現(xiàn)代通信原理與技術(shù)第06章正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)

第六章正弦載波

數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)

書目6.1引言6.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理6.3多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理6.4改進(jìn)的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)6.1引言數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，為使數(shù)字基帶信號(hào)能夠在信道中傳輸，要求信道應(yīng)具有低通形式的傳輸特性；而大多數(shù)實(shí)際信道具有帶通傳輸特性，基帶信號(hào)不能在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸，必需進(jìn)行調(diào)制。數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制原理相同，一般可以接受模擬調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制信號(hào)。6.1引言數(shù)字調(diào)制是用載波信號(hào)的某些離散狀態(tài)來表征所傳送的信息，在接收端只需對(duì)載波信號(hào)的離散調(diào)制參量進(jìn)行檢測(cè)就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的解調(diào)。依據(jù)已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，數(shù)字調(diào)制也可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制；在線性調(diào)制中，已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與基帶信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，只不過頻率位置發(fā)生了搬移；在非線性調(diào)制中，已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與基帶信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)不同，不僅頻率位置發(fā)生了搬移，而且產(chǎn)生了新的頻率重量。二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)有振幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)和移相鍵控(PSK)三種基本形式；其中振幅鍵控6.1引言

(ASK)屬于線性調(diào)制，而移頻鍵控(FSK)和移相鍵控(PSK)屬于非線性調(diào)制。本章目的要求及重點(diǎn)：二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制、解調(diào)系統(tǒng)原理及抗噪性能；介紹多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制、現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制原理；

6.1引言數(shù)字調(diào)制原理圖：6.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理一、二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)：

1.

2ASK信號(hào)的調(diào)制：

設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制符號(hào)序列由0、1序列組成，發(fā)送0符號(hào)的概率為P，發(fā)送1符號(hào)的概率為1-P，該二進(jìn)制符號(hào)表示為：

則2ASK信號(hào)可表示為：其中：g(t)是持續(xù)時(shí)間為的矩形脈沖；圖

二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)時(shí)間波形6.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理2頻譜

明顯s(t)可看作是單極性隨機(jī)矩形脈沖序列，設(shè)其功率譜密度為，且：其中G(f)是g(t)的頻譜函數(shù)，且：6.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理所以的功率譜密度為：當(dāng)P=1/2時(shí)：零點(diǎn)帶寬B=2fs=2RB；發(fā)濾波器最小帶寬可為fs(理論值)；可將基帶信號(hào)處理后再進(jìn)行2ASK調(diào)制；

6.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理推論：(1)2ASK信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成，連續(xù)譜取決于g(t)經(jīng)線性調(diào)制后的雙邊帶功率譜，而離散譜則由載波重量確定；(2)2ASK信號(hào)相當(dāng)于雙邊帶(DSB)信號(hào)，其帶寬是基帶信號(hào)的兩倍，故其頻帶利用率為1/2；若采用單邊帶(SSB)形式，則其帶寬與基帶信號(hào)相同，頻帶利用率則為1；32ASK的解調(diào)2ASK信號(hào)的解調(diào)可接受包絡(luò)檢波法或相干解調(diào)法。（1）包絡(luò)檢波（非相干解調(diào)）：圖

2ASK信號(hào)非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形（2）相干解調(diào)（同步檢測(cè)法）6.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理二、二進(jìn)制移頻鍵控(2FSK)：1.2FSK信號(hào)的調(diào)制：設(shè)信息流是由二進(jìn)制符號(hào)0、1組成的序列，它們相互獨(dú)立，且0符號(hào)出現(xiàn)的概率為P，1符號(hào)出現(xiàn)的概率1-P；若正弦載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)變更在f1和f2兩個(gè)頻率間變更，則產(chǎn)生二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)。如圖，(a)表示產(chǎn)生相位連續(xù)的2FSK信號(hào)；(b)表示產(chǎn)生相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)；（c）為波形；

