【大学】数字通信原理 二进制数字调制与解调原理ppt课件

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讯原理;数字通讯原理数字通讯原理主要内容主要内容5.1 引引 言言 5.2 二进制数字调制与解调原理二进制数字调制与解调原理5.3 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5.4 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5.5 多进制数字调制与解调原理多进制数字调制与解调原理5.6 现代数字调制解调技术现代数字调制解调技术;数字通讯原理数字通讯原理5.2 5.2 二进制数字调制与解调原理二进制数字调制与解调原理 假设调制信号是二进制数字基带信号时，假设调制信号是二进制数字基带信号时，这种调制称为二进制数

2、字调制。这种调制称为二进制数字调制。123;数字通讯原理数字通讯原理5.2.1 5.2.1 二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，那么为二进制振幅键控。二进制时，那么为二进制振幅键控。二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK调制调制二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK解调解调;数字通讯原理数字通讯原理二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK调制调制二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK信号信号二进制振幅键控二进制振

3、幅键控2ASK2ASK信号的频谱信号的频谱;数字通讯原理数字通讯原理二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK信号信号011nPaP发送概率为发送概率为2ASK2ASK信号的产生信号的产生)()(snnnTtgats10( )0tstTg 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 ;数字通讯原理数字通讯原理二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK信号信号2ASK2ASK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

4、随二进制基带信号通断变化，所以又称为通断键控信号所以又称为通断键控信号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;数字通讯原理数字通讯原理二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK信号信号2ASK2ASK信号产生的两种调制方法：模拟相乘信号产生的两种调制方法：模拟相乘与数字键控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( )ASKetcosctcosctcosct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

5、 ;数字通讯原理数字通讯原理二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK调制调制二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK信号信号二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK信号的频谱信号的频谱;数字通讯原理数字通讯原理二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK信号的频谱信号的频谱2( )() cos( ) cosASKnsccneta g tnTts tt e2ASK(t) e2ASK(t)的功率谱密度为的功率谱密度为P2ASK(f)P2ASK(f) s(t) s(t)的功率谱密度为的功率谱密度为Ps(f)Ps(f)21( )()()4ASKscscPfPffP ff推导推导Ps(f)P

6、s(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 ;数字通讯原理数字通讯原理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矩形脉冲，其功率谱密度Ps(f)Ps(f)为为式中式中msssssmffmfGPffGPPffP)()(1)()1 (22）（( )G fg t（ ）矩形波频谱：对于一切的矩形波频谱：对于一切的m0m0的整数，有的整数，有G(mfs)=0G(mfs)=0 fGPffGPPffPsss2222011因此因此2222221( )(1)()() 41(1)(0) ()()4A

7、SKsccsccPff PPG ffG fffPGffff;数字通讯原理数字通讯原理假设假设P P1/21/2，那么，那么 222221161(0)16ASKsccsccPffG ffG fffGffffg(t)g(t)的频谱的频谱 sinsjfTsssfTG fTefT因此因此222sin()sin()( )16()()1()()16scscsASKcscsccTff Tff TPfff Tff Tffff 延续延续谱谱 离散离散谱谱;数字通讯原理数字通讯原理二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK信号的频谱信号的频谱二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK信号的频谱信号的频谱22A

8、SKBB 传输传输2ASK2ASK信号所信号所需频带需频带0 0f fs s2fs2fs-fs-fs-2fs-2fsPs(f)Ps(f)fs-f0fs-f00 0fcfcfcfcfsfsPE(f)PE(f)fcfc;数字通讯原理数字通讯原理5.2.1 5.2.1 二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK调制调制二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK解调解调;数字通讯原理数字通讯原理二进制振幅键控二进制振幅键控2ASK2ASK解调解调非相关解调非相关解调( (包络检波法包络检波法) )相关解调相关解调( (同步检测法同步检测法) );数字通讯

