第七章数字信号的调制传输.

2007年12月1第七章数字信号的调制传输通信原理简明教程（第2版）通信原理简明教程（第2版）2007年12月2引言1.数字信号的分类和传输方式数字信号数字调制信号数字基带信号传输方式数字信号的基带传输数字信号的调制传输以哪种传输方式为主？由信道类型确定低通型信道--数字信号的基带传输带通型信道--数字信号的调制传输通信原理简明教程（第2版）2007年12月32．数字调制数字调制目的与本质载波：连续的正（余）弦信号调制信号：数字基带信号数字调制完成基带信号功率谱的搬移数字调制的过程模拟调制的过程，载波参数连续变化数字调制的过程，载波参数离散变化调制，modulation键控，shiftkeying通信原理简明教程（第2版）2007年12月43．模拟调制和数字调制方式对照模拟调制数字调制幅度调制(AM)幅度键控(ASK)频率调制(FM)频移键控(FSK)相位调制(PM)相移键控(PSK)振幅键控频移键控相移键控通信原理简明教程（第2版）2007年12月5本章目录7.1二进制数字调制7.2二进制数字调制的抗噪声性能7.3数字信号的最佳接收7.4多进制数字调制通信原理简明教程（第2版）2007年12月6二进制是数字调制最简单的情况，它改变载波的幅度、频率、相位只有两种状态。7.1.1二进制幅度键控（ASK：amplitudeshiftkeying）1.2ASK信号时域表达式2ASK信号，其幅度按调制信号取0或1有两种取值，最简单的形式为通断键控（OOK）。OOK信号的表达式为：调制信号为：tAatsncOOKcos)(na1,0,1nPaP出现概率为出现概率为7.1二进制数字调制通信原理简明教程（第2版）2007年12月7OOK信号波形：一般地，调制信号具有一定波形，可表示为：所以，2ASK信号为：可见，2ASK为双边带调幅信号。)()(snTtgatBnntnTtgatsnncsASKcos)()(通信原理简明教程（第2版）2007年12月82.功率谱密度设调制信号功率谱为，则2ASK信号功率谱为：)(BP)()()(cBcBASK41PPP图7-2OOK信号的功率谱(a)基带信号功率谱；(b)已调信号功率谱通信原理简明教程（第2版）2007年12月9分析功率谱是基带信号功率谱的线性搬移频带宽度是基带信号的两倍2ASK信号的带宽？基带信号带宽？基带信号的形式①基带信号为矩形波基带信号的理论带宽无限宽NRZ码，基带信号的近似带宽：功率谱的第一个过零点带宽，谱零点带宽，主瓣带宽BB=fs=Rs（fs：位定时的频率）OOK信号的理论带宽无限宽OOK信号的近似带宽：功率谱的第一对过零点带宽，谱零点带宽；主瓣带宽BS=2fs=2Rs通信原理简明教程（第2版）2007年12月10②基带信号为升余弦滚降信号基带信号带宽有限宽2ASK信号带宽有限宽TB21BBs2BBTB1s图7-3升余弦滚降基带信号的2ASK信号功率谱(a)基带信号功率谱；(b)已调信号功率谱通信原理简明教程（第2版）2007年12月113.2ASK信号的调制方法tnTtgatsnncsASKcos)()(101t0sTst载波tt2ASKtccos)(ts)(2teASK开关电路模拟调制法（相乘器法）键控法通信原理简明教程（第2版）2007年12月124.2ASK信号解调方法非相干解调(包络检波法)(a)原理框图；(b)各点波形图通信原理简明教程（第2版）2007年12月13相干解调(同步检测法)：稳定，有利于位定时的提取。(a)原理框图；(b)各点波形图2ASK信号早期用于无线电报，由于抗噪声性能差现在已较少使用，但2ASK信号是其它数字调制的基础。通信原理简明教程（第2版）2007年12月147.1.2二进制移频键控（2FSK：frequencyshiftkeying）移频键控是数字信号改变载波的频率。载波频率随0和1有两种取值，分别为f1和f2。1.2FSK的时域表达式：tnTtgatnTtgatsnnnn2s1s2FSKcoscos)(0,1,1,10,1nnPPaaPP概率为概率为概率为概率为通信原理简明教程（第2版）2007年12月152FSK信号的波形及分解如下图所示：22112FSK2cos2cosfAtsfAtsts)()()(10010•2FSK相当于两个不同载频的ASK信号之和•所以2FSK还可表示成：通信原理简明教程（第2版）2007年12月162.功率谱：设2FSK两个载频的中心频率为fc，频差为f，则定义调频指数（频移指数）为：c12()2/fff21fff21ssfffhRR通信原理简明教程（第2版）2007年12月17功率谱分析：功率谱以fc为中心，对称分布。在调频指数较小时功率谱为单峰，随着调频指数的增大，功率谱出现双峰。当出现双峰时，带宽可近似为：3．2FSK信号的调制：频率选择法12B2FSK2ffBB通信原理简明教程（第2版）2007年12月184.解调方法：(a)非相干解调(b)相干解调原理：将2FSK信号分解成两路2ASK信号分别进行解调。通信原理简明教程（第2版）2007年12月19过零解调：原理：载频不同，过零点数不同，检测过零点数，即可进一步得到原始的调制信号。低频分量的幅度与载波频率有关（P234）通信原理简明教程（第2版）2007年12月207.1.3二进制相移键控（2PSK或BPSK）1.2PSK信号的表达式：原理：在2PSK中，通常用初始相位0和分别表示二进制“1”和“0”。