圖

數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的原理圖若二進(jìn)制基帶信號(hào)的1符號(hào)對(duì)應(yīng)于載波頻率f1(or1)，0符號(hào)對(duì)應(yīng)于載波頻率f2(or2),則二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式：

其中：g(t)是持續(xù)時(shí)間為的矩形脈沖；和分別是第n個(gè)信號(hào)碼元的初相位；令全部信號(hào)碼元的初相位為零，即==0，則：形成波形：6.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理2頻譜

于是2FSK信號(hào)可以看作是兩個(gè)2ASK信號(hào)的疊加，則由2ASK信號(hào)的頻譜可得的功率譜密度：6.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理當(dāng)P=1/2時(shí)：推論：(1)2FSK信號(hào)的功率譜同樣由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成，其中連續(xù)譜由兩個(gè)雙邊譜疊加而成，而離散譜則出現(xiàn)在載頻位置上；6.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理

(2)若兩個(gè)載頻之差較?。ㄐ∮冢?，則連續(xù)譜出現(xiàn)單峰；若兩個(gè)載頻之差逐步增大（大于），則連續(xù)譜出現(xiàn)雙峰；(3)2FSK信號(hào)的第一零點(diǎn)帶寬約為：2FSK信號(hào)帶寬：（針對(duì)相位不連續(xù)的狀況，相位連續(xù)的狀況頻譜特殊困難）；2解調(diào)(1)包絡(luò)檢波（非相干解調(diào)）：BPF1BPF2整流LPF整流LPF位同步抽樣判決f1f2a(t)b(t)條件：。判決準(zhǔn)則：；

（2）相干解調(diào)（同步解調(diào)）：

BPF1BPF2LPFLPF位同步抽樣判決a(t)b(t)載波同步cosω1t載波同步cosω2t判決準(zhǔn)則同（1）

（3）過零檢測(cè)：基本原理：二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的過零點(diǎn)數(shù)隨載波頻率不同而異，通過檢測(cè)過零點(diǎn)數(shù)從而得到頻率的變更。輸入信號(hào)經(jīng)過限幅后產(chǎn)生矩形波，經(jīng)微分、整流、波形整形，形成與頻率變更相關(guān)的矩形脈沖波，經(jīng)LPF濾除高次諧波，便復(fù)原出與數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)的基帶數(shù)字信號(hào)。判決準(zhǔn)則：

三．2PSK（BPSK確定調(diào)相）當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變更時(shí)，產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控（2PSK）信號(hào)。時(shí)域表達(dá)式：其中：則，當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)1時(shí)，已調(diào)信號(hào)取00相位；發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)0時(shí)，取1800相位。若用表示第n個(gè)符號(hào)的確定相位，則：注：1、常用相位00和1800來分別表示1和0，但也可以相反；2、此相位為各碼元波形的初始相位，它是以此碼元中未調(diào)載波的相位作為參考基準(zhǔn)；說明：在2PSK信號(hào)中，相位變更是以各碼元中未調(diào)載波的相位作為參考基準(zhǔn)的。由于它是利用載波相位的確定值來傳送數(shù)字信息，因而稱為確定調(diào)相。1調(diào)制電子開關(guān)180°°m(t)BNRZcosωct2PSKcosωctm(t)NRZ2PSK100110信息代碼cosωct2PSKcosωct2PSK信息代碼2PSK規(guī)律：

“異變同不變”，即本碼元與前一碼元相異時(shí)，本碼元內(nèi)2PSK信號(hào)的初相相對(duì)于前一碼元內(nèi)2PSK信號(hào)的未相變更180°，相同時(shí)則不變。2．頻譜Peo(f)中無離散譜fc；ps(f)為m(t)的頻譜；當(dāng)p(1)=p(0)時(shí)ps(f)中無直流，帶寬：B=2fs；3.解調(diào)：只能用相干解調(diào)法；

