第3章调制与解调3数字调制部分概要.ppt

通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室3.4 二进制数字调制3.4.1 二进制数字调制3.4.2 二进制数字调制原理3.4.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能3.4.4 多进制数字调制系统通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室 引言 在通信系统中实际使用的信道多为带通型，例如各个频段的无线信道、限定频率范围的同轴电缆等。而数字基带信号往往具有丰富的低频成分，只适合在低通型信道中传输（比如双绞线、对称电缆）。为了使数字信号能在带通信道中传输，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，采用数字调制方式。为什么要调制？什么叫做调制？如何进行调制？通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室问题为什么要调制？为什么要调制？天线设计（l=/4）FDM频率复用匹配信道信道容量的提高最小化干扰的影响通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室什么叫做调制？数字调制就是将数字符号变成适合于信道的波形。所用的载波一般是高频余弦波形，调制信号是数字基带信号。利用基带信号控制载波，使载波携带基带信息，就完成了调制。由于数字信息是离散的，因此调制后的载波参数上只有有限个数值。类似于用数字信息控制开关，从几个具有不同参量的独立振荡源中选择参量，因此，又称键控。问题通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室 数字调制：用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程；数字解调：在接收端把带通信号还原成数字基带信号的过程。数字带通传输系统：通常把包括调制和解调过程的数字传输系统称为数字带通传输系统，或者频带传输、载波传输。通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室 数字信号的载波传输从原理上讲，与模拟调制几乎没有区别。数字信号的载波传输是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在接收端也只是对载波信号的离散调制参量进行检测。因此数字调制技术有两种方法：1、利用模拟调制的方法，即把数字基带信号看成是模拟信号的特殊例子；2、利用数字信号的离散取值特点用一个开关键控载波，因此数字信号的载波传输信号也称为键控信号。问题如何进行调制？如何进行调制？通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室 根据已调信号参数改变类型的不同，数字调制可以分为幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK），即分别对载波的幅度，频率和相位进行键控。根据基带信号的进制数可以分为二进制调制和多进制调制；根据基带信号与已调信号的频谱关系分为线性调制和非线性调制。幅移键控属于线性调制，而频移键控属于非线性调制。通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室3.4.1 3.4.1 二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)(2ASK)1 1、基本原理、基本原理 2 2、表达式、表达式 3 3、调制方法、调制方法 4 4、解调方法、解调方法 5 5、功率谱分析、功率谱分析3.4.2 3.4.2 二进制频移键控二进制频移键控(2FSK)(2FSK)3.4.3 3.4.3 二进制相移键控二进制相移键控(2PSK)(2PSK)3.4.4 3.4.4 二进制差分相移键控二进制差分相移键控(2DPSK)(2DPSK)通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室1、基本原理 二进制幅移键控（2ASK）是指高频载波的幅度受调制信号的控制，而频率和相位保持不变。载波幅度的两种变化状态，分别对应二进制信息0和1。2、2ASK信号的时域表达3.4.1二进制幅移键控（2ASK）由2ASK的定义可得其表达式为 其中Ts为码元持续时间，g（t）为持续时间为Ts的基带脉冲波形；通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室通常假设g（t）是高度为1、宽度为Ts的矩形脉冲。若取 则相应的2ASK就是一种最常用最简单的二进制振幅键控方式称为通断键控OOK（OnOff Keying）信号。可见，2ASK信号可以表示为一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦型载波相乘。1 概率为P0 概率为1-P通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室发送发送滤波器滤波器通通-断键控断键控(OOK,On-Off Keying)an为单极性码为单极性码g(t)为矩形脉冲波形为矩形脉冲波形Ks(t)载波开关电路3、2ASK信号的产生信号的产生 方法有两种：模拟调制和键控法。