通信原理第8章教案和習(xí)題課件

1、通信原理第8章教案和習(xí)題通信原理第8章教案和習(xí)題8.1 引 言數(shù)字調(diào)制調(diào)制信號為數(shù)字基帶信號，載波為正弦載波，已調(diào)信號的幅度、頻率、相位只有有限的幾種取值。所以又稱為數(shù)字鍵控。調(diào)幅（幅度鍵控，ASK)調(diào)頻（頻移鍵控， FSK)調(diào)相（相移鍵控， PSK)2022/9/102西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.1 引 言數(shù)字調(diào)制調(diào)幅（幅度鍵控，ASK)2022/98.1 引 言2022/9/103西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.1 引 言2022/9/45西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.2 二進制振幅調(diào)制2ASK信號的產(chǎn)生2022/9/104西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.2 二進制振幅調(diào)制2ASK信號的產(chǎn)生2022

2、/9/46西8.2 二進制振幅調(diào)制2ASK信號的功率譜和帶寬s2ASK(t)等于調(diào)制信號s(t)乘以載波信號c(t)，所以s2ASK(t)=s(t)cos2fct其中，調(diào)制信號為單極性NRZ基帶信號，其功率譜帶寬為Rs，含有直流分量。功率譜為2022/9/105西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.2 二進制振幅調(diào)制2ASK信號的功率譜和帶寬s2ASK(8.2 二進制振幅調(diào)制帶寬B=2fs=2Rs，頻帶利用率為 0.5 baud/Hz。功率譜中同時有連續(xù)譜和離散譜，且含載頻分量。2022/9/106西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.2 二進制振幅調(diào)制帶寬B=2fs=2Rs，頻帶利用率為 8.2 二進制振幅調(diào)制

3、解調(diào)原理及抗噪聲性能 相干解調(diào)原理判決規(guī)則：2022/9/107西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.2 二進制振幅調(diào)制解調(diào)原理及抗噪聲性能 相干解調(diào)原理判決8.2 二進制振幅調(diào)制2022/9/108西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.2 二進制振幅調(diào)制2022/9/410西南交通大學(xué)電氣工8.2 二進制振幅調(diào)制抽樣判決LPF定時脈沖BPFn(t)ni(t) s2ASK(t)x(t) s2ASK(t)相干解調(diào)抗噪聲性能（忽略系數(shù)1/2）2022/9/109西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.2 二進制振幅調(diào)制抽樣判決LPF定時脈沖BPFn(t)n8.2 二進制振幅調(diào)制nI(t)和a+nI(t)分別是均值為零和a的低通型

4、高斯噪聲，方差都與ni(t)的方差相同。所以，nI(t)和a+nI(t)的取樣值都是高斯隨機變量，均值分別為0和a，方差都為因此取樣值的概率密度函數(shù)分別為（“0”碼）（“1”碼）2022/9/1010西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.2 二進制振幅調(diào)制nI(t)和a+nI(t)分別是均值為8.2 二進制振幅調(diào)制 峰值信噪比2022/9/1011西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.2 二進制振幅調(diào)制 峰值信噪比2022/9/413西8.2 二進制振幅調(diào)制非相干解調(diào)原理2022/9/1012西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.2 二進制振幅調(diào)制非相干解調(diào)原理2022/9/414西南8.2 二進制振幅調(diào)制非相干解調(diào)抗噪聲

5、性能當(dāng) r 1時，0 xVTf0(x)，瑞利分布f1(x)，萊斯分布2022/9/1013西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.2 二進制振幅調(diào)制非相干解調(diào)抗噪聲性能當(dāng) r 1時，8.3 二進制頻率調(diào)制2FSK信號的產(chǎn)生2022/9/1014西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.3 二進制頻率調(diào)制2FSK信號的產(chǎn)生2022/9/4168.3 二進制頻率調(diào)制2022/9/1015西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.3 二進制頻率調(diào)制2022/9/417西南交通大學(xué)電氣工8.3 二進制頻率調(diào)制2FSK信號的功率譜和帶寬2022/9/1016西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.3 二進制頻率調(diào)制2FSK信號的功率譜和帶寬2022/98

