數字調制系統第一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第六章正弦載波數字調制系統6.1引言6.2二進制數字調制原理6.3二進制數字調制系統的抗噪聲性能6.4二進制數字調制系統的性能比較6.5多進制數字調制系統6.6改進的數字調制方式第二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日6.1引言正弦載波數字調制系統數字信號的傳輸方式基帶傳輸頻帶傳輸調制的功能：①使信號更適合于信道傳輸。②實現信道復用提高通信系統的有效性。③提高通信系統的抗干擾能力提高通信系統的可靠性。數字調制的三種最簡單最基本方式

2ASK2FSK2PSK/2DPSKMASKMFSKMPSK/MDPSK改進型擴展第三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日頻帶傳輸：可實現信號遠距離傳輸。傳輸信道是高頻帶通型。傳輸必須經過數字調制，將編碼波形的功率譜經數字調制變換到信道傳輸頻帶內。信源格式化信源編碼信道編碼擾碼加密多路復用數字調制擴頻調制多址連接發送設備信道噪聲源接收設備多址連接受信者信源譯碼信道譯碼解擾解密解復用數字解調擴頻解調數學調制系統101101t101101t數學調制系統第四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日6.2二進制數字調制原理第五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日6.2.1二進制振幅鍵控2ASK1.信號定義及表示定義：用二進制數字基帶信號控制正弦載波的振幅，使其一一對應變換。“1”→ACOSωct=e1(t)“0”→0COSωct=e2(t)110100111…t2ASK信號表示為：

e2ASK(t)=S(t)COSωct其中S(t)是單極性不歸零矩形脈沖信號。2ASK信號的平均功率為（當“0”“1”等概時）：P＝A2/4第六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2ASK信號的互相關系數ρ

兩個碼元波形e1(t)、e2(t)的互相關系數ρ

信號（波形）互相關系數的物理意義：描述信號（波形）的相似程度。兩個波形完全相關。兩個波形不相關或兩個波形是正交的。兩個波形不相關且極性相反或兩個波形超正交。第七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日模擬調制法原理框圖2.調制方式與門多諧振蕩器帶通濾波器鍵控法原理框圖第八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日3.解調方式（非相干檢測、同步檢測）帶通濾波器半波或全波整流低通濾波器抽樣判決再生110100111…ttt110100111…t第九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日帶通濾波器低通濾波器抽樣判決再生同步檢測原理框圖3.解調方式（非相干檢測、同步檢測）解調原理第十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日4.2ASK信號的頻譜特性模擬調制法原理框圖S(t)是單極性不歸零矩形脈沖信號,它的功率譜特性為2ASK信號的功率譜特性為第十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日f0第十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日6.2.2二進制頻率鍵控2FSK1.信號定義及表示定義：用二進制數字基帶信號控制正弦載波的頻率，使其一一對應變換。“1”→ACOSω1t=e1(t)“0”→ACOSω2t=e2(t)如果二進制數字基帶信號S(t)是單極性不歸零矩形脈沖信號，2FSK信號可以表示為2FSK信號相當于兩個2ASK信號之和。110100111…t第十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2.FSK信號的功率譜密度函數f0第十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日FSK信號的頻帶寬度f0fa曲線fb曲線第十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2FSK信號的互相關系數

兩個碼元波形的互相關系數

的正整數的正整數如果第十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2.調制方式與非門反相器BPF多諧振蕩器f1多諧振蕩器f2與非門與非門S(t)e2fsk(t)模擬FM器S(t)e2fsk(t)多諧振蕩器f可變分頻器NBPFS(t)“1”→N1“0”→N2e2fsk(t)f/N1=f1

f/N2=f2

第十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日3.解調方式（包絡檢波、同步檢測、過零檢測、差分檢測）BPF低通濾波器BPF低通濾波器抽樣判決再生BPF第十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日過零檢測1010t帶通限幅微分器整流器脈沖展寬LPF抽樣判決再生e2fsk(t)S(t)tttt第十九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日差分檢波法BPFLPF抽樣判決再生e2FSK(t)位同步信號延遲器輸出信號為乘法器輸出第二十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日設計使第二十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日6.2.3二進制移相鍵控2PSK及二進制差分移相鍵控2DPSK1.定義、信號表示及波形、互相關系數ρ、信號平均功率。0110Tst信號表示及波形:一.二進制移相鍵控2PSK定義：2PSK是用已調信號相位相對未調載波相位的變化來表示二進制數字基帶信號。第二十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日信號的互相關系數ρ:信號平均功率:第二十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2.調制方式、解調方式（相干解調）

