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《通信原理》第7章 数字调制系统(7.4-5)解析

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樊昌信通信原理第7章 数字调制(7版)

樊昌信通信原理第7章 数字调制(7版)

1
式中，n1c(t) 和 n2c(t) 均为低通型高斯噪声，( 0，
n
2
)
判决 规则
x1 > x2 时，判为“1” x1 x2 时，判为“0”
x1 (t )
定时 脉冲 抽样 判决器 输出
Pe

发 “1” 错判为“0”的概率为
x2 ( t )
P(0 /1) P( x1 x2 ) P( x1 - x2 0)
带通 滤波器
1
相乘器
低通 滤波器 定时 脉冲 低通 滤波器
x1 (t )
抽样 判决器 输出
发送端
信道
yi ( t )
带通 滤波器
y1 (t )
2 cos 1t
相乘器
sT (t ) ni (t )
Pe
2
x2 ( t )
y2 (t )
2 cos 2t
发“1”时：
y1 (t ) a cos 1t n1 (t )
b0 =b / n 归一化门限值 发“0”错判为“1”的概率为
P (1 / 0) P (V b) f 0 (V )dV
b



b
2 2 V V 2 / 2 n2 b2 / 2 n b0 /2 e dV e e n2

系统的总误码率为
Pe P (1) P (0 / 1) P (0) P (1 / 0)
K
a = kA
发“1”时 发“0”时
ni (t )
a cos c t ni (t ) yi (t ) ni (t ) 0
a cos c t n(t ) y (t ) n(t ) 0
发“1”时 发“0”时

通信原理教程7-8数字调制系统详解

通信原理教程7-8数字调制系统详解

将上两式代入y(t)式，得到： A cos0 t nc (t ) cos0 t ns (t ) sin 0 t y(t ) nc (t ) cos0 t ns (t ) sin 0 t 或
[ A nc (t )]cos0 t ns (t ) sin 0 t y (t ) nc (t ) cos0 t ns (t ) sin 0 t
14
第16讲 基本的数字调制系统之一
二进制频移键控（2FSK）

基本原理

表示式：
A cos(1t 1 ) s(t ) A cos( 0 t 0 ) 当发送“ 1”时 当发送“ 0”时
调频器 s(t)

产生方法：

调频法： 相位连续
A(t)
频率源0

开关电路
开关法： 相位不连续
“1” “0” “1” “ 1” “ 0” “ 1”
T
2019/3/7 第16讲 基本的数字调制系统之一
T
T
T
3
二进制振幅键控(2ASK)
基本原理

0t T 表示式： s(t ) A(t ) cos(0t ) 式中，0 ＝ 2f0为载波的角频率； 当发送“ 1”时, A A(t ) 当发送“0”时。 0
假定判决门限值等于h，并规定当V > h时，判为 收到“1”；当V h时，则判为“0”。 可以计算出，
1 当大信噪比时，误码率为： P e
e r / 4
2
2019/3/7
第16讲 基本的数字调制系统之一
13
【例】设有一个2ASK信号传输系统，其中码元速率RB = 4.8 106 Baud，接收信号的振幅A = 1 mV，高斯噪声的单 边功率谱密度n0 =2 10-15 W / Hz。试求：1）用包络检波 法时的最佳误码率；2）用相干解调法时的最佳误码率。 解：基带矩形脉冲的带宽为1/T Hz。2ASK信号的带宽应该 是它的两倍，即2/T Hz。故接收端带通滤波器的最佳带宽应 为: B 2/T = 2RB =9.6 106 Hz 2 8 n B 1 . 92 10 W 故带通滤波器输出噪声平均功率等于: n 0 2 6 A 10 因此其输出信噪比等于： r 26 1