9、原理数字通讯原理非相关解调非相关解调非相关解调非相关解调( (包络检波法包络检波法) )方式的接纳系统框图方式的接纳系统框图半波或全波整流器：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：经过积分，抽样和判决，再生抽样判决器：经过积分，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成基带信号，去掉传输中叠加的干扰和噪声包络检波器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;数字通讯原理数字通讯原理2ASK2ASK信号非相

10、关解调过程的时间波形信号非相关解调过程的时间波形单极性矩形单极性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;数字通讯原理数字通讯原理二、二进制振幅键控二、二进制振幅键控2ASK2ASK解调解调非相关解调非相关解调( (包络检波法包络检波法) )相关解调相关解调( (同步检测法同步检测法) );数字通讯原理数字通讯原理相关解调相关解调相关解调相关解调( (同步检测法同步检测法) )方式的接纳系统框图方式的接纳系统框图解调原理：将已调信号解调原理：将已

11、调信号e(t)e(t)与相关载波与相关载波c(t)c(t)在相在相乘器中相乘，然后由低通滤波器输出所需的基带乘器中相乘，然后由低通滤波器输出所需的基带波形。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);数字通讯原理数字通讯原理假设假设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

12、滤波器低通滤波器滤除滤除低通滤波器输出低通滤波器输出)()cos()(21)(0LcLccttskts KC KC为低通滤波器的电压传输系数为低通滤波器的电压传输系数相关条件相关条件cLcL及 满足相关条件下，相关检测器的输出为满足相关条件下，相关检测器的输出为)(21)(0tsktsc;数字通讯原理数字通讯原理相关解调相关解调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)相关解调条件：接纳端必需提供一个与相关解调条件：接纳端必需提供一个与2ASK2ASK信号信号的载波坚持同频同相的相关载波，否那么将会呵的载波

13、坚持同频同相的相关载波，否那么将会呵斥解调后的波形失真。斥解调后的波形失真。相关载波普通可经过窄带滤波或锁相环路来提取。相关载波普通可经过窄带滤波或锁相环路来提取。;数字通讯原理数字通讯原理5.2 5.2 二进制数字调制与解调原理二进制数字调制与解调原理213;数字通讯原理数字通讯原理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 假设正弦载波的频率随二进制基带信号在假设正弦载波的频率随二进制基带信号在f1f1和和f2f2两个频率点间变化，那么产生二进制两个频率点间变化

14、，那么产生二进制移频键控信号移频键控信号2FSK2FSK;数字通讯原理数字通讯原理二进制频移键控二进制频移键控2FSK2FSK调制调制2FSK2FSK调制是数字通讯中用得较广得一种方式，调制是数字通讯中用得较广得一种方式，用于话音通讯频率低于用于话音通讯频率低于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;数字通讯原理数字通讯原理二进制频移键控二进制频移键控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

15、成是两个不同载二进制移频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。假设二进波的二进制振幅键控信号的叠加。假设二进制基带信号的制基带信号的1 1符号对应于载波频率符号对应于载波频率f1f1，0 0符符号对应于载波频率号对应于载波频率f2f2，那么二进制移频键控，那么二进制移频键控信号的时域表达式为信号的时域表达式为212( )() cos()() cos()FSKnsnnsnnneta g tnTta g tnTtPPan110概率为概率为PPan概率为概率为110g(t)g(t)为单个矩形脉冲，脉宽为单个矩形脉冲，脉宽为为TsTsnn，nn分别是第分别是第n n个信号码个信号码

16、元的初相位元的初相位其中其中 ;数字通讯原理数字通讯原理二进制频移键控二进制频移键控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经过基带信号控制振荡器中的某一元件数值经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f1f1和和f2f2在转换时辰的相位是延续的，故这种在转换时辰的相位是延续的，故这种2FSK2FSK信号称为相位延续的信号称为相位延续的2FSK2FSK信号。信号。模拟调频模拟调频 模拟模拟调频器调频

17、器二进制不归二进制不归零信号零信号( )s t oet;数字通讯原理数字通讯原理二进制频移键控二进制频移键控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f1f1与与f2f2之间的之间的转换瞬间相位不延续。这种方法产生的转换瞬间相位不延续。这种方法产生的2FSK2FSK信号称为信号称为相位不延续的相位不延续的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 1f1f1振荡器振荡器2 2f2f2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;数字通

