第03章无线网络的调制技术

1、第第3章章 无线网络的调制技术无线网络的调制技术 本章主要包括以下内容本章主要包括以下内容: n3.1 模拟调制技术模拟调制技术 n3.2 数字调制技术数字调制技术 n3.3 多进制数字调制技术多进制数字调制技术 n3.4 混合调制技术混合调制技术 3.1 模拟调制技术模拟调制技术 n模拟调制技术包括条调幅，调频、调相模拟调制技术包括条调幅，调频、调相 及其相关的组合方式。及其相关的组合方式。 3.1.1 常规调幅常规调幅AM n调幅的过程就是在频谱上将低频调制信调幅的过程就是在频谱上将低频调制信 号搬移到高频载波分量两侧的过程。在号搬移到高频载波分量两侧的过程。在 线性调制系列中，最先应用的

2、一种幅度线性调制系列中，最先应用的一种幅度 调制是全调幅或常规调幅，简称为调幅。调制是全调幅或常规调幅，简称为调幅。 AMAM在频域中已调波频谱是基带调制信号在频域中已调波频谱是基带调制信号 频谱的线性位移，而且在时域中，已调频谱的线性位移，而且在时域中，已调 波包络与调制信号波形呈线性关系。波包络与调制信号波形呈线性关系。 n1.AM1.AM时域波形时域波形 n设为调制信号的直流分量，为调制信号的设为调制信号的直流分量，为调制信号的 交流分量。载波信号为单位幅度，角频为交流分量。载波信号为单位幅度，角频为 固定值，初相为，固定值，初相为，AMAM的调制过程是对与进的调制过程是对与进 行乘法运

3、算的结果，原理过程如图行乘法运算的结果，原理过程如图3-13-1所示。所示。 图图3-1 AM3-1 AM调制原理调制原理 nAMAM调幅波的数学表达式为：调幅波的数学表达式为： .（3-13-1） n为了使交流信号实现线性地控制载波幅度，需加为了使交流信号实现线性地控制载波幅度，需加 入直流分量构成，以确保，即：入直流分量构成，以确保，即： n n设交流调制信号设交流调制信号, ,由式（由式（3-13-1）可得已调波）可得已调波为：为： n由式（由式（3-23-2）的限制条件，为避免产生）的限制条件，为避免产生“过调过调 幅幅”而导致严重失真，定义一个重要参数：而导致严重失真，定义一个重要参

4、数： n称为调幅指数，或调幅深度。为了充分保证不称为调幅指数，或调幅深度。为了充分保证不 过调，一般不超过过调，一般不超过80%80%。当的时候信号将引起。当的时候信号将引起 过载显现。过载显现。 n将代入到式（将代入到式（3-23-2）有）有 n或或 n2.AM2.AM的频谱的频谱 n对公式对公式3-13-1进行傅立叶变换，得到进行傅立叶变换，得到SAMSAM信号信号 的频谱为：的频谱为： 式中式中 为为 的频谱，即的频谱，即 是任意调制信号是任意调制信号 的时频变换对。的时频变换对。 00 000000 ( ) 2()()2()() 22 jj A M ee sAFAF ( )F ( )f

5、 t()( )f tF 图图3-23-2是是AMAM对应的频谱图。对应的频谱图。 图图3-2 AM3-2 AM频谱图频谱图 3 3. .调幅信号的功率调幅信号的功率 n调幅波的平均功率，可通过计算的均方值求得，调幅波的平均功率，可通过计算的均方值求得， 即即 n其中第一项是载波功率，第二项是双边带功率，其中第一项是载波功率，第二项是双边带功率， 两项成份中，是含有调制信号的功率，即传送两项成份中，是含有调制信号的功率，即传送 的有效信息的功率，而这一载波功率只是为了的有效信息的功率，而这一载波功率只是为了 确保无过调失真，而付出的不含任何信息的功确保无过调失真，而付出的不含任何信息的功 率。因

6、此就存在一个发送信号功率利用率问题，率。因此就存在一个发送信号功率利用率问题， 以含有信息的双边带功率与总平均功率之比来以含有信息的双边带功率与总平均功率之比来 表示，称为调制效率，即：表示，称为调制效率，即： n4.AM4.AM产生电路产生电路 nAMAM的产生电路按功率电平的高低分为高电平调幅的产生电路按功率电平的高低分为高电平调幅 电路和低电平调幅电路。低电平调幅电路是发射电路和低电平调幅电路。低电平调幅电路是发射 机功放的前级，属甲类功放。它的特点是电路简机功放的前级，属甲类功放。它的特点是电路简 单，输出功率小，一般用模拟乘法器产生。常用单，输出功率小，一般用模拟乘法器产生。常用 在

