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现代通信原理. 第 七 章 数字频带传输系统. 振幅键控 (ASK) 移频键控 (FSK) 移相键控. 绝对移相 ( PSK ) 相对移相 ( DPSK ). 数字调制的 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) !. 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 P e 结果式 ( 注 : 接收已调波的形式及解调方案不同 , 则 P e 的结果也不一样 ). - PowerPoint PPT Presentation
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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)