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1、邯郸学院邯郸学院 邯郸学院7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理调制：调制：用基带信号改变载波的一个或某几个参用基带信号改变载波的一个或某几个参 量，使载波参量随基带信号的变化而变化。量，使载波参量随基带信号的变化而变化。模拟调制：模拟调制：对载波信号的参量进行对载波信号的参量进行连续调制连续调制，在接，在接收端则对调制参量收端则对调制参量连续估值连续估值。数字调制：数字调制：对载波信号的一个或某几个参量进行对载波信号的一个或某几个参量进行离散离散变换变换，用其离散状态表征基带信号信息，接收端则对，用其离散状态表征基带信号信息，接收端则对信号参量进行信号参量进行离散估值离散估值。邯郸学院
2、数字调制方式数字调制方式二（多）进制振幅振幅键控（2ASK）调制二（多）进制移频移频键控（2FSK）调制二（多）进制移相移相键控（2PSK）调制7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院s(t)s(t)s(t)ttt0110 01100101t2ASK(a)2FSKtt2PSK0f1f2f2f10(c)(b)正弦载波的三种键控波形(a)振幅键控；(b)移频键控；(c)移相键控。几中基本的调制信号示意图几中基本的调制信号示意图7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院011nPaP发送概率为发送概率为1、2ASK信号的产生信号的产生)()(snnnTtgats10( )0ts
3、tTg t 其它2( )()cosASKnscneta g tnTt发送的二进制符号序列发送的二进制符号序列 其中其中 sT 是二进制基带信号时间间隔2ASK2ASK信号信号 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院（1）2ASK信号的时域波形信号的时域波形2ASK2ASK信号的时间波形随二进制基带信号通断变化，信号的时间波形随二进制基带信号通断变化，所以又称为所以又称为通断键控信号（通断键控信号（OOKOOK信号）信号）单极性矩形单极性矩形脉冲序列脉冲序列t t1 11 11 11 10 00 00 0s(t)s(t)t tt t载波信号载波信号2ASK2ASK信号信号7.1 二
4、进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院（2）2ASK信号产生的两种调制方法：信号产生的两种调制方法：模拟相乘与数字键控模拟相乘与数字键控乘法器乘法器二进制不归二进制不归零信号零信号( )s t2( )ASKetcosctcoscosc ct t开关电路开关电路数字键控数字键控 ( )s t 2ASKet模拟相乘模拟相乘 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理（3）2ASK信号解调的方法：信号解调的方法：非相干解调（包络检波）与相干非相干解调（包络检波）与相干解调（同步检测法）解调（同步检测法） 非相干解调(包络检波法) 相干解调(同
5、步检测法)邯郸学院 半波或全波整流器：包络检波器半波或全波整流器：包络检波器 低通滤波器：输出信号是恢复后的基带信号低通滤波器：输出信号是恢复后的基带信号 抽样判决器：通过积分，抽样和判决，再生成基带信抽样判决器：通过积分，抽样和判决，再生成基带信号，去掉传输中叠加的干扰和噪声号，去掉传输中叠加的干扰和噪声包络检波器抽样抽样判决器判决器全波全波整流器整流器低通低通滤波器滤波器2( )ASKet带通带通滤波器滤波器定时定时脉冲脉冲输出输出7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理非相干解调非相干解调(包络检波法包络检波法)邯郸学院非相干解调过程的时间波形非相干解调过程的时间波形单极性矩形单极性
6、矩形脉冲序列脉冲序列调制信号调制信号整流信号整流信号低通滤波器低通滤波器输出信号输出信号抽样判决器抽样判决器输出信号输出信号1 11 10 01 10 00 00 01 10 00 01 1邯郸学院7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理（3）2ASK信号解调的方法：信号解调的方法：非相干解调（包络检波）与相干非相干解调（包络检波）与相干解调（同步检测法）解调（同步检测法） 非相干解调(包络检波法) 相干解调(同步检测法)邯郸学院7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理相干解调相干解调(同步检波法同步检波法) 解调原理：将已调信号e(t)与相干载波c(t)在相乘器中相乘，然后由低通滤波
7、器输出所需的基带波形。 抽样抽样判决器判决器相乘器相乘器低通低通滤波器滤波器2( )ASKet带通带通滤波器滤波器定时定时脉冲脉冲输出输出c(t)c(t)邯郸学院假设假设2ASK( )( )cos(),ccets tt输入信号： c osLLc tt相干载波：相乘器输出相乘器输出2( )( )( )cos() cos()11( )cos()()( )cos()()22ASKccLLcLcLcLcLetc ts ttts tts tt 低通滤波器滤除低通滤波器输出低通滤波器输出)()cos()(21)(0LcLccttskts KC为低通滤波器的电压传输系数相干条件相干条件cLcL及满足相干条件
