通信原理韩庆文第五章调制与解调(2)

1、CCEE 第五章第五章 数字调制与解调数字调制与解调 数字通信原理数字通信原理 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 主要内容主要内容 5.1 引引 言言 5.2 移幅键控移幅键控 5.3 移相键控移相键控 5.5 二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较 5.6 键控信号的复包络法键控信号的复包络法 5.7 宽带通信中的调制技术宽带通信中的调制技术 5.4 移频键控移频键控 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 5.4 5.4 移频键控移频键控 1 2 3 4 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数

2、字通信原理 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK） 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）调制）调制 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）解调）解调 若正弦载波的频率随二进制基带信号在若正弦载波的频率随二进制基带信号在f f1 1和和 f f2 2两个频率点间变化，则产生二进制移频键两个频率点间变化，则产生二进制移频键 控信号（控信号（2FSK2FSK） 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）调制）调制 2FSK2FSK调制是数字通信中用得较广得一种方式，调制是数字通信中用得较

3、广得一种方式， 用于话音通信（频率低于用于话音通信（频率低于1200bps1200bps）、衰落）、衰落 信道中传输数据等情况。信道中传输数据等情况。 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）信号）信号 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）信号的频谱）信号的频谱 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 二进制二进制频移频移键控（键控（2FSK2FSK）信号信号 2FSK2FSK信号的产生信号的产生 二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的 二进制二进制移幅移幅键控信号的叠加。若二进制基带信号键控信号

4、的叠加。若二进制基带信号 的的1 1符号对应于载波频率符号对应于载波频率f f1 1，0 0符号对应于载波频符号对应于载波频 率率f f2 2，则二进制移频键控信号的时域表达式为，则二进制移频键控信号的时域表达式为 212 ( )() cos()() cos() FSKnsnnsn nn eta g tnTta g tnTt P P an 11 0 概率为 概率为 P P an 概率为 概率为 1 10 g(t)g(t)为单个矩形脉冲，脉宽为单个矩形脉冲，脉宽 为为T Ts s n n，n n分别是第分别是第n n个信号码个信号码 元的初相位元的初相位 其中其中 重庆大学通信工程学院重庆大学通

5、信工程学院 数字通信原理数字通信原理 二进制二进制频移频移键控（键控（2FSK2FSK）信号信号 2FSK2FSK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

6、 调频器调频器 二进制不归二进制不归 零信号零信号 ( )s t o et 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 二进制二进制频移频移键控（键控（2FSK2FSK）信号信号 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 2FSK et 振荡器振荡器1 1 f f1 1

7、 振荡器振荡器2 2 f 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 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 二进制移频键控信号的时间波形二进制移频键控信号的时间波形 输入序列输入序列s(t)s(t) 载波载波f f1 1 e 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 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 二进制二进制频移频移键控（键控（2FSK2FSK）调制）调制 二进制频移键控

8、（二进制频移键控（2FSK2FSK）信号）信号 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）信号的频谱）信号的频谱 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）信号的频谱）信号的频谱 相位离散的相位离散的2FSK2FSK信号信号 相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号信号 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 相位离散的相位离散的2FSK2FSK信号信号 相位离散的二进制移频键控信号，可以看成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移幅键控信号的叠由两个不同载波

9、的二进制移幅键控信号的叠 加加 功率谱密度可以近似表示成两个不同载波的功率谱密度可以近似表示成两个不同载波的 二进制移幅键控信号功率谱密度的叠加。二进制移幅键控信号功率谱密度的叠加。 推导推导2FSK2FSK信号的信号的频谱频谱 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 212 ( )() cos()() cos() FSKnsnnsn nn eta g tnTta g tnTt n 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初始相位。通常可令n n和和n n为零为零 212 ( )() cos()() cos() FSKnsns

10、 nn eta 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 1 2 ( )() ( )() ns n ns n s ta g tnT s ta g tnT 两路二进制数字基带信号两路二进制数字基带信号 21122 ( )( )cos()( )cos() FSK ets tts tt 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 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 22 211 2 22 11 22 22 2 22 22 1

