《通信原理》——數(shù)字調(diào)制信號(hào)

1、第第8章章 數(shù)字調(diào)制信號(hào)數(shù)字調(diào)制信號(hào)數(shù)字信號(hào)分為基帶信號(hào)和帶通信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）。數(shù)字信號(hào)分為基帶信號(hào)和帶通信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）。在實(shí)際應(yīng)用中，遠(yuǎn)距離的傳輸信道往往是帶通型的，必須如模擬信號(hào)調(diào)制一在實(shí)際應(yīng)用中，遠(yuǎn)距離的傳輸信道往往是帶通型的，必須如模擬信號(hào)調(diào)制一樣，用數(shù)字基帶信號(hào)樣，用數(shù)字基帶信號(hào)f(t)去調(diào)制載波，得到數(shù)字調(diào)制信號(hào)去調(diào)制載波，得到數(shù)字調(diào)制信號(hào)s(t)，然后通過帶通，然后通過帶通信道進(jìn)行傳輸。這稱為數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸。信道進(jìn)行傳輸。這稱為數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸。用數(shù)字信號(hào)用數(shù)字信號(hào)fn去改變載波的幅度、頻率和相位以進(jìn)行調(diào)制，得到數(shù)字的調(diào)去改變載波的幅度、頻率和相位以進(jìn)行調(diào)制，得到數(shù)字的調(diào)

2、幅、調(diào)頻和調(diào)相信號(hào)。幅、調(diào)頻和調(diào)相信號(hào)。數(shù)字信號(hào)調(diào)制中的載波數(shù)字信號(hào)調(diào)制中的載波c(t)，也是模擬載波（通常是正弦波）。已調(diào)信號(hào)可，也是模擬載波（通常是正弦波）。已調(diào)信號(hào)可表達(dá)為表達(dá)為s(t)=A(t)cosct+(t)用數(shù)字信號(hào)調(diào)制模擬載波，一種方法是直接把數(shù)字信號(hào)波形當(dāng)作模擬信號(hào)波用數(shù)字信號(hào)調(diào)制模擬載波，一種方法是直接把數(shù)字信號(hào)波形當(dāng)作模擬信號(hào)波形，采用模擬調(diào)制的方法進(jìn)行調(diào)制；另一種方法則是利用數(shù)字信號(hào)在時(shí)間和形，采用模擬調(diào)制的方法進(jìn)行調(diào)制；另一種方法則是利用數(shù)字信號(hào)在時(shí)間和取值上的離散特性，對(duì)載波的振幅取值上的離散特性，對(duì)載波的振幅A(t)、瞬時(shí)頻率偏移、瞬時(shí)頻率偏移d(t)/dt和瞬時(shí)

3、相位偏和瞬時(shí)相位偏移移(t)進(jìn)行鍵位控制。鍵控可用數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)，具有變換速率快，調(diào)整方進(jìn)行鍵位控制。鍵控可用數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)，具有變換速率快，調(diào)整方便，設(shè)備通用性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。便，設(shè)備通用性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)載波的幅度、頻率和相位進(jìn)行調(diào)制得到的信號(hào)，分別稱為幅度鍵控對(duì)載波的幅度、頻率和相位進(jìn)行調(diào)制得到的信號(hào)，分別稱為幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控）、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控和相移鍵控(PSK)等。等。二進(jìn)制鍵控可分為二進(jìn)制幅度鍵控二進(jìn)制鍵控可分為二進(jìn)制幅度鍵控(2ASK)，二進(jìn)制頻率鍵控，二進(jìn)制頻率鍵控(2FSK)和二進(jìn)和二進(jìn)制相位鍵控制相位鍵控(2PSK)等。等。8.1 二進(jìn)制幅度鍵

4、控二進(jìn)制幅度鍵控8.1.1 二進(jìn)制幅度鍵控（二進(jìn)制幅度鍵控（2ASK）的概念）的概念v用單極性的二進(jìn)制信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行通斷的開關(guān)調(diào)制。用單極性的二進(jìn)制信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行通斷的開關(guān)調(diào)制。v8.1.2 2ASK信號(hào)的調(diào)制信號(hào)的調(diào)制v直接調(diào)制法和鍵控法直接調(diào)制法和鍵控法二進(jìn)制幅度鍵控波形示意圖8.1.3 2ASK的頻譜分析的頻譜分析方波二進(jìn)制信號(hào)的2ASK功率密度8.1.4 2ASK的解調(diào)的解調(diào)v分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)v二者均需要進(jìn)行采樣和判決二者均需要進(jìn)行采樣和判決2ASK信號(hào)的包絡(luò)檢波解調(diào)模型8.2 二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）8.2.1 二進(jìn)制頻移鍵控的概念二

