第7章 数字调制与解调
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1、第七章7.1 引言 7.2 移幅键控(ASK)7.3 相位键控(PSK)7.4 频率键控(FSK)7.5 数字调制系统的性能比较7.6 键控信号的复包络分析法Chapter 7Digital Modulation and Demodulation7.7 宽带通信中的调制技术简介7.1 引言 具有丰富低频成分的数字基带信号不能直接通过带通信道传输，而必须将数字基带信号的频谱变为适合信道传输的频谱后，才能送入带通信道传输。这一频谱搬移过程称为数字调制。简介u 大多数的实际信道均具有“带通”传输特性，数字基带信号无法通过，且需要FDM（频分复用）技术提高信道的有效性，避免“同频干扰”，故长距离通信采
2、用频带传输，而非基带传输。u 由于正弦载波信号具有幅度、相位和频率三个基本参量，基带信号可对其一进行调制（如移幅键控ASK、移相键控PSK和频率键控FSK），也可对多个的组合进行调制（如正交幅度调制QAM，无载波振幅、相位调制CAP，正交频分复用OFDM等等）。7.2 移幅键控(ASK) 移幅键控利用载波的幅度变化携带数字信息，该种方法易于实现，是各种数字调制的基础。简介7.2.1 二进制移幅键控（2ASK） 数字基带信号为二进制。 如：传送数字基带信号“1”时，发送载波； 传送数字基带信号“0”时，送0电平。 开关通断特性，亦称“通断键控”（OOKOOK：On Off KeyingOn Of
3、f Keying）u 数字基带信号 ：为二进制基带脉冲序列，矩形脉冲或其他波形。 ，码元宽度为 。nsnnTtgats)()(PPan110，概率为，概率为sTu 正弦型载波信号)cos(tcu 2ASK已调信号：)cos()()cos()()(tnTtgattstecnsnc 单极性矩形脉冲序列 时域描述频域描述 基带信号为确知信号， ，功率谱密度为 或 。 已调信号：)()(Sts)(sP)( fPs)()(21)(ccSSE2ASK信号带宽为基带信号的两倍 2ASK功率谱 )()(41)(cscsEPPP)()(41)(cscsEffPffPfP 模拟法：由2ASK的信号表达式 而来。u
4、 键控法：由波形关系知：“0”时让开关断开；“1”时让开关闭合，载波信号到达输出端。)cos()()(ttstec调制电路解调电路相干解调非相干解调7.2.2 2ASK系统的性能系统性能的判定标准：)/(HzsbitBreHzbaudBrd/u 传输可靠性 误码率 系统误码率 01)0() 1 (eeePPPPPu 传输有效性 频带利用率采用包络检波的2ASK系统非相干解调 u 整流器输出： 包络r(t) 22102222022( )exp12( )( )exp02rarraf rIp rrrf r，发“”时，莱斯分布，发“ ”时，瑞丽分布信道输出信号幅度噪声功率)()(21)()0()()
5、1 ()0() 1 (00100101bbbbeeedrrfdrrfdrrfPdrrfPPPPPP等概率bb 0归一化门限值rt归一化包络值a归一化幅度值u求两块面积和最小？22122222aav带通滤波器输出信噪比),2(1),(101bvQbaQPe1）当信噪比v v固定时，最小系统误码率对应最佳归一化门限值 ，面积和最小。0b421veeP 高信噪比时，最佳门限为a/2a/2。 系统误码率为：2）当归一化门限值b b0 0固定时，系统误码率PPe e随信噪比v v变化。20202020(1)1( 2 ,)(0)1 1( 2 ,)2bebPPQv bPeQv be采用同步检波的2ASK系统