11、 ( )(1)()() 4 1 (1)(0) ()() 4 1 (1)()() 4 1 (1)(0) ()() 4 FSKs s s s Pff PPG ffG ff fPGffff f PPG ffG ff fPGffff 1122 21122 11 ( )()()()() 44 FSKssss PfPffP ffPffP ff 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 假设假设P P1/21/2，则，则 2222 21122 2 2 1122 1 ( )()()()() 16 1 (0) ()()()() 16 FSKs s PffG ffG ffG ffG ff

12、 fGffffffff g(t)g(t)的频谱的频谱 sin ( ) s s s fT G fT fT 因此因此 22 11 2 11 22 22 22 1122 sin()sin() ( ) 16()() sin()sin() ()() 1 ()()()() 16 sss FSK ss ss ss Tff Tff T Pf ff Tff T ff Tff T ff Tff T ffffffff 连续谱连续谱 离散谱离散谱 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 频谱分析频谱分析 图中图中a a曲线对应的曲线对应的f f1 1f f0 0+f+fs s，f f2 2

13、f f0 0-f-fs s，曲，曲 线线b b对应的对应的f f1 1= f= f0 0+0.4f+0.4fs s，f f2 2f f0 0-0.4f-0.4fs s。 f f0 0= =（f f1 1+ f+ f2 2）/2/2 2f2fs s 0.8f0.8fs s f f f f0 0 f f0 0f fs sf f0 0-f-fs sf f0 02f2fs sf f0 0-2f-2fs s P Pe e(f)(f) （单边谱）（单边谱） a a b b 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 频谱分析频谱分析 2FSK2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成

14、。信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。 其中，连续谱由两上双边谱叠加而成，而离其中，连续谱由两上双边谱叠加而成，而离 散谱出现在两个载频位置上；散谱出现在两个载频位置上； 若若f f1 1和和f f2 2之差较小（如小于之差较小（如小于f fs s）则连续谱出）则连续谱出 现单峰，若现单峰，若f f1 1和和f f2 2之差较大出现双蜂。之差较大出现双蜂。 传输传输2FSK2FSK信号所需的频带为信号所需的频带为 s ffff2 21 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）信号的频谱）信号的频谱 相位离散的相位离散的

15、2FSK2FSK信号信号 相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号信号 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号信号 相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号是利用基带信号对一信号是利用基带信号对一 个振荡器进行频率调制而产生的。在理想情个振荡器进行频率调制而产生的。在理想情 况下，振荡器产生的频率随基带信号线性变况下，振荡器产生的频率随基带信号线性变 化。化。 调频信号调频信号: : c t dc t dtsftfAte22cos 载波振幅载波振幅 未调制时振荡器产生未调制时振荡器产生 的固有载波频率的固有载波频率 频偏因子

16、频偏因子 初始相位初始相位 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号信号 a an n是码元脉冲的振幅，其可能取值为是码元脉冲的振幅，其可能取值为1 1。 s n n nTtgats 发送的二进制符号序列发送的二进制符号序列 s s T f 1 s s d Tff f f h 21 2 调频指数调频指数 cos 2 t cs e tAf tf hs t dt 0 c 化简化简 tAttfAte c cos2cos 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号信号

17、tAttfAte c cos2cos t t 0 0 f fc c f f1 1 f f2 2 2 2f fc ct t (t)(t) (t)(t) (t)(t) t t 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号信号 分析分析FSKFSK信号时，常用到归一化相关系数信号时，常用到归一化相关系数 2 2FSKFSK信号在一个码元期间内波形为信号在一个码元期间内波形为 s T E dttsts s 0 21 )()( s s TttAte TttAte te 0cos)( 0cos)( )( 22 11 2 12 02121 21

18、21 coscos sin()sin() ()() s T ss sss Attdt TT ETT s s sc sc T T T T )( )sin( 2 2sin 12 12 2 21 c 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号信号 选选22c cT Ts s1,1,或或22c cT Ts sKK，因此有：，因此有： s s T T 12 12 sin 0 0 -0.2-0.2 1 1 2 23 3 1.431.43 ( (2 2- -1 1)T)Ts s 讨论讨论 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理