18、讯原理数字通讯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f1f1e1(t)e1(t)e2(t)e2(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f2f2;数字通讯原理数字通讯原理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;数字通讯原理数字通讯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

19、延续的相位延续的2FSK2FSK信号信号;数字通讯原理数字通讯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振幅键控信号的叠由两个不同载波的二进制振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振幅键控信号功率谱密度的叠加。二进制振幅键控信号功率谱密度的叠加。推导推导2FSK2FSK信号的频谱信号的频谱;数字通讯原理数字通讯原理212( )() cos()() cos()FSKnsnnsnnneta g tnTta g tnTtnn和和nn分

20、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nn和和nn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两路二进制数字基带信号21122( )( )cos()( )cos()FSKets tts tt;数字通讯原理数字通讯原理根据根据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

21、功率谱密度的表示式22211222112222222221( )(1)()() 41(1)(0) ()()41(1)()() 41(1)(0) ()()4FSKssssPff PPG ffG fffPGfffff PPG ffG fffPGffff11222112211( )()()()()44FSKssssPfPffPffPffPff;数字通讯原理数字通讯原理假设假设P P1/21/2，那么，那么2222211222211221( )()()()() 161(0) ()()()()16FSKssPffG ffG ffG ffG fffGffffffffg(t)g(t)的频谱的频谱sin( )

22、sssfTG fTfT因此因此22112112222221122sin()sin()( )16()()sin()sin()()()1()()()()16sssFSKssssssTff Tff TPfff Tff Tff Tff Tff Tff Tffffffff 延续延续谱谱 离散离散谱谱;数字通讯原理数字通讯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f1f1f0+fsf0+fs，f2f2f0-fsf0-fs，曲线曲线b b对应的对应的f1= f0+0.4fsf1= f0+0.4fs，f2f2f0-0.4fsf0-0.4fs。f0=f0=f1+ f2f1+ f2/2/22fs2fs

23、0.8fs0.8fsf ff f0 0f0f0fsfsf0-fsf0-fsf0f02fs2fsf0-2fsf0-2fsPe(f)Pe(f)单边谱单边谱a ab b;数字通讯原理数字通讯原理频谱分析频谱分析2FSK2FSK信号的功率谱由延续谱和离散谱组成。信号的功率谱由延续谱和离散谱组成。其中，延续谱由两上双边谱叠加而成，而离其中，延续谱由两上双边谱叠加而成，而离散谱出如今两个载频位置上；散谱出如今两个载频位置上；假设假设f1f1和和f2f2之差较小如小于之差较小如小于fsfs那么延续那么延续谱出现单峰，假设谱出现单峰，假设f1f1和和f2f2之差较大出现双蜂。之差较大出现双蜂。传输传输2FSK

24、2FSK信号所需的频带为信号所需的频带为sffff221;数字通讯原理数字通讯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信号信号相位延续的相位延续的2FSK2FSK信号信号;数字通讯原理数字通讯原理相位延续的相位延续的2FSK2FSK信号信号相位延续的相位延续的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展频率调制而产生的。在理想情个振荡器进展频率调制而产生的。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: : ctdct dtsftfAte2

25、2cos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频偏因子初始相位初始相位;数字通讯原理数字通讯原理相位延续的相位延续的2FSK2FSK信号信号anan是码元脉冲的振幅，其能够取值为是码元脉冲的振幅，其能够取值为1 1。 snnnTtgats发送的二进制符号序列发送的二进制符号序列 ssTf1ssdTffffh212调频指数调频指数 cos 2tcse tAf tf hs t dt0c化简化简 tAttfAteccos2cos;数字通讯原理数字通讯原理相位延续的相位延续的2FSK2FSK信号信号 tAttfAteccos2cost t0 0f f0