6、.3 二進制頻率調(diào)制2FSK信號可以看成是兩個載波頻率分別為f1和f2的2ASK信號的和。由于“1”、“0”統(tǒng)計獨立，因此，2FSK信號功率譜密度等于這兩個2ASK信號功率譜密度之和。功率譜中同時含有兩個載波分量。功率譜的形狀決定于兩個載頻的大小。(單峰、雙峰）2FSK信號的帶寬為B = |f1-f2|+2fs2022/9/1017西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.3 二進制頻率調(diào)制2FSK信號可以看成是兩個載波頻率分別8.3 二進制頻率調(diào)制解調(diào)原理及抗噪聲性能2022/9/1018西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.3 二進制頻率調(diào)制解調(diào)原理及抗噪聲性能2022/9/428.3 二進制頻率調(diào)制抽樣判決規(guī)則

7、：2022/9/1019西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.3 二進制頻率調(diào)制抽樣判決規(guī)則：2022/9/421西南8.3 二進制頻率調(diào)制相干解調(diào)抗噪聲性能nI1、 nI2都是均值為0、方差為2n的高斯隨機變量，所以x是均值為a、方差為22n的高斯隨機變量。2022/9/1020西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.3 二進制頻率調(diào)制相干解調(diào)抗噪聲性能nI1、 nI2都是8.3 二進制頻率調(diào)制0axf1(x)-af0(x)非相干解調(diào)的抗噪聲性能2022/9/1021西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.3 二進制頻率調(diào)制0axf1(x)-af0(x)非相干解8.4 二進制相位調(diào)制絕對調(diào)相（2PSK）2PSK信號的產(chǎn)生電平

8、變換器的作用是將輸入的數(shù)字信息變換成雙極性全占空數(shù)字基帶信號s(t)。2022/9/1022西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制絕對調(diào)相（2PSK）2PSK信號的產(chǎn)生8.4 二進制相位調(diào)制1變0不變0變1不變2022/9/1023西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制1變0不變0變1不變2022/9/428.4 二進制相位調(diào)制2022/9/1024西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制2022/9/426西南交通大學(xué)電氣工8.4 二進制相位調(diào)制例8.4.1 畫出數(shù)字信息1100101的2PSK信號的波形(調(diào)制規(guī)則自定)。(1) 設(shè)碼元周期是載波周期的整數(shù)倍(為畫圖方便

9、設(shè)Ts=2Tc)。(2) 設(shè)碼元周期不是載波周期的整數(shù)倍(設(shè)Ts=1.5Tc)。解 設(shè)調(diào)制規(guī)則為：數(shù)字信息為“1”，載波反相； 數(shù)字信息為“0”，載波相位不變。這一規(guī)則常稱作 “1”變“0”不變。當(dāng)然也可采用相反的規(guī)則：數(shù)字信息為“0”，載波反相； 數(shù)字信息為“1”，載波相位不變，即“0”變“1”不變。當(dāng)Ts=2Tc和Ts=1.5Tc時的2PSK波形圖如圖8.4.2(a)、(b)所示。2022/9/1025西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制例8.4.1 畫出數(shù)字信息110018.4 二進制相位調(diào)制2022/9/1026西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制2022/9/42

10、8西南交通大學(xué)電氣工8.4 二進制相位調(diào)制2PSK信號的功率譜2022/9/1027西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制2PSK信號的功率譜2022/9/428.4 二進制相位調(diào)制2PSK信號的功率譜與2ASK信號的功率譜形狀相同，只是少了一個離散的載波分量，這是由于雙極性數(shù)字基帶信號在“1”、“0”等概時直流分量等于零的緣故。帶寬B=2fs，頻帶利用率為 0.5 baud/Hz。由于無載波分量，所以2PSK只能采用相干解調(diào)。2022/9/1028西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制2PSK信號的功率譜與2ASK信號的功8.4 二進制相位調(diào)制2PSK的解調(diào)判決規(guī)則(1變0不

11、變）：（極性比較法解調(diào)）2022/9/1029西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制2PSK的解調(diào)判決規(guī)則(1變0不變）：8.4 二進制相位調(diào)制2022/9/1030西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制2022/9/432西南交通大學(xué)電氣工8.4 二進制相位調(diào)制2PSK的抗噪聲性能誤碼率的基本分析方法是：(1) 求出發(fā)“1”及發(fā)“0”時低通濾波器輸出信號的數(shù)學(xué)表達式。(2) 求出取樣值的概率密度函數(shù)。(3) 求出解調(diào)器的平均誤碼率公式。2022/9/1031西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制2PSK的抗噪聲性能誤碼率的基本分析方8.4 二進制相位調(diào)制對2PSK，假