7、双边带调制的低电平输出系统中，如信号发生在双边带调制的低电平输出系统中，如信号发生 器等。器等。 n高电平调幅电路是发射机的最后一级，属丙类功高电平调幅电路是发射机的最后一级，属丙类功 放。它的特点是输出功率大，可提高整机效率，放。它的特点是输出功率大，可提高整机效率， 一般以调谐功率放大器为基础。高电平调幅电路一般以调谐功率放大器为基础。高电平调幅电路 分为基极调幅和集电极调幅两种。分为基极调幅和集电极调幅两种。 n（1 1）基极调幅）基极调幅 n基极调幅的调制信号相当于一个缓慢变化的偏压，基极调幅的调制信号相当于一个缓慢变化的偏压， 它的调制电路如图它的调制电路如图3-33-3所示。综合电

8、源电压为：。所示。综合电源电压为：。 图图3-3 3-3 基极调幅电路基极调幅电路 n基极调幅对调制信号只要求很小的功率，电路简基极调幅对调制信号只要求很小的功率，电路简 单，有利于整机的小型化。因工作在欠压状态，单，有利于整机的小型化。因工作在欠压状态， 电压利用系数和集电极效率较低，管耗很大。电压利用系数和集电极效率较低，管耗很大。 n（2 2）集电极调幅）集电极调幅 n集电极调幅电路可以看为一个电源电压随调制集电极调幅电路可以看为一个电源电压随调制 信号变化的调谐功率放大器。它的调制电路如信号变化的调谐功率放大器。它的调制电路如 图图3-43-4所示。所示。 图图3-4 3-4 集电极调

9、幅电路集电极调幅电路 n放大器工作在过压状态，调整时，应使载波点放大器工作在过压状态，调整时，应使载波点 选在过压区直线段的中央，最大时，调整到临选在过压区直线段的中央，最大时，调整到临 界。界。 n5.AM5.AM信号的解调信号的解调 n解调指的是从调幅信号中检出调制信号的解调指的是从调幅信号中检出调制信号的 过程。过程。AMAM信号的解调有两种方式，一种是信号的解调有两种方式，一种是 直接用非线性器件和滤波器分离信号的包直接用非线性器件和滤波器分离信号的包 络，称为包络检波或络，称为包络检波或AMAM信号的非相干检波；信号的非相干检波； 另一种是用相乘器将另一种是用相乘器将AMAM信号与接

10、收机内部信号与接收机内部 的本振信号的本振信号( (与与AMAM信号的载波同频同相信号的载波同频同相) )相相 乘再经低通滤波后得到原来的基带信号，乘再经低通滤波后得到原来的基带信号， 称为相干检波或同步检波。称为相干检波或同步检波。 n（1 1）包络检波）包络检波 nAMAM信号的包络解调法，通常采用的解调器信号的包络解调法，通常采用的解调器 为一线性包络检波器，它的输出电压正比为一线性包络检波器，它的输出电压正比 于输入信号的包络变化，于输入信号的包络变化，AMAM调制系统的包调制系统的包 络检波原理如图络检波原理如图3-53-5所表示。所表示。 图图3-5 AM3-5 AM包络检波包络检

11、波 nAMAM波解调电路如图波解调电路如图3-63-6所示，它的优点是所示，它的优点是 电路简单，容易实现，缺点是输出信号电路简单，容易实现，缺点是输出信号 中含有一定的干扰。中含有一定的干扰。 图图3-6 AM3-6 AM波解调电路波解调电路 n（2 2）相干检波）相干检波 nAMAM相干检波的原理如图相干检波的原理如图3-73-7所示，所示， 图图3-7 AM3-7 AM相干检波相干检波 n同步解调不仅能够解调同步解调不仅能够解调AMAM波，还可以解调出没有波，还可以解调出没有 载波的载波的AMAMSCSC波以及后面的其它改进的幅度调制波以及后面的其它改进的幅度调制 波。但是它的电路复杂，

12、解调端产生的参考载波波。但是它的电路复杂，解调端产生的参考载波 的频率必须与调制端完全一致，否则就无法恢复的频率必须与调制端完全一致，否则就无法恢复 出原来的信号。出原来的信号。 n为了让调制和解调端产生的载波完全一致，一般为了让调制和解调端产生的载波完全一致，一般 在信号中适当地保留一些载频信号，接收端可以在信号中适当地保留一些载频信号，接收端可以 利用其中的信息通过锁相环电路恢复出与调制端利用其中的信息通过锁相环电路恢复出与调制端 完全相同频率的载波信号。完全相同频率的载波信号。 3.1.2 双边带调幅（双边带调幅（DSB） n在标准调幅时，由于在标准调幅时，由于AMAM信号在传输信息信号

13、在传输信息 的同时，也同时传递载波，致使传输效的同时，也同时传递载波，致使传输效 率太低，造成功率浪费。为了提高调制率太低，造成功率浪费。为了提高调制 效率，在标准调幅的基础上抑制掉载波效率，在标准调幅的基础上抑制掉载波 分量，使总功率全部包含在双边带中。分量，使总功率全部包含在双边带中。 这种调制方式称为抑制载波双边带调制，这种调制方式称为抑制载波双边带调制， 简称双边带调制简称双边带调制(DSB)(DSB)。 n1.DSB1.DSB信号的产生信号的产生 n抑制载波的双边带调幅简称为抑制载波的双边带调幅简称为SC-DSB SC-DSB 或或DSBDSB，它，它 指的是指的是AMAM调幅波的载

