第六章正弦载波数字调制系统课件.ppt

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1、第六章 正弦载波数字调制系统 引言二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制原理6.1 引言数字调制信号三种基本信号形式(二进制)1.1.2ASK 振幅键控(线性调制)2.2.2FSK 移频键控(非线性调制)3.3.2PSK 移相键控n n本章重点讨论二进制数字调制系统的原理及其抗噪声性能n n返回目录返回目录6.2 二进制数字调制原理n n 6.2.1 6.2.1 二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)(2ASK)公式表示公式表示:e eo o(t(t)=)=a an ng(t-nTg(t-nTs s)cos)cosc ct t n n g(tg(t)是持续时

2、间为是持续时间为T TS S的矩形脉冲的矩形脉冲 an=0 an=0 概率为概率为P P 1 1 概率为概率为1-P1-P 令令S(S(t t)=)=a an ng(t-nTg(t-nTs s)n n e eo o(t(t)=)=S(t)cosS(t)cosc ct t产生方法:1 一般模拟幅度调制方法 2 键控法(OOK)(onon-off-keying-off-keying)S(tS(t)乘法器乘法器 e e0 0(t)(t)载波载波 coscosc ct t (a)(a)e eo o(t(t)S(tS(t)(b)(b)乘法器图6.1.2n nOOkOOk信号的两种基本的解调方法信号的两种

3、基本的解调方法:1.1.非相干解调非相干解调(包络检波法包络检波法)2.2.相干解调相干解调 (同步检测法同步检测法)输入输入 (a)(a)非相干解调框图非相干解调框图 定时脉冲定时脉冲输入输入 定时脉冲定时脉冲 coscosc ct t (b)(b)相干解调框图相干解调框图带通滤波器半波或全波整流器低通滤波器抽样判决器带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器 2ASK的功率谱密度为n n结论1.1.2ASK功率谱密度由连续谱和离散谱两部分组成。2.2.2ASK信号的带宽是基带脉冲波形带宽的两倍。3.3.OOK信号的第一旁瓣峰值比主峰衰减14dB。6.2.2 二进制移频键控(2FSK)已调信号的数

4、学表达式已调信号的数学表达式e e0 0(t)=a(t)=an ng(t-nTg(t-nTs s)cos()cos(1 1t+t+n n)+)+a an ng(tg(t-n n n n nT nTs s)cos()cos(2 2t+t+n n)a an n=0 =0 概率概率 P aP an n=0 =0 概率概率 1-P 1-P 1 1-P 1 p 1 1-P 1 p产生方法产生方法:a a 模拟调频法模拟调频法 n n n n不仅与第不仅与第n n个信码有关个信码有关,且且n n n n保保 持一定持一定关系关系 b b 键控法键控法:载波载波n n n n与与n n 无关无关,相位不连续

5、相位不连续2FSK 常用解调法 :1.1.相干检测法 S(t)e0 0(t)2.2.非相干检测法其他:3.3.鉴频法 e0 0(t)4.4.过零检测法5.5.差分检测法模拟调频器f1f2(a)(b)图6.2.1调频信号产生框图n n 输出输出输入输入 抽样脉冲抽样脉冲 非相干方式非相干方式输入输入 抽样脉冲抽样脉冲 输出输出 相干方式相干方式带通1包络检波带通2包络检波抽样判决器带通1带通2低通相乘器相乘器低通抽样判决器图6.2.2(a)图6.2.2(b)cos1 tcos2 t图6.2.2(c)过零检测方框图及各点波形输入输入 输出输出 图图6.2.2(d)6.2.2(d)差分检测法原理方框

