第5章基本的數字調制系統內容5.1二進制振幅調制5.2二進制頻率調制5.3二進制絕對相位調制5.4二進制相對相位調制5.5二進制數字調制系統性能比較5.6多進制調制系統5.7二進制數字調制系統的仿真

5.1二進制振幅調制一、正弦波數字調制作用

為了使數字信息在帶通信道上傳輸應把數字基帶信號的頻譜搬移到合適的帶通頻帶上。二、正弦波數字調制概念

用基帶數字信號控制高頻正弦載波，把基帶數字信號變換成頻帶數字信號，這就是正弦波數字調制三、三種基本數字調制四、模擬調制與數字調制的比較

（1）載波相同（2）調制目的相同（3）調制參數相同

不同點有：（1）調制信號不同（2）調制過程不同（3）解調過程不同相同點有：一、二進制幅度鍵控2ASK

1．2ASK信號的表達式和波形B(t)----單極性NRZ2．2ASK信號的產生方法(a)相乘法(b)鍵控法演示二、2ASK信號的功率譜及帶寬B(t)--單極性NRZ三、2ASK信號的解調及系統誤碼率BPF包絡檢波判決輸出1、非相干解調法00100111001原始信息整流后波形LPF后波形判決后波形演示2、相干解調法BPFLPF判決輸出演示3、2ASK的抗噪聲性能

相干解調法設則其中而經LPF后：抽樣器的輸出為：

抽樣器的輸出為：

發(fā)“1”時概率密度函數為：

發(fā)“0”時概率密度函數為：A為信號振幅為噪聲方差。

其中：包絡檢波法當發(fā)“1”時

其概率密度函數為

其中

服從廣義瑞利分布式中為零階修正貝塞爾函數。當發(fā)“0”時最佳門限值可近似為

此時包絡檢波器的輸入只有窄帶噪聲5.2二進制頻率調制1．2FSK信號的表達式和波形B(t)----單極性NRZ演示一、二進制頻率鍵控2FSK2．2FSK信號的產生方法（a）模擬調頻法(b)

鍵控法FM二、2FSK信號的功率譜及帶寬0演示（a）非相干解調（b）相干解調演示演示三、2FSK信號的解調及系統誤碼率（c）2FSK的抗噪聲性能

1．相干解調法當發(fā)“1”時，其中：下支路信號為：判決器輸入為：

上支路信號為：同理可得：總誤碼率為：2．非相干解調法當發(fā)“1”時，上支路信號為：下支路信號為：當y2>y1時，造成誤碼。當給定一個y1的值時：

發(fā)送“1”而錯判成“0”的概率為

同理可得：總誤碼率為：

【例5-1】

設發(fā)送數字信息序列為1101101100，碼元速率為1000Baud，現采用鍵控法產生2FSK信號，并設f1=1kHz，對應“1”；f2=1.5kHz，對應“0”。若兩振蕩器輸出振蕩初相均為0，畫出2FSK信號波形，并計算其帶寬和頻帶利用率。

5.3二進制絕對相位調制1．2PSK信號的表達式和波形000011112．2PSK信號的產生方法演示一、二進制絕對相位鍵控2PSK二、2PSK信號的功率譜及帶寬三、二進制絕對相移信號解調及系

統誤碼率演示相干載波的提取和相位模糊輸出相位有多個可能值，為的整數倍相位模糊-----載波提取方法：2PSK的抗噪聲性能

2PSK相干解調設則當“1”、“0”等概率，最佳門限為

，此時

得5.4二進制相對相位調制1．2DPSK信號波形第一種情況的波形如下：一、二進制相對相位鍵控2DPSK2．DPSK信號的產生方法例：基帶信號00111001的2DPSK信號產生過程如下：演示二、2DPSK信號的功率譜及帶寬2DPSK信號的帶寬與2PSK信號的帶寬相同，即2DPSK信號與2PSK信號功率譜密度是相同的，其表達如三、DPSK信號的解調及系統誤碼率DPSK的相干解調演示

差分相干解調演示③2DPSK的抗噪聲性能DPSK差分相干解調系統的誤碼率為：DPSK相干解調-碼反變換法系統的誤碼率為5.5二進制調制系統的性能比較

一、頻帶寬度

二、誤碼率的比較

【例5-2】

采用二進制數字調制通信系統傳輸0、1等概出現的數字信息，若設發(fā)射機輸出端已調信號振幅A=10V，信道傳輸的（功率）衰減為60dB，接收機解調器輸入端噪聲功率Ni=5μW，求下列情況下的誤碼率Pe:（1）2ASK相干解調；（2）2ASK非相干解調；（3）2PSK相干解調；（4）2DPSK相干解調；（5）2DPSK差分相干解調。【例5-3】