不考慮收、發(fā)濾波器及信道對(duì)2PSK信號(hào)的影響，載波同步器：

2PSK信號(hào)各點(diǎn)波形如下：

載波提取電路中的二分頻器有“1”和“0”兩個(gè)不同的初始狀態(tài)，故其輸出信號(hào)有0、π兩個(gè)不同相位。用其它方法（如castos環(huán)等）提取相干載波時(shí)也會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象，此為相干載波相位模糊現(xiàn)象。由于有兩種相干載波，使解調(diào)輸出有兩種可能，即m(t)或。故工程上一般不用2PSK（除非在發(fā)端插入導(dǎo)頻），而用2DPSK。2PSK的缺陷：四2DPSK（差分相位鍵控，相對(duì)調(diào)相）2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位變更來表示數(shù)字信息。假設(shè)前后相鄰碼元的載波相位差為，定義數(shù)字信息與之間的關(guān)系：提示：1、可理解為前后相鄰碼元初始相位差。2、2DPSK利用前后碼元載波相位的差值傳送數(shù)字信息，因此稱為相對(duì)調(diào)相或差分調(diào)相。1．調(diào)制：

碼變換—2PSK調(diào)制確定碼、相對(duì)碼的轉(zhuǎn)換：(a)確定碼轉(zhuǎn)換成相對(duì)碼；(b)相對(duì)碼轉(zhuǎn)換成確定碼確定碼ak相對(duì)碼bk變更規(guī)律：

“1變0不變”，設(shè)bk初始值為1，各點(diǎn)波形如圖，第一個(gè)碼元內(nèi)信號(hào)的初相可隨意假設(shè)。圖：2DPSK調(diào)制波形ak2DPSK規(guī)律：

“1變0不變”，即信息代碼（確定碼）為“1”時(shí)，本碼元內(nèi)2DPSK信號(hào)的載波初相相對(duì)于前一碼元內(nèi)2DPSK信號(hào)的未相變更180°，信息代碼為“0”時(shí)，則本碼元內(nèi)2DPSK信號(hào)的載波初相相對(duì)于前一碼元內(nèi)2DPSK信號(hào)的末相不變更。2．頻譜：（同2PSK）3．解調(diào)：（1）相干解調(diào)設(shè)收發(fā)濾波器及信道對(duì)2DPSK信號(hào)波形無影響，則各點(diǎn)波形如下：

信息代碼（發(fā)aK）011100a(t)b(t)c(t)d(t)cp(t)e(t)f(t)a-a

110010

01011（2）差分相干解調(diào)（相位比較法）當(dāng)碼元寬度Ts與載波周期TC滿足確定關(guān)系時(shí)才能用此方法解調(diào)2DPSK；設(shè)TS=KTc則判決規(guī)則為：若則判決規(guī)則為：例：6．3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能

通信系統(tǒng)的抗噪性能是指系統(tǒng)克服加性噪聲影響的實(shí)力。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，衡量系統(tǒng)抗噪性能的重要指標(biāo)是誤碼率，因此，分析二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能，也就是分析在信道等效加性高斯白噪聲的干擾下系統(tǒng)的誤碼性能，得出誤碼率與信噪比之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。條件：信道特性是恒參信道，在信號(hào)的頻帶范圍內(nèi)其具有志向矩形的傳輸特性(可取為k)；噪聲為加性高斯白噪聲，其均值為0，方差為；一、數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)無碼間串?dāng)_條件

