ch5(1)_数字幅度调制.ppt

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1、第第5章章频带传输及调制技术频带传输及调制技术5.0 5.0 预备知识预备知识 5.1 5.1 二进制振幅键控调制（二进制振幅键控调制（2ASK2ASK）5.2 5.2 二进制频率键控调制（二进制频率键控调制（2FSK2FSK）5.3 5.3 二进制二进制数字相位调制数字相位调制（2PSK2PSK）5.4 5.4 多进制调制技术多进制调制技术5.5 5.5 现代调制技术现代调制技术 补充知识补充知识:滤波器滤波器5.0预备知识预备知识5.0预备知识预备知识 1.1.基带传输和频带传输基带传输和频带传输 2.2.为什么要要把基带信号变成频带信号？为什么要要把基带信号变成频带信号？3.3.数字调制

2、技术的分类数字调制技术的分类 4.4.调制理论基础调制理论基础5.0预备知识预备知识1.1.基带传输和频带传输基带传输和频带传输当二进制编码的当二进制编码的“0 0”、“1 1”符号用电脉符号用电脉冲的冲的“正正”、“负负”表示时，形成的是基表示时，形成的是基带信号，将基带信号直接在信道中传输的带信号，将基带信号直接在信道中传输的方式称为基带传输方式。方式称为基带传输方式。把数字信号调制成不同频率的信号，再进把数字信号调制成不同频率的信号，再进行传输的方法称为频带传输。行传输的方法称为频带传输。它是把进行完差错编码后的信号再一次进它是把进行完差错编码后的信号再一次进行编码，我们称之为第行编码，

3、我们称之为第4 4次编码。次编码。第一次：信息第一次：信息数据（数据（A/D）第二次：数据第二次：数据脉冲信号脉冲信号第三次：差错编码第三次：差错编码第四次：基带信号第四次：基带信号频带信号频带信号2.为什么要要把基带信号变成频带信号？为什么要要把基带信号变成频带信号？2.为什么要要把基带信号变成频带信号？为什么要要把基带信号变成频带信号？（1 1）基带信号基带信号通常含有较低的频率分量。通常含有较低的频率分量。（2 2）当信号为连续）当信号为连续1(1(或或0)0)时会有直流成分时会有直流成分 产生。产生。（3 3）频带信号一般频率较高（例如，）频带信号一般频率较高（例如，1 1为为4800

4、Hz,04800Hz,0为为2400Hz2400Hz），），平均功耗为平均功耗为0 0。3.数字调制技术的分类数字调制技术的分类3.数字调制技术的分类数字调制技术的分类数字幅度调制技术数字幅度调制技术幅移键控（幅移键控（ASK:AmplitudeShiftKeying）数字频率调制技术数字频率调制技术频移键控（频移键控（FSK:FrequencyShiftKeying）数字相位调制技术数字相位调制技术相移键控（相移键控（PSK:PhaseShiftKeying）4.调制理论基础调制理论基础4.调制理论基础：傅立叶变换调制理论基础：傅立叶变换调制：就是用欲传输的原始信号就是用欲传输的原始信号m(

5、t)去控制去控制高频简谐波高频简谐波f(t)或周期性的脉冲信号的某一参或周期性的脉冲信号的某一参量，使它们随量，使它们随f(t)线性变化。线性变化。通常把原始信号称为通常把原始信号称为调制信号或基带信号或基带信号m(t)；把高频简谐波或周期性脉冲信号称为把高频简谐波或周期性脉冲信号称为载波信号，起着载运原始信号的作用起着载运原始信号的作用f(t)=Acos；把调制后得到的信号称为把调制后得到的信号称为已调信号，显然已调，显然已调信号中携带有原始信号中的信息信号中携带有原始信号中的信息s(t)。调制定理调制定理调制定理调制定理：基带信号基带信号m(tm(t)和正弦信号和正弦信号cos（w0t）相

6、乘得到相乘得到已调信号已调信号f(t)cosf(t)cos（w w0 0t t）的频谱和原始信号的频谱和原始信号f(t)的频谱的频谱F(jw)之间有之间有如下关系：如下关系：调制定理调制定理调制定理调制定理调制定理表明：将基带信号调制定理表明：将基带信号f(t)乘以余弦信乘以余弦信号号cos（w0t）对应于对应于在频域中把在频域中把f(t)的频谱的频谱F(jw)等分成两部分并把其中一部分沿频率等分成两部分并把其中一部分沿频率轴右移轴右移w0，另一部分左移另一部分左移w0，如图所示：如图所示：-Wm+Wmf(t)F(jw)-Wm+Wm-Wm+Wm5.1二进制振幅键控调制（二进制振幅键控调制（2A

