依据。7.1.6多进制数字调制原理1.误码率抗澡性能在信道高斯白噪声的干犹下，各种二进制数字调制系统的误码率如表7-1所列。1.概述表7-1二进制数字调制系统的识码率公式一览表为了提高额带利用率，最有效的办法是使一个码元传输多个比特的借息。这就是多进制键控体制。其代价是增加信号功率和实现上的复杂性。英型相干解调非相干解利条件1）特点P(1) =P(0)Tom(/)2ASK6'=a/2与二进制调制相比，多进制调制系统具有以下特点：（1）由信息传输速率R，、码元传输速率R，和进制数M之间的关系2FSK（/)1emR,=R.log.MRedzRadloiM可知：R、相同时，通过增加进制数M，可以降低R，从而减小信号带富，节的题带资源，提高额带利Fen(t)2PSKP(1)=P(0)时，量佳判决门用率n=R/B。限=02DPSK（2）R相同时（带宽B相同），通过增加进制数M，可以增大R，从面在相同的带宽中传输多个erfe(vf)比特的信息，因而额带利用率示高。注：7为解调器给人烟的信赚比nB一内调器辅入装项声功车（3）在相回的噪声下，多进制调制系统的抗噪声性能低于二进制调制系统。换之，若想得到相回的退码率，需要更大的发送信号功率。结论：（1）对于同一调制方式，P.a<P，但随着的增大，两者性能相些不大。2）种类（2）对于相同的解调方式（如相干解调），抗加性高斯白噪声性能从优到劣的排列顾序是：多进制键控可以看作是二进制键控体制的推广。基本的多进制键控类型有MASK、MFSK、2PSK、2DPSK、2FSK、2ASKMPSK和MDPSK。（3）在误码率P相同条件下，对信操比产的要求：2ASK比2FSK高3dB，2FSK比2PSK高3dB，MASK信号的带宽和2ASK信号的带宽相同：MPSK信号的带宽和MASK信号的带宽相回。因2ASK比2PSK高6dB。此，它们的题带利用率是24SK2PSK的logM倍。2.带宽和频带利用率MAS虽是一种高效率的传物方式，但由于它的扰噪声能力尤其是抗衰落熊力教低，因面它一当码元宽度为T，时，2ASK、2FSK和2PSK/2DPSK信号的传输带宽为般只适宜在恒参信道中传检。Buex = Buw/arr = 2f, --MFSK系统的抗衰落能力强，但占用的带宽大，因面一般用于调制建率不高的衰落信道传输中。TMFSK借号的带宽定别B+-+4其中为最低裁题为最高载题，AF为单个码元的带享，Bm=16-61+它决定于信号传输速率。MPSK和MDPSK方式是利用设的多种不同相位（或相位差）来表征数字信息的。假设相位数结论：2FSK系统的题费利用率量低，有效性最差。M=2比特码元的持续时间为T，则MPSK信号码元可以表示为3.对信道特性变化的敏感性e(在实际通信系统中，许多信道是随参信道，即信道参数随时间变化。国此，在选择数字调制方式n=1.2,....M式中，4为常数：9，为一组间隔均勾的受调制相位，其值决定于基带码元的取值。时，还应考虑系镜的最佳判决门限对信道特性的变化是否敏感。在基本的多进制键控方式中，MPSK和MDPSK方式（尤其是M=4和M=8的情况）应用更为广泛。2ASK系统，当P(1）=P(0）时，最佳则决门限6a/2与接收机输人信号的幅度有关，故判2.四进制相移键控（4PSK和4DPSK）决门限易受信道参数变化的影响。固此，2ASK不适于随参信道的场合。2PSK系统，当P(1）=P(0）时，最佳别决门限6：=0与接收机输人值号的幅度无关。因此判决1）相位关系4PSK常称为正交相移链控QOPSK7，它的每个码元含有2bit的信息，因此称为双比特码元，记为门限不易受信道参数变化的影确。αb。4PSK信号的双比特ab与载波的受调相位，关系如表7-2所列。在2FSK系统中，抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，不需要专门设置判决门限，因而2FSK系统对信道的变化不敏感。表7-2双比特ab与载液相位的关系4.设备的复杂度双比特码元数放相径（4.)非相干万式比相于方式简。这是因为相于调需要提取相干载波，故设备相对复杂些，成本a6A方式/（")B方(")也略高。.0225目前常用的是相干2DPSK方式和非相干2FSK方式。相干2DPSK主要用于中速数据传输，面10非相干2FSK则用于中、低速数据传输中，尤其适用于随参信道的场合。90315164165