14、波项为调幅波的载波项为0 0，DSBDSB的调制原理如的调制原理如 图图3-83-8所示。所示。 图图3-8 DSB3-8 DSB调制原理调制原理 nDSBDSB信号的数学表达式为：信号的数学表达式为： n2.DSB2.DSB信号的解调信号的解调 n抑制载波双边带调幅信号的时间波形的包络已抑制载波双边带调幅信号的时间波形的包络已 不再与调制信号形状一致，因而不能采用包络不再与调制信号形状一致，因而不能采用包络 检波来恢复调制信号。检波来恢复调制信号。DSBDSB相干解调模型如图相干解调模型如图3-3- 1010所示。图中所示。图中SL(t)SL(t)为本地载波，也叫相干载波，为本地载波，也叫相

15、干载波， 必须与发送端的载波完成同步。必须与发送端的载波完成同步。 图图3-10 DSB3-10 DSB相干解调模型相干解调模型 n3.DSB3.DSB信号的频域和功效信号的频域和功效 n对公式（对公式（3-143-14）进行傅立叶变换，可得）进行傅立叶变换，可得DSBDSB信号信号 的时域表示式如下。的时域表示式如下。 n可见双边带信号的频谱仅包含了位于载频两侧的可见双边带信号的频谱仅包含了位于载频两侧的 上、下边带，在载频处已无载波分量，这就是抑上、下边带，在载频处已无载波分量，这就是抑 制载波的效果。制载波的效果。DSBDSB信号的典型波形和频谱如图信号的典型波形和频谱如图 3-113-

16、11所示。所示。 图图3-11 DSB3-11 DSB信号波形和频谱信号波形和频谱 nDSBDSB信号的功率定义为已调信号的均方值，信号的功率定义为已调信号的均方值， 即即 n n显然，显然，DSBDSB信号的功率仅由边带功率构成，信号的功率仅由边带功率构成， 这样其调制效率为这样其调制效率为 nDSBDSB调制方式的特点如下：调制方式的特点如下： n（1 1）DSBDSB传输双边带调幅信号，所需的带宽是传输双边带调幅信号，所需的带宽是 原调制信号的两倍。常规调幅和抑制载波调幅原调制信号的两倍。常规调幅和抑制载波调幅 具有相同的带宽。具有相同的带宽。 n（2 2）幅度调制。）幅度调制。DSBD

17、SB信号是过调幅信号是过调幅AMAM波，故它波，故它 仍是幅度调制，但此时包络已不再与成线性关仍是幅度调制，但此时包络已不再与成线性关 系变化，它不是完全的调幅波。系变化，它不是完全的调幅波。 n（3 3）幅度调制，频率未变。）幅度调制，频率未变。DSBDSB信号的频率仍信号的频率仍 与载波相同，没有受到调制。与载波相同，没有受到调制。 n（4 4）有反相点。）有反相点。 3.1.3 单边带（单边带（SSB）调制）调制 n双边带调制中上、下两个边带是完全对双边带调制中上、下两个边带是完全对 称的，它们所携带的信息相同，完全可称的，它们所携带的信息相同，完全可 以用一个边带来传输全部消息。这种传

18、以用一个边带来传输全部消息。这种传 输方式除了节省载波功率之外，还可节输方式除了节省载波功率之外，还可节 省一半传输频带，即为单边带调制。省一半传输频带，即为单边带调制。SSBSSB， 即单边带调制，它指的是只传送双边带即单边带调制，它指的是只传送双边带 调制信号的一个边带。因此传送单边带调制信号的一个边带。因此传送单边带 信号的最直接的方法是让双边带信号通信号的最直接的方法是让双边带信号通 过一个单边带滤波器，滤除不要的边带，过一个单边带滤波器，滤除不要的边带， 即可得到单边带信号。即可得到单边带信号。 n1.SSB1.SSB信号的产生信号的产生 n设单频调制信号为，载波为，则双边带信号的时

19、设单频调制信号为，载波为，则双边带信号的时 间波形为间波形为 n保留上边带的单边带调制信号为保留上边带的单边带调制信号为 同理可得保留下边带的单边带调制信号为同理可得保留下边带的单边带调制信号为 n式式(3-13)(3-13)第一项与调制信号和载波的乘积成正比，第一项与调制信号和载波的乘积成正比， 称为同相分量称为同相分量; ;而第二项乘积中则包含调制信号而第二项乘积中则包含调制信号 与载波信号分别相移的结果，称为正交分量。单与载波信号分别相移的结果，称为正交分量。单 边带信号的产生方法通常有滤波法和相移法。边带信号的产生方法通常有滤波法和相移法。 n（1 1）滤波法）滤波法 n用滤波法实现单