8、下，相干检测器的输出为满足相干条件下，相干检测器的输出为)(21)(0tsktsc相干解调相干解调(同步检波法同步检波法)邯郸学院抽样抽样判决器判决器相乘器相乘器低通低通滤波器滤波器2( )ASKet带通带通滤波器滤波器定时定时脉冲脉冲输出输出e(t)e(t) 相干解调条件：相干解调条件：接收端必须提供一个与接收端必须提供一个与2ASK信号的载波信号的载波保持保持同频同相的相干载波同频同相的相干载波，否则将会造成解调后的波形失，否则将会造成解调后的波形失真。真。 相干载波一般可通过窄带滤波或锁相环路来提取。相干载波一般可通过窄带滤波或锁相环路来提取。7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理
9、相干解调相干解调(同步检波法同步检波法)邯郸学院2( )() cos( ) cosASKnsccneta g tnTts tt e2ASK(t)的功率谱密度为P2ASK(f) s(t)的功率谱密度为Ps(f)21( )()()4ASKscscPfPffP ff推导推导P Ps s(f)(f)2ASK2ASK调制信号调制信号 21( ) ()()2ASKccESS频谱频谱 功率谱密度功率谱密度 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理2 频域分析频域分析 2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度邯郸学院二进制基带信号二进制基带信号s(t)s(t)是单极性随机矩形脉冲，其功率谱密度是单极性随机
10、矩形脉冲，其功率谱密度P Ps(f)为为式中式中msssssmffmfGPffGPPffP)()(1)()1 (22）（( )G fg t（ ）矩形波频谱：对于所有的矩形波频谱：对于所有的m0m0的整数，有的整数，有G(mfG(mfs s)=0)=0 fGPffGPPffPsss2222011因此因此2222221( )(1)()() 41(1)(0) ()()4ASKsccsccPff PPG ffG fffPGffff7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院假设假设P P1/21/2，则，则 222221161(0)16ASKsccsccPffG ffG fffGffffg(t
11、)g(t)的频谱的频谱 sinsssfTG fTfT因此因此222sin()sin()( )16()()1()()16scscsASKcscsccTff Tff TPfff Tff Tffff 连续谱 离散谱7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院22ASKBB 传输2ASK信号所需频带0 0 f fs s2f2fs s-f-fs s-2f-2fs sP Ps s(f)(f)f fs s-f-f0 00 0f fc cf fc cf fs sP PE E(f)(f)f fc c7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理2 频域分析频域分析 2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度
12、邯郸学院2 频域分析频域分析对频域进行分析的目的之一：确定信号的带宽 谱零点带宽 以主瓣宽度为度量单边功率谱的谱零带宽为：2()()22/()ASKcscsssBfffffT HzRc为二进制码元速率，与二进制序列的信息传输速率（比特率）数值上相等。7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院7.1.2二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK）1、 时域分析时域分析二进制频移键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键二进制频移键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。若二进制基带信号的控信号的叠加。若二进制基带信号的1符号对应于载波频率符号对应于载波频率f1，0符号对
13、应于载波频率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，则二进制移频键控信号的时域表达式为为7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理212( )() cos()() cos()FSKnsnnsnnneta g tnTta g tnTtPPan110概率为概率为PPan概率为概率为110其中其中 g(t)为单个矩形脉冲，脉宽为为单个矩形脉冲，脉宽为Ts n，n分别是第分别是第n个信号码元个信号码元的初相位的初相位邯郸学院（1）2FSK信号产生的两种调制方法：信号产生的两种调制方法： 模拟调频模拟调频 数字键控数字键控通过基带信号控制振荡器中的某一元件数值通过基带信号控制振荡器中