(续)的输人双比特出，况择某个相位的裁波输出。模选的4个相位8、6、6，和9，可以是图7-17中的A较波相控(中)双比特码元1804511727013510L分蟹为西路换后，成为串与表7-2相对虚的相位关系失量图如图7-17所示。41001::1:方/r811参考相位参考相位wt佳美哦一历度顺太子教道eppstE01EnregB方式爱树A方式X长aet图7-174PSK信号的相位关系类量图SK,通常记为2）4PSK调制第一种方法是正交调相造，如图7-18所示，其原理是把4PSK信号规为两个互发正交的2PSK湘烟法相位当作是前一对应输人串行比特流；“串/停号的合成。图中，输人基带信号4（）是二进制不归零双极性码元调制与解调只并变换"电路把串行的比特流按2bit编为1组，然后同时送出两路并行码元。和（每个码元的持续换器（位置在时间是输人码元的2倍）。经过两路正交调制并合成后，送出B方式的4PSK借号。理一上国一BF若想得到A方式的4PSK信号，只需改变图7-18中的两个调制裁波，即采用两个π/4相移器食代替一个元/2相移器。林妈钱使电器4aCosol注区祥(7.1 33)4PSK信号招加靓干篷电路(B方式）s福(7. 1 34)sina,r相果ywt不电品[或后度调一[74发项>下 (1-35)魔对找聘图7-18[4PSK信号的调相送SCP一乳第二种产生方法是相位选择法其原理方框图如图7-19所示。图中，相位避择电路按照当时(7.1 ~ 36)蔬暖整裁b10.0.10.10(7. 1 ~ 37)-1-la/tp(7.1 38)图7-194PSK信号的相位选择困rsin2MT166
(续)的输人双比特ab，选择某个相位的载波输出。缺选的4个相位6,、6、6和8.可以是图7-17中的A方式或B方式规定的4个相位。载波相位（$）双比特码元3）4PSK解调4518011由于4PSK信号可以看作是两个正交2PSK信号的登加，所以4PSK信号的组通可分额为两路135270102PSK信号的解调，如图7-20所示。相干解调后的两路并行码元a和，经过并/串变换后，成为串与表7-2相对应的相位关系失量图如图7-17所示。行数据输出。001:1相低道拍剂co5d0.1楚装4PSK定时翰比110并/串提妆12参考相位参考相位-sina,!相柔低道热州ot图7-204PSK信号解调原理框图B方式A方式K4)4DPSK图7-174PSK信号的相位关系失量图与2PSK一样，4PSK信号解通时也存在相位模益间题，因面实际中多采用4DPSK，通常记为ODPSK2）4PSK调制第一种力法是正交调相法，如图7-18所示，其原理是报4PSK信号提为两个互为正交的2PSK表7-1和失量图7-17对于分析4DPSK信号仍然适用，只是需要把其中的参考相位当作是前一对应输人审行比特流：“申/一码元的相位，把载波相位，换成前后码元的载波相位差Ap，即可。因此，4DPSK的调制与解调只偿号的合成。图中，输人基带信号A（)是二进制不归零双极性码元一并变换"电路把申行的比特流按2bit缩为1组，然后同时送出两路并行码元。和（每个码元的持续需在4PSK的调制与解调的基础上插人码变换器（位置在/并变换器之后）和码反变换器（位置在并/申变换器之剪）。时间是人码元的2倍）。经过两路正交调制并合成后，送出B方式的4PSK信号。此外，与2DFsK一样，4DPSK的解调也有差分相干解调方式。若想得到A方式的4PSK信号，只需改变图7-18中的两个调制载波，即零用两个%/4相移器5）多相调制系统抗噪声性能代替一个元/2相移器。