20、边带调制的原理图如图用滤波法实现单边带调制的原理图如图3-123-12所示，所示， 图中的为单边带滤波器。产生图中的为单边带滤波器。产生SSBSSB信号最直观方信号最直观方 法的是，将设计成具有理想高通特性或理想低通法的是，将设计成具有理想高通特性或理想低通 特性的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带特性的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带 通过，而滤除另一个边带。产生上边带信号时即通过，而滤除另一个边带。产生上边带信号时即 为，产生下边带信号时即为。为，产生下边带信号时即为。 图图3-12 3-12 单边带调制原理单边带调制原理 n（2 2）相移法）相移法 n希尔伯特变换指的是对输入信号所

21、有频率的希尔伯特变换指的是对输入信号所有频率的9090 度相移。根据希尔伯特变换的定义和性质推导度相移。根据希尔伯特变换的定义和性质推导 出出SSBSSB信号的上边带时域函数为信号的上边带时域函数为 n2.SSB2.SSB信号的解调信号的解调 n单边带信号的解调也不能采用包络检波。单边带信号的解调也不能采用包络检波。 与双边带抑制载波信号相比，单边带信号与双边带抑制载波信号相比，单边带信号 的包络更不能反映调制信号的波形。通单的包络更不能反映调制信号的波形。通单 边带信号采用相干解调，如图边带信号采用相干解调，如图3-143-14所示。所示。 图图3-14 3-14 单边带调制的相干解调单边带

22、调制的相干解调 3.1.4 残留边带调制残留边带调制(VSB) n1.VSB1.VSB信号的产生信号的产生 n残留边带调制是介于单边带调制与抑制载波双残留边带调制是介于单边带调制与抑制载波双 边带调制之间的一种调制方式，基本思想是为边带调制之间的一种调制方式，基本思想是为 最大限度保留一个边带，但由于实际滤波器的最大限度保留一个边带，但由于实际滤波器的 过渡响应，只好或多或少地残留另一个边带。过渡响应，只好或多或少地残留另一个边带。 用滤波法实现残留边带调制的原理如图用滤波法实现残留边带调制的原理如图3-153-15所所 示。图中为残留边带滤波器。示。图中为残留边带滤波器。 图图3-15 3-

23、15 残留边带调制的滤波法形成残留边带调制的滤波法形成 n2.2.残留边带信号的解调残留边带信号的解调 n残留边带的解调可以采用图残留边带的解调可以采用图3-173-17所示的相所示的相 干解调。干解调。 图图3-17 3-17 残留边带调制的相干解调残留边带调制的相干解调 n残留边带滤波器的截止特性具有很大的选残留边带滤波器的截止特性具有很大的选 择自由度。若滤波器的截止特性非常陡峭，择自由度。若滤波器的截止特性非常陡峭， 那么，所得到的残留边带信号便接近单边那么，所得到的残留边带信号便接近单边 带信号，滤波器将难以制作带信号，滤波器将难以制作; ;如果滤波器截如果滤波器截 止特性变差，则残

24、留部分自然就增多，残止特性变差，则残留部分自然就增多，残 留边带信号所占据的贷款也越宽，甚至越留边带信号所占据的贷款也越宽，甚至越 来越逼近双边带信号。来越逼近双边带信号。 3.1.5 频率和相位调制频率和相位调制 n频率和相位调制属于非线性调制。所谓频率和相位调制属于非线性调制。所谓 非线性调制指的是已调信号的频谱与调非线性调制指的是已调信号的频谱与调 制信号的频谱之间不存在线性关系，而制信号的频谱之间不存在线性关系，而 是会产生与频谱搬移不同的新的频率分是会产生与频谱搬移不同的新的频率分 量，通过改变载波的频率或相位来实现量，通过改变载波的频率或相位来实现 调制信号的频谱搬移，即载波的振幅

25、不调制信号的频谱搬移，即载波的振幅不 变，而载波的频率或相位随基带信号变变，而载波的频率或相位随基带信号变 化。常见的非线型调制包括频率调制化。常见的非线型调制包括频率调制 （FMFM）和相位调制（）和相位调制（PMPM）两种方法。）两种方法。 n1.1.频率调制的基本概念频率调制的基本概念 n频率调制指的是瞬时频率偏移随调制信号成比例频率调制指的是瞬时频率偏移随调制信号成比例 变化的调制，此时，瞬时频率偏移可表示为变化的调制，此时，瞬时频率偏移可表示为 n2.2.窄带调频（窄带调频（NBFMNBFM） n窄带调频窄带调频NBFMNBFM指的是由调频所引起的最大瞬时指的是由调频所引起的最大瞬时

