第6章数字调制.ppt

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1、第6章数字调制 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望引言引言1ASK(振幅键控振幅键控)2FSK(频率键控频率键控)3PSK(相位键控相位键控)4三种二进制数字调制比较三种二进制数字调制比较 5第第6章章数字调制数字调制6多进制数字调制多进制数字调制 现代数字调制现代数字调制 76.1 引言引言为什么要调制？为什么要调制？1.1.信号与信道匹配信号与信道匹配信号与信道匹配信号与信道匹配 2.2.频分多路复用频分多路复用频分多路复用频分多路复用 3.3.频

2、率分配频率分配频率分配频率分配 4.4.电波的辐射电波的辐射电波的辐射电波的辐射 5.5.减小干扰的影响减小干扰的影响减小干扰的影响减小干扰的影响 6.6.克服设备的缺陷克服设备的缺陷克服设备的缺陷克服设备的缺陷 数字调制与模拟调制有哪些区别？数字调制与模拟调制有哪些区别？1.1.数字调制的调制信号为数字基带信号，被调参数字调制的调制信号为数字基带信号，被调参数字调制的调制信号为数字基带信号，被调参数字调制的调制信号为数字基带信号，被调参数只能取有限个值数只能取有限个值数只能取有限个值数只能取有限个值 2.2.数字接收是识别那一种波形存在，因此取样判数字接收是识别那一种波形存在，因此取样判数字

3、接收是识别那一种波形存在，因此取样判数字接收是识别那一种波形存在，因此取样判决器是不可少的决器是不可少的决器是不可少的决器是不可少的 3.3.数字调制研究的性能指标是误码率数字调制研究的性能指标是误码率数字调制研究的性能指标是误码率数字调制研究的性能指标是误码率 4.4.数字调制通过键控方式实现，常见的有数字调制通过键控方式实现，常见的有数字调制通过键控方式实现，常见的有数字调制通过键控方式实现，常见的有ASKASK、FSKFSK、PSKPSK等等等等 5.5.数字调制研究的内容有时间函数、波形、功率数字调制研究的内容有时间函数、波形、功率数字调制研究的内容有时间函数、波形、功率数字调制研究的

4、内容有时间函数、波形、功率谱密度、带宽、调制及解调方法、误码率等谱密度、带宽、调制及解调方法、误码率等谱密度、带宽、调制及解调方法、误码率等谱密度、带宽、调制及解调方法、误码率等初次了解三种调制方法初次了解三种调制方法6.2 ASK Amplitude Shift Keying6.2.1 ASK基本原理基本原理利用载波的幅度变化来传递数字信息，其频率和初利用载波的幅度变化来传递数字信息，其频率和初利用载波的幅度变化来传递数字信息，其频率和初利用载波的幅度变化来传递数字信息，其频率和初始相位保持不变。始相位保持不变。始相位保持不变。始相位保持不变。2ASK2ASK信号通常有两种产生方法：模拟调制

5、法（相信号通常有两种产生方法：模拟调制法（相信号通常有两种产生方法：模拟调制法（相信号通常有两种产生方法：模拟调制法（相乘法）和键控法。乘法）和键控法。乘法）和键控法。乘法）和键控法。6.2.2ASK信号的波形及时间函数信号的波形及时间函数波形：波形：波形：波形：时间函数如下：时间函数如下：时间函数如下：时间函数如下：6.2.3 ASK信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽 一般基带信号功率谱：一般基带信号功率谱：一般基带信号功率谱：一般基带信号功率谱：功率谱图如下图（教材功率谱图如下图（教材功率谱图如下图（教材功率谱图如下图（教材202202202202页）：页）：页）：页）：ASKASKAS

6、KASK信号的带宽：信号的带宽：信号的带宽：信号的带宽：x带通滤波器抽样判决器低通滤波器+6.1.3ASK信号解调抗噪性能信号解调抗噪性能一、一、一、一、同步解调（相干解调）同步解调（相干解调）同步解调（相干解调）同步解调（相干解调）1.1.1.1.相干解调方式原理框图相干解调方式原理框图相干解调方式原理框图相干解调方式原理框图2.2.2.2.零均高斯白噪声经带通滤波器后，变为零均窄带高零均高斯白噪声经带通滤波器后，变为零均窄带高零均高斯白噪声经带通滤波器后，变为零均窄带高零均高斯白噪声经带通滤波器后，变为零均窄带高3.3.3.3.斯白噪声，用斯白噪声，用斯白噪声，用斯白噪声，用 表示：表示：

