數(shù)字頻帶傳輸 v13

通信系統(tǒng)原理北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)計算與網(wǎng)絡(luò)科學(xué)實驗室/郭宇春ychguo@1Chap6.數(shù)字頻帶信號傳輸數(shù)字調(diào)制概述幅移鍵控2ASK頻移鍵控2FSK相移鍵控2PSK多元數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制概述數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制3數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)不受信道、天線等限制可實現(xiàn)多路頻分復(fù)用抗噪聲能力比基帶傳輸高數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制在發(fā)送端將數(shù)字基帶信號頻譜搬移到帶通信道的通帶內(nèi)；在接收端解調(diào)還原為原基帶信號的過程。載波的選擇：連續(xù)波（正弦或余弦）數(shù)字調(diào)制方法根據(jù)調(diào)制器參數(shù):ASK；FSK；PSK線性調(diào)制和非線性調(diào)制二元調(diào)制和多元調(diào)制（基帶信號類型）調(diào)制信號：數(shù)字基帶信號，

有限取值已調(diào)信號：波形種類有限接收端：估計送出的波形

是哪一種性能參數(shù)：誤碼率實現(xiàn)方法：可鍵控實現(xiàn)注意：與模擬調(diào)制對比！數(shù)字調(diào)制方法開關(guān)法(On-off)或鍵控法ASK,FSK,PSK幅移鍵控頻移鍵控相移鍵控5.2幅移鍵控ASK產(chǎn)生方法信號波形與功率譜解調(diào)方法誤碼性能分析72023/2/48調(diào)制原理用數(shù)字信號控制載波幅度的變化稱為數(shù)字調(diào)幅二元幅移鍵控（ASK,2ASK):用二進(jìn)制的數(shù)字信號去調(diào)制載波幅度，反映出數(shù)字信號的兩個狀態(tài)基本原理像開關(guān)一樣控制載波的有無，通斷鍵控（OOK)ASK信號的時間表達(dá)式

一般表達(dá)式

Tb－碼元周期

g(t)－數(shù)字信號的時間波形

an

－第n個碼元的電平取值

也稱為OOK(On-offkeying)信號調(diào)制信號載波信號ASK產(chǎn)生方法乘法器法、鍵控法(開關(guān)鍵控法OOK)ASK信號波形ASK信號的功率譜ASK信號的功率譜ASK信號的功率

PASK=A2/4(W)基帶信號有效帶寬

Bb

=1/TB=RBHzASK信號有效帶寬B=2BbHzASK信號頻帶利用率 =Rb/B=?bit/s/HzASK信號的解調(diào)相干解調(diào)非相干解調(diào)BPF輸出解調(diào)器輸出判決器輸入ASK信號相干解調(diào)誤碼性能P(1)=P(0),最佳閾值電平Vbo=A/2此條件下誤碼率A：信號幅度2=noBBPF=2noRB為敘述簡潔，忽略相干解調(diào)器輸出的1/2系數(shù)ASK信號非相干解調(diào)誤碼性能BPF輸出LED輸出包絡(luò)信號判決器輸入信號誤碼率最佳閾值方程式0

1~賴斯分布0~瑞利分布ASK信號非相干解調(diào)誤碼性能等概條件下最佳閾值電平大信噪比此條件下誤碼率0

近似運算萊斯（Rice）分布瑞利（Rayleigh）分布由近似公式

x>>1在>>1時，相干解調(diào)誤碼率優(yōu)于非相干解調(diào)性能相干解調(diào)與非相干解調(diào)性能比較例題ASK傳輸系統(tǒng)，傳送等先驗概率的二元數(shù)字信號序列。已知碼元寬度