通信原理(樊昌信)第7章 数字调制

通信原理(樊昌信)第7章 数字调制

谱零点带宽：
§7.2 二进制数字调制系统 抗噪声性能
概述

性能指标：系统的误码率 Pe 分析方法：借用数字基带系统的方法和结论 分析条件：恒参信道（传输系数取为 K ） 信道噪声是加性高斯白噪声

背景知识： 窄带噪声 正弦波+窄带噪声
§7.2.1 2ASK系统的抗噪声性能

2ASK---相干解调
基带信号
反相器 振荡器2
f2
s (t )
相加器
e2FSK (t )
选通开关
特点：转换速度快、电路简单、 产生的波形好、频率稳定度高。
ak a b c s(t ) s(t )
1
0
1
1
0
0
1 t t t
d
t
e
t
f
t
g
2 FS K信 号
t
图 二进制移频键控信号的时间波形
三、2FSK信号的解调 1、非相干解调，如图（b）； 2、相干解调，如图（a）。 3、过零检测法；
e2 DPSK (t ) 带通
滤波器 延迟TB a 相乘器 b c 低通 滤波器 d 抽样 判决器 定时 脉冲 e 输出
相乘器 起着 相位比较的作用
带通 滤波 器
a
相乘 器 b
c
低通 滤波 器
d
抽样 判决 器 定时 脉冲
e
延迟 Ts
参考
(a )
DPSK信号 a b
c d 二进 制信息 反相 e
0
0
§7.1.1 二进制振幅键控 （2ASK）

原理： s(t)载波幅度

表达式：
单极性

波形：
1 0 1 1 0 1 t

通信原理-第7章-数字调制系统

通信原理-第7章-数字调制系统
CPM系统的频带利用率取决于权重和相位偏移的配置，通常高于单纯的调相信号和 调频信号。
05
数字调制系统的实现
数字信号的生成
01
数字信号的生成
通过将数字信号转换为模拟信号，实现数字信号的生成。常用的方法包
括脉码调制（PCM）和增量调制（ΔM）。
02 03
PCM编码
将数字信号转换为模拟信号的一种方法是通过脉码调制（PCM）。 PCM编码器将输入的数字信号转换为模拟信号，通常使用8位、12位或 16位量化器进行量化。
由离散的二进制比特流表示的信息。
数字调制系统的应用场景
01
02

无线通信
数字调制系统广泛应用于 无线通信系统，如移动电 话、无线局域网和卫星通 信。
有线通信
在有线通信中，数字调制 系统用于光纤、电缆和其 他传输介质。
数据传输
数字调制系统用于高速数 据传输，如数字电视、高 速互联网接入和数据中心 内部通信。
频率调制（FM）
总结词
频率调制是利用载波的频率变化来传递信息的一种调制方式。
详细描述
在频率调制中，载波的频率随着调制信号的幅度变化而变化，从而将信息编码 到载波信号中。解调时，通过检测载波的频率变化来恢复原始信息。
相位调制（PM）
总结词
相位调制是利用载波的相位变化来传递信息的一种调制方式 。
详细描述
数字调制系统的实验
实验是学习和研究数字调制系统的重要手段。通过搭建实验平台，可以观察和分 析数字调制系统的实际性能，验证理论的正确性。实验中常用的设备包括信号发 生器、频谱分析仪和误码测试仪等。
06
数字调制系统的应用与发 展
数字调制系统在通信领域的应用
数字电视广播

通信原理-07数字调制共55页

通信原理-07数字调制共55页

谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
通信原理-07数字调制
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。

樊昌信《通信原理》(第7版)配套题库【章节题库7-9章】【圣才出品】

樊昌信《通信原理》(第7版)配套题库【章节题库7-9章】【圣才出品】
4．2DPSK 信号采用相干解调—码反变换方法解调，若码反变换器输入端的误码率为 Pe,则码反变换器输出的误码率为______。
【答案】2Pe（1－Pe） 【解析】码反变换器的功能是将相对码变为绝对码。只有当码反变换器的两个相邻输入 码元中，有一个且仅有一个码元出错时，其输出码元才会出错。设码反变换器输入信号的误 码率是 Pe，则两个码元中前面码元出错且后面码元不错的概率是 Pe（1－Pe），后面码元出 错而前面码元不错的概率也是 Pe（1－Pe）。所以，输出码元发生错码的误码率为 2Pe（1－ Pe）。
7．先将矩形基带信号采用滚降系数为 0.5 的滚降滤波器滤波，然后采用 8PSK 调制方
式实现无码间干扰传输。若传输速率为 30kb／s，需要占用的信道带宽为______。
【答案】15kHz
【解析】对滚降系数α＝0.5，8PSK 无码间干扰传输，传输速率为 30kb／s 的信号，
其需要占用的信道带宽为 B = (1+a )Rb = (1+ 0.5)30 = 15kHz 。
2ASK
在相干解调下的误码率为
Pe
=
1 2
骣
erfc
琪 琪
桫
r 4
；
( ) 2PSK
在相干解调下的误码率为
Pe
=
1 2
erfc
r；
2FSK
在相干解调下误码率为
Pe
=
1 2
骣
erfc
琪 琪
桫
r 2
；
故采用相干解调方式时，抗加性高斯白噪声性能从优到劣的排列顺序是：2PSK、
2DPSK、2FSK、2ASK。
2．相同传码率条件下，下面四种方式中，（ ）的频带利用率最低。