7、SK）数字幅度调制：用数字基带信号去控制正弦用数字基带信号去控制正弦载波的幅度，使载波信号的幅度随基带信号载波的幅度，使载波信号的幅度随基带信号的变化而变化。的变化而变化。5.1.1 5.1.1 2ASK 2ASK信号的产生信号的产生5.1.2 2ASK5.1.2 2ASK信号的解调信号的解调5.1.3 2ASK5.1.3 2ASK所需带宽所需带宽基带数字信号基带数字信号（单极性非归零矩形脉冲）：（单极性非归零矩形脉冲）：5.1.1 2ASK信号的产生n1.2ASK信号n数字基带信号通常用单极性非归零的矩形脉冲序列m(t)表示。n2ASK信号：信号：5.1.12ASK信号的产生信号的产生n正弦

8、载波信号：f(t)=Acos(w0t+0)n一般 0=0便于分析2.2ASK调制方法调制方法(1)乘法器法（图乘法器法（图a）：）：平衡调制器平衡调制器(2)通断键控方法（图通断键控方法（图b）：OOK（On-OffKeying）5.1.12ASK信号的产生信号的产生（a）（b）载波发生器e(t)m(t)S开关(a)t1011001s(t)Tbtt2ASK信号载波信号(b)单极性非归零矩形脉冲信号单极性非归零矩形脉冲信号载波载波解调：解调：从已调信号中检出调制信号的过程称为从已调信号中检出调制信号的过程称为解调或解调或检波检波。2ASK信号的解调：信号的解调：即由已调信号即由已调信号二进制基带

9、信二进制基带信号；解调的方法有号；解调的方法有相干解调和和非相干解调两种方法。两种方法。(1)非相干解调方法非相干解调方法：包络检波法包络检波法包络检波：包络检波：幅值调制就是让已调信号的幅值随幅值调制就是让已调信号的幅值随调制信号的值变化，因此调幅信号的包络线形调制信号的值变化，因此调幅信号的包络线形状与调制信号一致。只要能检出调幅信号的状与调制信号一致。只要能检出调幅信号的包包络线络线即能实现解调。这种方法称为即能实现解调。这种方法称为包络检波包络检波。5.1.22ASK信号的解调信号的解调2ASK信号的解调信号的解调定时抽样定时抽样输出基带信号输出基带信号2ASK信号包络检波原理框图抑制

10、噪声BPF包络检波器包络检波器抽样判决器LPF输入已调信号（输入已调信号（2ASK信号信号+噪声（高斯白噪声）噪声（高斯白噪声）)取出基带信号取出基带信号把取出的基带信把取出的基带信号还原成原基带号还原成原基带信号信号抽样判决器在定时脉冲的控制下，对LPF输出的信号进行抽样，当样值大于判决门限里，判为“1”，反之判为“0”。2ASK信号的解调信号的解调n(2)相干解调：同步解调法相干解调：同步解调法：BPF乘法器乘法器抽样判决器LPF定时抽样定时抽样输入已调信号输入已调信号输出基带信号输出基带信号相干波发生器相干波发生器2ASK信号的解调信号的解调相干解调的条件：相干载波发生器产生的相干载波发

11、生器产生的本地相干载波要与输入已调信号同频、同相。设 s(t)=m(t)cos(0t+0)f(t)=cos(ft+f)2ASK信号的解调信号的解调2cosAcosB=cos(A+B)+cos(A-B)M(t)=1/2kLm(t)cos（0+f）t+（0+f）+cos（0-f）t+（0-f）2cosAcosB=cos(A+B)+cos(A-B)M(t)=1/2kLm(t)cos（0+f）t+（0+f）+cos（0-f）t+（0-f）=1/2kLm(t)cos（0-f）t+（0-f）=1/2kLm(t)高频，滤掉=0=0实现相干解调的关键是要有一个与调制信号保持实现相干解调的关键是要有一个与调制信

12、号保持同频同相的相干载波，否则会造成解调后波形失同频同相的相干载波，否则会造成解调后波形失真。通常接收端无法独立产生相干载波，需要用真。通常接收端无法独立产生相干载波，需要用锁相环路或窄带滤波器来提取，这样就增加了设锁相环路或窄带滤波器来提取，这样就增加了设备的复杂性。而且在大信噪比条件下，这种方法备的复杂性。而且在大信噪比条件下，这种方法的抗噪声性能并无明显的改善，的抗噪声性能并无明显的改善，所以相干解调法所以相干解调法在实际系统中应用得较少。在实际系统中应用得较少。二进制振幅键控方式是数字调制中出现最早的，二进制振幅键控方式是数字调制中出现最早的，也是最简单的调制方式，但其抗噪声能力差，因