14、的某一元件数值( (例如电例如电容量的大小容量的大小) )来得到不同频率的信号，它产生的两个来得到不同频率的信号，它产生的两个频率频率f f1 1和和f f2 2在转换时刻的相位是连续的，故这种在转换时刻的相位是连续的，故这种2FSK2FSK信号称为信号称为相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号信号。模拟调频模拟调频 模拟模拟调频器调频器二进制不归二进制不归零信号零信号( )s t oet7.1.2二进制移频键控（二进制移频键控（2FSK）1、 时域分析时域分析7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院由于两个频率来自两个振荡源，所以在由于两个频率来自两个振荡源，所以在f f1 1
15、与与f f2 2之间的之间的转换瞬间相位不连续。这种方法产生的转换瞬间相位不连续。这种方法产生的2FSK2FSK信号称为信号称为相位不连续的相位不连续的2FSK2FSK信号，或相位离散的信号，或相位离散的2FSK2FSK信号信号。数字键控数字键控 反相器反相器 2FSKet振荡器振荡器1 1f f1 1振荡器振荡器2 2f f2 2选通开关选通开关选通开关选通开关相加器相加器基带信号基带信号7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理（1）2FSK信号产生的两种调制方法：信号产生的两种调制方法： 模拟调频模拟调频 数字键控数字键控邯郸学院7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理输入序列输入
16、序列s(t)s(t)载波载波f f1 1e e1 1(t)(t)e e2 2(t)(t)调制信号调制信号1 11 10 01 11 11 10 00 00 0/s(t)/s(t)载波载波f f2 2邯郸学院 常用解调方法：常用解调方法： 非相干解调非相干解调 相干解调相干解调 其它解调方法其它解调方法 鉴频法鉴频法 过零检测法过零检测法 差分检波法差分检波法7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理（2）2FSK信号产生的解调方法：信号产生的解调方法：邯郸学院抽样判决器：判定哪一抽样判决器：判定哪一个输入样值大，此时可个输入样值大，此时可以不专门设置门限电平以不专门设置门限电平包络包络检波器
17、检波器包络包络检波器检波器抽样抽样判决器判决器 2FSKet带通滤波器带通滤波器1 1带通滤波器带通滤波器2 2定时脉冲定时脉冲输出输出最佳非相干解调最佳非相干解调 7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理（2）2FSK信号产生的解调方法：信号产生的解调方法：邯郸学院t tA(t)A(t)f f1 1f f2 2f f1 1t ta at tb bt tc ct td dt te et tf ft tg g7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院 常用解调方法：常用解调方法： 非相干解调非相干解调 相干解调相干解调 其它解调方法其它解调方法 鉴频法鉴频法 过零检测法过零检测法
18、差分检波法差分检波法7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理（2）2FSK信号产生的解调方法：信号产生的解调方法：邯郸学院7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理（2）2FSK信号产生的解调方法：信号产生的解调方法：低通低通滤波器滤波器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器 2FSKet带通滤波器带通滤波器1 1带通滤波器带通滤波器2 2定时脉冲定时脉冲输出输出相乘器相乘器相乘器相乘器2cos() t1cos() t邯郸学院 常用解调方法：常用解调方法： 非相干解调非相干解调 相干解调相干解调 其它解调方法其它解调方法 鉴频法鉴频法 过零检测法过零检测法 差分检波法差分检波法7.1
19、二进制数字调制原理二进制数字调制原理（2）2FSK信号产生的解调方法：信号产生的解调方法：邯郸学院其它解调方法过零检测法该序列与频率变化相对应，代该序列与频率变化相对应，代表着调频波的过零点表着调频波的过零点低通滤波器滤除高次谐波得到低通滤波器滤除高次谐波得到F-AF-A带通滤波器带通滤波器限幅限幅微分微分整流整流u ui i(t)(t)a a脉冲展宽脉冲展宽低通低通b bc cd de ef f 基本思想：数字调频波的过零点数随不同载频而异，故检基本思想：数字调频波的过零点数随不同载频而异，故检出零点数可以得到关于频率的差异出零点数可以得到关于频率的差异a ab bc cd de ef f邯
20、郸学院7.1.2二进制移频键控（二进制移频键控（2FSK） 2、 频域分析频域分析7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理（1）相位离散的2FSK信号（2）相位连续的2FSK信号邯郸学院相位离散的相位离散的2FSK信号信号 相位离散的二进制移频键控信号，可以看成由两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加 功率谱密度可以近似表示成两个不同载波的二进制振幅键控信号功率谱密度的叠加。 推导2FSK信号的频谱邯郸学院212( )() cos()() cos()FSKnsnnsnnneta g tnTta g tnTtn n和和n n分别代表第分别代表第n n个信号码元的初始相位。通常可令个信号码元的