(完整版)通信原理——第七章


获得振幅键控、频移键控和相移键控三种基本的数字调制方式。
1
0
1
1
0
1
1
0
1
t
t
t
(a) 振幅键控 （ASK）
(b) 频移键控
(FSK) 正弦载波的三种键控波形
(c) 相移键控
(PSK)
绝对相移键控PSK 相对相移键控DPSK
7.1 二进制数字调制原理
7.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
1
0
0
1
s(t)
课件
第7章
数字带通传输
通信原理（第7版） 樊昌信 曹丽娜 编著
本章内容:
第7章 数字调制
7.1 二进制数字调制原理 2ASK 2FSK 2PSK/2DPSK
7.2 二进制数字调制系统的抗噪声性能
7.3 二进制数字调制系统的性能比较
7.4 多进制数字调制原理（了解）
7.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能（×）
➢ 数字调制：用数字信号控制载波某个参数的过程 ➢ 用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号 。 ➢ 数字带通传输系统（或 数字频带传输系统）：包括调制和解调过程的数
字传输系统 ➢ 调制的作用：
将信号频谱搬移至最佳频段 多路复用，高效利用信道 提高传输质量
数字调制方式：用数字基带信号改变 正弦型载波 的 幅度、频率 或 相
1. 2ASK基本原理
Ts
t
振幅键控是利用载波的幅度变化来
载波
t
传递数字信息，而其频率和初始相
位保持不变。
2ASK
t
2ASK信号的一般表达式可以写为
e2ASK (t) s(t) cosct 单极性

《通信原理》第7章 数字调制系统(7.4-5)解析

这里仍以4进制DPSK信号为例作进一步的讨论。4进
制DPSK通常记为QDPSK。
QDPSK信号编码方式：
2018/10/18
36
第7章 数字带通传输
k
a b A方式 90 0 270 B方式 135 45 315
0 0 1
0 1 1
1
2018/10/18
0
180
225
37
第7章 数字带通传输
T T
2018/10/18
(a) 波形和相位连续
20
第7章 数字带通传输
若每个码元中的载波周期数不是整数，则即使初始相位 相同，波形和瞬时相位也可能不连续，如左图：
T T T
T
(b) 波形和相位不连续
(c) 波形连续相位不连续
或者波形连续而相位不连续，如右图。
2018/10/18
21
第7章 数字带通传输
多进制振幅键控又称多电平调制 优点： MASK信号的带宽和2ASK信号的带宽相同，故单位频带 的信息传输速率高，即频带利用率高。
如： 基带信号是多进制单极性不归零脉冲：
2018/10/18
6
第7章 数字带通传输
01
0
10
11
01
10 00
00
11
10 t
(a) 基带多电平单极性不归零信号
01 0 10
2018/10/18
14
第7章 数字带通传输
可以将MPSK信号码元表示式展开写成
sk (t ) cos(0t k ) cos k cos 0t sin k sin 0t
式中
ak cos 0t bk sin 0t
ak cosk

樊昌信《通信原理》(第7版)章节题库(数字带通传输系统)【圣才出品】

第7章 数字带通传输系统一、选择题1．在抗加性高斯白噪声方面，性能最好的调制制度是（ ）。

A ．2FSK B ．2ASK C ．2PSK D ．2DPSK 【答案】C【解析】对于相同的解调方式，抗加性高斯白噪声性能从优到劣的排列顺序是：2PSK 、2DPSK 、2FSK 、2ASK 。

2．相同传码率条件下，下面四种方式中，（ ）的频带利用率最低。

A ．2ASK B ．2PSK C ．2FSK D ．2DPSK 【答案】C【解析】在相同传码率的条件下，2222ASK PSK DPSK B B B B T ===，2212FSK BB f f T =-+，传输带宽越宽，频带利用率越低，所以2FSK 的频带利用率最低。

