2022年通信原理电子教案 .pdf

g Teaching Plan of communication principle 申 报 单 位：电气系电子教研室课 程 名 称：通 信 原 理教 案 编 写：高蕊使 用 教 材：国防工业出版社樊昌信编著通信原理第五版授 课 对 象： 2003 级电子信息工程名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 1 - 教师姓名高蕊教学方法讲授/ 讨论授课时数2/2 授课章节名称第 6 章 正弦载波数字调制系统第 1 节 二进制数字调制系统教学内容一、二进制振幅键控（2ASK ）信号的调制、解调、频谱、带宽二、二进制移频键控（2FSK）信号的调制、解调、频谱、带宽三、二进制移相键控（2PSK）信号及差分相位键控（2DPSK）的调制、解调、频谱、带宽教学目的一、掌握 2ASK 、2FSK 、2PSK 、2DPSK信号调制解调原理二、会画相干解调2ASK 、2FSK 、2PSK 、2DPSK信号的系统框图及各点波形图三、掌握 2ASK 、2FSK 、2PSK 、2DPSK的带宽，了解功率谱及其频谱图教学重点一、 2ASK 、2FSK 、2PSK 、2DPSK 信号的调制解调原理二 、2ASK 、2FSK 、2PSK 、2DPSK 信号的系统框图及各点波形三 、2ASK 、2FSK 、2PSK 、2DPSK 带宽教学难点一、 2ASK 、2FSK 、2PSK 、2DPSK 相干与非相干解调框图的区别二 、差分相干解调2PSK 、2DPSK 信号的系统框图及个点波形教学手段多媒体课件演示参考书目通信原理与通信技术张卫刚主编通信原理常见题型解析及模拟题李白萍主编通信原理辅导张辉主编课堂教学时间分配复习（提问） 5 分新课讲解 80分课堂讨论 5分巩固新课 5分布置作业 5分名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 2 - 教学内容第 6 章 正弦载波数字调制系统6.1 二进制数字调制原理1 二进制振幅键控（ 2ASK ） （通断键控）（1）调制（产生）振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。设发送的二进制符号序列由0、1 序列组成，发送 0 符号的概率为P，发送 1 符号的概率为1-P，且相互独立。该二进制符号序列可表示为S(t)=其中: an= 0, 发送概率为P1, 发送概率为1-P 二进制振幅键控信号的产生方法如图6 - 1 所示，图(a)是采用模拟相乘的方法实现，图(b)是采用数字键控的方法实现：图 6-1 2ASK 信号的产生框图则二进制振幅键控信号可表示为e2ASK(t)= （2）波形图 6 2 2ASK 信号波形（3）解调由图 6 - 1 可以看出， 2ASK 信号与模拟调制中的AM 信号类似。 所以， 对 2ASK)(SnnnTtgatwnTtgacSnncos)(乘法器coscte2ASK(t)(a)cosct开关电 路s(t)e2 ASK(t)(b)s(t)载波信 号2ASK 信号s(t)1011Tb001ttt名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 3 - 教学内容信号也能够采用非相干解调(包络检波法 )和相干解调 (同步检测法 )，其相应原理方框图如图 6 -3 所示 ,(a)为非相干方式 （b）为相干方式。 2ASK 信号非相干解调过程的时间波形如图6 - 4 所示。图 6 3 二进制振幅键控信号解调器原理框图图 6 - 42ASK 信号非相干解调过程的时间波形(4) 频谱和带宽二进制振幅键控信号表示式与双边带调幅信号时域表示式类似。若二进制基带信号 s(t)的功率谱密度Ps(f)为则二进制振幅键控信号的功率谱密度P2ASK(f) 为P2ASK(f)= e2ASK(t)带通滤波器全波整流器低通滤波器抽样判决器输出abcd定时脉冲(a)e2ASK(t)带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出cosct(b)11100000101abcd)()()1()()(221smssmffmfGpffGfsp)21()(41)(42pffTSaTSS设)()(161)()(sin)()(sin1622ccSccScScSffffTffffTffTffT名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 4 - 教学内容二进制振幅键控信号的功率谱密度示意图如图6 - 5 所示，其由离散谱和连续谱两部分组成。离散谱由载波分量确定，连续谱由基带信号波形g(t)确定，图 6-5 2ASK 的频谱2ASK 信号的带宽是基带脉冲波形带宽的两倍，即B2ASK=2fs，fs 是基带信号波形带宽。2 二进制移频键控（ 2FSK ）（1）调制（产生）在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1 和 f2 两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号（2FSK 信号）。二进制移频键控信号的时间波形如图6 - 7 所示，若二进制基带信号的1 符号对应于载波频率f1，0 符号对应于载波频率f2，则二进制移频键控信号的时域表达式为e2FSK(t)= 式中： g（t）是个矩形脉冲，脉宽为Ts,且an= 0, 发送概率为P1, 发送概率为1-P bn= 0, 发送概率为1-P1, 发送概率为P 二进制移频键控信号的产生，可以采用模拟调频电路来实现，也可以采用数字键控的方法来实现。图 6 - 6 是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图：图 6 6 数字键控法产生2FSK 信号的原理图 2fs fcfsfcfc fsfc2fsOfc 2fsfc fsfc2fsfcfsfcf0 dBP2A SK( f )cos()()cos()(21nnSnnSnntwnTtgbtwTntga振荡器 1f1选 通开关反 相器基带信号选 通开关振荡器 2f2相加器e2FSK(t)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 5 - 教学内容（2）波形图 6- 7 2FSK 的时间波形（3）解调二进制移频键控信号的解调方法很多，有模拟鉴频法和数字检测法，有非相干解调方法也有相干解调方法。