12、設(shè)采用1變0不變規(guī)則，2022/9/1032西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制對2PSK，假設(shè)采用1變0不變規(guī)則，28.4 二進制相位調(diào)制2PSK的反向工作問題（倒現(xiàn)象）2PSK信號是以一個固定初相的未調(diào)載波作為參考的。因此，解調(diào)時必須有與此同頻同相的同步載波。由于接收端恢復(fù)載波常常采用二分頻電路，它存在相位模糊，即用二分頻電路恢復(fù)的載波有時與發(fā)送載波同相，有時反相。當(dāng)本地參考載波反相時，則相乘器以后的輸出波形都和載波同頻同相時的情況相反，判決器輸出的數(shù)字信號全錯，與發(fā)送數(shù)碼完全相反，這種情況稱為反向工作。2022/9/1033西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制2PSK

13、的反向工作問題（倒現(xiàn)象）2P8.4 二進制相位調(diào)制2022/9/1034西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制2022/9/436西南交通大學(xué)電氣工8.4 二進制相位調(diào)制相對調(diào)相（差分相移鍵控，2DPSK）2DPSK信號的產(chǎn)生用二進制數(shù)字信息去控制載波相鄰兩個碼元的相位差，使載波相鄰兩個碼元的相位差隨二進制數(shù)字信息變化。載波相鄰兩碼元的相位差定義為n=n-n-1n、n-1分別表示第n及n-1個碼元的載波初相。2022/9/1035西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制相對調(diào)相（差分相移鍵控，2DPSK）28.4 二進制相位調(diào)制由于二進制數(shù)字信息只有“1”和“0”兩個不同的碼元，

14、受二進制數(shù)字信息控制的載波相位差n也只有兩個不同的值。通常選用0和180兩個值?！?”碼、“0”碼和0、180之間有兩種一一對應(yīng)關(guān)系，如圖8.4.10所示?！?”碼n=180 “1”碼n=0“0”碼n=0 “0”碼n=180 (1) (2)2022/9/1036西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制由于二進制數(shù)字信息只有“1”和“0”兩8.4 二進制相位調(diào)制下面都假設(shè)2DPSK調(diào)制都采用對應(yīng)關(guān)系(1)，此對應(yīng)關(guān)系也稱為“1”變“0”不變規(guī)則。參考信號的初相為0參考信號的初相為180 。2022/9/1037西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制下面都假設(shè)2DPSK調(diào)制都采用對應(yīng)

15、關(guān)系8.4 二進制相位調(diào)制2022/9/1038西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制2022/9/440西南交通大學(xué)電氣工8.4 二進制相位調(diào)制由圖8.4.12可見，2DPSK調(diào)制器的輸出信號對輸入的絕對碼an而言是2DPSK信號，但對相對碼bn而言是2PSK信號，所以對于相同的數(shù)字信息序列，2PSK信號和2DPSK信號具有相同的功率譜密度函數(shù)，因此，2DPSK信號的帶寬也為B2DPSK=2fs其中，fs在數(shù)值上等于數(shù)字信息的碼元速率。2DPSK信號的功率譜和帶寬2022/9/1039西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制由圖8.4.12可見，2DPSK調(diào)制器8.4 二進制相

16、位調(diào)制2DPSK信號的解調(diào)c(t)抽樣判決LPF定時脈沖差 分譯 碼an=bnbn-1極性比較法解調(diào)2DPSK信號bn2022/9/1040西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制2DPSK信號的解調(diào)c(t)抽樣判決L8.4 二進制相位調(diào)制2DPSK信號克服反向工作波形示意圖2PSK解調(diào)結(jié)果與bn相同2PSK解調(diào)結(jié)果與bn反相兩種情況差分譯碼結(jié)果與an完全相同2022/9/1041西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制2DPSK信號克服反向工作波形示意圖28.4 二進制相位調(diào)制相位比較法解調(diào)（差分相干解調(diào)）特 點：解調(diào)器同時實現(xiàn)碼變換；無需相干載波；需要一個精確延遲電路。2022