S(t)×e2psk(t)多諧振蕩器反相器數據選擇器BPFe2psk(t)

2fsS(t)調制原理框圖×LPFfs

抽樣判決位同步恢復S(t)e2psk(t)解調原理框圖第二十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日3.2PSK解調存在的倒π現象(相位模糊現象)正常解調二進制差分移相鍵控2DPSK可解決倒π問題。倒π現象判決準則：抽樣值>=0,判：“0”抽樣值<0,判：“1”第二十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日1.定義：利用相鄰碼元的正弦載波相位差ΔΦ表示數字信息。絕對碼an“0”an“1”相鄰碼元對應的正弦載波相位差ΔΦ＝0ΔΦ＝πΔΦ＝Φn－Φn-1

二.二進制差分移相鍵控2DPSKbn

0

0

10110an011101Tst波形：第二十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日調制過程：an→bn→2PSK信號表示：存在倒π問題消除倒π問題解調過程：2DPSKbnan第二十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2DPSK調制方式S(t)多諧振蕩器反相器數據選擇器BPF2fs差分編碼e2Dpsk(t)

×差分編碼

S(t)e2Dpsk(t)第二十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2DPSK解調方式（同步檢測、差分相干檢測）×LPFfs抽樣判決位同步恢復S(t)差分譯碼e2Dpsk(t)×LPFfs抽樣判決位同步恢復S(t)e2Dpsk(t)延遲TsBPF第二十九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日差分相干檢測分析S(t)e2Dpsk(t)×LPFfs抽樣判決位同步恢復延遲TsLPF輸出任意碼元周期2DPSK信號延遲器輸出乘法器輸出抽樣判決值判決為“1”判決為“0”BPF第三十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日如果P=1/2,2PSK、2DPSK頻譜相同2PSK、2DPSK信號頻譜0ffc2fs-fc2fsP(f)第三十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日6.3二進制數字調制系統的抗噪聲性能第三十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日6.3二進制數字調制系統的抗噪聲性能第三十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日6.3.12ASK系統的抗噪聲性能2ASK調制高斯信道BPFB=2fs包絡檢波抽樣判決一.非相干解調1．建立模型分析解調過程Y(t)V(t)Pe第三十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第三十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2.抽樣時刻信號加噪聲的一維概率密度函數f1(V)，f0(V)

發’1’時，正弦信號加窄帶高斯過程的包絡V(t)服從廣義瑞利分布。發’0’時，窄帶高斯過程的包絡V(t)服從瑞利分布。其中：V解調器輸出信號(信號加噪聲)a解調器輸入信號幅度零均值窄帶高斯過程的平均功率I0(?)零階修正貝塞爾函數第三十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日V0第三十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日誤碼率Pe=P(1)P(0/1)+P(0)P(1/0)=P(1)P(V<b)+P(0)P(V≥b)

3.求錯誤的轉移概率第三十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日0bV第三十九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第四十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日4.誤碼率Pe及結論2ASK系統采用包絡檢波的誤碼率Pe與先驗概率P(1)、P(0)有關。Pe與解調器輸入信噪比有關。Pe與判決門限有關。缺點只有判決門限b(b0)是接收端可以設置的。第四十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日如果P(1)=P(0)=1/2,