3．在数字调制系统中，采用8PSK 调制方式传输，无码间干扰时能达到的最高频带利用率是（ ）。

A ．1Baud ／HzB ．2Baud ／HzC ．3Baud ／HzD ．4Baud ／Hz 【答案】A【解析】对所有的调制信号，最大频带利用率均为ηB ＝1Baud/Hz 。

二、填空题1．2DPSK 、2ASK 、2PSK 和2FSK 采用相干解调时，抗信道加性高斯白噪声性能的优劣顺序为______。

【答案】2PSK 、2DPSK 、2FSK 、2ASK【解析】数字调制系统的抗噪声性能通过系统在信道噪声干扰下的总误码率表征。

2DPSK 在相干解调下的误码率为e P erfc=；2ASK 在相干解调下的误码率为12e P erfc =；2PSK 在相干解调下的误码率为12e P erfc =；2FSK 在相干解调下误码率为12e P erfc =； 故采用相干解调方式时，抗加性高斯白噪声性能从优到劣的排列顺序是：2PSK 、2DPSK 、2FSK 、2ASK 。

2．BPSK 采用相干解调时可能出现“反向工作”现象的原因是______；解决方案是______。

【答案】接收端提供的本地载波有180o 相位模糊；采用2DPSK【解析】在2PSK 信号的载波恢复过程中存在着180°的相位模糊，称为2PSK 方式的“倒π”现象或“反相工作”。