，信道輸出端白噪聲功率譜密度為

若利用相干方式接收，限定誤碼率為

求所需ASK接收信號的幅度若保持誤碼率不變，改用非相干接收，需要接收ASK信號幅度是多少？ASK其它傳輸方式抑制載波的雙邊帶數(shù)字調(diào)幅雙極性不歸零碼對載波進(jìn)行相乘的調(diào)制兩路在頻譜上成正交的抑制載波的雙邊帶數(shù)字調(diào)幅可組成正交調(diào)幅系統(tǒng)單邊帶和殘余邊帶數(shù)字調(diào)幅提高頻帶利用率課外思考題（選作）在600-3000Hz頻帶內(nèi)的PSTN信道傳送Rb=2.4kb/s的ASK信號，以f0=2.4KHz為載頻，利用VSB下邊帶傳輸VSB的滾降系數(shù)？滾降濾波器的滾降系數(shù)？滾降低通VSBPSTN信道Xf05.3頻移鍵控FSK產(chǎn)生方法信號波形與功率譜解調(diào)方法誤碼性能分析20FSK信號的產(chǎn)生鍵控法（頻率轉(zhuǎn)換法）乘法器法21FSK信號相位連續(xù)？用二進(jìn)制基帶信號控制載波的頻率變化，使其頻率在f1和f2兩個頻率點間變化，稱為2FSKFSK信號波形兩個不同載頻的ASK信號波形的疊加相位不連續(xù)

FSK的時間表示式Tb－碼元周期g(t)－數(shù)字信號的時間波形n和n分別是第n個信號碼元（1或0）的初始相位當(dāng)碼元周期不是載波周期整數(shù)倍時，對于不同的n,n和

n不一定恒定簡化分析，視初始相位為零，則

連續(xù)相位頻移鍵控信號CPFSK壓控振蕩法直接調(diào)頻法24壓控振蕩器

FSK信號設(shè)計信號正交條件碼率與載波頻率的關(guān)系

傳號、空號比特（碼元）能量相等m為正整數(shù)1碼0碼頻率差FSK表示式002-2/301.0FSK信號相關(guān)系數(shù)頻移指數(shù)FSK(不連續(xù)相位)CPFSK

最小頻移鍵控MSKFSK信號功率譜及帶寬FSK信號的有效帶寬

FSK信號的功率

PFSK=A2/2(W)概率P=?FSK信號功率譜示意（單邊）頻移指數(shù)二進(jìn)制CPFSK信號功率譜及帶寬CPFSK譜形狀隨兩載頻之差大小而變化若|f1–f2|<Rb，連續(xù)譜在fc

處出現(xiàn)單峰;否則出現(xiàn)雙峰Rb

=1/Tb為基帶信號帶寬

fc為兩個載頻的中心頻率FSK信號的解調(diào)相干解調(diào)非相干解調(diào)比較判決1>2“1”碼1<2“0”碼比較判決V1>V2“1”碼V1<V2“0”碼2T__帶寬FSK信號誤碼性能相干解調(diào)非相干解調(diào)FSK相干解調(diào)誤碼性能分析(optional)31統(tǒng)計特性相同BPF1輸出BPF2輸出各支路解調(diào)器輸出取樣判決式與先驗概率無關(guān)FSK特點比較判決無確定最佳閾值電平的問題不要求發(fā)端P(0)=P(1)占用帶寬大一般5/T~7/TCPFSKMSK：最小頻移鍵控采用2FSK方式在等效帶寬為2400Hz的傳輸信道上傳輸二進(jìn)制數(shù)字。2FSK信號的頻率分別為f1=980Hz，f2=1580Hz，碼元速率RB=300B。接收端輸入（即信道輸出端）的信噪比為6dB。試求：（1）2FSK信號的帶寬；（2）包絡(luò)檢波解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率；（3）相干解調(diào)時系統(tǒng)的誤碼率。例題25.4相移鍵控PSK產(chǎn)生方法信號波形與功率譜解調(diào)方法誤碼性能分析A方式與B方式相位模糊差分相移鍵控DPSK34PSK調(diào)制原理二進(jìn)制相移鍵控（2PSK,PSK,BPSK）：以二元信號控制載波的相位變化，使等幅、恒定載頻的已調(diào)波的相位與待發(fā)數(shù)字信號相對應(yīng)的調(diào)制方式PSK信號n表示第n個符號的絕對相位：也可表達(dá)為PSK信號時間表達(dá)式及波形時間表達(dá)式以載波的不同相位直接表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號——絕對相移相當(dāng)于雙極性ASK信號g(t)：脈寬為Ts的單個矩形脈沖1--0相0--相PSK信號產(chǎn)生直接調(diào)相法鍵控法(相位選擇法)PSK信號的功率譜PSKFSKASK有效帶寬/Hz2/TB2f+2/TB