6、图差分检测法原理方框图带通低通x实践表明:1.1.当延迟失真为零时，这种方法的检测性能不如当延迟失真为零时，这种方法的检测性能不如普通鉴频器普通鉴频器2.2.有严重延迟失真时，它的性能比鉴频法优越有严重延迟失真时，它的性能比鉴频法优越2FSK2FSK一般用于话音频带内低于一般用于话音频带内低于1200bit/s1200bit/s数据传输数据传输时，在衰落信道中传输数据时，它也被广泛应时，在衰落信道中传输数据时，它也被广泛应用用2FSK2FSK信号的频谱分析有许多方法，其中之一信号的频谱分析有许多方法，其中之一 看成看成是两个振幅键控信号相叠加是两个振幅键控信号相叠加2FSK的功率谱密度为波形

7、a f2 2=fo-fs b f2 2=fo+0.4fs f1 1=fo+fs f1 1=fo-0.4fs结论1 1.2FSK2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成信号的功率谱由连续谱和离散谱组成 两个双边谱叠加两个载频两个双边谱叠加两个载频 2.2.两个载频之差较小时两个载频之差较小时，连续谱呈单峰连续谱呈单峰 大大 双双3.2FSK3.2FSK第一个零点带宽第一个零点带宽:f=|f2 2-f1 1|+2fs s6.2.3 二进制移相键控及二进制差分相位键控(2PSK及2DPSK)2PSK信号形式一般表示为 eo o(t)=an ng(t-nTs s)cosc ct ng(t)是脉宽为TS

8、 S的单个矩阵脉冲 an n=+1 p -1 1-p在码元内eo o(t)=cosc ct p -cosc ct 1-p2PSK2PSK绝对移相方式，缺点：有绝对移相方式，缺点：有“倒倒 现象现象”“”“反反向工作向工作”现象现象2DPSK:2DPSK:=“1”=“1”=0 “0”=0 “0”为本码元初相与前一码元初相之差为本码元初相与前一码元初相之差数字信息数字信息 1 1DPSKDPSK信号相位信号相位0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1a a表示绝对码，表示绝

9、对码，C C表示相对码表示相对码CiCi=C=Ci-1i-1 a ai i a ai i=C Ci i C Ci-1i-1或或2PSK2PSK0 0相相 “1”1”“0”“0”2DPSK 2DPSK =0 “1”=0 “1”=“0”=“0”矢量图，二相调制移相信号矢量图 参考相位（a）A方式（b）方式 参考相位参考相位2PSK中，是未调制载波的相位 2DPSK中，前一码元载波的相位CCITT建议：A方式中，相位，0如果一个周期内包含整数个载波，2DPSK中前后码元当 =0时，相位会连续 方式中/2，2DPSK两相邻码元之间，必然发生载波相位的跳变，便于检测到码元起止时刻，提供码元定时信息n n

10、2PSK,2DPSK2PSK,2DPSK信号的调制与解调信号的调制与解调1.1.模拟调制法模拟调制法2.2.键控法键控法 载波载波S(tS(t)双极性双极性 码变换不归零码码变换不归零码e e0 0(t)(t)载波载波e e0 0(t)(t)移相移相码变换码变换相乘图6.2.62PSK及2DPSK信号产生框图(a)(b)PSK 解调 a.相干解调2DPSKb.鉴相器 极性比较法解调c.PSK相干解调码反变换d.差分相干解调（实用的方法）n n2PSK2PSK信号的频谱信号的频谱P PE E(f(f)=P)=Ps s(f+f(f+fc c)+P)+Ps s(f-f(f-fc c)/4)/4当当

11、为等概双极性基带波形时为等概双极性基带波形时g g1 1(t)=-g(t)=-g2 2(t)=(t)=g(tg(t)G(fG(f)=)=TsSa(fTsTsSa(fTs)PE(f)-fc fc f图6.2.8 2PSK信号频谱图n n结论:1.1.2PSK或2DPSK信号频谱当P=1/2不存在离散谱2.2.带宽与2ASK相同B=2fsn n返回目录返回目录6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能6.3.1 6.3.1 通断键控通断键控(OOK)(OOK)系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能发送波形发送波形:S ST T(t(t)=)=u uT T(t(t)“1”)“1”0 “0”0 “0”u uT