如果再有r>>1大輸入信噪比，最佳判決門限b＝a/2,第四十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日二.2ASK系統采用相干解調的抗噪聲性能第四十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日6.3.22FSK系統的抗噪聲性能第四十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第四十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第四十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2.信號加噪聲的一維概率密度函數第四十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第四十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日3.求錯誤的轉移概率第四十九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日4.2FSK系統相干解調的誤碼率及結論第五十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日三.二進制差分移相鍵控采用差分檢測時系統抗噪聲性能第五十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日假設：前后兩個符號均為“0”第五十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第五十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第五十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日誤碼率及結論第五十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日結論第五十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日6.4二進制數字調制系統的性能比較第五十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第五十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第五十九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日6.5多進制數字調制系統第六十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日6.5.1MASK調制系統第六十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第六十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2.MASK系統第六十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日3.MASK系統的抗噪聲性能第六十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第六十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第六十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日r，erfc(),Pe。L，erfc(),Pe。對于不同的L值，要保持相同Pe，要大致以的倍率增大r。如：4電平系統與2電平系統有相同的Pe時，4電平系統信噪比是2電平系統信噪比的5倍(7db)左右。如：16電平系統與2電平系統有相同的Pe時，16電平系統信噪比是2電平系統信噪比的85倍(19.3db)左右。5101520253035r(db)Pe110－110－210－310－410－510－64816第六十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日6.5.3多進制數字相位調制的原理及抗噪聲性能（相對于載波）第六十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日000001010011100101110111第六十九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2.四相絕對移相鍵控(4PSK，QPSK)第七十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第七十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第七十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第七十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日3.四相差分移相鍵控第七十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日4進差分編譯關系第七十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第七十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日4DPSK調制與解調方法4DPSK調制方法差分編加正交移相鍵控差分編加相位選擇法4DPSK解調方法極性比較法相位比較法第七十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日4DPSK調制Δcdk差分編加正交移相鍵控第七十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日4DPSK解調Δk（極性比較法）第七十九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日串并轉換4進差分編單/雙π/4∑－π/4單/雙BPFLPFπ/4－π/4抽樣判決LPF抽樣判決差分譯并串轉換abcdabcd…ab……ab…4DPSK信號4DPSK信號01000101101101100cd/1#/1#“0”→+“1”→-≥0→“0”<0→“1”第八十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日BPFLPFπ/4－π/4抽樣判決LPF抽樣判決并串轉換ab…ab…4DPSK信號≥0→“0”<0→“1”Ts4DPSK解調方法相位比較法第八十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日6.5.4振幅相位聯合鍵控APK

兩種調制方式正交調幅QAM復合移相鍵控以16QAM為例0001111000011110010000000101000101110011001001001010111010111111100111011000110016QAM星座圖第八十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日6.5.4振幅相位聯合鍵控APK

兩種調制方式正交調幅QAM復合移相鍵控以16QAM為例0001111000011110010000000101000101110011001001001010111010111111100111011000110016QAM信號星座圖第八十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日010000000101000101110011001001001010111010111111100111011000110016QAM星座圖星座圖：“矢量頂點的分布圖”。“全部M個點的集合陣列稱為信號空間的星座圖，它是M元信號空間的直觀表示”。第八十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日16進制復合移相鍵控數字基帶信號4PSK4PSK數字基帶信號“大圓”“小圓”0100000001010001011100110010010010101110101111111001110110001100第八十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日信號最小距離的定義及意義當兩個信號最大振幅均為A時，16PSK信號的最小距離d1＝0.39A16APK信號的最小距離d2＝0.47Ad2比d1大1.2倍（1.64db）16PSK信號的平均功率＝A2/216APK信號的平均功率＝0.56×A2/2信號的最小距離：（也稱歐幾里得距離或歐氏距離）信號星座圖中，兩相鄰信號點的最小距離。信號的歐氏距離越大，系統誤碼率越小。16APK信號與16PSK信號比較。設16PSK信號的振幅為A，第八十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日010000000101000101110011001001001010111010111111100111011000110016QAM信號星座圖16PSK信號星座圖d1d2第八十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日當兩個信號平均功率相等時。（解調器輸入信噪比相等）16PSK信號的最小距離d1＝0.39A16APK信號的最小距離d2＝0.63Ad2比d1大1.6倍（4.2db）

16APK系統的誤碼率小于16PSK系統的誤碼率。第八十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日6.6改進的數字調制方式第八十九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日6.6.1最小移頻鍵控（MSK）第九十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2.MSK是2FSK信號的特例即：具有最小的頻差且相位連續。第九十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第九十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第九十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日MSK信號在碼元切換點相位連續相位常數的選擇保證碼元切換點相位連續。相位常數需滿足

的初始相位為0相。所以ak=ak-1第九十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日附近相位函數是直線方程0tTs3Ts5Ts7Ts一組與解調原理有關的數據在[0,2Ts]區間當數據為11或10，當數據為00或01，10011100第九十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日3.MSK信號的產生方法與解調方法第九十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日第九十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日的產生方法：為奇數為奇數為偶數和各自經過2Ts才可能改變極性，且交錯(k奇、k偶)。尋找或ak≠ak-1，且k為偶數或ak≠ak-1，且k為奇數第九十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日和