數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)課件

1、數(shù)字基帶傳輸(數(shù)字傳輸) 數(shù)字頻帶傳輸(數(shù)字無線電) 數(shù)字頻帶傳輸v(t)=Vsin(2f t+) ASK FSK PSK QAM )(BASKtv)cos(1 )(0mBASKtt2A(t)vv(t)vm02A)(2cos)(00BFSKtftfVtmvv其中， =BFSK已調(diào)波 V0=載波幅度峰值(V) f0=載波中心頻率(Hz) f=頻率偏移峰值(Hz) vm(t)=二進(jìn)制輸入調(diào)制信號(hào)(1)(BFSKtvlmkVf mVlkVCOFSK調(diào)制器的峰值頻率偏移量就是二進(jìn)制輸入電壓和VCO的偏移靈敏度的乘積值，可表示為：其中，f=峰值頻率偏移量(Hz) =二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)峰值電壓(V) =偏移靈

2、敏度(Hz/V)2smfffbbmbsfffffff2|)(| )()( |Bms)(222bbffffBFSK頻率偏移 FSK頻譜參見例8.1理解非相干FSK解調(diào)器 相干FSK解調(diào)器 PLL-BFSK解調(diào)器 解調(diào)BFSK信號(hào)最常用的電路是鎖相環(huán)(PLL) BPSK調(diào)制器輸出值的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：vBPSK(t)2sin()2sin(0tftfa其中，fa=二進(jìn)制輸入的最大基頻(Hz) f0=參考載波頻率(Hz)(2cos21)-(2cos21)(00BPSKtfftfftaavaaafffff2)()(B00bbffB22參見例8.3 BPSK接收器方框圖 MN2logMfBb2logNfBb通

3、過M元數(shù)字調(diào)制載波所需最小帶寬為：若用N代替M2log上式簡(jiǎn)化為：其中N是NRZ比特編碼數(shù)。QPSK調(diào)制器方框圖 對(duì)上頁所示的QPSK調(diào)制器，構(gòu)造出的真值表、相量表和星座圖 )(sin(sin)(0QPSKtttavtfttftba00242和)2(sin42sin)(0QPSKtftftbvtfftffbb42cos2142cos2100調(diào)制相位未調(diào)載波相位輸出頻譜從fc+fb/4擴(kuò)展到fcfb/4，并且最小帶寬(fN)為：24244bbbcbcffffff參見例8.5QPSK解調(diào)器方框圖 )(sin)(cos)(-sin)(000I0ttttv QPSK 輸入信號(hào) 載波 ttttttttt

4、t)(sin21)(sin21)cos21 (21-)(sin)cos(-sin)(sin(cos)(sin)-sin(0000000020000 (濾波) (等于 0) I0001111cos2sin2sin022221V(0)2tt v 邏輯 I 乘積檢波器的輸出為：Q乘積檢波器的輸出為： Q0000( )(-sin)(cos)(sin)ttttv QPSK 輸入信號(hào) 載波 0000200000000(-sin)(sin)(cos)(sin)-cos(sin)(cos)111(1cos2)sin()sin()222tttttttttt (濾去) (等于 0) Q0001111cos2sin

5、2sin022221V(1)2ttv 邏輯 偏移QPSK8-QAM發(fā)送器 8-QAM輸出相位及幅度-時(shí)間關(guān)系圖參見例8.10最小帶寬傳輸率帶寬效率 周期比特秒周期秒比特赫茲秒比特/確定下面調(diào)制方案的帶寬效率：BPSK、QPSK、8-PSK和16-QAM 周期比特帶寬效率 1Hzb/s 1 MHz10 Mb/s10:BPSK周期比特帶寬效率 2Hzb/s 2MHz 5Mb/s 10:QPSK周期比特帶寬效率 3Hzb/s 3 MHz33. 3 Mb/s10:PSK-8周期比特帶寬效率 4Hzb/s 4 MHz5 . 2 Mb/s10:QAM-16FSK、PSK和QAM的各種性能調(diào)制編碼帶寬(Hz