26、 0f1f1f2f22fct2fct(t)(t)(t)(t)(t)(t)t t;数字通讯原理数字通讯原理相位延续的相位延续的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2FSK2FSK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sTEdttstss021)()(ssTttAteTttAtete0cos)(0cos)()(2211212021212121coscossin()sin()()()sTsssssAttdtTTETTssscscTTTT)()sin(22sin1212221c;数字通讯原理数字通讯原理相位延续的相位延续的2

27、FSK2FSK信号信号选选2 2cTs1,cTs1,或或2 2cTscTsK K，因此有：，因此有：ssTT1212sin0 0-0.2-0.21 122331.431.43(2-1)Ts(2-1)Ts讨论讨论 ;数字通讯原理数字通讯原理讨论讨论当当( (2- 2- 1)Ts1)TsK K(k(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。

28、 当当( (2- 2- 1)Ts1)Ts1.431.43时时,h=0.75 ,h=0.75 =-=-2/32/3, ,为最小值为最小值, ,这种情况两信号之间具有这种情况两信号之间具有超正交特性。超正交特性。;数字通讯原理数字通讯原理相位延续的相位延续的2FSK2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度相位延续的相位延续的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：2222122122222122122sin/2 sin/211( )12coscoscos2sin/2 sin/21112coscoscos

29、ssessssssssssATTP fTTTTATTTTTT 式中式中21212112122sccfff hf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;数字通讯原理数字通讯原理相位延续的相位延续的2FSK2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度功率谱密度依然是功率谱密度依然是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锋利。峰变得非常锋利。当当h hl l时，曲线的双峰时，曲线的双峰变

30、成了两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，双峰的间隔之后，双峰的间隔将逐渐增大。将逐渐增大。h=0.5h=0.5h=0.715h=0.7150.80.80.40.4Pe(x)Pe(x)1.01.0 x x0.50.5-1.0-1.0-0.5-0.5;数字通讯原理数字通讯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指数时的信号带宽1.5fs1.5fs2.5fs2.5fs3fs3fs(

31、2+h)fs(2+h)fs(2+h)fs(2+h)fs(2+h)fs(2+h)fs(2+h)fs(2+h)fs(2+h)fs(2+h)fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs相位延续相位延续FSKFSK相位离散相位离散FSKFSKASKASKPSKPSK0.60.60.70.70.80.81.01.01.51.522频带频带ffh h;数字通讯原理数字通讯原理结论结论h h2 2时，相位延续的时，相位延续的FSKFSK信号与相位离散的信号与相位离散的FSKFSK信信号的带宽根本一样号的带宽根本一样当当h h1 1时时, ,信号的能量大

32、部分都集中在信号的能量大部分都集中在x x0.50.5的的范围以内，范围以内，在在h h为为0.60.60.70.7时，时， 相位延续的相位延续的FSKFSK信号的带宽约信号的带宽约为为1.5fs1.5fs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，相位延续的较小的条件下，相位延续的FSKFSK信号信号具有能量集中，包络恒定，抗干扰才干强的特具有能量集中，包络恒定，抗干扰才干强的特 点，点，目前用得较多的是目前用得较多的是h h0.50.5的相位延续的的相位延续的FSKFSK方式方式, ,即最小移频键控方式即最小移频键控方式(

33、MSK)(MSK)。;数字通讯原理数字通讯原理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;数字通讯原理数字通讯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：非相关解调非相关解调相关解调相关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;数字通讯原理数字通讯原理非相关解调非相关解调抽样判决器：断定哪一抽样判决器：断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

34、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 2FSKet带通滤波器带通滤波器11带通滤波器带通滤波器22定时脉冲定时脉冲输出输出最正确非相关解最正确非相关解调调 ;数字通讯原理数字通讯原理最正确非相关解调最正确非相关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，再进展取样判决，因此取样值与接纳信号的相位展取样判决，因此取样值与接纳信号的相位无关。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，这种解调方法与相关解调相比，在同样误码率的条件下，所相关解