5、進(jìn)制頻移鍵控的概念v用二進(jìn)制基帶信號(hào)去調(diào)制載波信號(hào)的頻率，產(chǎn)生用二進(jìn)制基帶信號(hào)去調(diào)制載波信號(hào)的頻率，產(chǎn)生2FSK信號(hào)。信號(hào)。v已調(diào)制信號(hào)用兩個(gè)不同頻率對(duì)應(yīng)碼元已調(diào)制信號(hào)用兩個(gè)不同頻率對(duì)應(yīng)碼元0和和1。v離散相位的離散相位的2FSK（DP-FSK）和連續(xù)相位的）和連續(xù)相位的FSk（CP-FSK）。）。v2FSK信號(hào)可以看作兩個(gè)信號(hào)可以看作兩個(gè)2ASK的疊加。的疊加。相位連續(xù)和相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)波形及分解8.2.2 2FSK的調(diào)制的調(diào)制v直接調(diào)制法，產(chǎn)生連續(xù)相位的直接調(diào)制法，產(chǎn)生連續(xù)相位的2FSKv鍵控法，產(chǎn)生離散相位的鍵控法，產(chǎn)生離散相位的2FSK直接調(diào)制法生成的2FSK信號(hào)8.2.3 2

6、FSK的頻譜分析的頻譜分析v離散相位離散相位2FSK信號(hào)，頻譜等于兩個(gè)信號(hào)，頻譜等于兩個(gè)2ASK信號(hào)相加，功率譜和帶寬分別為信號(hào)相加，功率譜和帶寬分別為v連續(xù)相位連續(xù)相位2FSK，因其相位連續(xù)，情況，因其相位連續(xù)，情況 更加復(fù)雜，帶寬小于同等情況下的離更加復(fù)雜，帶寬小于同等情況下的離 散相位散相位2FSK。8.2.4 2FSK的解調(diào)的解調(diào)v用濾波器分離兩路用濾波器分離兩路2ASK信號(hào)后，分別進(jìn)行解調(diào)。信號(hào)后，分別進(jìn)行解調(diào)。v解調(diào)可采用相干解調(diào)與非相干解調(diào)。解調(diào)可采用相干解調(diào)與非相干解調(diào)。v解調(diào)后的兩路基帶二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行比較以判定原碼元。解調(diào)后的兩路基帶二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行比較以判定原碼元。2FSK信

7、號(hào)相干解調(diào)模型2FSK信號(hào)非相干解調(diào)模型8.3 二進(jìn)制相移鍵控和二進(jìn)制差分相移鍵控二進(jìn)制相移鍵控和二進(jìn)制差分相移鍵控8.3.1 二進(jìn)制相移鍵控的時(shí)域和頻域特點(diǎn)二進(jìn)制相移鍵控的時(shí)域和頻域特點(diǎn)2PSK的功率譜圖如圖所示為2PSK的時(shí)域波形圖。8.3.2 二進(jìn)制相移鍵控的調(diào)制和解調(diào)二進(jìn)制相移鍵控的調(diào)制和解調(diào)v直接調(diào)制法：用雙極性碼乘以載波。直接調(diào)制法：用雙極性碼乘以載波。v鍵控法：用鍵控法：用f(t)控制雙向開關(guān)。控制雙向開關(guān)。v解調(diào)：因信號(hào)不含載波分量，故只能用相干解調(diào)法。需要從接收到的信號(hào)中解調(diào)：因信號(hào)不含載波分量，故只能用相干解調(diào)法。需要從接收到的信號(hào)中恢復(fù)出本地載波用于解調(diào)。恢復(fù)出本地載波用

8、于解調(diào)。v巨大風(fēng)險(xiǎn)：恢復(fù)本地載波如果發(fā)生反相，則會(huì)因?yàn)榫薮箫L(fēng)險(xiǎn)：恢復(fù)本地載波如果發(fā)生反相，則會(huì)因?yàn)椤跋辔荒：辔荒：保斐山?，而造成解調(diào)出來的碼元與原信號(hào)完全相反。調(diào)出來的碼元與原信號(hào)完全相反。直接調(diào)制法生成2PSK鍵控法生成2PSK2PSK相干解調(diào)模型8.3.3 二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（DPSK）vDPSK，用相對(duì)相移鍵控，傳輸?shù)男盘?hào)，用于表達(dá)原信號(hào)碼元是否發(fā)生變化。，用相對(duì)相移鍵控，傳輸?shù)男盘?hào)，用于表達(dá)原信號(hào)碼元是否發(fā)生變化。如此，可解決接收到信號(hào)完全反相的問題。如此，可解決接收到信號(hào)完全反相的問題。v傳號(hào)差分碼和空號(hào)差分碼傳號(hào)差分碼和空號(hào)差分碼v差分譯碼差分譯碼v差分