線性數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)（二進(jìn)制或多進(jìn)制ASK、PSK、QAM等）：Gmc(f)gm(t)δ(t)g(t)→Hc(f)波形形成Gm(f)發(fā)濾波器信道GTc’(f)Cc(f)h(t)→H(f)收濾波器GRc(f)LPF調(diào)制gmc(t)抽樣判決x(t)→xc(f)cosωctHc(f)H(f)當(dāng)h(t)、H(f)與基帶系統(tǒng)相同時(shí)，系統(tǒng)無碼間串?dāng)_，調(diào)制系統(tǒng)頻率特征：式中,設(shè)Hc(f)為降系數(shù)為的余弦特性。00LPF的作用是濾除高頻，在0～（1+）W的范圍內(nèi)可為一常數(shù)，則頻率特性H(f)如下圖：無碼間串?dāng)_的最大碼速率為RB=2W（B）；占用信道帶寬Bc=2(1+α)W；0系統(tǒng)的頻帶利用率（信道的頻帶利用率）：當(dāng)=0時(shí)，無碼間串?dāng)_碼速率數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)無碼間串?dāng)_頻域條件為：二．2ASK系統(tǒng)的抗噪性能

1．包絡(luò)檢波

BPF包絡(luò)檢波y(t)

抽樣判決低通V(t)cp(t)設(shè)，且包絡(luò)檢波及低通的增益為1，則：

式中，是一個(gè)功率的瑞利分布隨機(jī)變量。

f0(v)f1(v)P10V*avP01發(fā)“1”和發(fā)“0”時(shí)V(kTs)的分布、分別為：廣義瑞利分布如圖：

（設(shè)“1”、“0”等概，下同）

Pe最小時(shí)門限為最佳的限V*，明顯V*應(yīng)滿足是BPF輸出信號(hào)的信噪比；

2ASK系統(tǒng)中應(yīng)滿足r>>1要求，此時(shí)：2．相干解調(diào)

yi(t)BPF

LPF

抽樣判決cosωctV(t)cp(t)y(t)設(shè)LPF增益為2,在一個(gè)碼元的時(shí)間間隔Ts內(nèi)，發(fā)送端輸出的信號(hào)波形sT(t)為：

則：

是一個(gè)均值為0功率為的正分布隨機(jī)變量。

f0(x)f1(x)Vdxf(0/1)f(1/0)利用基帶系統(tǒng)的結(jié)論，當(dāng)發(fā)送的二進(jìn)制符號(hào)“0”和“1”等概時(shí)，可得：

式中，為BPF輸出信號(hào)的信噪比；

例設(shè)某2ASK系統(tǒng)中二進(jìn)制碼元傳輸速率為9600波特，發(fā)送“1”符號(hào)和“0”符號(hào)的概率相等，接收端分別接受同步檢測(cè)法和包絡(luò)檢波法對(duì)該2ASK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。已知接收端輸入信號(hào)幅度a=1mV，信道等效加性高斯白噪聲的雙邊功率譜密度=4×10-13W/Hz。試求:(1)同步檢測(cè)法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)總的誤碼率；(2)包絡(luò)檢波法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)總的誤碼率。解(1)對(duì)于2ASK信號(hào)，信號(hào)功率主要集中在其頻譜的主瓣。因此，接收端帶通濾波器帶寬可取2ASK信號(hào)頻譜的主瓣寬度，即B=2RB=2×9600=19200Hz帶通濾波器輸出噪聲平均功率為σ2n=×2B=4×10-13×2×19200=1.536×10-8W信噪比為

因?yàn)樾旁氡萺≈32.551，

所以同步檢測(cè)法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)總的誤碼率為Pe=(2)包絡(luò)檢波法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)總的誤碼率為Pe==e-8.138=1.46×10-4比較兩種方法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)總的誤碼率可以看出，在大信噪比的狀況下，包絡(luò)檢波法解調(diào)性能接近同步檢測(cè)法解調(diào)性能。三．2FSK

1、非相干解調(diào)：

BPF1BPF2

檢波

檢波低通

低通抽樣判決V1(t)V2(t)cp(t)y1(t)y2(t)若在（0，Ts）發(fā)送“1”信號(hào)，則上下支路兩個(gè)帶通濾波器的輸出波形及包絡(luò)分別為：