17、/9/1042西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制相位比較法解調(diào)（差分相干解調(diào)）特 點8.4 二進制相位調(diào)制2022/9/1043西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制2022/9/445西南交通大學(xué)電氣工8.4 二進制相位調(diào)制2DPSK的抗噪聲性能極性比較法相位比較法2022/9/1044西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.4 二進制相位調(diào)制2DPSK的抗噪聲性能極性比較法相位比8.5 性能比較帶寬和頻帶利用率設(shè)碼元速率為Rs = fs ，則 B2ASK = B2PSK = 2fs B2FSK = | f2 - f1|+2fs結(jié) 論：2FSK有效性最差。2022/9/1045西南交

18、通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.5 性能比較帶寬和頻帶利用率設(shè)碼元速率為Rs = fs 8.5 性能比較抗噪聲性能（誤碼率）結(jié)論：各信號按抗噪聲性能優(yōu)劣的排列是2PSK相干解調(diào)、2DPSK相干解調(diào)、2DPSK非相干解調(diào)、2FSK相干解調(diào)、2FSK非相干解調(diào)、2ASK相干解調(diào)、2ASK非相干解調(diào)。 2022/9/1046西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.5 性能比較抗噪聲性能（誤碼率）結(jié)論：各信號按抗噪聲性能8.5 性能比較-6 -3 0 3 6 9 12 15 1810-610-710-410-510-210-310010-1非相干ASK相干ASK非相干FSK相干FSKPSKr/dBPe誤碼率隨峰值信噪比的變

19、化曲線2022/9/1047西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.5 性能比較-6 -3 0 8.5 性能比較對信道特性變化的敏感性在2FSK中是比較兩個取樣值的大小來判決其對信道特性變化的敏感性的，沒有人為設(shè)定門限。在2PSK中，判決電平為0，通常選地電位，它很穩(wěn)定，并且與輸入信號幅度無關(guān)，接收機總能保證工作于最佳判決門限狀態(tài)。對2ASK，最佳判決門限為a/2，它與信號幅度有關(guān)。結(jié)論：在信道特性變化時，2ASK方式不容易保證始終工作于最佳判決狀態(tài)，所以它對信道特性變化敏感，性能最差。2022/9/1048西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.5 性能比較對信道特性變化的敏感性在2FSK中是比較兩個8.5 性能比

20、較設(shè)備的復(fù)雜程度對于三種調(diào)制技術(shù)，發(fā)端設(shè)備的復(fù)雜程度相差不多，但接收端的復(fù)雜程度卻和解調(diào)方式有密切關(guān)系。對同一種調(diào)制方式，相干解調(diào)的設(shè)備比非相干解調(diào)的設(shè)備要復(fù)雜得多，因為相干解調(diào)需要提取與調(diào)制載波同頻同相的本地載波。對不同的調(diào)制方式，2FSK解調(diào)相對較復(fù)雜，因為它需要兩個支路。2022/9/1049西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.5 性能比較設(shè)備的復(fù)雜程度對于三種調(diào)制技術(shù)，發(fā)端設(shè)備的復(fù)8.5 性能比較計算舉例例1 2ASK，Rs=4.8106baud，接收端輸入信號幅度a =1 mV，n0=210-15 W/Hz。分別求相干和非相干接收時的誤碼率。解 接收機帶通濾波器帶寬為 B=2Rs=9.610

21、6 Hz 窄帶噪聲功率 峰值信噪比相干接收：非相干接收：2022/9/1050西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.5 性能比較計算舉例例1 2ASK，Rs=4.8108.5 性能比較例2 2FSK，f1=2025Hz， f2=2225Hz， Rs=300baud，信道帶寬3000Hz，信道輸出信噪比為6dB。求： （1）2FSK信號的帶寬； （2）非相干接收時的誤碼率。解 （1）B=|f1-f2|+2Rs=800 Hz （2）BPF帶寬為 Bb= 2Rs=600 Hz，則輸出信噪比為信道輸出信噪比的3000/600=5倍，即2022/9/1051西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.5 性能比較例2 2FSK，

