第 七 章 数字频带传输系统

第 七 章第 七 章数字频带传输系统数字频带传输系统

第 七 章第 七 章数字频带传输系统数字频带传输系统

2 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

数字调制的基本分类基本分类 用数字基带信号 ( 因幅度取值有限而可视作开关信号 )去键控高频正弦载波的振幅、频率或相位达调制目的（频谱搬移）！

振幅键控 (ASK)

移频键控 (FSK)

移相键控绝对移相（ PSK ）

相对移相（ DPSK ）

3 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

解调方式– 相干解调法– 非相干解调法

抗噪声性能∵ 加性噪声 → 解调波形失真 → 数字识别器

（抽样判决器）再生数据“误码”∴ 要求 Pe 结果式 ( 注 : 接收已调波的形式及解调

方案不同 , 则 Pe 的结果也不一样 )

4 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

11 、 、 2ASK2ASK

5 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

(1) 关于 2ASK 信号 信号表达式

OOK( 通断键控 )• 用的最多且最简 2ASK• 用 1 或 0 控制载波的有无

P

PatAats ncnk 10

1cos)(00

0

发“ 1”时发“ 0”时

6 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

(2) 2ASK 调制解调器调制解调器 调制器

OOK 调制器

)cos( tc 开关

s(t)

eo(t)

线性调制器

SystemView

0

0

100.e-3

100.e-3

200.e-3

200.e-3

300.e-3

300.e-3

400.e-3

400.e-3

500.e-3

500.e-3

-1

-500.e-3

0

500.e-3

1

Am

plitu

de

Time in Seconds

Sink 3

0 0 1 0 0 1 1 0 1 1

7 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

解调器

① 非相干接收机

BPF 整流 LPF 抽样判决

输入 输出

定时② 相干接收机

BPF LPF 抽样判决×

输入 输出

定时cosωct

8 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

OOK 信号功率谱图形

特点：理论上谱宽→∞，但有效带宽 B≈2RB ≈2fs特点：理论上谱宽→∞，但有效带宽 B≈2RB ≈2fs

Ps(f)

fsf2fs-fs-2fs 0

PE(f)

ffCfC-fs fc+fs0-fC -fC+fs-fC-fs

9 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

22 、、 2FSK2FSK

10 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

(1)2FSK 信号表达式

=

=发“ 1” 时

发“ 0” 时

11 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

(2) 2FSK 调制器

S （ t）

f2

f1 门 1

门 2

倒相 ＋ 2FSKS （ t）

~

~

f1

f2

2FSK

S （ t）

SystemView

0

0

50.e-3

50.e-3

100.e-3

100.e-3

150.e-3

150.e-3

200.e-3

200.e-3

250.e-3

250.e-3

-1

-500.e-3

0

500.e-3

1

Am

plitu

de

Time in Seconds

Sink 2

0 1 1 1 1

12 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

(3) 功率谱密度

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 80

0.2

0.4

0.6

0.8

1基带谱

∴2FSK 信号带宽 :B=2Bb+|f2-f1| =2fs +|f2-f1|(Bb=fs 基带带宽 )