时域表达式为式中，n表示第n个符号的绝对相位：即)cos(A)(2PSKnctts”时发送“”时发送“，1,00nPtPttscc1,cosA,cosA)(2PSK概率为概率为通信原理简明教程（第2版）2007年12月21若g(t)是幅度为A宽度为Ts的单个矩形脉冲，则2PSK信号可表示为2PSK的典型波形tnTtgatsnncs2PSKcos)(1,1,1nPaP概率为概率为通信原理简明教程（第2版）2007年12月222.功率谱：2PSK与2ASK的表达式形式一致：2PSK信号：双极性脉冲序列的双边带调制2ASK信号：单极性脉冲序列的双边带调制功率谱的差别仅在于离散的载波分量；带宽：tnTtgatsnncsASKcos)()(tnTtgatsnncs2PSKcos)(B2ASK2PSK2BBB通信原理简明教程（第2版）2007年12月233.2PSK信号调制相乘器相位选择器由于PSK信号频谱中没有载频，解调必须用相干解调方法，而此时如何获得同频同相的载频就成了关键问题。通信原理简明教程（第2版）2007年12月244.2PSK信号的解调相干解调相干载波，同频同相的本地载波同频同相的本地载波的获取：锁相环（a）平方环电路（b）科斯塔斯环电路锁相环恢复载波的问题：0，相位不确定0，相位模糊度通信原理简明教程（第2版）2007年12月252PSK相干解调原理框图及各点波形图通信原理简明教程（第2版）2007年12月262PSK调制与解调过程：12121210110100111000000000000000000ˆ10110100111ˆ01001011000nnnaaa信码码元相位本地载波相位本地载波相位极性极性0，相位不确定的影响通信原理简明教程（第2版）2007年12月277.1.4二进制差分相移键控（2DPSK）绝对调相：利用载波相位的绝对数值传送数字信息；相对调相：利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息1.2DPSK信号的产生：差分编码后再进行绝对调相。通信原理简明教程（第2版）2007年12月28设绝对码为an，相对码为bn传号差分的编码规则：其中，的初始值可以任意设定。差分译码规则：显然，只要传输没有差错，则译码值便是原始数据，即。1nnnbbaˆˆˆ1nnnbab1nbnnaaˆ()a绝对码()b相对码t10101011100()2DPSKc参考•由于初始相位不同，2DPSK信号的相位可以不同；•2DPSK信号的相位并不直接代表基带信号；•前后码元的相对相位才决定信息符号。通信原理简明教程（第2版）2007年12月292.2DPSK解调器相干解调延迟解调（1）相干解调原理及各点波形通信原理简明教程（第2版）2007年12月3012121210110100111100100111010000000000000000000ˆ100100111010ˆ011011000101ˆ10110100111nnnnnabbba绝对码差分码码元相位载波相位载波相位极性极性1nnnbab1nnnbbaˆˆˆ2DPSK调制及相干解调过程：通信原理简明教程（第2版）2007年12月31（2）差分解调原理及各点波形:延迟解调通信原理简明教程（第2版）2007年12月322DPSK信号调制与延迟解调过程如下DD1011010011101101100010100000000000ˆ10110100111nnnaba绝对码差分码码元相位延迟码元相位极性绝对码通信原理简明教程（第2版）2007年12月332PSK和2DPSK对比分析：1.相位与信息代码的关系2PSK前后码元相异时，2PSK信号相位变化180，相同时2PSK信号相位不变，可简称为“异变同不变”。2DPSK码元为“1”时，2DPSK信号的相位变化180。码元为“0”时，2DPSK信号的相位不变，可简称为“1变0不变”。举例：假设码元宽度等于载波周期的1.5倍通信原理简明教程（第2版）2007年12月342.功率谱密度2DPSK可以与2PSK具有相同形式的表达式不同的是2PSK中的基带信号对应绝对码序列；2DPSK中的基带信号对应相对码序列。2DPSK信号和2PSK信号的功率谱密度是完全一样的。3.信号带宽：与2ASK的相同，也是码元速率的两倍。4.抗噪声性能：2DPSK系统是一种实用的数字调相系统，但其抗加性白噪声性能比2PSK的要差。sfB2B2PSKDPSK2通信原理简明教程（第2版）2007年12月35总结:二进制数字调制1.二进制数字调制的方式2ASK,2FSK,2PSK(2DPSK)2.二进制数字调制信号的时域表达式3.二进制数字调制信号的功率谱及带宽4.二进制数字调制信号的调制和解调通信原理简明教程（第2版）2007年12月367.2二进制数字调制的抗噪声性能引言1．数字频带传输系统数字调制和解调数字调制系统，数字频带传输系统数字调制系统的抗噪声性能？2．数字基带系统的抗噪声性能误比特率误比特率是信噪比的函数3．数字基带系统的抗噪声性能的比较信噪比相同时，比较误比特率误比特率相同时，比较信噪比NSQAQP2bNSQAQP22b双极性二元码单极性二元码通信原理简明教程（第2版）2007年12月37本节目录7.2二进制数字调制的抗噪声性能7.2.1ASK系统的抗噪声性能7.2.2FSK系统的抗噪声性能7.2.32PSK和2DPSK系统的抗噪声性能7.2.4二进制数字调制系统的性能比较