21、初始相位。通常可令n n和和n n为零为零212( )() cos()() cos()FSKnsnsnneta g tnTta g tnTt相位离散的相位离散的2FSK2FSK调制信号调制信号令令12( )()( )()nsnnsns ta g tnTs ta g tnT两路二进制数字基带信号21122( )( )cos()( )cos()FSKets tts tt相位离散的相位离散的2FSK信号信号邯郸学院根据根据2ASK2ASK信号功率谱密度的表示式，可得信号功率谱密度的表示式，可得2FSK2FSK信号功率谱密度的表示式信号功率谱密度的表示式22211222112222222221( )(
22、1)()() 41(1)(0) ()()41(1)()() 41(1)(0) ()()4FSKssssPff PPG ffG fffPGfffff PPG ffG fffPGffff11222112211( )()()()()44FSKssssPfPffP ffPffP ff相位离散的相位离散的2FSK信号信号邯郸学院假设假设P P1/21/2，则，则2222211222211221( )()()()() 161(0) ()()()()16FSKssPffG ffG ffG ffG fffGffffffffg(t)g(t)的频谱的频谱sin( )sssfTG fTfT因此因此221121122
23、22221122sin()sin()( )16()()sin()sin()()()1()()()()16sssFSKssssssTff Tff TPfff Tff Tff Tff Tff Tff Tffffffff 连续谱 离散谱相位离散的相位离散的2FSK信号信号邯郸学院频谱分析频谱分析 图中a曲线对应的f1f0+fs，f2f0-fs，曲线b对应的f1= f0+0.4fs，f2f0-0.4fs。 f0=（f1+ f2）/2 结论见187页2f2fs s0.8f0.8fs sf ff f0 0f f0 0f fs sf f0 0-f-fs sf f0 02f2fs sf f0 0-2f-2fs
24、 sP Pe e(f)(f)（单边谱）（单边谱）a ab b邯郸学院7.1.3二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK）在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控二进制移相键控(2PSK)信号信号。通常用已调信号载波的 0表示二进制数字基带信号的 1 已调信号载波的 180表示二进制数字基带信号的 01、则二进制移相键控信号的时域表达式时域表达式为7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院7.1.3二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK）1、时域表达式、时域表达式7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理2cos( )cos1cPSK
25、ctPettP发送概率为则发送概率为2( )cos()pSKcnetAt 若用若用?(n)表示第表示第n个符号的绝对相位，则有个符号的绝对相位，则有 000180n 发送1符号 发送0符号邯郸学院7.1.3二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK）7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 二进制移相键控信号的时间波形二进制移相键控信号的时间波形1 10 00 01 1t tA A-A-AT TS S2( )() cospSKnscneta g tnTt式中：111nnPaaP发送概率为应选择双极性，即发送概率为邯郸学院 这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝
26、对移相方式。7.1.3二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK）二进制移相键控信号的典型时间波形如图所示。 100011100007.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院2、2PSK产生产生s(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)（a）模拟乘法器（b）数据相位选择器+模拟带通滤波器（键控法）7.1.3二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK）7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院2PSK信号的解调通常都是采用相干解调3、2PSK解调解调带通滤波器e2PSK(t)a相乘器c低通滤波器
27、dbe抽样判决器输出cosct定时脉冲2PSK信号的解调原理图7.1.3二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK）7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理带通滤波器带通滤波器鉴相器鉴相器输入输入数据输出数据输出抽样抽样判决器判决器本地载波本地载波邯郸学院 输出判决器抽样LPF相乘器BPF位定时dcbatccos)(0te1000111输出位定时dcba10001117.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院 输出判决器抽样LPF相乘器BPF位定时dcbatccos)(0te1000111输出位定时dcba10001117.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院4、频域分
