通信原理(5)—— 數字帶通傳輸系統（ASK/FSK/PSK/DPSK）

通信原理(5)—— 數字帶通傳輸系統（ASK/FSK/PSK/DPSK）

數字帶通——數字載波、數字頻帶、數字調製

數字調製方法——模擬調製法、數字鍵控法（振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、相移鍵控PSK）

一. 二進制數字調製原理

1. 2ASK和2FSK

• 2ASK/OOK調製：控制載波的幅度。符號爲1時，正弦波振幅爲A，爲0時振幅爲0。又稱通斷鍵控。

• 2FSK調製：控制載波的頻率。符號爲1和0時對應不同頻率的正弦波。2FSK可以看成兩個不同載頻的2ASK的疊加。

• 2ASK解調：包絡檢波、相干解調。

• 2FSK解調：包絡檢波、相干解調、其他。可以分解爲兩個2ASK。

2. 2PSK

• 2PSK調製：用相位Π代替1，用相位0代表0。

• 2PSK解調：只有相干解調。

• 2PSK缺點：由於存在載波相位模糊，存在倒Π現象，即反向工作。

  解決方案：2DPSK。

3. 2DPSK（差分相移鍵控）

• 2DPSK調製：利用前後相鄰碼元的載波相對相位來表示信息。相差0爲0，相差Π爲1。
• 解調：
  • 相干解調 + 碼反變換（差分譯碼）法 ；
  • 差分相干解調（利用前後相鄰碼元的載波相對相位表示信息）。

二. 二進制數字已調信號功率譜密度

1. 研究目的和分析方法

• 所有解調器由 帶通濾波器BPF、解調器、抽樣判決器 組成。

  帶通濾波器的作用：傳信濾噪。

• 設計：依據已調信號的頻譜特性——功率譜（PSD）。

  目的：帶寬B 和 載波（f_c）分量。

  方法：藉助基帶信號的功率譜。

2. 功率譜

• f_B = 1/T_B=R_B 碼元速率

• 2ASK：B_2ASK=2f_B。含有載波分量。

• 2FSK：連續譜形狀對着兩個載頻之差的大小發生變化，可能爲單峯或者雙峯。

  ​ B_2FSK≈|f₁-f₂|+2f_B。含有載波分量f₁和f₂。

• 2PSK和2DPSK：B_2PSK=B_2DPSK=2f_B。不含載波分量。

三. 二進制數字調製系統抗噪聲性能

1. 分析模型

• 已調信號、信道（高斯白噪聲）、帶通濾波器BPF（窄帶噪聲）、解調器（ 常爲低通濾波器）、抽樣判決。

2. 誤碼率

• 2ASK-相干解調系統：誤碼率與單極性基帶系統結果相同。
• 2FSK-相干解調系統：誤碼爲0和1的情況的誤碼率對稱。
• 2PSK-相干解調系統：誤碼率與雙極性基帶系統結果相同。
• 2DPSK-相干解調系統：誤碼率是2ASK的兩倍。

四. 性能比較

1.可靠性——誤碼率

• 優劣程度：2ASK < 2FSK < 2DPSK < 2PSK（由壞到好）
• 相干 < 非相干

2. 有效性——信號帶寬、頻帶利用率

• B_2ASK = B_2PSK = B_2DPSK = 2f_B
• B_2FSK≈|f₁-f₂|+2f_B
• B~2FSK的頻帶利用率最低，有效性最差

3. 適用性——對信道特性變化的敏感性

• 2ASK：易受信道參數變化的影響，不適於在變參信道中傳輸。
• 2PSK：不易受信道參數變化的影響。
• 2FSK：不需要人爲設置判決門限，因而不易受信道參數變化的影響。適用於變參信道傳輸場合。

綜述

• 2PSK/2DPSK的抗噪性能好；

• 2DPSK可解決2PSK的反向工作問題；

• 2FSK適合變參信道，但頻帶利用率較低；

• 2ASK簡單、但其他方面性能較差；

• 非相干借條方式比相干方式的複雜度低。

• 相干2DPSK——中速數據傳輸

  非相干2FSK——中低速數據傳輸，尤其適用於隨參信道場合