22、f1=2025Hz， f28.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)多進制數(shù)字調(diào)制利用多進制數(shù)字基帶信號去調(diào)制載波的振幅、頻率或相位。MASK、MFSK、MPSK、MDPSK等。特 點：在相同的碼元速率下，提高了信息速率；在相同的信息速率下，降低了碼元速率。增大碼元間隔，可以增加碼元的能量，減小信道特性引起的碼間干擾等。2022/9/1052西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)多進制數(shù)字調(diào)制特 點：2022/8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)正交相移鍵控(QPSK)QPSK就是四進制絕對調(diào)相4PSK，即用四進制數(shù)字信息去控制載波的相位，使載波相位隨四進制數(shù)字信息變化。由于四進制數(shù)字信息有“00”、“01”、“

23、10”、“11”四個不同的碼元，所以已調(diào)載波也有四個不同的相位。為使平均誤碼率盡可能小，應(yīng)等間隔選取四個相位，通常有兩種選擇方法，一種稱為/2型，另一種稱為/4型，如圖8.6.1所示。2022/9/1053西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)正交相移鍵控(QPSK)2022/8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)圖8.6.1 四進制相位調(diào)制相位配置圖（矢量圖）相位從03/2，遞增/2，對應(yīng)代碼11、01、00、10相位從/47/4 ，遞增/2，對應(yīng)代碼11、01、00、102022/9/1054西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)圖8.6.1 四進制相位調(diào)制相位8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技

24、術(shù)QPSK信號的產(chǎn)生下面以產(chǎn)生圖8.6.1中/4型QPSK信號為例來介紹QPSK信號的產(chǎn)生方法。產(chǎn)生QPSK信號的部件稱為QPSK調(diào)制器，如圖8.6.2所示。它的功能是：當(dāng)輸入的數(shù)字信息為“11”、“01”、“00”、“10” 時，分別輸出已調(diào)載波 2022/9/1055西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)QPSK信號的產(chǎn)生2022/9/48.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)串/并變換器將接收到的信息速率為1/Tb的二進制序列同時向上、下兩支路輸出，每個支路送一個比特，所以上、下兩支路的速率是調(diào)制器輸入信息速率的一半。電平變換器的作用是產(chǎn)生雙極性全占空信號I(t)和Q(t)，當(dāng)輸入“1”時，輸

25、出正脈沖；當(dāng)輸入“0”時，輸出負脈沖。QPSK正交調(diào)制器2022/9/1056西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)串/并變換器將接收到的信息速率為18.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)圖8.6.3 QPSK正交調(diào)制器上下支路基帶信號的波形2022/9/1057西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)圖8.6.3 QPSK正交調(diào)制器8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)當(dāng)輸入信息“11”時，串、并變換后，上支路是“1”，下支路也是“1”，電平變換后上、下支路的I(t)和Q(t)都是幅度為1的正脈沖，上支路相乘器輸出為A cos2fct，下支路相乘器輸出為Acos(2fct+/2)， 上、下兩支路的輸出

26、相加得由此可見，當(dāng)輸入信息為“11”時，調(diào)制器輸出相位為/4的載波。2022/9/1058西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)當(dāng)輸入信息“11”時，串、并變換后8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)QPSK相位選擇法調(diào)制器載波發(fā)生器產(chǎn)生四種相位的載波，輸入的數(shù)字信息經(jīng)串/并變換成為雙比特碼元ab(四進制碼)，經(jīng)邏輯選相電路，每次選擇其中的一種載波作為輸出。例如，雙比特碼元ab=11時，輸出相位為/4的載波； 雙比特碼ab=01時，輸出相位為3/4的載波等。用數(shù)字電路或軟件來產(chǎn)生QPSK信號時可采用這種方法。2022/9/1059西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)QPSK相位選擇法調(diào)

27、制器載波發(fā)生器8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)QPSK信號的解調(diào)QPSK信號可以看作兩個載波正交2PSK信號的合成，因此可以由兩個2PSK信號相干解調(diào)器構(gòu)成QPSK解調(diào)器，如圖8.6.5所示。圖中并/串變換器的作用與調(diào)制器中的串/并變換器相反，它是用來將上、下支路所得到的并行數(shù)據(jù)恢復(fù)成串行數(shù)據(jù)的。此法又稱為極性比較法。2022/9/1060西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)QPSK信號的解調(diào)2022/9/48.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)不考慮噪聲及傳輸失真時，接收機收到某一碼元的QPSK信號可表示為yi(t)=a cos(2fct+n)其中，上下兩路低通濾波器的輸出分別為2022/9/1061