26、 相位偏移远小于，即相位偏移远小于，即 , ,当不当不 能满足上式的条件时，则称为宽带调频或宽带能满足上式的条件时，则称为宽带调频或宽带 调相。调相。 max () 6 t FM Kmd n3.WBFM3.WBFM n当调频指数当调频指数 则称为宽带调频。目前则称为宽带调频。目前 大多数使用的大多数使用的FMFM都属于都属于WBFMWBFM。 nFMFM波是由一系列幅度不同、频率不同的余波是由一系列幅度不同、频率不同的余 弦波组成，这样表示使求弦波组成，这样表示使求FMFM波的频谱变得波的频谱变得 更加简捷。对更加简捷。对FMFM波的时域表达式进行傅立波的时域表达式进行傅立 叶变换，得到叶变换

27、，得到FMFM波的频谱为波的频谱为 6 FM nFMFM波的频谱图如图波的频谱图如图3-213-21所示。所示。 图图3-21 FM3-21 FM波的频谱图波的频谱图 3.2 3.2 数字调制技术数字调制技术 n在数据通信中在数据通信中, ,数字信号的传输方式分为数字信号的传输方式分为 基带传输和频带传输两种。当用二进制基带传输和频带传输两种。当用二进制 的的“0”0”、“1”1”表示电脉冲的表示电脉冲的“正正”、 “负负”时，形成的是基带信号；将基带时，形成的是基带信号；将基带 信号直接在信道中传输的方式称为基带信号直接在信道中传输的方式称为基带 传输方式。传输方式。 3.2.1 二进制幅移

28、键控二进制幅移键控2ASK n由于数字信号通常含有较低的频率分量，所以由于数字信号通常含有较低的频率分量，所以 目前大多数信道不能直接传输基带信号，需要目前大多数信道不能直接传输基带信号，需要 借助边续波调制时进行频率搬移，也就是将基借助边续波调制时进行频率搬移，也就是将基 带信号变换成适于信道传输的数字频带信号，带信号变换成适于信道传输的数字频带信号， 用载波调制方式进行传输，这种传输方式称为用载波调制方式进行传输，这种传输方式称为 频带传输方式。频带传输系统的基本结构如图频带传输方式。频带传输系统的基本结构如图 3-233-23所示。所示。 图图3-23 3-23 频带传输系统的基本结构图

29、频带传输系统的基本结构图 n1.1.二进制幅度键控调制（二进制幅度键控调制（2ASK2ASK） n数字幅度调制使用数字基带信号去控制正弦载波数字幅度调制使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的变化而的幅度，使载波信号的幅度随基带信号的变化而 变化。通常数字基带信号通常用单极性非归零的变化。通常数字基带信号通常用单极性非归零的 矩形脉冲序列表示。即由公式（矩形脉冲序列表示。即由公式（3-513-51）所示。）所示。 n2ASK2ASK信号的产生有乘法器和通断键控信号的产生有乘法器和通断键控OOKOOK（On-On- Off KeyingOff Keying）两种方法。

30、乘法器的方式是直接）两种方法。乘法器的方式是直接 将基带信号和一个频带信号相乘再经过一个带将基带信号和一个频带信号相乘再经过一个带 通滤波器实现。如图通滤波器实现。如图3-243-24所示。所示。 图图3-24 3-24 乘法器原理乘法器原理 n通断键控通断键控OOKOOK方式是将基带信号方式是将基带信号m(t)m(t)和一个高和一个高 速开关连接起来，当输出为速开关连接起来，当输出为1 1时，将开关接通，时，将开关接通， 连接输出连接输出2ASK2ASK信号。如图信号。如图3-253-25所示。所示。 图图3-25 3-25 通断键控通断键控OOKOOK方式方式 n2.2.二进制信号的解调二

31、进制信号的解调 n解调指的是从已调信号中检出调制信号解调指的是从已调信号中检出调制信号 的过程称为解调或检波。的过程称为解调或检波。2ASK2ASK信号的解信号的解 调指的是由已调信号恢复二进制基带信调指的是由已调信号恢复二进制基带信 号的过程，解调的方法有相干解调和非号的过程，解调的方法有相干解调和非 相干解调两种方法。相干解调两种方法。 n(1)(1)非相干解调法非相干解调法 n(2)(2)相干解调法相干解调法 3.2.2 二进制频移键控调制二进制频移键控调制 (2FSK) n1.FSK1.FSK信号的产生信号的产生 n2FSK2FSK信号用两个不同的频率、的正弦信号分别表信号用两个不同的

32、频率、的正弦信号分别表 示二进制数字的示二进制数字的“1”1”和和“0”0”。2FSK2FSK信号产生的信号产生的 方法有两种：模拟调频法和键控法。方法有两种：模拟调频法和键控法。 （1 1）模拟调频法）模拟调频法 其原理如图其原理如图3-293-29所示。所示。 图图3-29 3-29 模拟调频法模拟调频法 n（2 2）键控法）键控法 n2FSK2FSK键控法又称频率转换法，是利用矩形脉冲键控法又称频率转换法，是利用矩形脉冲 序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源 进行选通进行选通, ,其原理如图其原理如图3-313-31所示。所示。 图图3-31

