(3) MASK系统的抗噪声性能
2. 多进制数字频率调制的原理
及抗噪声性能
(1) 多进制数字频率调制的原理
(1) 频带宽度 (2)
(3) 对信道特性变化的敏感性
在选择数字调制方式时,还应考虑它 的最佳判决门限对信道特性的变化是否敏 感.在2FSK系统中,不需要人为地设置判 决门限,它是直接比较两路解调输出的大 小来做出判决.在2PSK系统中,判决器的 最佳判决门限为零,与接收机输入信号的 幅度无关.
(4)
第五章 数字信号的频带传输
载波调制是按基带信号的变化规律去 改变载波某些参数的过程.调制的载波可 以分为两类:一类用正弦型信号,称为正 弦载波调制;一类用脉冲串,称为脉冲调 制.基带信号也可分为两类:一类是模拟 信号,即基带信号的取值是连续的,称为 模拟调制;另一类是数字信号,即基带信 号的取值是离散的,称为数字调制.
包络检波法的原理方框图如图5-11所 示.带通滤波器恰好使2ASK信号完整地通 过,经包络检测后,输出其包络.
图5-11 2ASK信号的包络检波
(3) 2ASK信号的功率谱及带宽
下面分析二进制振幅键控信号的频谱. 由于二进制振幅键控信号是随机的,功率 型的信号,故研究频谱特性时,应该讨论 它的功率谱密度. ① 因为2ASK信号的功率谱密度PE(f) 是相应的单极性数字基带信号功率谱密度 Ps(f)形状不变地平移至±fc 处形成的, 所以2ASK信号的功率谱密度由连续谱和离 散谱两部分组成.
图5-24 2DPSK信号的解调方框图
(4) 2PSK和2DPSK信号的
功率谱及带宽
先讨论2PSK信号的频谱.将2ASK
和2PSK的表达式比较可见,它们形式
上是完全相同的,所不同的只是an的取
值.前者an为单极性,后者an为双极性.
由以上分析可以看出: 第一,二相绝对移相信号的功率谱密 度同样由离散谱与连续谱两部分组成,但 当双极性基带信号以相等的概率(P=1/2)出 现时,将不存在离散谱部分,其连续谱部 分与2ASK信号的连续谱基本相同(仅相差 一个常数因子). 第二,2PSK信号的带宽也与2ASK信 号的相同,即带宽B2PSK=B2ASK=2fs.
(2) 2PSK和2DPSK信号的调制
模拟调相法:原理框图如图5-22(a) 所示,码变换器(即差分编码器)是用来 完成绝对码波形到相对码波形变换的,去
掉码变换器,则可进行2PSK信号的调制.
图5-22 2PSK和2DPSK调制方框图
(3) 2PSK和2DPSK信号的解调
① 2PSK信号的解调
5.4 多进制数字调制
由于多进制数字已调信号的 被调参数有多个可能取值,因此, 与二进制数字调制相比,多进制 数字调制具有以下几个特点.
① 在码元速率(传码率)相同条件下, 可以提高信息速率(传信率). ② 在信息速率相同条件下,可降低码 元速率,以提高传输的可靠性. ③ 在接收机输入信噪比相同条件下, 多进制系统的误码率比相应的二进制系统 要高. ④ 设备复杂.
3. 二进制移相键控及二进制差
分相位键控(2PSK及2DPSK)
(1) ① 绝对移相(2PSK
二进制移相键控中,载波的相位随数 字基带信号1或0而改变.通常用相位0表示 数 字信 号" 0" ,用相位 π表示 数字信 号 "1".则已调信号可表示为 e0(t)=cos(ωct+φi),且φi=0或π 则有e0(t)=±cosωct.
(2)
双边带信号不能用包络检波来解调, 可采用以下方法,将已调信号SDSB(t)乘 上一个同频同相的载波,得
由上式可知,用一个低通滤滤器就可以将 第1项与第2项分离,无失真地恢复出原始 基带信号m(t).
5.2 二进制数字调制
数字调制信号,在二进制时有振幅键 控(ASK),移频键控(FSK)和移相键 控(PSK)三种基本信号形式,如图5-7所 示. 根据已调信号的频谱结构特点的不同, 数字调制也可分为线性调制和非线性调制. 这种把基带数字信号变换为频带数字 信号的过程称为数字调制,反之,称为数 字解调.
数 字 频 率 调 制 又 称 移 频键 控, 记 作 FSK(Frequency Shift Keying),二进制
移频键控记作2FSK.
(1) 2FSK
前面已提到,2FSK信号可以采用模 拟调频法和数字键控法来产生. 频法:用数字基带矩形脉冲控制一个振荡 器的某些参数(例如电容C),可直接改 变振荡频率,使输出得到不同频率的已调 信号. 数字键控法:它是用数字矩形脉冲控 制电子开关,使电子开关在两个独立的振 荡器之间进行转换,从而在输出端得到不 同频率的已调信号.
1.
