第 9 章 数字频带传输系统.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第9章 数字频带传输系统,9.1 概 述,9.2 二进制幅移键控(2,ASK),9.3,二进制频移键控(2,FSK),9.4,二进制相移键控(2,PSK,和2,DPSK),9.5,多进制数字调制系统,9.6 数字频带传输系统比较,9.1 概 述,数字频带传输系统是发端含有调制，收端含有解调的数字通信系统。数字调制是用数字基带信号改变高频载波的参数，实现基带信号变换为频带信号的过程，此过程中信号频谱由原来的低频信号搬移到高频段。数字解调是把数字频带信号恢复成原来数字基带信号的过程，此信号中的频谱由高频段恢复到原来的基带信号的低频段。,9.2 二进制幅移键控(2,ASK),9.2.1 2,ASK,信号及其功率谱,9.2.2 2,ASK,调制系统,9.2.1 2,ASK,信号及其功率谱,2,ASK,信号是利用代表数字信息(0或1)的基带矩形脉冲去控制一个连续载波振幅形成的。已调信号有输出表示发送,“,1,”,，无输出时发送,“,0,”,，如,图9.1,所示。,(1),ASK,信号的功率谱是,s,(,t,),信号功率谱的线性搬移，属线性调制。,(2)2,ASK,信号的功率谱是由连续谱、离散谱两部分组成。,(3)2,ASK,信号带宽是二进制数字基带信号带宽的两倍。,图9.1 2,ASK,信号波形,9.2.2 2,ASK,调制系统,1.2,ASK,调制,2,ASK,调制方法有两种，如,图9.3,所示。一种是通过乘法器让,s,(,t,),与载波,cos,相乘，这种方法是直接法。另一种是键控法。键控法是由二进制数字基带信号去控制开关电路。当出现,“,1,”,码时开关,S,闭合，有载频,cos,输出；当出现,“,0,”,码时，开关打开，无高频载波,cos,输出。,2.2,ASK,解调,2,ASK,解调方法有相干解调和非相干解调两种。,图9.3 2,ASK,信号产生方框图,开关,s,(,t,),cos,c,t,s,2ASK,(,t,),cos,c,t,s(t),s,2ASK,(,t,),(,a),直接法b),键控法,9.3 二进制频移键控(2,FSK),9.3.1 2,FSK,信号及其功率谱,9.3.2 2,FSK,调制和解调,9.3.1 2,FSK,信号及其功率谱,2,FSK,信号是用二进制数字基带信号控制高频载波频率产生已调信号，具体地说，当2,FSK,信号频率为,f,1,时，代表基带信号,“,1,”,码，2,FSK,信号频率为,f,2,时，代表基带信号,“,0,”,码。其波形如,图9.5,所示。,图9.5 2,FSK,信号波形图,2,FS,s,(,t,),2,ASK1,2,ASK2,t,t,t,t,9.3.2 2,FSK,调制和解调,1.2,FSK,调制,图9.7 2,FSK,信号键控法调制方框图,2.2,FSK,解调,1)过零检测法,2)差分检测法,3)非相干解调,4)相干解调,图9.7 2,FSK,信号键控法调制方框图,e,(,t,),载波,f,1,载波,f,2,s,(,t,),开关,9.4 二进制相移键控(2,PSK,和2,DPSK),9.4.1 二进制绝对相移调制(2,PSK),9.4.2,二进制相对相移键控(2,DPSK),9.4.3 2PSK,与2,DPSK,系统比较,9.4.1 二进制绝对相移调制(2,PSK),1.2,PSK,信号及功率谱密度,图9.12 2,PSK,信号波形及矢量图,2.2,PSK,的调制解调,1)2,PSK,的调制,2)2,PSK,解调,图9.12 2,PSK,信号波形及矢量图,(,a),波形图,s,(,t,),cos,c,t,2,PSK,t,t,t,(,b),矢量图,“1”,“0”,0,0,0,9.4.2 二进制相对相移键控(2,DPSK),1.2,DPSK,信号及功率谱,图9.17 