V1f(V2)p(V1<V2)V2

在2FSK信號(hào)的解調(diào)器中，判決是對(duì)上下兩路包絡(luò)的抽樣值進(jìn)行比較，即：當(dāng)V1(t)的抽樣值V1大于V2(t)的抽樣值V2時(shí)，判決器輸出為“1”，此時(shí)為正確判決；當(dāng)V1(t)的抽樣值V1小于V2(t)的抽樣值V2時(shí)，判決器輸出為“0”，此時(shí)為錯(cuò)誤判決，錯(cuò)誤概率為：

令

（“1”、“0”等概）

2、相干解調(diào)：

BPFBPFLPFLPF

抽樣判決cosω1tcosω2tV2(t)V1(t)yi(t)y1(t)y2(t)發(fā)送端產(chǎn)生的2FSK信號(hào)可表示為：

圖2FSK信號(hào)接受同步檢測(cè)法性能分析模型其中：

在（0，TS）時(shí)間間隔，信道輸出合成波形yi(t)：

假設(shè)在（0，Ts）內(nèi)發(fā)送“1”信號(hào)，則

設(shè)：、的統(tǒng)計(jì)特性相同：均值為0、方差為的高斯隨機(jī)變量，

令則

同理（“1”、“0”等概）；四．2PSK（相干解調(diào)）

BPF

LPF

抽樣判決cosωctV(t)cp(t)為高斯分布隨機(jī)變量，均值為0，方差為

利用雙極性基帶系統(tǒng)的結(jié)論可得：

五．2DPSK

1相干解調(diào)

2PSK解調(diào)TSbkbk-1ak一般圖

2DPSK信號(hào)相干解調(diào)系統(tǒng)性能分析模型為了分析碼反變換器對(duì)誤碼的影響，我們作出一組圖形來加以說明。圖7-30(a)所示波形是解調(diào)出的相對(duì)碼信號(hào)序列，沒有錯(cuò)碼，因此通過碼反變換器變成確定碼信號(hào)序列輸出也沒有錯(cuò)碼。圖7-30(b)所示波形是解調(diào)出的相對(duì)碼信號(hào)序列，有一位錯(cuò)碼，用×表示錯(cuò)碼位置。通過分析可得：相對(duì)碼信號(hào)序列中的一位錯(cuò)碼通過碼反變換器輸出的確定碼信號(hào)序列將產(chǎn)生兩位錯(cuò)碼，用×表示錯(cuò)碼位置。圖7-30(c)所示波形是解調(diào)出的相對(duì)碼信號(hào),序列中有連續(xù)兩位錯(cuò)碼，用×表示錯(cuò)碼位置。此時(shí)相對(duì)碼信號(hào)序列中的連續(xù)兩位錯(cuò)碼通過碼反變換器輸出的確定碼信號(hào)序列也只產(chǎn)生兩位錯(cuò)碼，用×表示錯(cuò)碼位置。由圖7-30(c)可以看出，碼反變換器輸出的確定碼信號(hào)序列中，兩個(gè)錯(cuò)碼中間的一位碼由于相對(duì)碼信號(hào)序列中的連續(xù)兩次錯(cuò)碼又變正確了。圖7-30(d)所示波形是解調(diào)出的相對(duì)碼信號(hào)序列中有連續(xù)五位錯(cuò)碼，用×表示錯(cuò)碼位置。此時(shí)碼反變換器輸出的確定碼信號(hào)序列也只產(chǎn)生兩位錯(cuò)碼，用×表示錯(cuò)碼位置。由于相對(duì)碼信號(hào)序列中有前后兩個(gè)錯(cuò)碼從而使得輸出確定碼序列中兩個(gè)錯(cuò)碼之間的四位碼都變正確了。依次類推，若碼反變換器輸入相對(duì)碼信號(hào)序列中出現(xiàn)連續(xù)n個(gè)錯(cuò)碼，則輸出確定碼信號(hào)序列中也只有兩個(gè)錯(cuò)碼。圖7–30碼反變換器對(duì)錯(cuò)碼的影響P1=(1-Pe)Pe(1-Pe)=(1-Pe)2PeP2=(1-Pe)P2e(1-Pe)=(1-Pe)2P2ePn=(1-Pe)Pne(1-Pe)=(1-Pe)2Pne將式(7.2-69)代入式(7.2-68)可得