28、析、频域分析7.1.3二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK）7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理ttsteccos)()( s(t)是二进制双极性非归零矩形脉冲序列，与基带信号为双是二进制双极性非归零矩形脉冲序列，与基带信号为双极性非归零矩形脉冲时的极性非归零矩形脉冲时的2ASK信号的表达式完全相同。信号的表达式完全相同。 求求2PSK信号的功率谱密度的方法与求信号的功率谱密度的方法与求2ASK信号功率谱密信号功率谱密度方法相同。度方法相同。邯郸学院222221( )(1) 2 ()2 () 41(12 )(0) ()()4EsccsccPff PPG ffG fffPGffff1
29、( )()()4EscscPfP ffP ff功率谱密度功率谱密度tAtsteccos)()(调制信号调制信号代入基带信号功率谱密度代入基带信号功率谱密度s(t)s(t)是二进制双极性非归零矩形脉冲序列是二进制双极性非归零矩形脉冲序列若概率若概率P P1/21/2221( )()() 4EsccPffG ffG ffg(t)g(t)的频谱的频谱sin( )sssfTG fTfT因此因此22sin()sin()( )4()()scscsEcscsTff Tff TPfff Tff T 连续谱 离散谱 连续谱邯郸学院相当于抑制载波双边带调制信号相当于抑制载波双边带调制信号22ASKBB 传输2PS
30、K信号所需频带T Ts s/4/40 0P PE E(f)(f)f fs s-f-fs s2f2fb b4、频域分析、频域分析7.1.3二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK）7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院结论：结论： 2PSK信号是用载波相位的绝对值来表示数字信信号是用载波相位的绝对值来表示数字信息的，所以又称为绝对移相。息的，所以又称为绝对移相。 相干解调时，接收端的本地载波必须与发送载相干解调时，接收端的本地载波必须与发送载波同频同相。波同频同相。 若本地载波产生若本地载波产生180倒相时解调出的数字基带倒相时解调出的数字基带信号将全部出错，即出现信号将全部出错，
31、即出现“倒倒”现象。现象。7.1.3二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK）7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院7.1.4二进制差分移相键控（二进制差分移相键控（2DPSK） 2DPSK信号是利用已调信号的前后码元相位的信号是利用已调信号的前后码元相位的相对相对 变化变化表示二进制数字消息表示二进制数字消息1或或0的。的。”“”“100二进制二进制二进制二进制则：则：设前后码元载波的相位差：设前后码元载波的相位差：1kk7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院信号信号DPSK201011100相相位位参参考考100011100007.1.4二进制差分移相键控（二进
32、制差分移相键控（2DPSK）7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院1. 调制方式调制方式 2DPSK信号可以通过在信号可以通过在2PSK调制系统前加一级调制系统前加一级差差分编码分编码电路来得到。电路来得到。7.1.4二进制差分移相键控（二进制差分移相键控（2DPSK）7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理模拟调制乘法器乘法器差分码差分码( )s t2( )DPSKetcosct码型变换码型变换邯郸学院1. 调制方式调制方式 （D触发器上升沿触发）7.1.4二进制差分移相键控（二进制差分移相键控（2DPSK）7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理模拟调制数字键控乘法器
33、乘法器查分码查分码( )s t2( )DPSKetcosct码型变换码型变换coscosc ct t开关电路开关电路( )s t 2DPSKet180180移相移相0 0码变换码变换绝对码转换绝对码转换为到相对码为到相对码邯郸学院0100011111110000nbna信号DPSK载波相对码绝对码110参考参考2、2DPSK信号调制波形图信号调制波形图7.1.4二进制差分移相键控（二进制差分移相键控（2DPSK）7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院 由上可以看出，2DPSK信号的实现方法可以采用： 首先对二进制数字基带信号进行差分编码，将绝对码表示二进制信息变换为用相对码表示二