13、也是最简单的调制方式，但其抗噪声能力差，因而实际用得并不多。而实际用得并不多。5.1.3 2ASK5.1.3 2ASK所需带宽所需带宽 信号的带宽是信号占据的整个频率范信号的带宽是信号占据的整个频率范围。一个基带信号调制成围。一个基带信号调制成2ASK2ASK信号时，会信号时，会得到一个由许多简单频率组成的谱系。但得到一个由许多简单频率组成的谱系。但是，有意义的频率是是，有意义的频率是f fc c-0.5N-0.5Nbaubaud d与与f fc c+0.5N+0.5Nbaudbaud 之间中间载波频率之间中间载波频率fcfc，见图见图5.55.5。对于对于ASKASK技术所使用的带宽用下式计

14、算：技术所使用的带宽用下式计算：BW=BW=（1+d1+d）N Nbaudbaud 其其中中，BWBW为为带带宽宽，N Nbaudbaud为为波波特特率率，d d是是和和线线路有关的因子，最小值为路有关的因子，最小值为0 0。由此可知，传输由此可知，传输ASMASM信号所需的最小带宽等信号所需的最小带宽等于波特率。于波特率。单工单工(半双工半双工)带宽带宽BW=BW=N Nbaudbaud全双工全双工 带宽带宽BW=2NBW=2Nbaudbaud例例5 51 1求求出出码码元元变变换换速速率率为为400Baud400Baud的的2ASK2ASK半半双双工工系系统统的的最最小小带带宽宽和和信信息

15、息传传输输速速率率是是多多少少？若若采采用用八八进进制制ASKASK系系统统，该该系系统统最最小小带带宽宽和和速速率率又又为为多多少少？解解：在在2ASK2ASK半半双双工工系系统统中中，一一个个系系统统的的最最小小带带宽宽等等于于其其波波特特率率，所所以以，该该信信号号带带宽宽是是400Hz400Hz。同同样样，对对于于2ASK2ASK信信号号，波波特特率率等等于于比比特特率率，所所以以信信息息传传输输速速率率（比比特特率率）也也等于等于400bps400bps。在在八进制八进制ASKASK系统中，由于一个码元含有系统中，由于一个码元含有3 3位（位（2 23 3=8=8），所），所以它的信

16、息传输速率（比特率）是以它的信息传输速率（比特率）是4003=1200 bps4003=1200 bps。而而在在ASMASM系统中，其带宽不变，仍等于波特率，即系统中，其带宽不变，仍等于波特率，即400Hz400Hz。对于信号的频率具有选择性的电路称为对于信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路滤波电路，它的功能是使特定的频率范，它的功能是使特定的频率范围内的信号顺利通过，而阻止其它频率围内的信号顺利通过，而阻止其它频率信号通过。信号通过。通常，按照滤波电路的工作频率为其命通常，按照滤波电路的工作频率为其命名，分为：低通滤波器（名，分为：低通滤波器（LPFLPF）、）、高通滤高通滤波器（波器（

17、HPFHPF）、）、带通滤波器（带通滤波器（BPFBPF）、）、带带阻滤波器（阻滤波器（BEFBEF）和全通滤波器（和全通滤波器（APFAPF）。）。补充知识补充知识_滤波器滤波器低通和高通滤波器：设截止频率为设截止频率为fp ,频率频率低于低于fp的信号可以通过，高于的信号可以通过，高于fp的信号被衰减的的信号被衰减的滤波电路称为滤波电路称为低通滤波器，反之，频率高于，反之，频率高于fp的信号可以通过，而频率低于的信号可以通过，而频率低于fp的信号被衰减的信号被衰减的滤波电路称为的滤波电路称为高通滤波器。全通滤波器：对于频率从零到无穷大的信号对于频率从零到无穷大的信号具有同样的比例系数，但对

18、于不同频率的信号具有同样的比例系数，但对于不同频率的信号将产生不同的相移。将产生不同的相移。补充知识补充知识_滤波器滤波器带通和带阻滤波器：设低频段的频率为设低频段的频率为f fp1p1，高频段的截止频率为高频段的截止频率为f fp2p2，频率为频率为f fp1p1到到f fp2p2之间的之间的信号可以通过，低于信号可以通过，低于f fp1p1或高于或高于f fp2p2的信号被衰减的信号被衰减的滤波电路称为的滤波电路称为带通滤波器。而频率是。而频率是f fp1p1到到f fp2p2之间的信号被衰减的滤波电路称为之间的信号被衰减的滤波电路称为带阻滤波器。带通滤波器带通滤波器常用于载波通信或弱信号提取等场常用于载波通信或弱信号提取等场合，以提高信号比。合，以提高信号比。带阻滤波器带阻滤波器用于在已知干用于在已知干扰或噪声频率的情况下，阻止其通过。扰或噪声频率的情况下，阻止其通过。补充知识补充知识_滤波器滤波器