4PSK（QPSK）系统的误码率批P, -1-rfe(7.1 33)相加4PSK信号4(0串/井樱工垫MPSK(当M大）系统的误码率电路变换(B方式）KP, - rfe(frin )(7.1 34)福当：》1时，有近似式site.4招屏P.减(31 ~35)erfe(x)efrinR图7-184PSK信号的调相进注：有些教材用下式近似第二种产生方法是相位选择送其原理方框图如图7-19所示。图中，相位选择电路按照当时P,-e(7.1 36)MDPSK系统的误码率饭装提峰P, ere(/2rsin 2m)(7.1 37)00.10.f0当》1时，有近似式4相波A1aP..(7.1-38)图7-194PSK信号的相位选择润VZrain2mVr166167
相和末相是一样的。注：有些教材用下式近似（6）每独调制系统的到决规量一定要与调制规则相呼应。P, ~e(7.1 39)（7）在2DPSK的差分相干解调中，若规定Ap=T对应"1"码，4p=0°对应"0"码，则当J=R时，别决规则为：抽样值>0-0抽样值<0-+1面当/，=（&+0.5）R，时，判决规则为：抽样值>0-7.2难点·疑点1；抽样值<0-0。1.数字调制与模报调制的异同点7.3重点·考点（1）相同点：测制原理相回，调制目的相同，未调载波（正弦波）相同；（2）不同点：调制信号不同（前者为数字基带信号（)：后著为模报基带信号益（)），已遇载波1.概念的参量取值不回（前者高放取值，后者连续取值）。调制类型与特点；多进制数字调制的特点和目的：数字调制与模拟调制的异同点。由于数字调制与模拟调制的原理和本质相同，所以可以把数字基带信号当作模报信号的特殊情2.计算况处理，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例。二进制调制信号的表示式、时越被形和通制器（会面）：各种解固器（接收机）原理框图及各点效2.2ASK、2FSK、2PSK/2DPSK信号的特点形（会面），二进制调制借号的传输带富和带利用率：最佳判决门限和误码率：差分编码和分评2ASK是利用载波的振幅变化传遇数字信息的，其特点是：载波的振幅有两种（如0和A）变化，码：二进制数字调制系航的性能（抗唤性能带宽、题带利用率等）比较：4PSK、4DPSK信号的相位关面载波的相位和额率不变。系，失量图和时间波形：4PSK.4DPSK信号的调制解通器2FSK是利用载波的频率变化传逆数宇值息的，其特点是：费被的频率有两种（，和5）变化，面费波的振幅和相位不变。7.4典型例题但应注意：模拟调题法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的：面题控法产生的2FSK信号的相位在相邻码元之间不一定连续这两方送产生的2FSK信号的题造结构不国。在例7-1设发送的二进制信息为10101，码元速率为1200B：《通信原理）（第6版）中分析的是相位不连续的2FSK信号的额谱。由于在FSK中，码元的初始相位并不携带信息，所以我们在做题或再被形时一般都踪认FSK码（1）当载波额率为2400Hz时，试分别面出2ASK（00K）、2PSK及2DPSK信号的波形：（2）2FSK的两个载波额率分别为1200Hz和2400Hz时，面出其波形；元的初始相位为0。2PSK是利用裁波的（绝对）相位变化传递数字信息的。2DPSK是利用前后相邻码元的载波相（3）计算2ASK、2PSK，2DPSK和2FSK信号的带宽和频带利用率。对相位变化传递数字信息的。它们的特点是：软波的初始相位（或前后相邻元的裁波相位差）有解（1）因为载波频率是码元速率的2信，所以每个码元内面两周载波。两种（如0和%）变化，面载波的报幅和额率不变。3.几点注意（1）2ASK信号中的调制信号：（0）量单极性非归零数字基带值号，面在2PSK_中的通制信MMM号（）是双极性非归零数字基带信号。