已知2FSK信號的兩個載頻為f1=2225Hz（對應“1”），f2=2025Hz（對應“0”），信息速率Rb=300bit/s，信道頻率范圍為300~3300Hz，信道輸出端信噪比rc=3dB，試計算：該2FSK信號帶寬；采用非相干解調時的誤碼率Pe;采用相干解調時的誤碼率Pe;與上例的誤碼率進行比較。【例5-3】解答：（4）與上例的誤碼率計算結果按遞減順序排列

三、對信道特性變化的敏感性比較

在2FSK系統中，不需要人為地設置判決門限，它是直接比較兩路解調輸出的大小來做出判決。2PSK系統中，判決器的最佳判決門限為零，接收機容易保持在最佳判決門限狀態(tài)。但2ASK系統中，判決器的最佳判決門限為a/2，它與接收機輸入信號的幅度有關。當信道特性發(fā)生變化時，接收機輸入信號的幅度將隨著發(fā)生變化，從而導致最佳判決門限也將隨之而變。這時，接收機難以保持在最佳判決門限狀態(tài)，因此2ASK對信道特性變化敏感，性能最差。

四、設備的復雜程度比較

發(fā)送端設備的復雜程度相差不多，而接收端的復雜程度則與所選用的調制和解調方式有關。對于同一種調制方式，相干解調的設備要比非相干解調時復雜；而同為非相干解調時，2DPSK的設備最復雜，2FSK次之，2ASK最簡單。5.6多進制數字調制系統一、多進制數字振幅調制系統

b(t)：多進制數字基帶信號g(t)：基本門函數1．時域表達式及波形圖2．MASK信號的產生方法

一、多進制數字振幅調制系統

3．MASK信號的帶寬及頻帶利用率

4．MASK信號的解調方法（相干解調及非相干解調）【例5-4】

若四進制代碼與電平的對應關系為：畫出當信碼為11100100001010001110時的四進制基帶信號波形和4ASK信號波形。二、多進制數字頻率調制系統

1．MFSK系統方框圖2．MFSK信號的帶寬及頻帶利用率二、多進制數字頻率調制系統

頻帶利用率不高三、多進制數字相位調制系統

1.多相制的表示式及相位配置π/4體系

π/2體系

2.四進制絕對移相(4PSK或QPSK)

三、多進制數字相位調制系統

4PSK信號的波形圖

4PSK信號的產生方法

相位選擇法正交調制法三、多進制數字相位調制系統

4PSK信號的解調

三、多進制數字相位調制系統

【例5-5】

若4PSK系統采用π/4體系，畫出當信碼為00110100100000011011時的4PSK信號波形。3.差分四進制移相(DQPSK)三、多進制數字相位調制系統

DQPSK信號的波形圖

DQPSK信號的產生方法：

絕對碼變成相對碼，再對相對碼進行絕對調相雙比特碼進行差分編碼

方法一：方法二：模4加

雙比特碼進行差分編碼

三、多進制數字相位調制系統

DQPSK信號的解調

相干解調——碼反變換法三、多進制數字相位調制系統

四、正交幅度調制（QAM）

1、16QAM星座圖2、一般表達式四、正交幅度調制（QAM）

3、16QAM信號的產生4、16QAM信號解調

四、正交幅度調制（QAM）

5.7二進制頻移鍵控系統的仿真

2FSK系統的仿真模型參數基帶信號碼元速率：100波特；

載波Ⅰ、載波Ⅱ信號頻率：1000Hz、2000Hz；采樣頻率：20000Hz；仿真點數：3500；仿真時間：0~174.95e-3s；采樣間隔：50e-6s；

5.7二進制頻移鍵控系統的仿真

調制信號和已調信號的波形圖調制信號和2FSK信號的頻譜圖

5.7二進制數字調制系統的仿真

調制信號的波形2ASK抽樣時鐘、待抽樣信號和抽樣保持信號的波形圖信號的波形兩路抽樣保持信號的波形圖

5.7二進制數字調制系統的仿真

調制信號和解調信號的波形圖小結

1．數字調制數字調制是指：調制信號是數字信號，載波是正弦波的調制。由于數字信號可視作模擬信號的特例（取值離散），因而數字調制也可視作模擬調制的特例。2．二進制數字調制系統比較小結

3．多進制調制小結

與二進制調制相比，多進制數字調制的優(yōu)點是：可以提高頻帶利用率，這樣，在傳輸帶寬B相同時，可提高信息傳輸速率；或者，在信息傳輸速率相同時，可減小傳輸帶寬B。兩者均表明：提高了有效性。在三種多進制數字調制系統中，MASK的可靠性更差、MFSK的頻帶利用率增大有限（由于帶寬也相應增大），因而僅MPSK（實為MDPSK，下同）獲得廣泛應用。但由于可靠性的限制，MPSK只用到了4PSK、8PSK。4．QAM小結

當M>=16時，常采用MQAM。由于MASK、MPSK信號占據相同的頻率范圍，于是想到同時利用振幅、相位來傳輸信息，這就是APK