33、3-31 频率转换法频率转换法 n2.2FSK2.2FSK信号的解调信号的解调 n2FSK2FSK信号的解调方法有相干解调和非相干信号的解调方法有相干解调和非相干 解。解。 n（1 1）相干解调法）相干解调法 n2FSK2FSK信号的相干解调原理如图信号的相干解调原理如图3-323-32所示。所示。 图图3-32 2FSK3-32 2FSK信号的相干解调信号的相干解调 n（2 2）非相干解调法）非相干解调法 n2FSK2FSK信号的非相干解调过程可由信号的非相干解调过程可由3-333-33所给所给 出的原理图及波形图来说明。出的原理图及波形图来说明。 图图3-33 3-33 非相干解调法的原理

34、图非相干解调法的原理图 n1 1）过零点检测法）过零点检测法 n过零点检测法是根据过零点检测法是根据2FSK2FSK信号的过零点数信号的过零点数 随载频不同而变化，通过检测随载频不同而变化，通过检测2FSK2FSK信号的信号的 过零点数目来实现解调的方法，其原理及过零点数目来实现解调的方法，其原理及 各点波形如图各点波形如图3-343-34所示。所示。 图图3-34 3-34 过零点检测法过零点检测法 n2 2）差分检测法）差分检测法 n差分检测差分检测2FSK2FSK信号的原理如图信号的原理如图3-353-35所示。所示。 输入信号经带通滤波器滤去带外噪声后被输入信号经带通滤波器滤去带外噪声

35、后被 分成两路，分别直接送入乘法器和延迟分成两路，分别直接送入乘法器和延迟 送入乘法器。相乘后经低通滤器滤去高频送入乘法器。相乘后经低通滤器滤去高频 成分得到基带信号。成分得到基带信号。 图图3-35 3-35 差分检测法方框图差分检测法方框图 n3 3）包络检波法）包络检波法 n包络检波法可视为由两路包络检波法可视为由两路2ASK2ASK解调电路组解调电路组 成。如图成。如图3-363-36所示。所示。 图图3-36 2FSK3-36 2FSK信号包络检波方框图信号包络检波方框图 n4 4）鉴频器法）鉴频器法 n鉴频器的作用就是把输入信号的频率变化变换成鉴频器的作用就是把输入信号的频率变化变

36、换成 输出电压瞬时幅度的变化。鉴频法的原理与模拟输出电压瞬时幅度的变化。鉴频法的原理与模拟 调频信号解调一样，先用微分器将调频波变为调调频信号解调一样，先用微分器将调频波变为调 幅调频波，再通过包络检波器提取频率变化的信幅调频波，再通过包络检波器提取频率变化的信 息，还原出原始的数字基带信号。其原理图如息，还原出原始的数字基带信号。其原理图如3-3- 3737所示：所示： 图图3-37 3-37 鉴频器原理图鉴频器原理图 3.2.3 二进制绝对相移键控二进制绝对相移键控 2PSK n二进制相移键控是利用二进制数字基带信二进制相移键控是利用二进制数字基带信 号控制连续载波的相位，进行频谱变换的号

37、控制连续载波的相位，进行频谱变换的 过程。发送端发出的二进制相移键控信号过程。发送端发出的二进制相移键控信号 是相位随数字基带信号变化的振荡信号，是相位随数字基带信号变化的振荡信号， 这种信号又可分为二进制绝对相移键控这种信号又可分为二进制绝对相移键控 （2PSK2PSK）和二进制相对移键控（）和二进制相对移键控（2DPSK2DPSK） n绝对相移是用载波相位作为参考相位，利用载绝对相移是用载波相位作为参考相位，利用载 波相位的绝对值来表示数据信息。这种调制方波相位的绝对值来表示数据信息。这种调制方 式是相对于一个固定不变的参考相位而言的，式是相对于一个固定不变的参考相位而言的， 因此称为绝对

38、相移，这一固定参考相位为因此称为绝对相移，这一固定参考相位为0 0度。度。 二进制绝对相移键控（二进制绝对相移键控（2PSK2PSK）信号的波形如图）信号的波形如图 3-383-38所示所示 图图3-38 2PSK3-38 2PSK信号的波形图信号的波形图 n1.2PSK1.2PSK信号的产生信号的产生 n产生产生2PSK2PSK信号的方法有模拟法和键控法。模拟信号的方法有模拟法和键控法。模拟 法是用双极性不归零码的数字基带信号与载波法是用双极性不归零码的数字基带信号与载波 相乘得到相乘得到2PSK2PSK信号的，如图信号的，如图3-393-39所示。所示。 图图3-39 3-39 模拟法模拟

39、法 图3-40 相位选择法 n2.2PSK2.2PSK信号的解调信号的解调 n2PSK2PSK信号具有恒定包络，要用相干解调法信号具有恒定包络，要用相干解调法 恢复数字信号，其原理及波形图如图恢复数字信号，其原理及波形图如图3-413-41 所示。所示。 图图3-41 2PSK3-41 2PSK信号的解调信号的解调 3.2.4 二进制相对移键控二进制相对移键控 2DPSK n1.2DPSK1.2DPSK信号的产生信号的产生 n若对数字基带信号进行差分编码，将数字信息若对数字基带信号进行差分编码，将数字信息 序列变为差分码，再进行序列变为差分码，再进行2PSK2PSK调制即得调制即得2DPSK2