7、表示：表示：3.3.3.3.概率分布曲线概率分布曲线概率分布曲线概率分布曲线 二、二、二、二、非相干解调非相干解调非相干解调非相干解调1.1.1.1.非相干解调方框图：非相干解调方框图：非相干解调方框图：非相干解调方框图：2.2.2.2.包络检波器输入与输出的概率分布包络检波器输入与输出的概率分布包络检波器输入与输出的概率分布包络检波器输入与输出的概率分布:发发发发“1”“1”“1”“1”码码码码 正弦波正弦波正弦波正弦波+窄带高斯噪声窄带高斯噪声窄带高斯噪声窄带高斯噪声 莱斯分布莱斯分布莱斯分布莱斯分布 均值为均值为均值为均值为 的高斯分布的高斯分布的高斯分布的高斯分布发发发发“0”“0”“

8、0”“0”码码码码窄带高斯噪声窄带高斯噪声窄带高斯噪声窄带高斯噪声 瑞利分布瑞利分布瑞利分布瑞利分布 零均高斯分布零均高斯分布零均高斯分布零均高斯分布带通滤波器抽样判决器包络检波器+定时脉冲2.2.2.2.取样判决器输入（即包络检波器输出）信号与取样判决器输入（即包络检波器输出）信号与取样判决器输入（即包络检波器输出）信号与取样判决器输入（即包络检波器输出）信号与噪声的联合概率分布曲线：噪声的联合概率分布曲线：噪声的联合概率分布曲线：噪声的联合概率分布曲线：3.3.3.3.误码率误码率误码率误码率 三、相干和非相干解调比较三、相干和非相干解调比较三、相干和非相干解调比较三、相干和非相干解调比较

9、 比较结果参见教材表比较结果参见教材表比较结果参见教材表比较结果参见教材表6.16.16.16.1（如下（如下（如下（如下 ）：）：）：）：小信号时，达到相同误码率，相干解调要求的信小信号时，达到相同误码率，相干解调要求的信小信号时，达到相同误码率，相干解调要求的信小信号时，达到相同误码率，相干解调要求的信噪比低噪比低噪比低噪比低2db2db2db2db。大信号时，达到相同误码率，相干解调与非相干大信号时，达到相同误码率，相干解调与非相干大信号时，达到相同误码率，相干解调与非相干大信号时，达到相同误码率，相干解调与非相干解调要求的信噪比近似相等，因此，大信号时非相解调要求的信噪比近似相等，因此

10、，大信号时非相解调要求的信噪比近似相等，因此，大信号时非相解调要求的信噪比近似相等，因此，大信号时非相干解调广泛应用。干解调广泛应用。干解调广泛应用。干解调广泛应用。5 57.7357.73510101.4991.499 1.4991.499 505057.3457.34 0.595 0.595 100100108.7 108.7 0.363 0.363 作业6-1,6-2,6-3 共三题6.4 FSKFrequency Shift Keying2FSK2FSK2FSK2FSK信号产生框图：信号产生框图：信号产生框图：信号产生框图：6.3.1 6.3.1 时间函数时间函数FSKFSKFSKFS

11、K可看成两个不同频率的可看成两个不同频率的可看成两个不同频率的可看成两个不同频率的ASKASKASKASK信号的迭加。信号的迭加。信号的迭加。信号的迭加。时间函数：时间函数：时间函数：时间函数：6.3.2 6.3.2 功率谱及带宽功率谱及带宽帯宽帯宽帯宽帯宽 ：6.3.3 FSK信号解调信号解调+带通带通1带通带通2低通低通比较判决比较判决xx低通低通1.1.1.1.相干解调相干解调相干解调相干解调2.2.2.2.3.3.3.3.相干解调方框图：相干解调方框图：相干解调方框图：相干解调方框图：确定判决电平：确定判决电平：确定判决电平：确定判决电平：0 0 0 0确定判决准则：确定判决准则：确定

12、判决准则：确定判决准则：2 2、非相干解调非相干解调(包络解调包络解调)非相干解调方框图：非相干解调方框图：非相干解调方框图：非相干解调方框图：+带通带通1带通带通2包络解调包络解调包络解调包络解调比较判决比较判决上述公式推导过程：上述公式推导过程：上述公式推导过程：上述公式推导过程：6.3.5相干和非相干解调比较相干和非相干解调比较 比较结果参见教材表比较结果参见教材表比较结果参见教材表比较结果参见教材表6.36.36.36.3（如下）：（如下）：（如下）：（如下）：小信号时，达到相同误码率，相干解调要求的信小信号时，达到相同误码率，相干解调要求的信小信号时，达到相同误码率，相干解调要求的信