方法有两种：模拟调制和键控法。124 4、2ASK/OOK2ASK/OOK信号的解调信号的解调 a.a.非相干解调（包络检波法）非相干解调（包络检波法）b.b.相干解调（同步检测法）相干解调（同步检测法）定时脉冲定时脉冲 输入输入 输出输出 带通带通 滤波器滤波器半波或全半波或全波整流器波整流器 低通低通 滤波器滤波器 抽样抽样 判决器判决器2ASK的非相干解调器的非相干解调器13通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室图6-4（b）各点波形图 2ASK的相干解调器的相干解调器 抽样抽样 判决器判决器 输入输入 带通带通 滤波器滤波器coscos c ct t 低通低通 滤波器滤波器 输出输出定时脉冲定时脉冲abcde15通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室5、2ASK信号的频谱通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室2ASK信号的功率谱 离散谱PS(f)通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室 由图可知，OOK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成，它的谱第一零点带宽Bs=2fs，fs为基带信号的谱零点带宽，在数量上与基带信号的码元速率RB相同。结论 OOK信号的传输带宽是码元速率的2倍。OOK信号的带宽是基带脉冲波形带宽的2倍。通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室一、调制原理：若基带脉冲为矩形脉冲波形，则在一个码元周期内，FSK信号可以表示为FSK：利用数字基带信号控制载波的频率。3.4.1.2 3.4.1.2 二进制频移键控二进制频移键控 (2FSK：Frequency Shift Keying)通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室基带信号基带信号FSKFSK信号信号 1 0 0 1f1 f2 f2 f1f1 f1f2 f2 ASKASK信号信号ASKASK信号信号FSK信号为两个不同频率交替发送的ASK信号的和。通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室二、2FSK信号的产生方法 1、采用模拟调频电路来实现 2、采用键控法来实现，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每一个码元Ts期间输出f1或者f2两个载波之一。基带脉冲基带脉冲生成器生成器基带脉冲序列 模拟模拟 调频器调频器(a)相位连续FSK调制采用电压控制振荡器（b）键控法产生2FSK信号的原理图振荡器振荡器1f1反相器反相器振荡器振荡器2f2选通开关选通开关选通开关选通开关相加器相加器e2FSK（t）基带信号基带信号因为使用了两个独立的振荡源，则两个载波的相位可能不同即不连续，则键控法产生的FSK信号又称相位不连续的2FSK23 1抽样脉冲抽样脉冲 输入输入 带通带通 滤波器滤波器 包络包络 检波器检波器 抽样抽样 判决器判决器 输出输出 输入输入 带通带通 滤波器滤波器 包络包络 检波器检波器 22FSK的非相干解调器的非相干解调器三、2FSK信号的解调J主要有相干检测法、非相干检测法、鉴频法、过零检测法、差分检波法等。J非相干解调和相干解调原理是将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别进行解调，然后进行判决。242FSK2FSK的相干解调器的相干解调器 1 输入输入cos 1t抽样脉冲抽样脉冲 抽样抽样 判决器判决器 输出输出 输入输入cos 2t 低通低通 滤波器滤波器 2 低通低通 滤波器滤波器 带通带通 滤波器滤波器 带通带通 滤波器滤波器252FSK的过零检测法的过零检测法2FSK信号的信号的过零点数随载频的变化而不同过零点数随载频的变化而不同，因此，检测出，因此，检测出过过零点数零点数就可以得到载频的差异，从而进一步得到调制信号的信就可以得到载频的差异，从而进一步得到调制信号的信息。息。26通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室四、2FSK信号的功率谱密度 对相位不连续的2FSK信号，可以看成由两个不同载频的2ASK信号的叠加，它可以表示为其中，s1(t)和s2(t)为两路二进制基带信号。据2ASK信号功率谱密度的表示式，不难写出这种2FSK信号的功率谱密度的表示式：通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室 2FSK信号的功率谱由连续谱、离散谱组成，连续谱由两个双边谱组成，离散谱出现在两个载频位置上。传输2FSK信号所需的第一零点带宽为：通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室 若两个载频之差比较小，连续谱出现单峰；若两个载频之差增大，连续谱出现双峰；一般认为两个载频之差2FSKOOk 通信原理通信原理 机械与电子工程学院机械与电子工程学院电子信息教研室电子信息教研室 综合以上因素，目前用的最多的数字调制方法是相干2DPSK和非相干2FSK。相干2DPSK主要用于高速数据传输，而非相干2FSK则用于中、低速数据传输中。