通信原理(5)—— 数字带通传输系统(ASK/FSK/PSK/DPSK)
数字带通——数字载波、数字频带、数字调制
数字调制方法——模拟调制法、数字键控法(振幅键控ASK、频移键控FSK、相移键控PSK)
一. 二进制数字调制原理
1. 2ASK和2FSK
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2ASK/OOK调制:控制载波的幅度。符号为1时,正弦波振幅为A,为0时振幅为0。又称通断键控。
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2FSK调制:控制载波的频率。符号为1和0时对应不同频率的正弦波。2FSK可以看成两个不同载频的2ASK的叠加。
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2ASK解调:包络检波、相干解调。
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2FSK解调:包络检波、相干解调、其他。可以分解为两个2ASK。
2. 2PSK
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2PSK调制:用相位Π代替1,用相位0代表0。
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2PSK解调:只有相干解调。
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2PSK缺点:由于存在载波相位模糊,存在倒Π现象,即反向工作。
解决方案:2DPSK。
3. 2DPSK(差分相移键控)
- 2DPSK调制:利用前后相邻码元的载波相对相位来表示信息。相差0为0,相差Π为1。
- 解调:
- 相干解调 + 码反变换(差分译码)法 ;
- 差分相干解调(利用前后相邻码元的载波相对相位表示信息)。
二. 二进制数字已调信号功率谱密度
1. 研究目的和分析方法
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所有解调器由 带通滤波器BPF、解调器、抽样判决器 组成。
带通滤波器的作用:传信滤噪。
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设计:依据已调信号的频谱特性——功率谱(PSD)。
目的:带宽B 和 载波(fc)分量。
方法:借助基带信号的功率谱。
2. 功率谱
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fB = 1/TB=RB 码元速率
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2ASK:B2ASK=2fB。含有载波分量。
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2FSK:连续谱形状对着两个载频之差的大小发生变化,可能为单峰或者双峰。
B2FSK≈|f1-f2|+2fB。含有载波分量f1和f2。
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2PSK和2DPSK:B2PSK=B2DPSK=2fB。不含载波分量。
三. 二进制数字调制系统抗噪声性能
1. 分析模型
- 已调信号、信道(高斯白噪声)、带通滤波器BPF(窄带噪声)、解调器( 常为低通滤波器)、抽样判决。
2. 误码率
- 2ASK-相干解调系统:误码率与单极性基带系统结果相同。
- 2FSK-相干解调系统:误码为0和1的情况的误码率对称。
- 2PSK-相干解调系统:误码率与双极性基带系统结果相同。
- 2DPSK-相干解调系统:误码率是2ASK的两倍。
四. 性能比较
1.可靠性——误码率
- 优劣程度:2ASK < 2FSK < 2DPSK < 2PSK(由坏到好)
- 相干 < 非相干
2. 有效性——信号带宽、频带利用率
- B2ASK = B2PSK = B2DPSK = 2fB
- B2FSK≈|f1-f2|+2fB
- B~2FSK的频带利用率最低,有效性最差
3. 适用性——对信道特性变化的敏感性
- 2ASK:易受信道参数变化的影响,不适于在变参信道中传输。
- 2PSK:不易受信道参数变化的影响。
- 2FSK:不需要人为设置判决门限,因而不易受信道参数变化的影响。适用于变参信道传输场合。
综述
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2PSK/2DPSK的抗噪性能好;
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2DPSK可解决2PSK的反向工作问题;
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2FSK适合变参信道,但频带利用率较低;
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2ASK简单、但其他方面性能较差;
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非相干借条方式比相干方式的复杂度低。
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相干2DPSK——中速数据传输
非相干2FSK——中低速数据传输,尤其适用于随参信道场合