13、小信号时，达到相同误码率，相干解调要求的信噪比低噪比低噪比低噪比低1.5db1.5db1.5db1.5db大信号时，达到相同误码率，相干解调大信号时，达到相同误码率，相干解调大信号时，达到相同误码率，相干解调大信号时，达到相同误码率，相干解调与非相干解调要求的信噪比近似相等。与非相干解调要求的信噪比近似相等。与非相干解调要求的信噪比近似相等。与非相干解调要求的信噪比近似相等。并且并且并且并且FSKFSKFSKFSK是上、下两路比较大小，因此没有是上、下两路比较大小，因此没有是上、下两路比较大小，因此没有是上、下两路比较大小，因此没有最佳判最佳判最佳判最佳判决门限决门限决门限决门限问题。问题。问

14、题。问题。5 57.0617.0611.4991.499101012.7512.75 1.0571.057 505054.3654.36 0.363 0.363 100100105.0 105.0 0.214 0.214 6.4 PSK(Phase Shift Keying)1 1、绝对移相的定义及波形绝对移相的定义及波形 定义：利用载波不同的相位直接来表示基带信号。定义：利用载波不同的相位直接来表示基带信号。定义：利用载波不同的相位直接来表示基带信号。定义：利用载波不同的相位直接来表示基带信号。绝对移相，已调波的相位是相对于载波而则言的。绝对移相，已调波的相位是相对于载波而则言的。绝对移相，

15、已调波的相位是相对于载波而则言的。绝对移相，已调波的相位是相对于载波而则言的。6.4.1 绝对移相绝对移相(CPSK)和相对移相和相对移相(DPSK)PSKPSK两种波形比较图：两种波形比较图：2 2 2 2、相对移相相对移相相对移相相对移相(记为记为记为记为DPSK)DPSK)DPSK)DPSK)的定义及波形的定义及波形的定义及波形的定义及波形 定义：利用前后码元之间载波相位的变化来表示定义：利用前后码元之间载波相位的变化来表示定义：利用前后码元之间载波相位的变化来表示定义：利用前后码元之间载波相位的变化来表示基带信号。基带信号。基带信号。基带信号。从作图过程看，从作图过程看，从作图过程看，

16、从作图过程看，DPSKDPSKDPSKDPSK波形规律复杂波形规律复杂波形规律复杂波形规律复杂 CPSK CPSK CPSK CPSK波形规律简单波形规律简单波形规律简单波形规律简单思考思考为什么要引出相对移相？为什么要引出相对移相？为什么要引出相对移相？为什么要引出相对移相？CPSKCPSKCPSKCPSK波形规律虽然简单，但是要画出它的波形，波形规律虽然简单，但是要画出它的波形，波形规律虽然简单，但是要画出它的波形，波形规律虽然简单，但是要画出它的波形，必须要知道载波。必须要知道载波。必须要知道载波。必须要知道载波。以后我们可以证明，调相信号的已调波没有载以后我们可以证明，调相信号的已调波

17、没有载以后我们可以证明，调相信号的已调波没有载以后我们可以证明，调相信号的已调波没有载频，因此无法直接提取载频，通常要用平方变换及频，因此无法直接提取载频，通常要用平方变换及频，因此无法直接提取载频，通常要用平方变换及频，因此无法直接提取载频，通常要用平方变换及2 2 2 2分频，才能提取载波。由于分频，才能提取载波。由于分频，才能提取载波。由于分频，才能提取载波。由于2 2 2 2分频存在相位模糊，使分频存在相位模糊，使分频存在相位模糊，使分频存在相位模糊，使CPSKCPSKCPSKCPSK信号解调判决模糊或称反相工作。因此实际中信号解调判决模糊或称反相工作。因此实际中信号解调判决模糊或称反

18、相工作。因此实际中信号解调判决模糊或称反相工作。因此实际中常用常用常用常用DPSKDPSKDPSKDPSK。2 2 2 2、从电路从电路从电路从电路开机时双稳态触发器状态随机开机时双稳态触发器状态随机开机时双稳态触发器状态随机开机时双稳态触发器状态随机3 3 3 3、从波形从波形从波形从波形 黑板上作图黑板上作图黑板上作图黑板上作图10为什么还要学习为什么还要学习CPSKCPSK？因为因为因为因为DPSKDPSKDPSKDPSK产生规律复杂，难以直接产生，通常它产生规律复杂，难以直接产生，通常它产生规律复杂，难以直接产生，通常它产生规律复杂，难以直接产生，通常它是用码变换加是用码变换加是用码变