通信原理第7章资料PPT课件


B2FSK f2 f1 2 fs
f
f0 2 fs f0 fs
f0
f0 fs f0 2 fs
2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。连续谱由两
个双边带谱叠加而成，离散谱位于两个载频f1和f2处；
若两个载频之差小于fs，则连续谱呈现单峰；如载频之
差增大，则连续谱将第出19现页/双共5峰9页。
2DPSK信号调制器原理框图
cosct
开关电路
0
e2DPSK (t)
1 8 00 移相
s(t)
码变换
第31页/共59页
变为相对码
31
7.1 二进制数字调制原理
2DPSK信号的解调——相干解调加码反变换
e2DPSK (t) 带通
滤波器
a
相乘器
cosct b
c
d
低通
滤波器
抽样 判决器
定时 脉冲
e 码反 f
e2FSK
(t)
AAccooss((21tt
n ), n ),
发送“1”时 发送“0”时
11
第11页/共59页
7.1 二进制数字调制原理
2FSK信号的时间波形
1
0
1
0
(a)2FSK信号 t
2ASK信号
（b) s1 t cos1t
t
2ASK信号
(c) s2 t cos2t
1
t
2FSK信号的波形(a)可以分解为波形(b)和波形(c)
1
第7章 数字带通传输系统
本章主要内容：
二进制数字调制原理 二进制数字调制系统的抗噪声性能 二进制数字调制系统的性能比较
第1页/共59页
第7章 数字带通传输系统
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基本原理
一个MPSK信号码元可以表示为
sk (t ) A cos(0t k )
式中，A － 常数，
k 1,2,, M
k － 一组间隔均匀的受调制相位
它可以写为
k
2 (k 1), M k 1,2, M
通常M 取2的整数次幂。
2018/10/18
M 2p
12
第7章 数字带通传输
多进制振幅键控又称多电平调制 优点： MASK信号的带宽和2ASK信号的带宽相同，故单位频带 的信息传输速率高，即频带利用率高。
如： 基带信号是多进制单极性不归零脉冲：
2018/10/18
6
第7章 数字带通传输
01
0
10
11
01
10 00
00
11
10 t
(a) 基带多电平单极性不归零信号
01 0 10
2018/10/18
16
第7章 数字带通传输
QPSK信号矢量图 QPSK信号的编码
a 0 0 1 1 b 0 1 1 0
k
90 0 270 180
00 01 10 11 图7-35 QPSK信号的矢量图
参考相位
（格雷码）
2018/10/18 17
第7章 数字带通传输
格雷码的好处在于相邻相位所代表的两个比特只有一位 不同。由于因相位误差造成错判至相邻相位上的概率最大， 故这样编码使之仅造成一个比特误码的概率最大。
7.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能
2018/10/18
2
第7章 数字带通传输
7.4 多进制数字调制原理
为了提高频带利用率，最有效的办法是使一个码元 传输多个比特的信息。
由7.3节中的讨论得知，各种键控体制的误码率都决 定于信噪比r。 它还可以改写为码元能量E和噪声单边功率谱密度n0 之比：
r E / n0
11
01
10 00
11
10
t
(b) MASK信号
2018/10/18 7
第7章 数字带通传输
基带信号是多进制双极性不归零脉冲：
01 10 11 01 00 10
11 00
10 t
0
(c) 基带多电平双极性不归零信号
01 0
10
11
01
00
10
00
11
10 t
2018/10/18
(d) 抑制载波MASK信号
元中包含信息k比特，则有k = log2M
若码元能量E平均分配给每个比特，则每比特的能量Eb 等于E / k。故有 比特信噪比 Eb E / k r
n0 n0 k rb
在研究不同M值下的错误率时，适合用rb为单位来比较不 同体制的性能优劣。
2018/10/18 5
第7章 数字带通传输
7.4.1 多进制振幅键控(MASK)
2018/10/18
18
第7章 数字带通传输
多位格雷码的编码方法：
格雷码又称反射码。
序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
格雷码 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000
2018/10/18 15
第7章 数字带通传输
本节下面主要以M = 4为例，对4PSK作进一步的分析.
（1）正交相移键控(QPSK) 先介绍格雷(Gray)码
4PSK信号每个码元含有2 比特的信息，现用ab代表这两个比
特。两个比特有4种组合，即00、01、10和11。它们和相位k之间
的关系通常都按格雷码的规律安排，如下表所示
2018/10/18
10
第7章 数字带通传输
MFSK非相干解调器的原理方框图
带通滤波
f
包络检波
1
V1(t) 抽样 判决 输出
输入
带通滤波
f
包络检波
2
. .
. . 带通滤波
f M
. .
包络检波
. .
VM(t)
定时脉冲
2018/10/18 11
第7章 数字带通传输
7.4.3 多进制相移键控(MPSK)
8
第7章 数字带通传输
7.4.2 多进制频移键控(MFSK)
4FSK信号波形举例
f1 f2 f3 f4
t T T T T
(a) 4FSK信号波形
f1 00 f2 01 f3 10 f4 11
(b) 4FSK信号的取值
2018/10/18 9
第7章 数字带通传输
MFSK信号的带宽
B = fM - f1 + f 式中: f1 － 最低载频 fM － 最高载频 f － 单个码元的带宽
通信原理
第7章 数字带通传输（7.4-5）
主 讲：江金龙 E-mail：jljiang@ 九江学院字调制原理
7.4.1 多进制振幅键控（MASK） 7.4.2 多进制频移键控（MFSK） 7.4.3 多进制相移键控（MPSK） 7.4.4 多进制差分相移键控（MDPSK）
在下图中示出当M = 8时，k取值的一例。图中示出当发 送信号的相位为1 = 0时，能够正确接收的相位范围在/8内。
k
2 (k 1), M k 1,2, M
2018/10/18
图7-34 8PSK信号相位
13
第7章 数字带通传输
对于MPSK信号，不能简单地采用一个相干载波进行相 干解调。例如，若用cos2f0t作为相干载波时，因为cosk = cos(2-k)，使解调存在模糊。这时需要用两个正交的相干载 波解调.
二进码 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
2018/10/18
14
第7章 数字带通传输
可以将MPSK信号码元表示式展开写成
sk (t ) cos(0t k ) cos k cos 0t sin k sin 0t
式中
ak cos 0t bk sin 0t
ak cosk
bk sin k
上式表明，MPSK信号码元sk(t)可以看作是由正弦和余弦 两个正交分量合成的信号，并且ak2 + bk2 = 1 。因此，其带宽 和MASK信号的带宽相同。
推理如下：
2018/10/18 3
第7章 数字带通传输
a2 r 2 2 n
2 代入： n
n0 B
1 B Ts
a2
带通系统： （带宽＝码元速率） 基带系统： （带宽＝1/2码元速率）
4
r 2 n0
2018/10/18
Ts
E n0
第7章 数字带通传输
设多进制码元的进制数为M，码元能量为E，一个码