P′e=2(1-Pe)2(Pe+P2e+…+Pne+…)=2(1-Pe)2Pe(1+Pe+P2e+…+Pne+…)

因?yàn)檎`碼率Pe小于1，所以下式成立:P′e=2(1-Pe)Pe(7.2-70)將2PSK信號(hào)接受相干解調(diào)時(shí)的誤碼率表示式(7.2-66)代入式(7.2-70)，則可得到2DPSK信號(hào)接受相干解調(diào)加碼反變換器方式解調(diào)時(shí)的系統(tǒng)誤碼率當(dāng)相對(duì)碼的誤碼率時(shí)，式(7.2-70)可近似表示P′e=2Pe(7.2-72)即此時(shí)碼反變換器輸出端確定碼序列的誤碼率是碼反變換器輸入端相對(duì)碼序列誤碼率的兩倍?？梢?，碼反變換器的影響是使輸出誤碼率增大。2差分相干解調(diào)

假設(shè)發(fā)送符號(hào)“1”，且前一個(gè)時(shí)刻發(fā)送的也是“1”，則帶通濾波器和延遲器輸出為：

BPFTsLPF抽樣判決位同步y(tǒng)1(t)cdey2(t)cp(t)低通濾波器的輸出在抽樣時(shí)刻樣值為：

若x>0判決為“1”——正確判決；若x<0判決為“0”——錯(cuò)誤判決；

6．4二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能比較

一．有效性

信號(hào)帶寬：2ASK、2DPSK為

2FSK為：B=

占用信道帶寬：2ASK、2DPSK最小為

2FSK為最小，為

頻帶利用率：2ASK2DPSK

2FSK

可見2ASK、2DPSK的有效性相同且優(yōu)于2FSK；

二．牢靠性2ASK相干解調(diào)2ASK非相干解調(diào)2FSK相干解調(diào)2FSK非相干解調(diào)2PSK極性比較法解調(diào)2DPSK差分檢測(cè)法解調(diào)2DPSK極性比較法解調(diào)三說明在每一對(duì)相干和非相干的鍵控系統(tǒng)中，相干方式略優(yōu)于非相干方式；另外，在相同的誤碼率條件下，對(duì)信噪比的要求2PSK比2FSK小3dB、2FSK比2ASK小3dB，因而在抗加性高斯白噪聲方面，2PSK優(yōu)于2FSK，2ASK最差。1.對(duì)信道特性變更的敏感度：2FSK系統(tǒng)干脆比較兩路解調(diào)輸出的大小來做出判決，不須要人為地設(shè)置判決門限；2PSK系統(tǒng)的最佳判決門限為零，與接收機(jī)輸入信號(hào)幅度無關(guān)，因而它不隨信道特性的變更而變更；2ASK系統(tǒng)的最佳判決門限為a/2，與接收機(jī)輸入信號(hào)幅度有關(guān)，它跟隨機(jī)信道特性的變更而變更，從而導(dǎo)致誤碼率增大，因而2ASK系統(tǒng)對(duì)信道特性的變更最為敏感。2.設(shè)備的困難程度：三種調(diào)制系統(tǒng)的發(fā)送端設(shè)備困難程度相差不大；在接收端，接受相干解調(diào)時(shí)的設(shè)備要比接受非相干解調(diào)時(shí)的困難，同樣接受相干解調(diào)，2PSK系統(tǒng)的設(shè)備最困難，2FSK系統(tǒng)次之，2ASK系統(tǒng)最簡(jiǎn)潔。3.適用范圍：目前接受最多的是相干2DPSK方式和非相干2FSK方式；相干2DPSK方式主要用于高速數(shù)據(jù)傳輸，而非相干2FSK方式則用于中、低速數(shù)據(jù)傳輸中，特殊是在信道衰落較為嚴(yán)峻時(shí)，它有著廣泛的應(yīng)用。6.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)一、多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)：在現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式應(yīng)用特殊廣泛，其中包括多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制、多進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制和多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制。與二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)相比，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1)在相同的碼元傳輸速率下，N進(jìn)制(N>2)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的傳信率高于二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)：(2)在相同的信息傳輸速率下，N進(jìn)制(N>2)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的傳碼率低于二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)：6.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)