19、换加是用码变换加CPSKCPSKCPSKCPSK产生，因此仍要学习产生，因此仍要学习产生，因此仍要学习产生，因此仍要学习CPSKCPSKCPSKCPSK。绝对码绝对码/相对码变换相对码变换CPSK调制调制6.4.2 PSK信号产生信号产生(略略-请自已看教材请自已看教材及实验教材及实验教材)6.4.3 PSK信号的时间函数、频谱及带宽信号的时间函数、频谱及带宽CPSKCPSKCPSKCPSK、DPSKDPSKDPSKDPSK信号的统一表达式：信号的统一表达式：信号的统一表达式：信号的统一表达式：(记为记为记为记为PSKPSKPSKPSK信号信号信号信号)PSK PSK功率谱没有载频，仅有连续谱

20、，它是功率谱没有载频，仅有连续谱，它是ASKASK连续连续谱部分的谱部分的4 4倍倍 。PSKPSK功率谱图如下图：功率谱图如下图：6.4.4调相信号的解调调相信号的解调1 1 1 1、相干解调相干解调相干解调相干解调 相干解调原理框图：相干解调原理框图：相干解调原理框图：相干解调原理框图：+带通带通低通低通抽样判决抽样判决x相对相对/绝对码变换绝对码变换对对对对CPSKCPSKCPSKCPSK解调：解调：解调：解调：概率分布曲线如下图：概率分布曲线如下图：概率分布曲线如下图：概率分布曲线如下图：非相干解调非相干解调非相干解调非相干解调:x+带通带通低通低通抽样判决抽样判决相对相对/绝对码变换

21、绝对码变换作业6-6,6-7,6-8 6-6,6-7,6-8 共三题共三题6.6 多进制数字调制多进制数字调制 1 1 1 1、多进制调制的概念多进制调制的概念多进制调制的概念多进制调制的概念 为了有效利用频带，提高信息传输速率而采用多为了有效利用频带，提高信息传输速率而采用多为了有效利用频带，提高信息传输速率而采用多为了有效利用频带，提高信息传输速率而采用多进制调制。进制调制。进制调制。进制调制。常见的多进制调制有：多振幅调制、多频率调制、常见的多进制调制有：多振幅调制、多频率调制、常见的多进制调制有：多振幅调制、多频率调制、常见的多进制调制有：多振幅调制、多频率调制、多相位调制以及它们的组

22、合等。多相位调制以及它们的组合等。多相位调制以及它们的组合等。多相位调制以及它们的组合等。作图说明多进制调制的概念作图说明多进制调制的概念作图说明多进制调制的概念作图说明多进制调制的概念:2 2 2 2、多进制调制信息速率提高了，同时节约多进制调制信息速率提高了，同时节约多进制调制信息速率提高了，同时节约多进制调制信息速率提高了，同时节约了频带。但是误码率会增加。了频带。但是误码率会增加。了频带。但是误码率会增加。了频带。但是误码率会增加。以多电平判决时的曲线加以说明以多电平判决时的曲线加以说明以多电平判决时的曲线加以说明以多电平判决时的曲线加以说明:3 3、4PSK 4PSK(1)(1)(1

23、)(1)四相制两种相位图四相制两种相位图四相制两种相位图四相制两种相位图(2)(2)(2)(2)相位选择法及正相位选择法及正相位选择法及正相位选择法及正交调制产生交调制产生交调制产生交调制产生4PSK4PSK4PSK4PSK作业6-10,6-116-10,6-11 共两题共两题6.7 现代数字调制现代数字调制现代数字调制是指现代数字调制是指频带利用率高或抗干扰能频带利用率高或抗干扰能力强的调制力强的调制 6.7.1 时频调制及时频相调制时频调制及时频相调制1 1 1 1、时频调制、时频调制、时频调制、时频调制(TFSK)(TFSK)(TFSK)(TFSK)时频调制时频调制时频调制时频调制以多个

24、频率先后出现的顺序以多个频率先后出现的顺序以多个频率先后出现的顺序以多个频率先后出现的顺序进行编码耒代表数字信息。它抗干扰能力强进行编码耒代表数字信息。它抗干扰能力强进行编码耒代表数字信息。它抗干扰能力强进行编码耒代表数字信息。它抗干扰能力强如如如如 二时二频二时二频二时二频二时二频 四时四频四时四频四时四频四时四频 2 2 2 2、时频相调制、时频相调制、时频相调制、时频相调制(TFPSK)(TFPSK)(TFPSK)(TFPSK)二频二相调二频二相调二频二相调二频二相调制见教材制见教材制见教材制见教材交错四相调制交错四相调制交错四相调制交错四相调制(SQPSK)(SQPSK)(SQPSK)