34、进制信息， 然后再进行绝对调相，从而产生二进制差分相位键控信号。7.1.4二进制差分移相键控（二进制差分移相键控（2DPSK）7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院 对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。 在解调过程中，若相干载波产生相位模糊，使得解调出的相对码产生倒置现象。但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊度的问题。带通滤波器带通滤波器2DPSK2DPSK低通滤波器低通滤波器数据输出数据输出抽样抽样判决器判决器本地载波本地载波码反码反变换器变换器7.1.4二进制差分移
35、相键控（二进制差分移相键控（2DPSK）7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理3. 解调方式解调方式（1）相干解调）相干解调邯郸学院3. 解调解调方式方式（1）相）相干解调干解调 判决器抽样低通相乘器带通二进制信息位定时2DPSK信号信号码反变换fedcbatccos10位定时fedcba00011110000111参考参考011110007.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院10位定时fedcba00011110000111参考参考011110003. 解调解调方式方式（1）相干）相干解调解调 判决器抽样低通相乘器带通二进制信息位定时2DPSK信号信号差分译码fedcba
36、tccos7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院直接比较前后码元的相位差，从而恢复发送的二进制数字信息。直接比较前后码元的相位差，从而恢复发送的二进制数字信息。 特点特点: 无需专门的相干载波无需专门的相干载波是一种实用的方法是一种实用的方法 需要一精确延迟电路需要一精确延迟电路设备代价设备代价带通滤波器带通滤波器2DPSK2DPSK低通滤波器低通滤波器数据输出数据输出抽样抽样判决器判决器延迟延迟T TS Sa ab bc cd de e定时脉冲定时脉冲3. 解调方式解调方式（2）差分相干解调）差分相干解调7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院（2）差分）差分相干解
37、调相干解调 判决器抽样低通相乘器二进制信息位定时信号DPSK带通sTedcba10位定时edcba000111100001117.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院（2）差分）差分相干解调相干解调 判决器抽样低通相乘器二进制信息位定时信号DPSK带通sTedcba10位定时edcba000111100001117.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院 2PSK与2DPSK信号有相同的功率谱 2PSK信号及2DSPK信导的表达式可统一表示为因此因此22sin()sin()( )4()()scscsEcscsTff Tff TPfff Tff T22ASKBB 传输2PS
38、K(2DPSK)信号所需频带T Ts s/4/40 0P PE E(f)(f)f fs s-f-fs s2f2fb b7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理邯郸学院小结：小结：（1）在）在2DPSK的相干解调过程中，若解调端的本地载的相干解调过程中，若解调端的本地载波出现波出现180倒相时，系统的输出只在倒相的那一位出现倒相时，系统的输出只在倒相的那一位出现错码，而不会出现成串错码。同学们可自行画出波形图错码，而不会出现成串错码。同学们可自行画出波形图验证。验证。（2）在）在2DPSK的差分相干解调中，由于不需要用本地的差分相干解调中，由于不需要用本地载波参与解调，因此避免了载波参与解调
39、，因此避免了“倒倒”现象。现象。2DPSK系统是一种实用的数字调相系统，系统是一种实用的数字调相系统， 但其抗加但其抗加性白噪声性能比性白噪声性能比2PSK的要差。的要差。 邯郸学院邯郸学院 邯郸学院7.2二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能在数字通信系统中，信号的传输过程会受到各种干扰，从而影响对信号的恢复。对2ASK、2FSK、 2PSK、2DPSK系统的抗噪声性能进行深入的分析。系统克服加性噪声影响的能力 衡量数字通信系统抗噪声性能的重要指标是误码率误码率.分析二进制数字调制系统的抗噪声性能，得出误码率与信噪比之间的数学关系。 邯郸学院几点假设：几点假设：1、1、
40、0等概率，即等概率，即P=1/22、各类二进制键控信号具有相同的信号平均能量、各类二进制键控信号具有相同的信号平均能量Eb3、接收带通滤波器的带宽为、接收带通滤波器的带宽为B=1/Ts4、码元间隔、码元间隔Ts为载波的整数倍。为载波的整数倍。7.2二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能邯郸学院7.2.1二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能对二进制振幅键控信号可采用包络检波法进行解调，也可以采用同步检测法进行解调。但两种解调器结构形式不同， 因此分析方法也不同。下面将分别针对两种解调方法进行分析。 7.2邯郸学院包络检波BPFLPF抽样判