19、数字通信原理 讨论讨论 当当( (2 2-1 1) )T Ts sK(kK(k1)1)时，时， 为零，为零， 两信号具有正交特性。两信号具有正交特性。 在在K Kl l时，相应的时，相应的h=0.5h=0.5，这是满足正交条，这是满足正交条 件的最小调制指数。因这种信号占带最小。件的最小调制指数。因这种信号占带最小。 称之为最小频移键控称之为最小频移键控(MSK)(MSK)信号。信号。 当当(2 2-1 1) )T Ts s1.431.43时时,h=0.75 ,h=0.75 =-=- 2/(3),2/(3),为最小值为最小值, ,这种情况两信号之间具这种情况两信号之间具 有超正交特性。有超正交

20、特性。 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度 相位连续的相位连续的FSKFSK信号功率谱密度的计算很复信号功率谱密度的计算很复 杂杂 只讨论二元等概信码只讨论二元等概信码 单边谱密度表达式：单边谱密度表达式： 2 222 12 2 12 2 222 12 2 12 2sin/2 sin/2 11 ( ) 12coscoscos 2sin/2 sin/2 11 12coscoscos ss e ssss ss ssss ATT P f TTTT ATT TTTT 式中式中 2121 21 1 2

21、1 2 2 s cc fff h f 载波频率远大于频偏，载波频率远大于频偏， 此项可忽略此项可忽略 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度 功率谱密度仍然是功率谱密度仍然是X X的偶的偶 函数函数 调制指数调制指数h h0.50.5时，功时，功 率谱密度曲线呈现单峰。率谱密度曲线呈现单峰。 在在h h0.7150.715时，曲线呈时，曲线呈 现双峰。现双峰。 在在h h趋近于趋近于1 1时曲线的双时曲线的双 峰变得非常尖锐。峰变得非常尖锐。 当当h hl l时，曲线的双峰时，曲线的双峰 变成了两

22、条线状谱每条变成了两条线状谱每条 线谱所占的功率都是信线谱所占的功率都是信 号功率的号功率的1/41/4两条共占两条共占 信号总功率的信号总功率的1/21/2。 h h1 1之后，双峰的距离之后，双峰的距离 将逐渐增大。将逐渐增大。 h=0.5h=0.5 h=0.715h=0.715 0.80.8 0.40.4 P Pe e(x)(x) 1.01.0 x x 0.50.5-1.0-1.0-0.5-0.5 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 带宽带宽 以包含以包含9090的功率来计算信号所占的带宽可得的功率来计算信号所占的带宽可得 不同调制指数时的信号带宽不同调制

23、指数时的信号带宽 1.5f1.5fs s2.5f2.5fs s3f3fs s(2+h)f(2+h)fs s (2+h)f(2+h)fs s(2+h)f(2+h)fs s(2+h)f(2+h)fs s(2+h)f(2+h)fs s 2f2fs s 2f2fs s 2f2fs s 2f2fs s 2f2fs s 2f2fs s 2f2fs s 2f2fs s 相位连续相位连续FSKFSK 相位离散相位离散FSKFSK ASKASK PSKPSK 0.60.60.70.70.80.81.01.01.51.522 频带频带f f h h 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原

24、理 结论结论 h h2 2时，相位连续的时，相位连续的FSKFSK信号与相位离散的信号与相位离散的FSKFSK信信 号的带宽基本相同号的带宽基本相同 当当h h1 1时时, ,信号的能量大部分都集中在信号的能量大部分都集中在x x0.50.5 的范围以内，的范围以内， 在在h h为为0.60.60.70.7时，时， 相位连续的相位连续的FSKFSK信号的带宽信号的带宽 约为约为1.5f1.5fs s比比ASKASK信号和信号和PSKPSK信号的带宽还窄。信号的带宽还窄。 在调制指数在调制指数h h较小的条件下，相位连续的较小的条件下，相位连续的FSKFSK信号信号 具有能量集中，包络恒定，抗干