35、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求提取载波，可对随机起始相位解调时不需求提取载波，可对随机起始相位的信号进展解调，所以用起来比较方便。的信号进展解调，所以用起来比较方便。;数字通讯原理数字通讯原理最正确非相关解调最正确非相关解调 11cossh tATt包络包络检波器检波器包络包络检波器检波器 2FSKet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 22cosshtATtssTttAteTttAte0cos)(0cos)(22112FSK2FSK信号在某一码元继续时间传送信号信号在某一码元继续时间传送信号匹配滤波器

36、的冲击呼应匹配滤波器的冲击呼应ssssTttTAthTttTAth0)(cos)(0)(cos)(2211a ab bc cd de ef fg g比较比较判决判决;数字通讯原理数字通讯原理最正确非相关解调最正确非相关解调设设TsTs为为T1T11/f11/f1及及T2T21/f21/f2的整数倍，即的整数倍，即Ts=KlTlTs=KlTl及及TsTsK2T2(KlK2T2(Kl，K2K2分别为整数分别为整数) )那么那么2FSK2FSK两个频率信号的匹配滤波器其冲激呼应与输两个频率信号的匹配滤波器其冲激呼应与输入信号一样入信号一样ssssTttAtkAtTAthTttAtkAtTAth0co

37、s)2cos)(cos)(0cos)2cos)(cos)(2222211111;数字通讯原理数字通讯原理最正确非相关解调最正确非相关解调soTttAth0cos)(siTttAte0)cos()()()()(thteteio输入信号输入信号匹配滤波器冲击呼应匹配滤波器冲击呼应匹配滤波器输出信号匹配滤波器输出信号ooooooootooootoiotttAtttAdttAdtthtete)sin()()sin(2)sin()sin(2)()cos()cos(2)(coscos)()()(0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;数字通讯原理数字通讯原理最正确非相关解调

38、最正确非相关解调sin()sin()( )2()()sincos2222sin2cos222ooooooooootttAe ttttAtAttt化简化简o式中式中sooTttttAte0)(cos)()( 2/2/sin2ttAttA 2tt式中式中;数字通讯原理数字通讯原理最正确非相关解调最正确非相关解调讨论讨论=0 =0 ， = = o osooTtttAte0)cos()()(2)(AttA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信信号进展解调。号进展解调。;数字通讯原理数字通讯原理最正确非相关解调最正确非相关解调0

39、0 =2k=2k /Ts/Tsk k为整数为整数sTtttAttA02/)2/sin(2)(t= Tst= Ts处处t/2=kt/2=k 0)(tAk=1k=1时时= 2= 2 (f1- f2 (f1- f2= 2= 2 /Ts= 2 /Ts= 2 fs fsf1f1和和f2f2相差相差fs fs ;数字通讯原理数字通讯原理最正确非相关解调最正确非相关解调包络包络A(t)A(t)与与t t及及A(t,A(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 tTSTSTS/2TS/2ATS/ATS/2 2A(t)A

40、(t)=0=0=2/TS=2/TS=4/TS=4/TS0 0A(t,)A(t,)2ST4ST6ST8ST2ST4ST6ST8ST;数字通讯原理数字通讯原理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)f1f1f2f2f1f1t ta at tb bt tc ct td dt te et tf ft tg g;数字通讯原理数字通讯原理匹配滤波器的实现匹配滤波器的实现实现具有余弦函数冲激呼应的匹配滤波器，实现具有余弦函数冲激呼应的匹配滤波器，可利用声外表波可利用声外表波(SAW)(SAW)器件，在较高中心器件，在较高中心频率频率( (几兆赫至几十兆赫几兆赫至几十兆赫

41、) )上，可构成接近理上，可构成接近理想的匹配滤波器。想的匹配滤波器。在通讯接纳机中广泛利用动态滤波器来实在通讯接纳机中广泛利用动态滤波器来实现这种匹配滤波器的功能现这种匹配滤波器的功能用高用高Q Q谐振回路组成的动态滤波器谐振回路组成的动态滤波器正交相关法正交相关法数字式动态滤波器数字式动态滤波器;数字通讯原理数字通讯原理用高用高Q Q谐振回路组成的动态滤波器谐振回路组成的动态滤波器这种电路利用对输入信号的这种电路利用对输入信号的暂态呼应，所以称为动态滤暂态呼应，所以称为动态滤波器。波器。L LR RC CK K清清洗洗开开关关高高Q Q振荡回路传送函数的拉氏变换振荡回路传送函数的拉氏变换L