41、决位定时输出)(te2ASK)(b)cos(0t)(te2ASK输出位定时抽样判决LPFBPF)(a)(tv)(tx)(ty)(ty1、相干解调、相干解调7.2.1二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能7.2邯郸学院n(t)为窄带高斯噪声， 其均值为零，方差为n2，且可表示为1、相干解调、相干解调00( )( )cos( )sincsn tn ttn tt（1）通过信道，给解调器的输入端cos( )cos( )sin( )( )cos( )sincccscccscatnttntty tnttntt发送“1” 发 送 “0”7.2.1二进制振幅键控二进制振幅键控
42、(2ASK)系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能7.2邯郸学院( )cos( )sin,( )( )cos( )sin,ccscccscan ttn tty tn ttn tt1、相干解调、相干解调发送“1” 发 送 “0”（2）与相干载波cosct相乘后（低通滤波器的输入端）的波形z(t)为：22( )cos( )sincos( )( )cos( )cos( )sincosccscccccsccan ttn tttz ty ttn ttn ttt7.2.1二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能7.2邯郸学院（3）通过低通滤波器1、相干解调、相干解调( ) ( )
43、cos2( )( )sin2( ),( )( )cos2( )( )sin2( ),cccsccccscan tan ttn ttn tn ttn tt发送“1” 发 送 “0”( ),( )( ),ccan tx tn t发送“1” 发 送 “0”7.2.1二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能7.2邯郸学院式中，a为信号成分，nc(t)为低通型高斯噪声，其均值为零，方差为2n。1、相干解调、相干解调( ),( )( ),ccan tx tn t发送“1”符号时的抽样值x=a+nc的一维概率密度函数f1(x)为212()1( )exp22nnxaf x7.2
44、.1二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能7.2邯郸学院1、相干解调、相干解调发送“0”符号时的抽样值x=nc的一维概率密度函数f0(x)为2021( )exp22nnxfxf1(x)Oxaf0(x)Ox(a)(b)7.2.1二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能7.2邯郸学院)(1vf)(0vfAb0v)0/1 (P) 1/0(PA设判决门限为设判决门限为b，则：，则：（1）将）将1错判为错判为0的概率为：的概率为：11(0/1)( )bePPf x dx（2）将）将0错判为错判为1的概率为：的概率为：20(1/0)( )e
45、bPPfx dx（3）总误码率为：）总误码率为：)0/1 ()0() 1/0() 1 (PPPPPe0edPdb7.2邯郸学院7.20ed Pd b由*10(1)()(0 )()0PfbPfb可 得*2*222(1)()(0)()expexp2222nnnnPbaPb b*为最佳判决门限2*(0 )ln2(1)naPbaP邯郸学院1、相干解调、相干解调*2ab 当发送的二进制符号“1”和“0”等概出现， 即P(1)=P(0)时， 得最佳判决门限： 上式说明，当发送的二进制符号“1”和“0”等概时， 最佳判决门限为信号抽样值（a）的二分之一。7.2.1二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)系统
46、的抗噪声性能系统的抗噪声性能7.2邯郸学院 当发送的二进制符号“1”和“0”等概， 且判决门限取 时，对2ASK信号采用同步检测法进行解调时的误码率Pe为*2ab 124rPeerfc222nar为信噪比7.2二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能/411,Perrer当即大信噪比时，邯郸学院2、非相干解调、非相干解调包络检波法解调过程不需要相干载波，比较简单。包络检波法的系统性能分析模型如下图所示。发送端信道带通滤波器包络检波器抽样判决器输出Pe定时脉冲V(t)y(t)yi(t)sT(t)ni(t)7.2.1二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能系统的
47、抗噪声性能7.2二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能邯郸学院接收端带通滤波器的输出波形与相干检测法的相同，即2、非相干解调、非相干解调( )cos( )sin,( )( )cos( )sin,ccscccscan ttn tty tn ttn tt发送“1” 发 送 “0”包络检波器能检测出输入波形包络的变化。包络检波器输出波形V(t)可进一步表示为7.2.1二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能7.2邯郸学院 当发送“1”符号时， 包络检波器的输出波形V(t)为22( )( )( )csV tantnt22( )( )( )csV t