25、扰能力强的特具有能量集中，包络恒定，抗干扰能力强的特 点，点， 目前用得较多的是目前用得较多的是h h0.50.5的相位连续的的相位连续的FSKFSK方式方式, , 即最小移频键控方式即最小移频键控方式(MSK)(MSK)。 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 5.2.2 5.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK） 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）调制）调制 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）解调）解调 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 二进制移频键控（二进制移频键控（2FS

26、K2FSK）解调）解调 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 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 非相干解调非相干解调 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 检波器检波器 包络包络 检波器检波器 抽样抽样 判决器判决器 2FSK et 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

27、重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 最佳非相干解调最佳非相干解调 在每个匹配滤波器后面接有一个包络检波器在每个匹配滤波器后面接有一个包络检波器 匹配滤波器的输出信号经包络检波后，再进匹配滤波器的输出信号经包络检波后，再进 行取样判决，因而取样值与接收信号的相位行取样判决，因而取样值与接收信号的相位 无关。无关。 没有利用信号的相位信息，这种解调方法与没有利用信号的相位信息，这种解调方法与 相干解调相比，在同样误码率的条件下，所相干解调相比，在同样误码率的条件下，所 需的信噪比略高一些需的信噪比略高一些 解调时不需要提取载波，可对随机起始相位解调时不需要提取载波，

28、可对随机起始相位 的信号进行解调，所以用起来比较方便。的信号进行解调，所以用起来比较方便。 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 最佳非相干解调最佳非相干解调 11 cos s h tATt 包络包络 检波器检波器 包络包络 检波器检波器 2FSK et 匹配滤波器匹配滤波器 1 1 匹配滤波器匹配滤波器 2 2 输出输出 清洗脉冲清洗脉冲 22 cos s htATt s s TttAte TttAte 0cos)( 0cos)( 22 11 2FSK2FSK信号在某一码元持续时间传送信号信号在某一码元持续时间传送信号 匹配滤波器的冲击响应匹配滤波器的冲击响应

29、ss ss TttTAth TttTAth 0)(cos)( 0)(cos)( 22 11 a a b b c c d d e e f f g g 比较比较 判决判决 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 最佳非相干解调最佳非相干解调 设设T Ts s为为T T1 11/f1/f1 1及及T T2 21/f1/f2 2的整数倍，即的整数倍，即T Ts s=K=Kl lT Tl l 及及T Ts sK K2 2T T2 2(K(Kl l，K K2 2分别为整数分别为整数) )则则 2FSK2FSK两个频率信号的匹配滤波器其冲激响应与输两个频率信号的匹配滤波器其冲激响

30、应与输 入信号相同入信号相同 s s s s TttA tkAtTAth TttA tkAtTAth 0cos )2cos)(cos)( 0cos )2cos)(cos)( 2 2222 1 1111 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 最佳非相干解调最佳非相干解调 so TttAth0cos)( si TttAte0)cos()( )()()(thtete io 输入信号输入信号 匹配滤波器冲击响应匹配滤波器冲击响应 匹配滤波器输出信号匹配滤波器输出信号 e o(t) e i(t)h(t) costcoso(tt)dt t A2 2 cos(o)totcos(

31、o)t(ot)dt 0 t A2 2 sin(o)totsin(ot) o A2 2 sin(o)t(ot)sin(ot) o第一项振幅远大于第二项，第一项振幅远大于第二项， 略去第二项略去第二项 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 最佳非相干解调最佳非相干解调 sin() sin() ( ) 2 ()() sincos 22 2 2 sin 2 cos 22 2 ooo o o oo o o o tttA e t t tt A t A tt t 化简化简 o 式中式中 soo TttttAte0)(cos)()( 2/ 2/sin 2t tAt tA 2 t