若基带信号为m(t),则幅度调制信 号(已调信号)一般可表示成
Sm(t)=Am(t) cos(ωct+φ0)
(1) 调幅(AM)
如果输入的基带信号m(t)带直流分 量,则它可以表示为m0与m'(t)之和,其 中, m0 是m(t)的直流分量,m'(t)是 表示消息变化的交流分量.
(2) 双边带(DSB)
5.1 调制与解调原理 5.2 二进制数字调制 5.3 二进制数字调制
系统的抗噪声性能
5.4 多进制数字调制 5.5 改进的数字调制技术
5.1 调制与解调原理
载波选用正弦型载波,基带信号为模 拟信号,设正弦型载波为
s(t)=Acos(ωct+φ0)
式中 A ωc φ0 —— —— ——载波的初始相位
2. 二进制移频键控(2FSK)
(1) 包络检波法的抗噪声性能 (2) 同步检测法的抗噪声性能
将相干解调与非相干解调系统误码率 做以比较,得到如下结论. ① 在输入信号信噪比r一定时,相干 解调的误码率小于非相干解调的误码率; 当系统的误码率一定时,相干解调比非相 干解调对输入信号的信噪比要求低. ② 相干解调时,需要插入两个相干载 波,因此电路较为复杂,但包络检测就无 需相干载波,因而电路较为简单.
② 相对移相(2DPSK)
—— 2DPSK方式是利用前后相邻码元的相 对载波相位值去表示数字信息的一种方式. 由图5-20可以看出,2DPSK的波形与 2PSK的不同,2DPSK波形的同一相位并不 对应相同的数字信息符号,而前后码元相 对相位的差才惟一决定信息符号.
图5-20 2PSK及2DPSK信号的波形
在图5-2中,如果输入的基带信号没有 直流分量,或将直流分量抑制掉,且H(ω) 同上,则得到的输出信号便是无载波分量 的双边带调制信号,或称双边带抑制载波 (DSB-SC)调制信号,简称DSB信号.
图5-2 线性调制器的一般模型
(3) 单边带(SSB)
双边带调制信号包含有两个边带,即 上,下边带.由于这两个边带包含的信息 相同,因而,从信息传输的角度来考虑, 传输一个边带就够了.所谓单边带调制, 就是只产生一个边带的调制方式.
② 2ASK信号的带宽B2ASK是单极性数 字基带信号带宽fs的两倍.当数字基带信号 的基本脉冲是矩形不归零脉冲时,fs=1/Ts. 于是2ASK信号的带宽为
B2ASK=2fs=2/Ts
2ASK信号的主要优点是易于实现, 其缺点是抗干扰能力不K)
图 5 16 2
FSK
信 号 包 络 检 波 方 框 图 及 波 形 图
②
2FSK信号的同步检波原理方框 图如图5-17所示.
③
过零检测法是一种常用而简便 的解调方法.
图5-17 2FSK信号同步检波方框图
(3) 2FSK信号的功率谱及带宽
由式(5-15)可知,二进制移频键控 已调信号可以看成是两个不同载频的幅度 键控已调信号之和,由此可求得它的功率 谱密度.
图5-7 正弦载波的三种键控波形
1. 二进制振幅键控(2ASK)
二进制数字振幅键控是数字调制中出 现最早的,也是最简单的,是研究其他各 种数字调制的基础.振幅键控,记作ASK (Amplitude Shift Keying),或称为开关 键控(通断键控),记作 OOK(On Off Keying).二进制数字振幅键控通常记作 2ASK.
——
2PSK信号的解调只能采用相干解调的
方法,其方框图及波形如图5-23所示.
图 5 23
-
2
PSK 信 号 的 解 调
② 2DPSK信号的解调
—— 极性比较——码变换法即是2PSK解调 加差分译码,其方框图如图5-24(a)所示, 2DPSK解调器将输入的2DPSK信号还原成 相对码{bn},再由差分译码器把相对码转 换成绝对码,输出{an}.
对于二进制振幅键控,移频键控及移 相键控这三种方式来说,发送端设备的复 杂程度相差不多,而接收端的复杂程度则 与所选用的调制和解调方式有关.对于同 一种调制方式,相干解调的设备要比非相 干 解 调 时 复 杂;而 同为非相 干 解 调 时 , 2DPSK的设备最复杂,2FSK次之,OOK最 简单.不言而喻,设备越复杂,其造价就 越贵.
(1) 2ASK
一般说来,数字信号的调制方法有两 种类型: ①利用模拟方法去实现数字调制,即 把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况 来处理; ②利用数字信号的离散值特点键控载 波,从而实现数字调制.
(2) 2ASK
如同AM信号的解调方法一样,OOK 信号也有两种基本的解调方法:非相干解 调(包络检波法)和相干解调(同步检测 法).
5.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能
1. 振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能
由于信道加性噪声被认为只对信号的 接收产生影响,故分析系统的抗噪声性能也 只要考虑接收部分即解调器.先做如下假设: 信道噪声是均值为0,方差为σ2n的加性高斯 白噪声;信道是恒参信道,且认为发送信号 经传输后除有固定衰耗外未受到畸变;发送 信号0,1等概率出现.
(1) 包络检波法(非相干解调) (2) 同步检测法(相干解调)