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1、 4.1 引言引言 电信学院刘金电信学院刘金铸铸第 4 章 数字调制基础 第 4 章 数字调制基础 4.1 引言引言 一、 数字调制目的 一、 数字调制目的 目的：目的： 实质：符号波形映射。实质：符号波形映射。 实现：实现：1）载波调制。）载波调制。 2）波形选择。）波形选择。 二、 数字调制的三种基本形式 二、 数字调制的三种基本形式 频带传输（载波传输） 。频带传输（载波传输） 。 1/34.1 引言引言 电信学院刘金电信学院刘金铸铸1）移幅键控）移幅键控 2ASK，MASK 调制解调框图。调制解调框图。 波形。波形。 2/3检测。相干，非相干。检测。相干，非相干。0,T 2）移频键控）
2、移频键控 2FSK，MFSK 调制解调框图。调制解调框图。 波形。波形。 检测。相干，非相干。检测。相干，非相干。0,T 3）移相键控）移相键控 2PSK，MPSK 调制解调框图。调制解调框图。 波形。波形。 3/3电信学院刘金电信学院刘金铸铸4.1 引言引言 给定给定bR ，bP ，已调信号带宽与信噪比是一对矛盾。，已调信号带宽与信噪比是一对矛盾。 检测。相干。检测。相干。0,T 三、数字调制涉及的参数和性能指标 三、数字调制涉及的参数和性能指标 1）二进制，多进制。）二进制，多进制。 2）传输速率：符号速率。信息速率。）传输速率：符号速率。信息速率。 3）已调信号带宽。）已调信号带宽。 4
3、）接收端信号强度。平均功率。每比特能量。）接收端信号强度。平均功率。每比特能量。 5）接收端噪声强度。）接收端噪声强度。AWGN，双边功率谱密度。，双边功率谱密度。 6）信噪比。）信噪比。 7）错误概率。误符号率。误比特率）错误概率。误符号率。误比特率 BER。 4.2 BPSK 调制方式详解调制方式详解电信学院刘金电信学院刘金铸铸4.2 BPSK 调制方式详解调制方式详解 一、调制 一、调制 1 框图 1 框图 2 已调信号表达 星座图。 2 已调信号表达 星座图。 3 已调信号频谱和带宽 带宽效率 3 已调信号频谱和带宽 带宽效率 2PSK 信号表示为：信号表示为： ( )( )cos(c
4、n ns tb ttd g t) coscnTt)(b t 为随机双极性矩形脉冲序列，它的功率谱密度为为随机双极性矩形脉冲序列，它的功率谱密度为 1/84.2 BPSK 调制方式详解调制方式详解电信学院刘金电信学院刘金铸铸21( )( )bP fG f T( )g t1,2 0,Tt( )g t 其他为矩形脉冲，表达式为：为矩形脉冲，表达式为：2/8其频谱函数：其频谱函数：sinf( )TG fT fTsct ( )( )cos tb t的功率谱密度为：的功率谱密度为： 1( )()4()sbcbcfP ffP f f P4.2 BPSK 调制方式详解调制方式详解电信学院刘金电信学院刘金铸铸二
5、、解调与检测 二、解调与检测 1 框图 1 框图 2 最佳接收 2 最佳接收 3 抗噪声性能分析 特定错误概率所需信噪比 3 抗噪声性能分析 特定错误概率所需信噪比 ( )cos,0ttT3/8cs td A ;1;1TdTdcos,0( )cos,0ccAtts tAtt 2 ,2bA TEA2bE T4.2 BPSK 调制方式详解调制方式详解电信学院刘金电信学院刘金铸铸接收信号：接收信号： ( )( )r ts ( )tn t)0/2N(n t：AWGN 样本，双边功率谱密度为。样本，双边功率谱密度为。 用于相干解调的单位能量信号：用于相干解调的单位能量信号： 2( )cosg tT,0c
6、ttT 相干解调：相干解调： 4/84.2 BPSK 调制方式详解调制方式详解电信学院刘金电信学院刘金铸铸0000( ) ( )( ) ( )( ) ( )22coscos22TTTTccbRr t g t dts t g t dtn t g t dtTTd Attdtd AdTTdE22bE TT 其中：其中： 0( )Tn t( )5/8g t dt。的方差：的方差：2 0/2nN1当时，当时，dbRE 的概率密度函数为：的概率密度函数为： R222bnxE1 1( )exp2np x所以，发送时的错误概率为所以，发送时的错误概率为 d4.2 BPSK 调制方式详解调制方式详解电信学院刘金
7、电信学院刘金铸铸6/8222bnxE001( 1 1)( )exp2nPp x dx dx02bE N 得到：得到： ( 1 1)PQ 其中：其中： 221( )e,2txQ xdtx0或：或： 22etxx1( )erfc22erfc( )Q xxdt1d 用同样的方法，可以得出发送符号时的错误概率：用同样的方法，可以得出发送符号时的错误概率： 4.2 BPSK 调制方式详解调制方式详解电信学院刘金电信学院刘金铸铸02bEQN ( 1 1)P 因发送因发送+1、-1 等概，平均错误概率为：等概，平均错误概率为： 7/802)bEQN11( 1 1)( 1 122bPPP 4 载波同步 4 载
8、波同步 1）插入导频法）插入导频法 2）载波提取法）载波提取法 2PSK 信号载波提取，框图。信号载波提取，框图。 PLL 原理。原理。 5 位同步 5 位同步 1）插入导频法）插入导频法 8/8电信学院刘金电信学院刘金铸铸4.2 BPSK 调制方式详解调制方式详解2）位同步提取法）位同步提取法 例：微分、整流、数字锁相环跟踪滤波。例：微分、整流、数字锁相环跟踪滤波。 三、关于系统仿真 三、关于系统仿真 Matlab。1）编程。）编程。2）Simulink。 系统原理、参数的意义。系统原理、参数的意义。 程序结构化设计。子程序（函数） 。数据与程序分离。程序结构化设计。子程序（函数） 。数据与