12、T(t(t)=)=AcosAcosc ct t 0tT 0tTs s 0 0 其他其他 t t接收端的输入波形接收端的输入波形:y yi i(t(t)=)=u ui i(t)+n(t)+ni i(t(t)“1”)“1”u ui i(t(t)=)=acosacosc ct t 0tTs 0tb )b 判判 “1”1”n n b “0”1r1时时,当当r r相同时相同时,且且r1 r1 PePe包络包络=e=e-r/4-r/4/2 /2 PePe包络包络PePe相干相干,但包络但包络PePe相干相干 检波电路比较简单检波电路比较简单6.3.2 二进制移频键控(2FSK)系统的抗噪声 性能 发送码元

13、 ST(t)=u1 1T(t)“1”u2 2T(t)“0”u1 1T(t)=Acos1 1t 0tTs 0 其他t u2 2T(t)=Acos2 2t 0tTs 0 其他t带通滤波器输出端:y(t)=u1 1R(t)+n(t)“1”u2 2R(t)+n(t)“0”n(t)为窄带高斯过程u1 1R R(t)=acos1 1t 0tTs 0 其他tu2R2R(t)=acos2 2t 0t1 r1 既大信噪比的情况下既大信噪比的情况下:n n 包络与同步性能差不多包络与同步性能差不多 ,包络检波的设备简单常用包络检波的设备简单常用6.3.3二进制移相键控及差分相位键控(2PSK,2DPSK)系统的抗

14、噪声性能发送端发出的信号：ST T(t)=u1T1T(t)发送“”时 u0T0T(t)=-u1T1T(t)发送“”时u1T1T(t)Acosc ct otTs 0 其他t同步检测时低通滤波器输出波形：x(t)=a+nc(t)“1”-a+nc(t)“0”n n极性比较法码变换法的系统误码率=erfc(r)/2码变化误码率同步检测器输出中有一个错码，二个连续错码，n个连续错码，将引起码变换输出中有两个错码 设Pn为一串n个码元连续错误这一事件出现的概率n=1,2,3 码变换器输出的误码率为Pe=2P1 1+2P2 2+2Pn n+Pn=(1-Pe)2 Pen（1-Pe)2 一串码两端不错 Pen

15、n个码同时出错PePe=2(1-Pe)Pe =2(1-Pe)Pe Pe/PePe/Pe=2(1-Pe)=2(1-Pe)当当PePe1 Pe/Pe21 Pe/Pe2当当PePe=1/2 Pe/Pe1 =1/2 Pe/Pe1 Pe/PePe/Pe 变化范围变化范围 1212 n n返回目录返回目录极性比较法极性比较法-码变换法检测二进制相对移相信号时误码率码变换法检测二进制相对移相信号时误码率6.4 二进制数字调制系统的性能比较1.频带宽度从小到大2ASK=2PSK2FSK 2fs s 2fs s+|f2 2-f1 1|2.误码率相干方式略优于非相干方式相同Pe 信噪比r,要求从小到大 2PSK2

16、FSKOOK 差dB(2倍)相同r时,Pe从小到大排列2PSK2FSKOOK即抗干扰性能从好到差的排队2PSK,2FSK,OOK3.对信道特性变化的敏感性2FSK：没有门限，直接比较两路解调输出的大小2PSK：判决门限，不随信道特性变化00K：判决门限a/2，与a有关，即与信道特性变化有关，接收机不易保持最佳判决门限Pe增加 4 4 设备复杂程度：设备复杂程度：同一种调制方式：相干解调比非相干解码复杂同一种调制方式：相干解调比非相干解码复杂非相干解调时：非相干解调时：复杂程度依次为复杂程度依次为2DPSK,2FSK,OOK.2DPSK,2FSK,OOK.目前用得多目前用得多 2DPSK2DPSK：高速数据传输：高速数据传输 2FSK2FSK：中低速数据传输：中低速数据传输2400bit/s 1200bit/s 600bit/s2400bit/s 1200bit/s 600bit/sn n返回目录返回目录