2,DPSK,信号波形及矢量图,2.2,DPSK,调制,3.2,DPSK,解调,图9.17 2,DPSK,信号波形及矢量图,“1”,“0”,s(t),2,DPSK,t,t,(,a),波形图,0,0,(,b),矢量图,9.4.3 2,PSK,与2,DPSK,系统比较,(1)2,PSK,与2,DPSK,信号带宽均为2,f,B,；,(2),当,r,相同时，2,DPSK,系统的两种解调误码率均比2,PSK,系统误码率大，故2,DPSK,系统的抗噪声性能不及2,PSK,系统；,(3)两种解调方法的最佳判决门限均为0；,(4)2,DPSK,系统不存在反向工作现象。,9.5 多进制数字调制系统,9.5.1,M,进制幅移键控,9.5.2,M,进制频移键控(,MFSK),9.5.3,M,进制相移键控(,MPSK,或,MDPSK),9.5.1,M,进制幅移键控,在,MASK,信号中有,M,种振幅，每种振幅对应数字基带信号的一种状态。如,图9.21,所示。,MASK,的调制有多种电平残留边带调制，多电平相关编码单边带调制及多电平正交调幅等。,MASK,信号是用幅度携带信息在系统中传输，抗衰落能力差，只宜在恒参信道中使用。,图9.21,MASK,调制波形,9.5.2,M,进制频移键控(,MFSK),在,MFSK,信号中，振幅相同，频率有,M,种，每种频率对应,M,进制数字基带信号的一种状态。,图9.22,是,M,=4,的频移键控波形。也有离散相位,M,进制频移键控,DPMFSK,和连续相位,M,进制频移键控,CPMFSK,之分。,MFSK,用频率传输基带信号，其抗衰落能力比,MASK,强，主要缺点是信号频率宽、频带利用率低。,图9.22 4,FSK,调制波形,9.5.3,M,进制相移键控(,MPSK,或,MDPSK),1.4,PSK,和4DPSK,波形,图9.24 4,PSK,波形和4,DPSK,波形,2.4,PSK,调制系统,3.4,DPSK,调制系统,图9.24 4,PSK,波形和4,DPSK,波形,4,DPSK,波形,未调载波,4,PSK,波形,9.6 数字频带传输系统比较,9.6.1 传输带宽和频带利用率,9.6.2 信号功率,9.6.3 信道特性对调制系统影响,9.6.4 设备复杂性与成本,9.6.1 传输带宽和频带利用率,在幅移键控和相移键控方式中，信号传输带宽都要取到2,f,B,以上，在频移键控方式中，传输带宽都要取到,f,1,f,M,+2,f,B,以上，因此如果信道带宽很紧张，就不应考虑使用,FSK,方式。,PSK,或,ASK,的频带利用率高，系统有效性好。,FSK,频带利用比其他两种低，故系统有效性低。,9.6.2 信号功率,可以把二进制数字频率传输系统的误码率列表对照，如,表9.1,所示。其中,a,2,正比于信号的峰值功率。就发送设备和接收设备成本而言，常常是峰值功率比平均功率更受限制。当给定误码率(10,-4,10,-7,)的条件下，所需峰值功率从大到小排列有相干2,PSK，,差分检测2,DPSK，,相干2,FSK，,相干2,ASK，,非相干2,FSK，,非相干2,ASK。,因此在峰值功率是主要矛盾场合，,ASK,方案不予考虑。,表9.1 数字频带传输系统误码率公式,9.6.3 信道特性对调制系统影响,信道的特性，主要指非线性失真和衰落等会对调制系统有影响，选择调制方案时，应予以考虑。,信道特性变化，会对2,ASK,的判决门限值有影响。,FSK,和,PSK,是等幅信号，门限判决电平与接收信号电平无关。而,ASK,方案中门限电平要随输入信号电平的变化而调整，也就是说，,ASK,信号对衰落很敏感。,9.6.4 设备复杂性与成本,一般来说，设备越复杂，成本越高。,PSK、FSK,和,ASK,的发送设备复杂程度大体差不多，接收设备取决于采用相干解调还是非相干解调方式。总的来说，相干方式比非相干复杂，而在非相干解调中，复杂程度最高的是,DPSK，,其次是,FSK,和,ASK。,