通信原理(5)—— 数字带通传输系统（ASK/FSK/PSK/DPSK）

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

• 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。

• 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。

• 2ASK解调：包络检波、相干解调。

• 2FSK解调：包络检波、相干解调、其他。可以分解为两个2ASK。

2. 2PSK

• 2PSK调制：用相位Π代替1，用相位0代表0。

• 2PSK解调：只有相干解调。

• 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

• 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。

• 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（f_c）分量。

  方法：借助基带信号的功率谱。

2. 功率谱

• f_B = 1/T_B=R_B 码元速率

• 2ASK：B_2ASK=2f_B。含有载波分量。

• 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。

  ​ B_2FSK≈|f₁-f₂|+2f_B。含有载波分量f₁和f₂。

• 2PSK和2DPSK：B_2PSK=B_2DPSK=2f_B。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

• B_2ASK = B_2PSK = B_2DPSK = 2f_B
• B_2FSK≈|f₁-f₂|+2f_B
• 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

• 2PSK/2DPSK的抗噪性能好；

• 2DPSK可解决2PSK的反向工作问题；

• 2FSK适合变参信道，但频带利用率较低；

• 2ASK简单、但其他方面性能较差；

• 非相干借条方式比相干方式的复杂度低。

• 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