32、t 式中式中 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 最佳非相干解调最佳非相干解调 讨论讨论 = =0 0 ，= =o o soo TtttAte0)cos()()( 2 )( At tA振幅随时间线性增长振幅随时间线性增长 )(t相位等于初相相位等于初相 可利用此特性对可利用此特性对2FSK2FSK信信 号进行解调。号进行解调。 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 最佳非相干解调最佳非相干解调 0 0 =2k/=2k/T Ts s（k k为整数）为整数） s Tt t tAt tA 0 2/ )2/sin( 2 )( t= t= T

33、 Ts s处处t t/2=/2=kk0)(tA k=1时= 2 (f1- f2）= 2/Ts= 2 fs f f1 1和和f f2 2相差相差f fs s 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 最佳非相干解调最佳非相干解调 包络包络A(t)A(t)与与t t及及A(A(t,t,) )与与的关系曲线的关系曲线 利用其包络特性可分开两路信号利用其包络特性可分开两路信号 能对能对2FSK2FSK信号解调信号解调 t t T TS S T TS S/2/2 ATATS S/2/2 A(t)A(t) =0=0 =2=2/T/TS S =4=4/T/TS S 0 0 A(t,

34、A(t,) ) 2 S T 4 S T 6 S T 8 S T 2 S T 4 S T 6 S T 8 S T 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 2FSK2FSK信号解调的各点波形图信号解调的各点波形图 t tA(t)A(t) f f1 1f f2 2f f1 1 t t a a t t b b t tc c t t d d t t e e t t f f t tg g 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 二进制移频键控（二进制移频键控（2FSK2FSK）解调）解调 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

35、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 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 相干解调相干解调 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 2FSK et 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 2 cos() t 1 cos() t 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 二进制移频键控（二进制移频键控（2FSK2FSK）解调）解调 常用解调方法：常用解调方法： 非相干解调非相干解

36、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 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 其它解调方法其它解调方法鉴频法鉴频法 限幅器：消除接收信号在幅度上可能出现的限幅器：消除接收信号在幅度上可能出现的 畸变畸变 鉴频器：有多种电路，性能较好的是锁相鉴鉴频器：有多种电路，性能较好的是锁相鉴 频，即利用锁相环实现鉴频频，即利用锁相环实现鉴频 前置带通前置带通 滤波器滤波器 限幅器限幅器鉴频器鉴频器整形器整形器 FSKFSK信号输入信号输入数据基带数据基带 信号输出信号输出 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学

37、院 数字通信原理数字通信原理 二进制移频键控（二进制移频键控（2FSK2FSK）解调）解调 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 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 其它解调方法其它解调方法过零检测法过零检测法 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 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 宽脉冲发宽脉冲

38、发低通低通 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异，故检出零点数可以得到关于频率的差异 a a b b c c d d e e f f 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 二进制移频键控（二进制移频键控（2FSK2FSK）解调）解调 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 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通

39、信原理 其它解调方法其它解调方法差分检波法差分检波法 时延时延 输入信号经接收滤波器滤除带外无用信号后输入信号经接收滤波器滤除带外无用信号后 被分成两路，一路直接送到乘法器（平衡调被分成两路，一路直接送到乘法器（平衡调 制器），制器），另一路经时延另一路经时延送到乘送到乘法器，相乘法器，相乘 后再经低通滤波器提取信号。后再经低通滤波器提取信号。 带通滤波器带通滤波器 输入输入 低通滤波器低通滤波器 输出输出 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 输入信号输入信号 tA)cos( 0 00 22 000 cos()cos()() cos()cos2()() 22 A

40、t At AA t t t t 相乘输出相乘输出 低通滤波器滤除低通滤波器滤除 低通滤波器输出低通滤波器输出 t)cos( 2 0 2 A V V V是角频率频是角频率频移移的的函数，函数， 但不是简单的函数关系但不是简单的函数关系 适当选择适当选择，使使 0cos 0 t1sin 0 t 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 2 0 2 0 sin 22 sin 22 A V A t t t t 当 当 若角频率偏移若角频率偏移较较小小 22 22 0 2 0 2 tt tt 当 当 A A V 1t 结论：当满足结论：当满足coscos0 0 0 0及及 l

