检测）,BPF,低通滤波器,BPF,低通滤波器,抽样 判决 再生,BPF,过零检测,带通限幅,微分器,整流器,脉冲展宽,LPF,抽样判决再生,e2fsk(t),S(t),差分检波法,延迟器输出信号为,乘法器输出,设计使,6.2.3 二进制移相键控2PSK及二进制差分移相键控2DPSK,1.定义、信号表示及波形、互相关系数、信号平均功率。,信号表示及波形:,一.二进制移相键控2PSK,定义：2PSK是用已调信号相位相对未调载波相位的变化来表示二进制数字基带信号。,信号的互相关系数:,信号平均功率:,2.调制方式、解调方式（相干解调）,调制原理框图,3.2PSK解调存在的倒现象(相位模糊现象),正常解调,二进制差分移相键控 2DPSK可解决倒问题。,倒现象,判决准则：抽样值=0,判：“0”抽样值0,判：“1”,1.定义：利用相邻码元的正弦载波相位差表示数字信息。,二.二进制差分移相键控 2DPSK,bn 0 0 1 0 1 1 0,an 0 1 1 1 0 1,波形：,调制过程：anbn2PSK,信号表示：,2DPSK调制方式,2DPSK解调方式（同步检测、差分相干检测）,差分相干检测分析,S(t),e2Dpsk(t),LPF,fs,抽样,判决,位同步,恢复,延迟Ts,LPF输出,任意码元周期2DPSK信号,延迟器输出,乘法器输出,抽样判决值,判决为“1”判决为“0”,BPF,如果P=1/2,2PSK、2DPSK频谱相同,2PSK、2DPSK信号频谱,6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能,6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能,6.3.1 2ASK系统的抗噪声性能,一.非相干解调1建立模型分析解调过程,Y(t),V(t),Pe,2.抽样时刻信号加噪声的一维概率密度函数f1(V)，f0(V),发1时，正弦信号加窄带高斯过程的包络V(t)服从广义瑞利分布。,发0时，窄带高斯过程的包络V(t)服从瑞利分布。,误码率Pe=P(1)P(0/1)+P(0)P(1/0)=P(1)P(Vb)+P(0)P(Vb),3.求错误的转移概率,0 b V,4.误码率Pe及结论,2ASK系统采用包络检波的误码率 Pe与先验概率P(1)、P(0)有关。Pe与解调器输入信噪比 有关。Pe与判决门限 有关。缺点 只有判决门限b(b0)是接收端可以设置的。,如果P(1)=P(0)=1/2,如果再有r1大输入信噪比，最佳判决门限ba/2,二.2ASK系统采用相干解调的抗噪声性能,6.3.2 2FSK系统的抗噪声性能,2.信号加噪声的一维概率密度函数,3.求错误的转移概率,4.2FSK系统相干解调的误码率及结论,三.二进制差分移相键控采用差分检测时系统抗噪声性能,假设：前后两个符号均为“0”,误码率及结论,结论,6.4 二进制数字调制系统的性能比较,6.例：P147.例 P150.例 P154.例,6.5 多进制数字调制系统,6.5.1 MASK调制系统,2.MASK系统,3.MASK系统的抗噪声性能,r，erfc(),Pe。L，erfc(),Pe。对于不同的L值，要保持相同Pe，要大致以 的倍率增大r。如：4电平系统与2电平系统有相同的Pe时，4电平系统信噪比是 2电平系统信噪比的5倍(7db)左右。如：16电平系统与2电平系统有相同的Pe时，16电平系统信噪比是 2电平系统信噪比的85倍(19.3db)左右。,5 10 15 20 25 30 35,r(db),Pe,1101102103104105106,4 8 16,6.5.3 多进制数字相位调制的原理及抗噪声性能,（相对于载波）,000,001,010,011,100,101,110,111,2.四相绝对移相键控(4PSK，QPSK),3.