48、ntnt=+在kTs时刻包络检波器输出波形的抽样值为 2222( ),( )( ),cscsantnVntnt当发送“0”符号时，包络检波器的输出波形V(t)为发送“1”符号发送“0”符号7.2邯郸学院发送“1”符号时的抽样值是广义瑞利型随机变量；发送“0”符号时的抽样值是瑞利型随机变量，它们的一维概率密度函数分别为2、非相干解调、非相干解调222()/21022( )()nVannVaVf vIe22/202( )nVnVf veRice分布Relly分布 式中，式中，2n为为窄带高斯噪声窄带高斯噪声n(t)的方差。的方差。7.2.1二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能系
49、统的抗噪声性能7.2邯郸学院2、非相干解调、非相干解调0(.)I是第一类修正贝塞尔函数2,n2在大信噪比时,a此时贝塞尔函数可近似：22(/)02()2nVannaVIea V221() /212( )( )2nVanf VVf Vea则，可表示为：7.2.1二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能7.2邯郸学院2、非相干解调、非相干解调22() /212( )2nVanVf Vea在V=a附近，可进一步近似为：22() /2121( )2nVanf Ve下面利用f1和f0的表达式，来求解包络检波的误比特率Pe7.2.1二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)系
50、统的抗噪声性能系统的抗噪声性能7.2邯郸学院2、非相干解调、非相干解调判决规则：若样值V判决门限b， 则判决接收为“1”；若样值V4时：MPSK的同相和正交两路基带信号电平具有相关性。MQAM的同相和正交两路基带信号电平相互独立。邯郸学院10.5 多进制数字频带调制多进制数字频带调制可证明，当M4后，有MQAMMPSKdd在实际应用中，16QAM比8QAM应用更广泛，调制原理与8QAM相近。调制过程如下：邯郸学院10.5 多进制数字频带调制多进制数字频带调制比特分离器，每3个比特分为一组（Qp、Ip、A）Qp、Ip、A送往2-4电平转换器送往Q、I通道Qp、Ip决定2-4转换器输出信号的极性（
51、相位）A决定幅值邯郸学院10.5 多进制数字频带调制多进制数字频带调制解调方式解调方式：正交相干解调方式。频谱结构频谱结构：与MPSK一样，均可视为两个正交载波的双边带调幅信号的合成。当信号点数目M相同时，他们的功率谱结构也是相同的谱零点带宽B=2RS（基带信号码元速率的两倍）邯郸学院10.5 多进制数字频带调制多进制数字频带调制MQAM的抗噪声性能：2,206log2(1)()1bs MQAMENNPQNNn频谱结构频谱结构：与MPSK一样，均可视为两个正交载波的双边带调幅信号的合成。所以，所以，MQAM信号的误码性能主要取决于信号的误码性能主要取决于MASK信信号的误码性能号的误码性能邯郸
52、学院信息源加密器编码器调制器信道解调器译码器解密器受信者噪声源信息源基带信号形成器 信道接收滤波器受信者噪声源数字通信系统模型发 射 系统接 收 系统小结小结邯郸学院数字调制 2ASK 2PSK 2FSK调制含义实现方法（调制系统组成）信号功率譜解调系统抗噪性能 MSK数字调制解调特点；相位连续；相位路径；相位网格小结小结邯郸学院小结小结 yi (t) y(t) x(t) 输出 cosct 定时脉冲 BPF LPF 抽样 判决器 相干解调系统由于由于PSK信号中几乎不存在载频分量，解调方式信号中几乎不存在载频分量，解调方式应采用相干解调的方法。应采用相干解调的方法。相位模糊！解决方法？相位模糊
53、！解决方法？邯郸学院 位定时)(2tv)(1tv)(2ty)(1ty)(te2FSK输出抽样判决包络检波2BPF1BPF包络检波212FSK 非相干解调系统小结小结邯郸学院小结小结横向比较横向比较：对同一种数字调制信号，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式的误码率。纵向比较纵向比较：在误码率Pe一定的情况下，2PSK/2FSK/2ASK系统所需要的信噪比关系为22224ASKFSKPSKrrr=邯郸学院小结小结在信道频带受限时 为了提高频带利用率，通常采用多进制多进制数字调制系统。其代价代价是增加信号功率和实现上的复杂性复杂性。 多进制多进制数字调制系统分别介绍MASK、MPSK、M
54、QAM（正交幅相键控）数字调制系统的原理。邯郸学院小结小结二电平/M电平转换（串/并转换，形成n位并行二进制码Pn）将Pn变换为格雷码Gn（前向纠错）实现必经步骤：邯郸学院 当M取不同值时， M进制数字振幅调制系统总的误码率Pe与信噪比r关系曲线如下图 所示。 10110210310410510605101520r/dBPe12530248 16由此图可以看出，为了得到相同的误码率Pe，所需的信噪比随M增加而增大。小结小结MASK结论：邯郸学院小结小结MPSK结论：最小信号距离(影响已调信号误码性能的重要参数)：11100001MPSKdMPSK=2sin(/M)说明了：最小信号距离至少能用来定性比较不同类型多进制数字调制信号之间的抗噪声性能。在信噪比（Eb/n0）一定的情况下，dMPSK越大，MPSK抗噪声性能越强，传输的误符号率越低。邯郸学院小结小结MQAM特点：对载波幅度和相位进行混合调制。依据的原则：最充分地保证最小信号距离的最大化最充分地保证最小信号距离的最大化。比较QAM和PSK：QAM抗噪声性能好抗噪声性能好MQAM信号的误信号的误码性能主要取决码性能主要取决于于MASK信号的信号的误码性能误码性能邯郸学院