2/TB功率/WA2/2A2/2A2/4雙極性NRZ碼功率譜PSK信號的解調(diào)誤碼性能相干解調(diào)LPF輸出抽樣信號等先驗概率條件下，最佳閾值電平Vbo=0，與信號電平無關(guān)誤碼率

BPF1cos1tSDRTLPF1x(t)V1>Vbo

“1”碼V1<Vbo

“0”碼A：信號幅度2=n0BBPF相位的選擇：A與B方式A方式０相

相B方式/2相/2相０相相/2相/2相11011101PSK的載波同步PSK功率譜中沒有離散載頻分量不能利用窄帶濾波器提取載波非線性變換產(chǎn)生離散載頻分量平方環(huán)Costas環(huán)閉環(huán)控制:θ

0,但是sin2(+)=sin2倒現(xiàn)象（相位模糊）相位模糊鎖相環(huán)恢復(fù)載波信號與接收載波的相位差可能是0相，也可能是相，稱為相位模糊或“倒”現(xiàn)象反相（倒）時，解決辦法：傳送相鄰碼元的差異DPSK絕對碼相對碼V1>Vbo

“1”碼V1<Vbo

“0”碼實際

“0”碼

“1”碼42差分相移鍵控DPSK的產(chǎn)生發(fā)送系統(tǒng)1101100100000akbkk:0123456相對碼bk

“1變0不變”初始相位

0相cosωct2DPSK(ak)2PSK(bk)相差：0:

0相;1:

相差分相移鍵控DPSK基本原理用載波的相對相位（即相位變化）表示數(shù)字基帶信號，稱為相對相移鍵控或差分相移鍵控（DPSK）為當(dāng)前碼元與前一碼元的載波相位差

前后碼元的相對相位決定信息符號相位差的選擇：A與B方式A方式

=０相

=相B方式=/2相=/2相０相相/2相/2相載頻與碼元速率的關(guān)系46fc=1.5RB2DPSK(ak)cosωct1101100100000akbk47DPSK信號解調(diào):相干解調(diào)cp(t)a(t)b(t)c(t)d(t)akbk-1

BPF載波同步LPF位同步抽樣判決TS2PSK解調(diào)碼反變換bke(t)ak=bk⊕bk-1C(t)

=a(t)*b(t)DPSK信號解調(diào):相干解調(diào)相位模糊不會影響接收端的判決{b’n}{an}發(fā)送輸出相位發(fā)生載波倒時{bn}{an}碼反變換DPSK信號解調(diào):差分相干解調(diào)基本思想：利用相鄰碼字的相位關(guān)系進(jìn)行解調(diào)不需要相干載波相乘器起相位比較作用——相位比較法判決規(guī)則為

=相

=０相DPSK信號解調(diào):差分相干解調(diào)碼元寬度Ts與載波周期TC滿足一定關(guān)系時若TS=kTc，判決規(guī)則為若TS=(k+0.5)Tc

，判決規(guī)則為

DPSK誤碼性能相干解調(diào)誤碼率PSK,誤碼率P’DPSK信號正確判決概率當(dāng)前比特與前1比特都正確，都錯誤錯誤判決規(guī)律DPSK差分相干解調(diào)分析：研討PSK相干解調(diào)誤碼率若P’很小例題3假設(shè)采用2DPSK方式在微波線路上傳送二進(jìn)制數(shù)字信息。已知碼元速率RB=106B，信道中加性高斯白噪聲的單邊功率譜密度n0=210-10W/Hz。要求誤碼率不大于10-4。試求(1)采用差分相干解調(diào)時，接收機(jī)輸入端所需的信號功率；(2)采用相干解調(diào)時，接收機(jī)輸入端所需的信號功率。二元調(diào)制小結(jié)二元調(diào)制系統(tǒng)信號特征調(diào)制解調(diào)方法誤碼性能性能比較有效性可靠性信號信道敏感性目前應(yīng)用較多的二元數(shù)字調(diào)制方式相干2DPSK：高速數(shù)據(jù)傳輸非相干2FSK：中、低速數(shù)據(jù)傳輸有效性頻帶