41、l时，输出电压时，输出电压V V 与角频率偏移与角频率偏移成线成线性关系。这样，性关系。这样，因因的的大小不同，大小不同， 输出的电压不同便可实现鉴频的作用。输出的电压不同便可实现鉴频的作用。 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 其它解调方法其它解调方法差分检波法差分检波法 差分检波法与鉴频法差分检波法与鉴频法 差分检波法基于输入信号与差分检波法基于输入信号与其延迟其延迟的的信号相比信号相比 较，信道上的延迟失真将同时影响相邻信号，故较，信道上的延迟失真将同时影响相邻信号，故 不影响最终的鉴频效果。不影响最终的鉴频效果。 实践表明，当延迟失真为零时，这种方法的检

42、测实践表明，当延迟失真为零时，这种方法的检测 性能不如一般普通的鉴频法，但当有较严重延迟性能不如一般普通的鉴频法，但当有较严重延迟 失真时，它的性能要比鉴领法优越。但差分检波失真时，它的性能要比鉴领法优越。但差分检波 法的实现将要受法的实现将要受coscos 0 0的条件限制。的条件限制。 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 5.4 5.4 移频键控移频键控 2 1 3 4 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）系统的抗噪声性能）系统的抗噪声性能 相干相干检测法的系统性能检测法的系统

43、性能 包络检波法的系统性能包络检波法的系统性能 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 相干相干检测法的系统性能检测法的系统性能 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 带通带通 滤波器滤波器 1 1 带通带通 滤波器滤波器 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 2 2cos() t 1 2cos() t ( ) T s t 发送端发送端 1( ) y t 信道信道 ( ) i n t ( ) i y t 2( ) x t e P 1( ) x t 2 2F FSKSK信号信号相干相干检测法的系统性能分析模型

44、检测法的系统性能分析模型 分析其抗噪声性能分析其抗噪声性能 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 码元时间间隔码元时间间隔T Ts s内，发送端输出的内，发送端输出的2FSK2FSK信号信号 其中其中 1 1 cos, ( ) 0,t T At ut s 0tT 其它 l1 1发送发送“1”符号的载波角频符号的载波角频 率率 l2 2发送发送“0”符号的载波角频符号的载波角频 率率 ( )1 ( ) 00 T T ut st 发送“”符号 发送“ ”符号 2 0 cos, ( ) 0,t T At ut s 0t1）条件下）条件下 重庆大学通信工程学院重庆大学通信

45、工程学院 数字通信原理数字通信原理 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）系统的抗噪声性能）系统的抗噪声性能 相干相干检测法的系统性能检测法的系统性能 包络检波法的系统性能包络检波法的系统性能 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 包络包络检测法的系统性能检测法的系统性能 2 2F FSKSK信号信号包络包络检测法的系统性能分析模型检测法的系统性能分析模型 分析其抗噪声性能分析其抗噪声性能 包络包络 检波器检波器 包络包络 检波器检波器 抽样抽样 判决器判决器 带通带通 滤波器滤波器 1 1 带通带通 滤波器滤波器 2 2 定时脉冲定时脉冲 输出输出

46、( ) T s t 发送端发送端 1( ) y t 信道信道 ( ) i n t ( ) i y t 2( ) V t e P 1( ) V t 2( ) y t 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 图中图中 1111 1 1111 ( ) cos( )sin1 ( ) ( )cos( )sin0 cs cs anttntt y t nttntt 发送“”符号 发送“ ”符号 2222 2 2222 ( )cos( )sin1 ( ) ( ) cos( )sin0 cs cs nttntt yt anttntt 发送“”符号 发送“ ”符号 假设在假设在(0,T

47、(0,Ts s) )发发 送送“1 1”信号信号 11111 2 2 1111 ( )( ) cos( )sin ( )( ) cos( ) cs cs y tanttntt antnttt V V1 1(t)(t) V V2 2(t)(t) 22222 22 2222 ( )( )cos( )sin ( )( )cos( ) cs cs y tnttntt ntnttt 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 在在kTs时刻包络检波器时刻包络检波器 输出波形的抽样值输出波形的抽样值 2 2 111cs Vann服从广义瑞利分布 222 1 2 11 10 22 n