28、西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)不考慮噪聲及傳輸失真時，接收機收到8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)根據(jù)QPSK調(diào)制時的相位配置規(guī)定，取樣判決器的判決準則如表8-6-1所示?？梢姡袥Q器是按極性來判決的。即取樣值為正判為“1”，取樣值為負判為“0”。兩路判決器輸出A、B經(jīng)并/串變換器就可恢復(fù)串行信息。2022/9/1062西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)根據(jù)QPSK調(diào)制時的相位配置規(guī)定，8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)QPSK信號的功率譜由于QPSK是由兩路2PSK信號相加得到，又由于兩路2PSK信號是互相獨立的，所以QPSK的功率譜等于上、下兩支路2PSK功率譜的疊加?！?”、

29、“0”等概時的QPSK功率譜如圖8.6.6的所示。2022/9/1063西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)QPSK信號的功率譜2022/9/8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)由于上、下兩個支路上的每個比特持續(xù)時間是輸入信息比特的兩倍，即QPSK調(diào)制時碼元間隔為Ts=2Tb，所以圖8.6.6中的fs=1/Ts，在數(shù)值上它等于QPSK調(diào)制器輸入端信息速率的一半。因此，當(dāng)QPSK調(diào)制器輸入信息速率為Rb時，QPSK調(diào)制信號的主瓣帶寬為BQPSK=2fs=Rb由此可見，QPSK調(diào)制信號的帶寬在數(shù)值上等于輸入的二進制信息速率，而2PSK調(diào)制信號的帶寬是輸入二進制信息速率的兩倍(即2Rb)，所以，QP

30、SK的頻帶利用率比2PSK的頻帶利用率高一倍，為2022/9/1064西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)由于上、下兩個支路上的每個比特持續(xù)8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)正交振幅調(diào)制(QAM) 所謂正交振幅調(diào)制，是用兩個獨立的基帶波形，對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波的雙邊帶調(diào)制后相加，合成為一路信號的調(diào)制方式，記作QAM。圖8.6.17 M進制QAM調(diào)制器(MQAM）M=2L2022/9/1065西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)正交振幅調(diào)制(QAM) 圖8.68.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)16QAM信號的產(chǎn)生 M=16，L=4圖8.6.18 16QAM調(diào)制器原理框圖202

31、2/9/1066西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)16QAM信號的產(chǎn)生圖8.6.188.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)圖中，串/并變換器將接收的速率為Rb=1/Tb的二進制序列分配到上、下兩個支路上，每支路的比特速率為Rb/2。2-4電平變換器是一個四電平雙極性基帶信號產(chǎn)生器，其輸入/輸出波形圖如圖8.6.19所示。雙比特信息和四個雙極性電平之間的對應(yīng)關(guān)系應(yīng)符合格雷碼要求，即相鄰兩電平所表示的兩個雙比特信息中只有一位不同。波形圖8.6.19中所采用的對應(yīng)關(guān)系是：01-3、00-1、10+1、11+3。2022/9/1067西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)圖中，串/并變換器將

32、接收的速率為R8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)圖8.6.19 2-4電平變換器輸入/輸出波形2022/9/1068西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)圖8.6.19 2-4電平變換器8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)兩個電平變換器的輸出I(t)和Q(t)分別與兩個正交的載波cos2fct、-sin2fct相乘，然后相加，得到16QAM信號，其表達式為式中，I(t)=1, 3; Q(t)=1, 3。由于I(t)和Q(t)可能的組合有16種，所以合成后的QAM信號有16個狀態(tài)，如圖8.6.20所示。此圖也稱為星座圖。2022/9/1069西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)兩個電平變換器的輸

33、出I(t)和Q(8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)舉例：I(t)=+1，Q(t)=+3則+1+3圖8.6.20 16QAM星座圖+1Q(t)I(t)+3-1-3-3-1+1+310101011111111101000110010011101010100010100000001100010011100112022/9/1070西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)舉例：I(t)=+1，Q(t)=+8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)an 0011001000010011100001010110 bn 01 01 00 01 10 00 01cn 01 00 01 01 00 11 10I(t) -3 -3