6、)波特帶寬效率(b/s/Hz)FSKBPSKQPSK8-PSK8-QAM16-PSK16-QAM單比特單比特雙比特三比特三比特四比特四比特fbfbfb/2fb/3fb/3fb/4fb/4fbfbfb/2fb/3fb/3fb/4fb/411233448.6 載波恢復(fù) BPSK接收器的平方環(huán)載波恢復(fù)電路采用BPSK，只有兩種相位輸出：sin0t和sin0t。平方環(huán)電路的工作過程可以用如下數(shù)學(xué)表達(dá)式描述：對(duì)于信號(hào)為sin0t的平方環(huán)電路的輸出為： (濾去) =tt002cos21212cos121 vo(t)=(sin0t)(sin0t)=sin20t 對(duì)于信號(hào)為sin0t的平方環(huán)電路的輸出為： (

7、濾去) =tt002cos21212cos121 vo(t)=(sin0t)(sin0t)=sin20t 當(dāng)用普通的PLL代替BPF時(shí)，邊環(huán)與平方環(huán)電路產(chǎn)生相同的結(jié)果。這種恢復(fù)方法使用兩個(gè)并行的跟蹤環(huán)(I和Q)同時(shí)提取I、Q信號(hào)分量，以驅(qū)動(dòng)VCO。同相環(huán)路(I)在PLL中使用VCO，正交環(huán)路(Q)使用90相移的VCO信號(hào)。一旦VCO頻率等于被抑制的載波頻率，I、Q信號(hào)乘積就會(huì)產(chǎn)生與任何VCO的相位差成正比的誤差電壓。誤差電壓又控制相位，從而控制VCO的頻率。 再調(diào)制方法比平方環(huán)和邊環(huán)的調(diào)整時(shí)間更快 。載波-噪聲功率比是平均載波功率(載波功率和邊帶功率之和)和熱噪聲功率之比，載波功率可以用瓦特或

8、毫瓦分貝(dBm)描述 ：0.001lg10(w)dBm(CC熱噪聲功率表達(dá)式為： N=KTB(W) N=熱噪聲功率(W)K=玻爾茲曼常數(shù)(1.381023 J/K)T=溫度(開氏溫標(biāo)：OK=273，室內(nèi)溫度=290 K)B=帶寬（Hz）001. 0lg10)dBm(KTBNKTBCNC(無單位比值) 載波-噪聲功率比等于： (dBm)(dBm)log10)dB(NCNCNC用dB表示為 每比特能量指單個(gè)信息比特的能量。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：)J/b(bbCTE 每比特能量與噪聲功率密度之比用于比較兩個(gè)或多個(gè)采用不同的傳輸速率(比特率)、調(diào)制方案(FSK、PSK和QAM)和編碼技術(shù)(M元)的數(shù)字調(diào)制

9、系統(tǒng)。 能量與比特噪聲功率密度之比是在1 Hz帶寬內(nèi)單個(gè)比特能量與噪聲功率的簡(jiǎn)單比值。因此，/將所有的多相調(diào)制方案規(guī)化成一個(gè)普通噪聲帶寬，這樣，就可以對(duì)它們的誤碼性能進(jìn)行簡(jiǎn)單而精確的比較。 的數(shù)學(xué)表達(dá)為： bbbNfCBBNfCNE/00NEb0NEb是每比特與能量噪聲功率密度之比 bfBNC Eb/N0就是載噪功率比和噪聲帶寬與比特率比值的乘積。而且，當(dāng)帶寬等于比特率時(shí)，Eb/N0=C/N。 參見例8.12閾值的一般公式是： MTP對(duì)PSK而言，信號(hào)點(diǎn)間的最大范圍的一般公式為： DdM2/2360sinsin一個(gè)M元PSK系統(tǒng)的誤比特率的一般表達(dá)式為：erf(z)log1)(2MeP PSK誤碼區(qū) PSK調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率 對(duì)于每個(gè)軸上L個(gè)電平的QAM系統(tǒng)，相鄰信號(hào)點(diǎn)間距離的一般表達(dá)式為：DLd12其中，d=誤碼距離L=每個(gè)坐標(biāo)軸的電平數(shù)D=峰值信號(hào)幅度erfc(z)1log1)(2LLLeP QAM調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率 0NEb調(diào)制技術(shù)C/N比(dB) 比(dB)BPSKQPSK4-QAM8-QAM8-