(3)在相同的噪聲下，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能低于二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)；二、多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制的原理及抗噪聲性能：

多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制又稱為多電平調(diào)制，在相同的碼元傳輸速率下，其傳信率比二進(jìn)制系統(tǒng)高的多，而其傳輸帶寬與二進(jìn)制系統(tǒng)相同，因而它的傳輸效率較高，其最高頻帶利用率將超過2bit/s·Hz。三、多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制系統(tǒng)（MASK多電平調(diào)制）

6.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)其中：且：

6.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)如圖所示，比較M電平調(diào)制信號(hào)波形與2ASK信號(hào)波形可以發(fā)覺，M電平調(diào)制信號(hào)可以由M個(gè)在時(shí)間上互不重疊且振幅各不相同的2ASK信號(hào)疊加而成，其功率譜密度就是M個(gè)2ASK信號(hào)的功率譜密度之和。

6.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)其中：系統(tǒng)總的誤碼率為：其中：r為接收端輸入信噪比；6.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)四、多進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制的原理及抗噪聲性能：（MFSK多頻調(diào)制）

多進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制簡(jiǎn)稱多頻制，其系統(tǒng)組成框圖如下：

6.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)多頻制的信號(hào)帶寬定義為：，其中為最高選用頻率，為最低選用頻率，為單個(gè)碼元信號(hào)的寬度；由于占據(jù)頻帶較寬，多頻制一般用于低速場(chǎng)合。多頻系統(tǒng)相干檢測(cè)和非相干檢測(cè)時(shí)的誤碼率都僅與信噪比r以及進(jìn)制數(shù)M有關(guān)：在M確定的狀況下，r越大，則越??；在r確定的狀況下，M越大，則越大；相干檢測(cè)性能與非相干檢測(cè)性能之間的差距將隨M的增大而減小，而且在同一M下，二者將隨信噪比r的增加而趨于同一極限值。三、4PSK與4DPSK

1．4PSK(QPSK)MPSK，特殊是4PSK是目前微波和衛(wèi)星數(shù)字通信中最常用的一種數(shù)字調(diào)制方式，它具有較高的頻譜利用率，較強(qiáng)的抗干擾性能，同時(shí)在電路中易于實(shí)現(xiàn)，成為通信中的主要調(diào)制方式。MPSK是把2周期等間隔地分為L(zhǎng)個(gè)相位點(diǎn)：分別對(duì)應(yīng)每個(gè)碼元的載波信號(hào)的初始相位。（1）調(diào)制MPSK調(diào)制信號(hào)表達(dá)式：其中，串/并

單/雙

單/雙-90°xyxyI(t)Q(t)cosωctsinωctI(t)cosωct=2PSKIQ(t)sinωct=2PSKQ4PSK

且g(t)為信號(hào)包絡(luò)，通常為矩形波；是第n個(gè)碼元載波信號(hào)對(duì)應(yīng)的初始相位。對(duì)于4PSK信號(hào)，串/并輸入信號(hào)碼速率等于Rb,輸出信號(hào)碼速率等于，X，Y，I(t),Q(t)信號(hào)的碼元寬度為2Ts，Ts為二進(jìn)制信號(hào)碼之寬度。