9、相干解調(diào)：直接用接收到的信號(hào)差分自乘。如下圖所示為差分相干解調(diào)：直接用接收到的信號(hào)差分自乘。如下圖所示為2DPSK差分相差分相干解調(diào)模型。干解調(diào)模型。傳號(hào)差分碼和空號(hào)差分碼的編碼器模型8.4 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)的抗噪聲性能二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)的抗噪聲性能8.4.1 2ASK相干解調(diào)抗噪聲性能相干解調(diào)抗噪聲性能2ASK相干解調(diào)抗噪聲模型2ASK相干解調(diào)的概率密度函數(shù)8.4.2 2ASK非相干解調(diào)的誤比特率非相干解調(diào)的誤比特率2非相干解調(diào)抗噪聲模型非相干解調(diào)的誤碼區(qū)8.4.3 2FSK解調(diào)的誤比特率解調(diào)的誤比特率v2FSK解調(diào)與解調(diào)與2ASK解調(diào)存在區(qū)別，兩路的誤比特率完全對(duì)稱。解調(diào)存在區(qū)別，兩路的

10、誤比特率完全對(duì)稱。2FSK的相干解調(diào)抗噪聲模型8.4.4 2FSK非相干解調(diào)的誤比特率非相干解調(diào)的誤比特率FSK非相干解調(diào)抗噪聲模型8.4.5 2PSK及及2DPSK的抗噪聲性能的抗噪聲性能2PSK相干解調(diào)抗噪聲模型8.4.6 幾種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較幾種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較8.5 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制v二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制，信道利用率較低。二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制，信道利用率較低。vM進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，一位可表示進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，一位可表示n比特信息，相當(dāng)于比特信息，相當(dāng)于n位二進(jìn)制。位二進(jìn)制。vM進(jìn)制數(shù)字調(diào)制分為進(jìn)制數(shù)字調(diào)制分為M進(jìn)制幅度鍵控，進(jìn)制幅度鍵控，M進(jìn)制頻移鍵控和進(jìn)制頻移鍵控和M

11、進(jìn)制相移鍵控等。進(jìn)制相移鍵控等。解調(diào)得到的可能是解調(diào)得到的可能是M進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，也可將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制信號(hào)。進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，也可將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制信號(hào)。v高速二進(jìn)制碼元序列與低速高速二進(jìn)制碼元序列與低速M(fèi)進(jìn)制碼元序列的相互轉(zhuǎn)換：串聯(lián)并聯(lián)。進(jìn)制碼元序列的相互轉(zhuǎn)換：串聯(lián)并聯(lián)。8.5.1 多進(jìn)制幅度鍵控（多進(jìn)制幅度鍵控（MASK）v用用M個(gè)幅度電平表示個(gè)幅度電平表示M個(gè)碼元取值個(gè)碼元取值v可以看作多個(gè)可以看作多個(gè)2ASK信號(hào)疊加，帶寬信號(hào)疊加，帶寬與與2ASK信號(hào)相同，而信息量增大。但因信號(hào)相同，而信息量增大。但因門限之間差距減小，故誤碼概率增大。門限之間差距減小，故誤碼概率增大。v調(diào)制也用直接調(diào)制和鍵控

12、法調(diào)制也用直接調(diào)制和鍵控法v解調(diào)也用相干解調(diào)和包絡(luò)檢波解調(diào)也用相干解調(diào)和包絡(luò)檢波t)cosnT-g(tas(t)bnnc4ASK的基帶信號(hào)圖和波形圖8.5.2 多進(jìn)制頻移鍵控（多進(jìn)制頻移鍵控（MFSK）v原理與原理與2FSK類似，有類似，有M種不同的頻率種不同的頻率v也有直接調(diào)制法和鍵控法兩種方式產(chǎn)生也有直接調(diào)制法和鍵控法兩種方式產(chǎn)生v也是將各個(gè)頻率的分量分離后分別進(jìn)行解調(diào)然后比較判決也是將各個(gè)頻率的分量分離后分別進(jìn)行解調(diào)然后比較判決v帶寬利用率較低帶寬利用率較低四進(jìn)制頻移調(diào)制的相干解調(diào)和非相干解調(diào)8.5.3 多進(jìn)制相移鍵控多進(jìn)制相移鍵控MPSK正交調(diào)制模型MPSK信號(hào)的相位選擇法調(diào)制MPSK信號(hào)的正交相干解調(diào)法本章小結(jié)v數(shù)字信號(hào)的調(diào)制就是基帶數(shù)字信號(hào)對(duì)載波信數(shù)字信號(hào)的調(diào)制就是基帶數(shù)字信號(hào)對(duì)載波信號(hào)的幅度、頻率和相位進(jìn)行調(diào)制，生成的已號(hào)的幅度、頻率和相位進(jìn)行