6、相干解调u 低通滤波器输出：”时，发“”时，发“021)(121)()(2222202)(1rarerferfrf1）当信噪比v v固定时，最小系统误码率对应最佳归一化门限值 ，面积和最小。0b 高信噪比时，最佳门限为 系统误码率为：2）当归一化门限值b b0 0固定时，系统误码率PPe e随信噪比v v变化。22vab41)2(21veevverfcP10(1)(0)111()1()4422111()1()4422eeePPPPPbaberferfabberferf222122aav7.2.3 多进制振幅调制 可看成时间上互不相容的M 个不同振幅值的通断键控信号的叠加。 cosMnscnet
7、b g tnTtMnPMPPPb概率为概率为概率为概率为1.210321等价于相干解调法的系统误码率 1/221311ePerfcvMM例例7.17.1已知码元传输速率RB=103 baud，接收机输入噪声的双边功率谱密度n0/2=10-10 W/Hz，当误码率Pe=10-6；试分别计算出M = 2、4的多进制移幅键控系统所要求的输入信号功率。 误码率公式： 21311ePerfcvMM 令M=2 621311012212erfcverfcv10.24SvN - 接收机输入噪声功率： N=(10-1022000) W=410-7 W - 接收机输入信号功率： 7710.244 10 40.56
8、 10SW 63310415erfcv 令M=4 48.05SvNN=(10-1022000) W =410-7 W7748.05 4 10 192.2 10SW 7.3 移相键控(PSK) 移相键控利用载波的相位变化来传递数字信息的。根据用来比较载波相位变化的相位基准不同，移相键控中可分为“绝对移相”和“相对移相”两种方式。 简介相位键控PSK：利用载波的“相位变化”来携带数字信息。 根据用来比较载波相位变化的基准不同，可分为： u 绝对移相： 一般用“PSK”表示，其载波相位基准是未调制的载波本身，解调时可根据接收波形的相位直接判断出传输的数字基带信号。u 相对移相： 又称“差分移相”，一
9、般用“DPSK”表示。其载波相位基准是前一码元的载波相位，即利用前后码元载波的相对相位变化值来代表数字信息。7.3.1 二进制移相键控 cosce tAtt由数字信息“1”、“0”控制 绝对移相：参考相位基准是未调制的载波本身。 - 数字信息为“1”时，- 数字信息为“0”时， 0t t 相对移相：参考相位基准是前一码元的载波相位。 1nnn ”数字信息为“”数字信息为“100 n绝对移相u 数字基带信号 ：二进制双极性矩形脉冲序列 ，码元宽度 。nsnnTtgats)()(”，对应“，概率为”，对应“，概率为11101PPansTu 正弦型载波信号 )cos(tcu 2PSK已调信号： )(
10、cos)(tttec”，数字信息“”，数字信息“100)(t”，数字信息“”，数字信息“1cos)0cos(0cos)cos()(tttttecccc 2PSK等价于“基带信号为双极性非归零矩形脉冲时的2ASK调制”。u 2PSK方式存在“倒”现象或“反向工作”现象。相对移相 cosce tAtt1nnn”数字信息为“”数字信息为“100 nttsteccos)()(基带信号为双极性非归零矩形相对码的2PSK nsnnTtgbts)()(1,10111nnnnbabPaP，概率为 ，对应“ ”绝对码，概率为，对应“”等价于例例7.27.2输入数字信息序列 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1
11、，求经2DPSK调制后的相位输出。数字信息为： 0 0 1 1 1 0 0 1 0 12DPSK信号相位为： 0 0 0 0 0 0 或 0 0 0 0 0假设的初始相位功率谱密度 2PSK信号与2DPSK信号的统一公式表示： cosce ts t At 功率谱密度为 PEf 14fsP1PG ffc2G ffc214fs212P2G0 2dffcdffc 若“l”、“0” 等概出现 22116EsccPffG ffG ff2PSK与2DPSK的解调2PSK信号的解调 2DPSK信号的解调 7.3.2 系统性能2PSK系统性能 u 低通滤波器输出： 的高斯分布，方差为”时，均值为，发“的高斯分