雙比特碼元

載波相位

abA方式B方式0005π/410π/27π/411ππ/4013π/23π/44PSK=2PSKI+2PSKQ

1101

10

00xycosωct-cosωctcosωct-cosωctI(t)sinωctsinωct-sinωct-sinωctQ(t)4PSK初相45°135°-45°-135°011110004PSK星座圖S4PSK(t)=cos[ωct-k]=I(t)cosωct+Q(t)sinωctk=45°,135°,-135°,-45°⑵頻譜

fc+fs/2fcfc-fs/2fs=RbB=fs⑶解調(diào)

當(dāng)CI（t）=時(shí)可正確解調(diào)，載波同步存在相位模糊，如：

抽樣判決BPF載波同步90°LPF

LPF位同步抽樣判決串/并CI(t)CQ(t)xyxy四次方

BPF4fC

÷4

BPFfC

-90°4PSKCos4ωctCI(t)CQ(t)CI(t)cosωct-cosωctsinωct-sinωctCQ(t)sinωct-sinωct-cosωctcosωct2．4DPSK（QDPSK）4DPSK信號(hào)是利用前后雙比特碼元之間的載波信號(hào)波形的相對(duì)相位變更來表示數(shù)字信息。為當(dāng)前雙比特碼與前一雙比特碼的載波初相位差。(1)調(diào)制

串/并xy

單/雙單/雙-90°xycosωctsinωct4PSK（ZK相）碼變換4DPSK（ZK絕）y’x’絕對(duì)碼相對(duì)碼ZK絕ZK相Zk絕00101101△k0°90°180°270°；其中，為本雙比特碼元內(nèi)4DPSK信號(hào)的初相；為前一雙比特碼元內(nèi)4DPSK信號(hào)的末相；（2）頻譜同4PSK（3）解調(diào)：a．相干解調(diào)：抽樣判決BPF載波同步90°LPFLPF位同步抽樣判決并/串碼反變換ZK相ZK絕ZK相有四種不同狀況，對(duì)它們進(jìn)行碼反變換后得到同一個(gè)ZK絕。b．差分相干解調(diào)：

設(shè)載波周期TC與雙比特碼元寬度TS4之間的關(guān)系為TS4=KTC，此時(shí)一個(gè)碼元內(nèi)4DPSK的初與末相相同；

BPF

Ts4-45°45°LPF

LPF

抽樣判決

抽樣判決位同步并/串y(t)y1(t)y2(t)I(t)Q(t)xyxyΔkI(t)Q(t)xy0 ++00π/2 —+10π ——113π/4 +—01

6.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)

四、正交振幅調(diào)制(QAM)的原理及抗噪聲性能：正交振幅調(diào)制是利用兩個(gè)獨(dú)立的基帶波形對(duì)兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制，實(shí)現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息傳輸，其系統(tǒng)框圖如下：6.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)

其中：和是兩個(gè)獨(dú)立的限帶基帶信號(hào)；和是相互正交的同頻載波；所以：6.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)

當(dāng)是的希爾伯特變換時(shí)，正交振幅調(diào)制就變成了單邊帶調(diào)制；當(dāng)和的取值為±1時(shí)，正交振幅調(diào)制信號(hào)與QPSK信號(hào)完全相同。由于正交振幅調(diào)制信號(hào)與QPSK信號(hào)形式完全相同，因此接受相干解調(diào)時(shí)，系統(tǒng)的誤碼性能與QPSK信號(hào)接受相干解調(diào)時(shí)的誤碼性能相同。以說明之

16QAM星座圖16PSK星座圖abcd1111111010101011ac-3-11301001011-3-11301001011bdQ(t)Q(t)I(t)I（t）A6.6現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，一些改進(jìn)的數(shù)字調(diào)制方式在現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，主要包括最小移頻鍵控(MSK)方式、高斯最小移頻鍵控(GMSK)方式、時(shí)頻調(diào)制方式、TFM調(diào)制方式等，其特點(diǎn)是：頻帶利用率高；