（2）在2FSK信号的相于解训或包路检被方案中，基链调愿理是把2FSK信号分成上，下两路2ASK信号分别进行解调，因此上，下支路中的带通融波费的通费宽度皮等于2ASK信号的带室，面)（相干）和"（包检）时，其解调器输不是2FSK的带宽。所以在求2FSK的误码率：erfe（。2WMPSX，而不是o=n，Bgk，其中的噪声功率。，=，B#=n，入端信噪比等于！3（3）在PSK信号中，相位变化是以未调费波的相位作为参考基准的。因此2PSK相于解调时，由于验恢复中相位有0模摄性，号致解调过程出现“反向工性“现象。（4）在DPSK信号中，相位变化是以前一码元载波的相位作为参考的。也就是说，DPSK信号的WWWM相位并不直接代表信息符号，而前启码元相对相位的差才难一决定信息符号。因此2DPSK系统中，不会受初始状态的影响（即最初的6，-可任意设定），且在相干解调时，由于码反变换（差分译码）的=，甲b-5，5.，从而克服了因载波相位模糊导致的“反向工作”现象。（5）2DPSK中的载波相位差4一，原则上定义为当脑码元的初相与血一倡元的末相(2）设1200Hz→1",2400Hz→0"（而不是初相）之差。当然，若载波频率人与传码率R，是能数倍关系（邸=战，）时，每个码元的初169I6R
（1）试间每个码元中包含多少个载波周期？（2）求OOK信号的第一零点带宽。解(1)由题意知AA1.4元x10%2×10(Hz)2元R,=1000(B)（3）2ASK、2PSK和2DPSK带宽和频带利用率为故每个码元中包含2000个载波周期。= 2 ×1200= 2400(Hz)Barx = Buopx = Bausx = 2f. =(2）00K信号的第一零点带宽为Bt=2R,=2000(Hz)ns= R,/B = R,/B = 1200/2400 = 0.5(B/Hz) = 0.5(b/(s -Hz))7-3设某2FSK传输系统的码元速率为1000B，已调信号的载额分别为1000Hx和2000Hz。发2FSK信号的带宽和频带利用率为送效字信息为011010：n24001200 +2400= 3600(Hz)Basx=f-f,1+（1）试面出一种2FSK信号调制器原理框图，并画出2FSK信号的时间波形：（2）试讨论这时的2FSK信号应选择怎样的解调器解调；T= R,/B = R,/B = 1200/3600 = 0.33(B/Hz) = 0.33(b/( ·Hz))（3）试画出2FSK信号的功率谱密度示意图。解（1）2FSK信号可以采用模拟调额的方式产生，也可以采用数字键控的方式产生。数字键7.5习题解答控方式的调制器原理框图如图7-22所示。报装器：选通开关7-1设发送的二进制信息为1011001,试分别面出00K、2FSK、2PSK及2DPSK信号的形示意图，并注意克察其时间波形上各有什么特点。xfr基带信号相加器解00K2FSK、2PSK及2DPSK信号的波形示意图如图7-21所示。反相馨报装餐2速通开关图7-22数字键控方式的调制器原理框图由题意知，码元传输速率R，=1000B，若设"1"码对应的载额率为于=1000Hz，"0"码对应的载波顺率为为=2000Hz，则在2FSK信号的时间波形中，每个“1"码元时间内共有1个周期的载波，每个"0"码元时间内共有2个周期的载波。2FSK信号的时间波形如图7-23所示。【注：实际中键控法的波形一般不连续。1WAAMM图7-232FSK信号的时间波形L（2）由于2FSK信号的额谱有较大的重叠，若采用非相干解调时上下支路有较大串扰，使解调性能下降。由于表示“1和"0"码的两个信号正交，故可以采用相干解调。因为相干解调具有押制正交分量的功能。图7-21信号波形图（3）2FSK信号的功率谱结构可以近似看成是2个2ASK信号频谱的叠加，如图7-24所示。7-2设某00K系绕的码元传输速率为1000B，载波信号为Acs（4元×10）：2FSK信号的带宽为170171