40、DPSK 波形。可以说相对相移的本质就是经过相对码波形。可以说相对相移的本质就是经过相对码 变换后的数字信号序列的绝对相移，这就是产变换后的数字信号序列的绝对相移，这就是产 生生2DPSK2DPSK信号的方法，如图信号的方法，如图3-423-42所示。所示。 图图3-42 2DPSK3-42 2DPSK信号的产生信号的产生 2.2DPSK2.2DPSK信号的解调信号的解调 n2DPSK2DPSK信号的解调，主要有两种方法：第一种方信号的解调，主要有两种方法：第一种方 法是相干解调法。第二种方法是差分相干解调法是相干解调法。第二种方法是差分相干解调 n(1)(1)相干解调法相干解调法 n相干解调

41、法，又叫极性比较法，它是把相干解调法，又叫极性比较法，它是把2DPSK2DPSK信信 号看成是号看成是2PSK2PSK信号进行相干解调，然后把解调输信号进行相干解调，然后把解调输 出的相对码数字基带信号经过码反变换变成绝对出的相对码数字基带信号经过码反变换变成绝对 码表示的数字基带信号，如图码表示的数字基带信号，如图3-433-43所示。所示。 图图3-43 3-43 相干解调法原理相干解调法原理 n(2(2）差分相干解调法）差分相干解调法 n差分相干解调法又叫相位比较法，它是直差分相干解调法又叫相位比较法，它是直 接进行前后码元的相位比较的解调方法，接进行前后码元的相位比较的解调方法， 其原

42、理及波形如图其原理及波形如图3-453-45所示。所示。 图图3-45 3-45 相位比较法相位比较法 3.3 多进制数字调制技术 n多进制数字调制是用多进制数字基带信多进制数字调制是用多进制数字基带信 号去控制载波的某个参量，相应有多进号去控制载波的某个参量，相应有多进 制幅移键孔制幅移键孔MASKMASK，多进制频移键控，多进制频移键控MFSKMFSK， 多进制相移键控多进制相移键控MPSKMPSK。 n多进制调制信号是指状态数目多进制调制信号是指状态数目M M大于大于2 2的的 已调信号，又称为多元调制信号。在二已调信号，又称为多元调制信号。在二 进制载波数字调制中，基带数字信号只进制载

43、波数字调制中，基带数字信号只 有两种状态有两种状态1,01,0或或+1,-1+1,-1，所以一个码元，所以一个码元 只携带一比特信息。在多进制系统中，只携带一比特信息。在多进制系统中， 一位多进制（一位多进制（M M进制）符号代表若干位二进制）符号代表若干位二 进制符号，所以一个码元携带比特信息。进制符号，所以一个码元携带比特信息。 3.3.1 3.3.1 多进制幅移键控多进制幅移键控MASKMASK nMASKMASK多进制幅移键控调制是用具有多个电平的随多进制幅移键控调制是用具有多个电平的随 机基带脉冲序列对载波进行振幅调制，又称为多机基带脉冲序列对载波进行振幅调制，又称为多 电平调制。电

44、平调制。MASKMASK信号为信号为: : 3.3.2 多进制频移键控多进制频移键控MFSK nMFSKMFSK是用是用M M个频率不同的正弦波分别表示个频率不同的正弦波分别表示M M进制信进制信 号的各个符号，在某一个码元时间内只发送其中号的各个符号，在某一个码元时间内只发送其中 一个频率。它基本上是二进制数字频率键控方式一个频率。它基本上是二进制数字频率键控方式 的直接推广的直接推广MFSKMFSK信号常用频率选择法产生，获得信号常用频率选择法产生，获得 的是相位不连续的的是相位不连续的MFSKMFSK信号，其原理如图信号，其原理如图3-463-46所所 示。示。 图图3-46 MFSK3

45、-46 MFSK信号产生原理图信号产生原理图 nMFSKMFSK信号可以采用和信号可以采用和2FSK2FSK类似的解调方法，类似的解调方法， 如相干解调，相关器解调或非相干解调的如相干解调，相关器解调或非相干解调的 方法。前两种方法要求有精确的相干载波方法。前两种方法要求有精确的相干载波 信号，比较复杂，通常采用非相干的解调信号，比较复杂，通常采用非相干的解调 方法，如图方法，如图3-473-47所示。所示。 图图3-47 MFSK3-47 MFSK信号的非相干解调信号的非相干解调 n用这种方式产生的用这种方式产生的MFSKMFSK信号可看做是信号可看做是M M个振幅个振幅 相同、频率不同、时