∵2FSK 为两不同载频的OOK 信号之和

e0 （ t ） =e01 （ t ） +e02

（ t ）

∴ 功率谱（仅连续谱）如右

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 80

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4频带谱

具体功率谱密度草图见教材P137

13 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

(4) 2FSK 解调器 分离滤波法

原理 ∵ e0 （ t ） = e01 （ t ） + e02 （ t ） ∴ 收端先分离两 00K 并分别解调、再比较 判决得结果数据

分类：非相干、相干 ( 方框原理图见教材 )差分检波法（不专介）过零检测法

∵ Ts 内载频不同则过零次数也不同∴ 据此解调 2FSK

14 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

33 、、 2PSK2PSK

15 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

∵ 用 00 和 1800 相位的载波表 1 和 0 ∴ 时域表达式：

(1) 2PSK 信号表达式

e0 （ t ） =

∴e0 （ t ） =Cosωct （ 0 相） 发“ 1” 时

－ cosωct （相） 发“ 0” 时

=

+1 P

-1 1-P

16 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

(2) 2PSK 调制器 ① 相乘法产生

② 数字选相器

K～

倒相器

0 相

相

载波发生器 选相开关

S （ t）

e0 （ t）

17 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

① ① 相干解调器：相干解调器：

(3) 2PSK 解调器

C （ t）

18 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

② ② 非相干解调非相干解调 ( 相位比较法 ) ：

C （ t ）

19 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

44 、、 2DPSK2DPSK

20 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

nnn abb 1

差分编码

×

载波发生器

二进信息

（绝对码）

双极性 相对码 2DPSK 信号

2DPSK 调制器

21 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

① ① 相干解调相干解调

带通 × 低通抽样

判决器码（反）

变换器

DPSK信号 a

b

c d e f

二进制信息码

位定时本地载波

2DPSK 解调器

22 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

② ② 差分相干解调差分相干解调

DPSK信号 a

b

c d e

二进制信息

位定时

带通 × 低通 抽样判决器

延迟 Ts

23 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

(4) 功谱密度 （类似 ASK 的）

)]()([4

1)( cscsE ffPffPfP

∵ 基带信号是双极性不归零波形，且 P=1/2

∴

24 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

四、性能比较四、性能比较

25 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

频带利用率方面频带利用率方面------ 以已调信号有效频带宽度衡量以已调信号有效频带宽度衡量

设码元宽度 Ts ，则：

----2ASK ， 2PSK 的频带利用率一致----2FSK 频带利用率最低

B2FSK= ︳ f2 –f1 ︳ + 2/Ts ＞ 2Bb

B2ASK= B2PSK = 2/Ts =2Bb

26 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

名 称 Pe—r 关系相干 OOK

非相干 OOK

相干 2FSK

非相干 2FSK

相干 2PSK差分相干 2DPSK

同步检测 2DPSK

误码率误码率（抗噪声性能方面）（抗噪声性能方面）

27 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

• 相干解调性能优于非相干

• 相同 Pe 下， 2PSK 对 r 的要求最小、 2FSK

次之、 2ASK 要求最高（都相差 3dB ）

• 相同 r 下，相干解调 2PSK 的 Pe 最低（抗噪声

性 能最好）

结 论

28 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

• 2ASK 优于 2FSK 优于 2PSK 优于 2DPSK （由它们的调制器及接收机方框图可见）

• 相干接收机设备较复杂（因 C(t) 的提取困难）

设备复杂度方面设备复杂度方面

29 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

34 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

33 、 、 MPSKMPSK(( 多元绝对移相键控多元绝对移相键控 ))

35 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

QPSK 矢量图及相位选择 ( 教材 P164~165) 1 0

1 1

0 1

0 0参考相位 参考相位

1 10 1

0 0 1 0

450

a方式 b方式双比特码 n 双比特码 n

0 0 00 1 1 450

0 1 900 0 1 1350

1 0 2700 0 0 2250

1 1 1800 1 0 3150

36 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

调制器 数字选相法

/2 3/20

37 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

正交调制法

38 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

脉冲插入法

39 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

解调器——正交相干解调

40 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

44 、 、 MDPSKMDPSK

41 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

n与双比特码间关系： 令： n = K － K-1 --- K与 K-1 表相邻双比特码对应的载波初相 则：

4 进制状态 双比特码n = K － K-1

a方式 b方式

0 0 0 00 450

1 0 1 900 1350

2 1 0 2700 2250

3 1 1 1800 3150

42 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

5 5 联合键控联合键控

43 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

问题的提出

44 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

·

·

QAM 和 APK 的星座图

MQAM的特点：• MQAM的星座图取矩形或十字形 • M=4 、 16、 64 、 256...取矩形• M=32 、 128... 取十字形

45 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

MQAM 调制器

46 成都信息工程学院通信系：王春圃《现代通信原理》《现代通信原理》

QAM( 正交振幅调制系统 )原理简介 :

ttmttmte cQcI sin)(cos)()(0

优点 : 频带利用率高 !(∵RbM=log2M×Rb2)缺点 : 抗噪声性能差 !

相加器 信道

×

×

×

×

LPF

LPF

mI(t)

mQ(t)

cosωct

sinωct

cosωct

sinωct

m’I(t)

m’Q(t)