48、 aV nn VaV f VIe （） 错误概率错误概率 21 121221 0 22 111 01 222 0 V 2 exp 2 VV nnn PPVf Vf VdVdV VaVVa IdV （0 1） 令令 1 2 , 2 n n Va tz 22 222cs Vnn服从瑞利分布 22 2 2 2 2 2 n V n V f Ve 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 22 1 22 222 2 111 0 0 n 22 0 0 2221 222 1 2 nn Va n nn nn zzt VVVa PIeed etIzt edt （0 1） 根据根据Q函数

49、性质函数性质 22 2 0 0 ,01 zt Q ztIztedt 2 /2 2 11 22 z r Pee （0 1） 2 2 2 n a r 式中，为信噪比 同理可得同理可得 2 12 1 V 2 r PPVe （1 0） 总错误概率总错误概率 2 1 (1) (0/1)(0) (1/0) 2 r e PPPPPe 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 包络包络检测法的系统性能检测法的系统性能 包络包络检测法检测法与相干检测法与相干检测法系统性能系统性能比较比较 在大信噪比条件下，在大信噪比条件下，2FSK2FSK信号采用包络检波法解信号采用包络检波法解 调性

50、能与相干检测法解调性能接近，相干检测法调性能与相干检测法解调性能接近，相干检测法 性能较好性能较好 但采用相干检测时设备更为复杂，因此，在能够但采用相干检测时设备更为复杂，因此，在能够 满足信噪比要求的场合，包络满足信噪比要求的场合，包络检测法检测法比相干检测比相干检测 法更为常用法更为常用 2 () 1 2 r e Pe 包络 2 () 1 2 r e Pe r 相干 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 5.4 5.4 移频键控移频键控 1 2 3 4 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 最小移频键控（最小移频键控（MSKMSK

51、） 由于一般移频键控信号相位不连续、频偏较由于一般移频键控信号相位不连续、频偏较 大等原因，使其频谱利用率较低大等原因，使其频谱利用率较低 本节讨论的本节讨论的MSK MSK (Minimum Frequency(Minimum Frequencyshift-shift- keying)keying)是二进制连续相位是二进制连续相位FSKFSK的一种特殊形式的一种特殊形式 MSKMSK称为最小移频键控，有时也称为快速移频称为最小移频键控，有时也称为快速移频 键控键控(FFSK)(FFSK) 所谓所谓“最小最小”是指这种调制方式能以最小的调制指是指这种调制方式能以最小的调制指 数数(0.5)(0

52、.5)获得正交信号获得正交信号 而而“快速快速”是指在给定同样的频带内，是指在给定同样的频带内，MSKMSK能比能比2PSK2PSK 传输更高的数据速率，且在带外的频谱分量要比传输更高的数据速率，且在带外的频谱分量要比 2PSK2PSK衰减的快衰减的快 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 最小移频键控（最小移频键控（MSKMSK） MSKMSK的基本原理的基本原理 MSKMSK调制解调原理调制解调原理 MSKMSK的性能的性能 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 MSKMSK的基本原理的基本原理 MSKMSK是恒定包络连续相位频率

53、调制是恒定包络连续相位频率调制，其信号的，其信号的 表示式为表示式为 ( )cos(1),0,1, 2 k MSKckss s a stttkTtkT k T 令令 ( )(1) 2 k Kkss s a ttkTtkT T ( )cos( ) MSKck sttt l k k(t)(t)称为附加相位函数称为附加相位函数 l c c为载波角频率为载波角频率 l T Ts s为码元宽度为码元宽度 l a ak k为输入第为输入第k k个码元，取值为个码元，取值为1 1 l ?k k为第为第k k个码元的相位常数，在时间个码元的相位常数，在时间 kTkTs st(k+1)Tt(k+1)Ts s中保