四相差分移相键控,4进差分编译关系,4DPSK调制与解调方法,4DPSK调制方法,差分编加正交移相键控,差分编加相位选择法,4DPSK解调方法,极性比较法,相位比较法,4DPSK调制,c,d,k,差分编加正交移相键控,4DPSK解调,（极性比较法）,串并转换,4进差分编,单/双,/4,/4,单/双,BPF,LPF,/4,/4,抽样判决,LPF,抽样判决,差分译,并串转换,a,b,c,d,a,b,c,d,ab,ab,4DPSK信号,4DPSK信号,0,1,00,0,1,0,1,1,0,11,01,10,0,cd,/1#,/1#,0“0”0“1”,BPF,LPF,/4,/4,抽样判决,LPF,抽样判决,并串转换,a,b,ab,4DPSK信号,0“0”0“1”,Ts,4DPSK解调方法相位比较法,6.5.4 振幅相位联合键控APK,两种调制方式,正交调幅QAM,复合移相键控,以16QAM为例,00011110,00011110,16QAM星座图,6.5.4 振幅相位联合键控APK,两种调制方式,正交调幅QAM,复合移相键控,以16QAM为例,00011110,00011110,16QAM信号星座图,16QAM星座图,星座图：“矢量顶点的分布图”。,“全部M个点的集合阵列称为信号空间的星座图，它是M元信号空间的直观表示”。,16进制复合移相键控,信号最小距离的定义及意义,当两个信号最大振幅均为A时，16PSK信号的最小距离 d10.39A 16APK信号的最小距离 d20.47A d2比d1大1.2倍（1.64db）16PSK信号的平均功率A2/2 16APK信号的平均功率0.56A2/2,信号的最小距离：（也称欧几里得距离或欧氏距离）信号星座图中，两相邻信号点的最小距离。信号的欧氏距离越大，系统误码率越小。,16APK信号与16PSK信号比较。设16PSK信号的振幅为A，,16QAM信号星座图,16PSK信号星座图,d1,d2,当两个信号平均功率相等时。（解调器输入信噪比相等）16PSK信号的最小距离 d10.39A 16APK信号的最小距离 d20.63A d2比d1大1.6倍（4.2db）16APK系统的误码率小于16PSK系统的误码率。,6.6 改进的数字调制方式,6.6.1 最小移频键控（MSK）,2.MSK是2FSK信号的特例 即：具有最小的频差且相位连续。,MSK信号在码元切换点相位连续相位常数的选择保证码元切换点相位连续。相位常数需满足,的初始相位为0相。所以,ak=ak-1,附近相位函数 是直线方程,0,t,Ts 3Ts 5Ts 7Ts,一组与解调原理有关的数据在0,2Ts区间当数据为11或10，当数据为00或01，,1 0 0 1 1 1 0 0,3.MSK信号的产生方法与解调方法,的产生方法：,为奇数,为奇数,为偶数,和 各自经过2Ts才可能改变极性，且交错(k奇、k偶)。,寻找,或 akak-1，且k为偶数,或 akak-1，且k为奇数,和 与 的这种关系，可以通过差分编、串/并变换、延时Ts实现。,差分码具有经2Ts，若 则反码(反相)的特性。,也具有类似的特性。用 生成,交错读，,设差分码Ck有,K为奇数，,K为偶数。,ak,ck,Ik,Qk,差分编,串/并,Ts,c,a,Q,I,C的奇数,C的偶数,Ik,Qk,ak,ck,Smsk(t),载波恢复,积分判决,积分判决,交替读取,LPF,LPF,ak,积分判决工作周期为2Ts。后“清零”重新积分。两个积分判决工作周期错开Ts。,相干解调积分延迟判决法,LPF,4.结论,MSK信号是等幅相位连续最小频差的FSK信号。功率谱密度函数为BMSK1.5fs功率谱旁瓣幅度小，对相邻信道干扰小。如要进一步提高这个性能采用高斯最小移频键控(GMSK)。MSK信号有较好的抗振幅衰落性能。MSK广泛应用于移动通信。,6.6.3 时频调制方式,时频调制信号是“在一个或一组二进制符号的持续时间内。用若干个较窄的射频脉冲来传输原二进制符号信息。而相邻的射频脉冲具有不同的频率。并按串序发送。,时隙,时频调制编码原则：1.码集合中，任一时隙内频率正交。2.相邻的射频脉冲尽可能具有不同的频率。,时频调制适合随参信道。,第六章习题,二进制数字调制基本原理部分（6-1，6-2，6-3，6-4，6-5）,抗噪声性能部分（6-7，6-8，6-10，6-12，6-13，6-15）,4进制移相键控（6-16）最小移频键控MSK（6-18）,第六章 数字调制系统完,