34、-1 -3 +1 -1 -3 Q(t) -3 -1 -3 -3 -1 +3 +12022/9/1071西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)an 001100108.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)從圖8.6.20可以看出，16QAM信號其幅度Ai有3種取值，相位i有12種取值。由此可知，QAM是一種幅度和相位雙重受控的數(shù)字調(diào)制方式。所以QAM信號的幅度不是恒定的，它不是一種恒包絡(luò)調(diào)制，它不適合在非線性信道上傳輸。但它是一種頻帶利用率很高的數(shù)字調(diào)制方式，如16QAM一個符號內(nèi)攜帶4 b信息(上支路2 b、下支路2 b)。目前，QAM調(diào)制主要應(yīng)用于有線通信中，在有線MODEM中已采用了32QAM、

35、64QAM、128QAM、256QAM等調(diào)制方式。2022/9/1072西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)從圖8.6.20可以看出，16QA8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)16QAM信號的解調(diào)16QAM解調(diào)是圖8.6.18所示調(diào)制的逆過程，也可采用正交解調(diào)。其解調(diào)原理如圖8.6.21所示。圖8.6.21 16QAM解調(diào)器原理框圖2022/9/1073西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)16QAM信號的解調(diào)圖8.6.218.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)由圖8.6.21可見，16QAM解調(diào)器原理圖與QPSK解調(diào)器原理圖從表面上看是一樣的，但實際上兩個原理圖中取樣判決器的工作是不同的。16

36、QAM解調(diào)器中的取樣判決器有三個門限電平，分別是0、2，判決規(guī)則如下：(1) 當(dāng)取樣值介于0和+2之間時，判為+1電平，輸出10。(2) 當(dāng)取樣值大于+2時，判為+3電平，輸出11。(3) 當(dāng)取樣值介于0和-2之間時，判為-1電平，輸出00。(4) 當(dāng)取樣值小于-2時，判為-3電平，輸出01。2022/9/1074西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)由圖8.6.21可見，16QAM解8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)其它進制的MQAM信號的解調(diào)框圖與圖8.6.21相同，所不同的是取樣判決器的門限電平數(shù)。當(dāng)信號功率相同時，M越大，則門限電平數(shù)越多，門限之間的距離就越小，越容易造成錯誤判決，所以

37、誤碼率也越高。當(dāng)然，M越大，頻帶利用率也越高。所以，頻帶利用率與誤碼性能往往是矛盾的。2022/9/1075西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)其它進制的MQAM信號的解調(diào)框圖與8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)最小頻移鍵控(MSK) MSK有時也叫做快速頻移鍵控(FFSK)。它可以看成調(diào)制指數(shù)為0.5的二進制連續(xù)相位頻移鍵控(CPFSK)，也可以看成具有正弦符號加權(quán)的OQPSK。“連續(xù)相位”是指在當(dāng)前所要討論的碼元范圍，其起始相位要等于與之相鄰的前一碼元的終止相位。2022/9/1076西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)最小頻移鍵控(MSK) 20228.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)

38、FSK信號及其功率譜MSK信號及其功率譜2022/9/1077西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)FSK信號及其功率譜MSK信號及其8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)最小頻移鍵控(MSK) MSK有時也叫做快速頻移鍵控(FFSK)。它可以看成調(diào)制指數(shù)為0.5的二進制連續(xù)相位頻移鍵控(CPFSK)，也可以看成具有正弦符號加權(quán)的OQPSK?！斑B續(xù)相位”是指在當(dāng)前所要討論的碼元范圍，其起始相位要等于與之相鄰的前一碼元的終止相位。MSK信號在一個碼元寬度(0tTs)內(nèi)的表示式如下其中有2022/9/1078西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)最小頻移鍵控(MSK) 其中有28.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)例如，設(shè)f1=2fs，則f2=1.5fs，fc=1.75fs。其中fs為碼元速率，且定義調(diào)制指數(shù)顯然，h=0.5。MSK是調(diào)制指數(shù)h=0.5時的CPFSK。其中ak表示第k個碼元，取值為+1或-1。2022/9/1079西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)例如，設(shè)f1=2fs，則f2=1.8.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)而在