54、持不变，中保持不变，其作用是其作用是 保证在保证在t=kTt=kTs s时刻信号相位连续时刻信号相位连续 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 MSKMSK的基本原理的基本原理 ( )cos(1),0,1, 2 k MSKckss s a stttkTtkT k T 令令 ( ) 2 k Kck s a ttt T ,1 2 ( ) 2 ,1 2 ck s kK c s ck s a T adt dtT a T 1 2 1 4 1 4 c s c s ff T ff T MSK信号信号 的两个频的两个频 率分别为率分别为 中心中心 频率频率 1,2, 4 c s

55、n fn T MSK信号在每一码信号在每一码 元周期内必须包元周期内必须包 含四分之一载波含四分之一载波 周期的整数倍周期的整数倍 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 MSKMSK的基本原理的基本原理 f fc c还可以表示为还可以表示为 1 2 111 44 111 44 c ss c ss m ffN TT m ffN TT 相应的相应的MSK信信 号的两个频率号的两个频率 表示为表示为 频率频率 间隔间隔 1 m01 2 3 4 c s m fNN T 为正整数；， ， 21 1 2 s fff T MSK信号的信号的 调制指数调制指数 1 0.5 2 s

56、s s hfTT T 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 MSKMSK的基本原理的基本原理 当取当取N N1 1，m m0 0时时，MSKMSK信号的时间波形信号的时间波形 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 MSKMSK的基本原理的基本原理 附加相位函数附加相位函数k k(t)(t)的波形图的波形图 ( )(1) 2 k Kkss s a ttkTtkT T 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1u uk k 0 02 2 -3-3 -3-3

57、-3-3 4 4 -4-4 x xk k t t 0 0 -2-2 -5-5/2/2 T Tb b2T2Tb b3T3Tb b4T4Tb b5T5Tb b6T6Tb b7T7Tb b8T8Tb b9T9Tb b (t)(t) 3 3/2/2 /2/2 - -/2/2 - - -3-3/2/2 -3-3 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 MSKMSK的基本原理的基本原理 对于各种可能的输入信号序列对于各种可能的输入信号序列k k(t)(t)的所有的所有 可能路径是一个从可能路径是一个从22到到22的网格图的网格图。 t t 0 0 -2-2 T Tb b2T2T

58、b b3T3Tb b4T4Tb b5T5Tb b6T6Tb b7T7Tb b8T8Tb b9T9Tb b (t)(t) 2 2 - - 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 MSKMSK的基本原理的基本原理 结论结论：MSKMSK信号具有以下特点信号具有以下特点: : MSKMSK信号是恒定包络信号信号是恒定包络信号; ; 在码元转换时刻信号的相位是连续的，以载波相在码元转换时刻信号的相位是连续的，以载波相 位为基准的信号相位在一个码元期间内线性地变位为基准的信号相位在一个码元期间内线性地变 化化/2;/2; 在一个码元期间内，信号应包括四分之一载波周在一个码元期

59、间内，信号应包括四分之一载波周 期的整数倍，信号的频率偏移等于期的整数倍，信号的频率偏移等于1/(4T1/(4Ts s) )，相，相 应的调制指数应的调制指数h=0.5h=0.5。 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 最小移频键控（最小移频键控（MSKMSK） MSKMSK的基本原理的基本原理 MSKMSK调制解调原理调制解调原理 MSKMSK的性能的性能 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 MSKMSK调制解调原理调制解调原理图图 cos/ 2 s tT sin/ 2 s tT a ak k 输入输入 数据数据 差分差分 编码编

60、码 串串/ /并并 变换变换 c ck k 振荡振荡 f=1/4Tf=1/4Ts s 振荡振荡 f=ff=fc c 相移相移9090 MSKMSK信号信号 带通带通 滤波器滤波器 延迟延迟T TS S I Ik k Q Qk k cos/ 2 ks ItT sin/ 2 ks QtT cos/ 2cos ksc ItTt sin/ 2sin ksc QtTt 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 MSKMSK调制解调原理调制解调原理 MSKMSK信号属于数字频率调制信号，因此可以采信号属于数字频率调制信号，因此可以采 用一般鉴频器方式进行解调用一般鉴频器方式进行解