9、程序分离。 流程图。流程图。 简单到复杂的演化。简单到复杂的演化。 分步实现。查错。分步实现。查错。 正确性验证。正确性验证。 1/2电信学院刘金电信学院刘金铸铸4.3 差分移相键控（差分移相键控（DPSK）与多进制移相键）与多进制移相键4.3 差分移相键控（差分移相键控（DPSK）与多进制移相键 控（）与多进制移相键 控（MPSK） 一、DPSK 一、DPSK 1 含义 2 调制原理 波形举例 3 解调 延时相干 4 特点 1 含义 2 调制原理 波形举例 3 解调 延时相干 4 特点 没有相位模糊的问题。延时相干不须提取载波，但性能差。特 定错误概率所需信噪比。没有相位模糊的问题。延时相干
10、不须提取载波，但性能差。特 定错误概率所需信噪比。 2/2电信学院刘金电信学院刘金铸铸4.3 差分移相键控（差分移相键控（DPSK）与多进制移相键）与多进制移相键二、QPSK 二、QPSK 1 调制调制 框图。表达式。星座图。带宽。带宽效率。框图。表达式。星座图。带宽。带宽效率。 2 解调解调 框图。过程表达。性能。特定错误概率所需信噪比。框图。过程表达。性能。特定错误概率所需信噪比。 三、8PSK 三、8PSK 简介。星座图。带宽。性能。带宽效率。特定错误概率所需信噪比。简介。星座图。带宽。性能。带宽效率。特定错误概率所需信噪比。 4.4 正交调幅（正交调幅（QAM）电信学院刘金电信学院刘金
11、铸铸4.4 正交调幅（正交调幅（QAM） （解决信号、符号的复数表示问题）（解决信号、符号的复数表示问题） 一、脉冲幅度调制（PAM） 二、QAM 一、脉冲幅度调制（PAM） 二、QAM 1 已调信号表达 星座图。等效低通信号。复符号。 1 已调信号表达 星座图。等效低通信号。复符号。 1）QAM 信号的等效低通信号信号的等效低通信号 QAM 信号可以表示为信号可以表示为 ( )( )cos2 ( )sin2ccss ts g tf ts g t,0cf ttT 5, 其中。其中。 ,1, 3,css s QAM 信号又可表示为信号又可表示为 1/44.4 正交调幅（正交调幅（QAM）电信学院
12、刘金电信学院刘金铸铸22) ( )cccjf tjf ttg t e2( )Re( )Re (Re( )csjf ls tsg t esjss t ejs( )sg tcsss称为复符号。复整数集的一个子集。称为复符号。复整数集的一个子集。 ( )lcs tsjs称为称为 QAM 信号的“等效低通信号” 。是复信号。信号的“等效低通信号” 。是复信号。 （欧拉公式：（欧拉公式：11cos;sin22jxjxjxjxxeexeej） 2/44.4 正交调幅（正交调幅（QAM）电信学院刘金电信学院刘金铸铸2）QAM 信号星座图表示信号星座图表示 设设20Tg( )gt dt。 定义两个单位能量信号
13、：定义两个单位能量信号： 2( )( )cos22( )( )sin2cc gsc gf tg tff tg tf ,0,0ttTttT 则则 QAM 信号可以表示为信号可以表示为 ( )( )cos2( )( )22 ( )( ),0ccsgg ccssccsss ts g tf tssf tsfx f tx f tt( )sin2cg tf ttT3/44/4电信学院刘金电信学院刘金铸铸4.4 正交调幅（正交调幅（QAM）典型的带宽与信噪比互换方式。带宽受限系统。典型的带宽与信噪比互换方式。带宽受限系统。 4 抗噪声性能分析。特定错误概率所需信噪比。 4 抗噪声性能分析。特定错误概率所需信
14、噪比。 星座坐标为星座坐标为 csx xx 5 与 MPSK 调制比较 2 调制解调 3 带宽效率 6 应用 5 与 MPSK 调制比较 2 调制解调 3 带宽效率 6 应用 4.5 高斯最小移频键控（高斯最小移频键控（GMSK）电信学院刘金电信学院刘金铸铸4.5 高斯最小移频键控（高斯最小移频键控（GMSK） 一、2FSK 信号带宽 二、CP-2FSK（连续相位） 一、2FSK 信号带宽 二、CP-2FSK（连续相位） 实现。实现。 三、最小移频键控（MSK） 三、最小移频键控（MSK） 12cos2,0( )cos2,0f ts tf t;“1“;“0“tTtT 1/符号速率：符号速率：s
15、fT。 1/34.5 高斯最小移频键控（高斯最小移频键控（GMSK）电信学院刘金电信学院刘金铸铸2/3121 4 1 4cscsffffff121 2sff ff。 保持两波形正交的最小频距：保持两波形正交的最小频距： 12012000cos2cos21cos2cos221cossin22TTTTf tf tdtfft120fftttTtdtTT d 解调框图。解调框图。 3/3电信学院刘金电信学院刘金铸铸4.5 高斯最小移频键控（高斯最小移频键控（GMSK） 22expHff 例：例：GSM 移动通信系统，移动通信系统，0.3bB T 。 调制系统参数：调制系统参数：s/bbB TBf。 3dB 带宽：带宽：ln20.5887 2bB 目的：进一步减小信号带宽。目的：进一步减小信号带宽。 四、GMSK