常采用非相干解调和相干解调两种方法的原理图如图6 - 8 所示。图 6 8 (a) 非相干解调 ; (b) 相干解调(4) 频谱和带宽aak1011001ts(t)ts(t)bttcdettfgt2FSK 信号e2FSK(t)带通滤波器1包络检波器抽样判决器输出定时脉冲带通滤波器包络检波器(a)e2FSK(t)带通滤波器1低通滤波器抽样判决器输出定时脉冲带通滤波器低通滤波器相乘器相乘器cos1tcos2t(b)()(sin)()(sin162112112SSSSSFskTffTffTffTffTp名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 6 - 教学内容+ (f+f1)+ (f-f1)+ (f+f2)+ (f-f2) 图 6 9 相位不连续2FSK 信号的功率谱示意图该二进制移频键控信号的带宽B2FSK 为B2FSK=|f2-f1|+2fs 3 二进制移相键控（ 2PSK ）信号及差分相位键控信号（2DPSK ）（1）调制（产生）二进制移相键控方式是受键控的载波相位按基带脉冲而改变的一种数字调制方式。设信息源发出的是由二进制符号0，1 组成的序列，其信号形式一般可表示为：e2PSK(t)= g(t-nTs)cosct 这里， g(t) 是脉宽为 Ts的单个矩形脉冲，而an的统计特性为an= 1, 发送概率为 P-1, 发送概率为 1-P 二进制移相键控信号的调制原理图如图6 10 所示。其中图 (a)是采用模拟调制的方法产生2PSK 信号，图 (b)是采用数字键控的方法产生2PSK 信号。图 6-102PSK 信号的调制原理图当恢复的相干载波产生180倒相时， 解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反，解调器输出数字基带信号全部出错。这种现象通常称为“ 倒”现象。由于在2PSK 信号的载波恢复过程中存在着180的相位模糊，所以2PSK 信号的相干解调存在随机的“ 倒” 现象，从而使得2PSK 方式在实际中很少采用，因此实际中常采用2DPSK。)()(sin)()(sin16221221SSSSSTffTffTffTffTfc = ( f1 f2) /2h = ( f2 f1) /RBh = 0.5h = 0.7h = 1.5fc1.5RBfcRBfc0.5RBfcfc0.5RBfc RBfc 1.5RBfnnas(t)码型变换双极性不归零乘法器e2PSK(t)cosct(a)cosct0开关电路e2PSK(t)180移相s(t)(b)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 7 - 教学内容图 6- 112DPSK 信号调制器原理图（2）波形在 2PSK 方式中， an是绝对信号序列，在2DPSK 方式中， an是相对对信号序列。若用表示2PSK 信号的初始相位，设= 0, 表示数字信息 “ 0”, 表示数字信息 “1”也可以定义为 = 0, 表示数字信息1 , 表示数字信息 “0”若用表示2DPSK 信号的相位差，设 = 0, 表示数字信息“0”, 表示数字信息 “1”也可以定义为 = 0, 表示数字信息 “1”, 表示数字信息 “0” 则 2PSK 信号与 2DPSK 信号的波形如图6-12 及 6-13 所示：图 6 12 2PSK 信号波形图 6 - 132DPSK 信号波形（3）解调2PSK 信号的解调通常都是采用相干解调，解调器原理图如图6 - 14 所示。图 6 - 142PSK 信号的解调原理图带通滤波器e2 PSK(t)a相乘器c低 通滤波器dbe抽样判决器输 出cosct定时脉 冲cosct0开关电 路e2 DPSK(t)180移相s(t)码变换A ATstO绝对码相对码载波DPSK信号10110010名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 8 - 教学内容2PSK 信号相干解调各点时间波形如图6 - 15 所示。图 6-15 2PSK 信号相干解调各点波形2DPSK 信号的解调通常都是采用相干解调，解调器原理图及解调各点波形如图6-16 所示：图 6-162DPSK 信号相干解调器原理图和解调过程各点时间波形(4) 频谱和带宽2PSK 与 2DPSK 信号有相同的功率谱。2PSK 信号可表示为双极性不归零二进制基带信号与正弦载波相乘，则2PSKP2PSK(f)= (a)abcdef(b)带通滤波器e2DPSK(t)a相乘器c低通滤波器dbe抽样判决器输出cosct定时脉冲码反变换器f1011000)()(sin)()sin(422ScScSccSTffTffTffffT10a110100bcde名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 9 - 教学内容图 6 -17 2PSK(2DPSK)2PSK 信号的带宽与2ASK 信号带宽相同，即B2FSK=B2ASK=2fs 本节小结掌握 2ASK 、2FSK、2PSK、2DPSK 的调制解调框图要求会画 2ASK 、2FSK、2PSK 波形重点理解 2PSK 调制解调各点波形重要公式： B2ASK=2fs B2FSK=|f2-f1|+2fs B2PSK=2fs 精典范例设某 2FSK 调制系统的码元素率为1000Baud， 已调信号的载频为1000Hz 或 2000Hz。（1）若发送数字信息为011010，试画出相应的2FSK 信号的波形；（2）试讨论这时的2FSK 信号应选择怎样的解调器解调。解： （1）以载频为1000Hz 代表信号为“0” ，以载频为2000Hz 代表信号为“ 1” 。则信号波形如图1 所示：（2）由于 f1f2 = 20001000=1000fs，功率谱密度出现单峰，频谱有较大的重叠，用包络检测法不合适，上下两支路有较大串扰，使解调性能降低，所以可以采用相干解调或过零检测法解调，也可以使用差分检测法解调，以减小相互串扰。课外作业Page185 6-1 6-3 6-4 fcOfcfP2PSK( f )2fs4Ts0 1 1 0 1 0 图 1 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 11 页 - - - - - - - - - - 10 - 点击观看 “电子课件”名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 11 页 - - - - - - - - -