46、间上互不相容的相同、频率不同、时间上互不相容的2FSK2FSK信号信号 的叠加。因此其带宽为：的叠加。因此其带宽为： 3.3.3 多进制相移键控多进制相移键控MPSK n多进制相移键控多进制相移键控MPSKMPSK简称多相制，它是用正弦波简称多相制，它是用正弦波 的的M M个相位状态来代表个相位状态来代表M M组二进制信息码元的调制组二进制信息码元的调制 方式。调相波的带宽是数据基带信号带宽的方式。调相波的带宽是数据基带信号带宽的2 2倍，倍， 为了提高频带利用率，通常采用多进制移相调制，为了提高频带利用率，通常采用多进制移相调制， 分为多进制绝对调相和多进制相对调相两种。实分为多进制绝对调相

47、和多进制相对调相两种。实 际传输系统常用的是四相调制和八相调制。对于际传输系统常用的是四相调制和八相调制。对于 MPSKMPSK信号，载波相位可能取值是信号，载波相位可能取值是M M个，即个，即 n1.1.四相绝对移相调制（四相绝对移相调制（4PSK4PSK） n用用4 4种不同相位表示数字基带信号的四种码元，种不同相位表示数字基带信号的四种码元， 载波的每一相位代表两比特信息，因此数字信息载波的每一相位代表两比特信息，因此数字信息 的每一个码元称为双比特码元。前一位用的每一个码元称为双比特码元。前一位用A A表示，表示， 后一位用后一位用B B表示。为了提高传输的可靠性，码元表示。为了提高传

48、输的可靠性，码元 按格雷码排列。此外，四相绝对相键控可简记为按格雷码排列。此外，四相绝对相键控可简记为 QPSKQPSK形式。由式形式。由式(3-75)(3-75)可得出可得出4PSK4PSK信号的表达式信号的表达式 n2.2.四相相对移相调制四相相对移相调制(4DPSK)(4DPSK) n四相相对移相调制同四相相对移相调制同2DPSK2DPSK相似相似, ,也是利用前后码也是利用前后码 元的相位差来表示数据信息的。若以前一码元相元的相位差来表示数据信息的。若以前一码元相 位作为参考，并令为本码元初相与前一码元初相位作为参考，并令为本码元初相与前一码元初相 差，则双比特绝对码码元差，则双比特绝

49、对码码元ABAB与载波相位的关系如与载波相位的关系如 表表3-23-2所示。所示。 3.4 混合调制技术混合调制技术 n除了上面介绍的几种调制方法以外，随除了上面介绍的几种调制方法以外，随 着通信技术的发展，出现了许多新的调着通信技术的发展，出现了许多新的调 制技术。如抑制载波的双边带调制制技术。如抑制载波的双边带调制 (DSBSC), (DSBSC), 正交幅度调制（正交幅度调制（QAMQAM），幅度），幅度 相位混合调制（相位混合调制（APKAPK），最小频移键控），最小频移键控 （MSKMSK）等。）等。 3.4.1 抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制 DSBSC n在幅度键控信号

50、的频谱中包含载频分量和分带分在幅度键控信号的频谱中包含载频分量和分带分 量量, ,而载波本身并不携带信息而载波本身并不携带信息, ,却占用了大部分功却占用了大部分功 率率, ,那么既然载波分量不携带信息那么既然载波分量不携带信息, ,就可以将它完就可以将它完 全抑制掉全抑制掉, ,将有效的功率全部用到边带传输上去将有效的功率全部用到边带传输上去, , 从而提高调制效率从而提高调制效率, ,这就是抑制载波的双边带调这就是抑制载波的双边带调 制。制。DSBSCDSBSC的时域表达式是的时域表达式是： DSBSCDSBSC调制过程的波形示意图如图调制过程的波形示意图如图3-543-54所示。所示。

51、图图3-54 DSBSC3-54 DSBSC的调制过程的调制过程 3.4.2 正交幅度调制技术正交幅度调制技术QAM n正交幅度调制技术是利用两个独立的基带正交幅度调制技术是利用两个独立的基带 信号对两个相互正交的同频载波进行抑制信号对两个相互正交的同频载波进行抑制 载波的双边带调制载波的双边带调制, ,实现两路并行传输实现两路并行传输, ,又又 称为正交双边带调制。正交幅度调制的原称为正交双边带调制。正交幅度调制的原 理图如图理图如图3-553-55所示。所示。 图图3-55 QAM3-55 QAM调制原理调制原理 对于正交幅度调制信号的解调必须采用相对于正交幅度调制信号的解调必须采用相 干解调法。假设传输信道具有理想特性，干解调法。假设传输信道具有理想特性， 且接收端的相干载波与发送端载波完全同且接收端的相干载波与发送端载波完全同 步，则在接收端信号经乘法器和低通滤波步，则在接收端信号经乘法器和低通滤波 器（器（LPFLPF）后的输出为：）后的输出为： n正交幅度调制的原理图如图正交幅度调制的原理图如图3-563-56所示。所示。 （b b）接收端）接收端 图图3-56 QAM3-5