25、(SQPSK)又称偏移四相调制又称偏移四相调制又称偏移四相调制又称偏移四相调制(OQPSK)(OQPSK)(OQPSK)(OQPSK)串串串串/并变换并变换并变换并变换:AB+交错分配交错分配移相移相单单/双变换双变换 单单/双变换双变换 xx交错分配交错分配交错分配交错分配:交错分配时，信息码每输入一位码，交错分配时，信息码每输入一位码，交错分配时，信息码每输入一位码，交错分配时，信息码每输入一位码，A A A A、B B B B两路仅两路仅两路仅两路仅有一路信息可能发生变化，因此合成后输出的调相有一路信息可能发生变化，因此合成后输出的调相有一路信息可能发生变化，因此合成后输出的调相有一路信

26、息可能发生变化，因此合成后输出的调相信号不会发生信号不会发生信号不会发生信号不会发生180180180180度相位跳变。度相位跳变。度相位跳变。度相位跳变。交错分配四相调制的交错分配四相调制的交错分配四相调制的交错分配四相调制的特点特点 ：1.1.1.1.它属它属它属它属四相调制四相调制四相调制四相调制，有四种输出相位；，有四种输出相位；，有四种输出相位；，有四种输出相位；2.2.2.2.已调波码元速率与输入二元制码元速率已调波码元速率与输入二元制码元速率已调波码元速率与输入二元制码元速率已调波码元速率与输入二元制码元速率 相等，相等，相等，相等，比普通四进制码元速率高一倍；比普通四进制码元速

27、率高一倍；比普通四进制码元速率高一倍；比普通四进制码元速率高一倍；3.3.3.3.已调波主瓣带宽为已调波主瓣带宽为已调波主瓣带宽为已调波主瓣带宽为 与普通四进制带宽相等与普通四进制带宽相等与普通四进制带宽相等与普通四进制带宽相等(这也是因为正交两路码元速率比输入二元制码这也是因为正交两路码元速率比输入二元制码这也是因为正交两路码元速率比输入二元制码这也是因为正交两路码元速率比输入二元制码速率减半速率减半速率减半速率减半,频带相等并重迭频带相等并重迭频带相等并重迭频带相等并重迭),),),),并且旁瓣辐射小并且旁瓣辐射小并且旁瓣辐射小并且旁瓣辐射小(无无无无180180180180度相位跳变度相

28、位跳变度相位跳变度相位跳变)；4.4.4.4.交错四相调制每个码元信息量不是交错四相调制每个码元信息量不是交错四相调制每个码元信息量不是交错四相调制每个码元信息量不是2 2 2 2比特比特比特比特,而为而为而为而为1 1 1 1比特比特比特比特,这是因为交错四相调制码元这是因为交错四相调制码元这是因为交错四相调制码元这是因为交错四相调制码元相位不独立相位不独立相位不独立相位不独立(无无无无180180180180度相位跳变度相位跳变度相位跳变度相位跳变)。6.7.3几种窄带数字调制几种窄带数字调制 1 1 1 1、最小频移键控、最小频移键控、最小频移键控、最小频移键控(MSK)(MSK)(MS

29、K)(MSK)MSKMSKMSKMSK是指偏移率为是指偏移率为是指偏移率为是指偏移率为0.50.50.50.5相位连续的二进制相位连续的二进制相位连续的二进制相位连续的二进制FSK(FSK(FSK(FSK(见教材见教材见教材见教材210210210210页表页表页表页表6.2)6.2)6.2)6.2)例例波形及相位格子波形及相位格子波形及相位格子波形及相位格子图右图图右图图右图图右图:MSK MSK MSK MSK相位有突变相位有突变相位有突变相位有突变,因此带外辐射仍较大。因此带外辐射仍较大。因此带外辐射仍较大。因此带外辐射仍较大。2 2、正弦频移键控正弦频移键控正弦频移键控正弦频移键控(S

30、FSK)(SFSK)图形见教材图形见教材图形见教材图形见教材239239页页页页3 3、受控调制频受控调制频受控调制频受控调制频(TFM)(TFM)图形见教材图形见教材图形见教材图形见教材239239页页页页4 4、高斯预调滤波最小频移键控、高斯预调滤波最小频移键控(GMSK)(GMSK)GMSK GMSK GMSK GMSK是将输入数据经传输特性为高斯的滤波器后是将输入数据经传输特性为高斯的滤波器后是将输入数据经传输特性为高斯的滤波器后是将输入数据经传输特性为高斯的滤波器后再进行调频，它的特性接近再进行调频，它的特性接近再进行调频，它的特性接近再进行调频，它的特性接近TFMTFMTFMTFM。第第6 6章章小结小结