42、CSLrSLrSCSCSLrSCSLrH1)(111)()(2)cos()(tAethtLC10冲击呼应冲击呼应求拉氏反变换求拉氏反变换式中式中Lr220)(11CA200220)(1回路谐振频率回路谐振频率;数字通讯原理数字通讯原理用高用高Q Q谐振回路组成的动态滤波器谐振回路组成的动态滤波器回路回路Q Q值很高值很高高高Q QQ Q10001000并联谐振回路可构成余弦信号的匹并联谐振回路可构成余弦信号的匹配滤波器配滤波器rLQ002LrCA100tth0cos)(;数字通讯原理数字通讯原理清洗清洗为了解调需求，每个码元终了时还必需清洗因为了解调需求，每个码元终了时还必需清洗因此便于清洗也

43、是非常重要的条件。为提高此便于清洗也是非常重要的条件。为提高Q Q值，假值，假设用设用LCLC谐振回路，须采用很多措施谐振回路，须采用很多措施引入适量正回授和部分接入引入适量正回授和部分接入优点：电路简单优点：电路简单缺陷：缺陷：Q Q值不容易做得很高，回路参数的温度稳定值不容易做得很高，回路参数的温度稳定性差，电路的中心频率容易漂移，正回授过强会性差，电路的中心频率容易漂移，正回授过强会引起自激。引起自激。机械谐振体如音叉或压电石英晶体替代普通的机械谐振体如音叉或压电石英晶体替代普通的LCLC谐振回路，这些谐振体具有很高的谐振回路，这些谐振体具有很高的Q Q值。但是当它值。但是当它们与输入信

44、号谐振起来以后，要想把曾经建立的们与输入信号谐振起来以后，要想把曾经建立的振荡粹熄比较困难，故清洗不便振荡粹熄比较困难，故清洗不便;数字通讯原理数字通讯原理匹配滤波器的实现匹配滤波器的实现用高用高Q Q谐振回路组成的动态滤波器谐振回路组成的动态滤波器正交相关法正交相关法数字式动态滤波器数字式动态滤波器;数字通讯原理数字通讯原理正交相关法正交相关法 ie t输出输出积分器积分器积分器积分器0cos() t0cos() t0cos() t0cos() t动态滤波器输入信号动态滤波器输入信号动态滤波器输出动态滤波器输出 tiiodthethtete)()()( ie t 0cosh tttititi

45、odetdetdtete00000000sin)(sincos)(cos)(cos)()(;数字通讯原理数字通讯原理正交相关法正交相关法这种方法的优点：这种方法的优点：只需改动本地振荡器的频率即可改动动态只需改动本地振荡器的频率即可改动动态滤波器的中心频率；滤波器的中心频率；电路中心频率的稳定度高。电路中心频率的稳定度高。;数字通讯原理数字通讯原理匹配滤波器的实现匹配滤波器的实现用高用高Q Q谐振回路组成的动态滤波器谐振回路组成的动态滤波器正交相关法正交相关法数字式动态滤波器数字式动态滤波器;数字通讯原理数字通讯原理数字式动态滤波器数字式动态滤波器采用采用N N相时序开关滤波器。它的根本思想是

46、用相时序开关滤波器。它的根本思想是用N N相时序开相时序开关对输入信号进展分割、积分，然后合成总的信号。关对输入信号进展分割、积分，然后合成总的信号。电路中电路中K1K1、K2K2、K3K3、K4K4为电子开关，分别受时序脉冲为电子开关，分别受时序脉冲K1(t)K1(t)、K2(t)K2(t)、K3(t)K3(t)、K4(t)K4(t)控制，时序脉冲把控制，时序脉冲把K1K1、K2K2、K3K3、K4K4轮番接通，使输入信号输流对电容器轮番接通，使输入信号输流对电容器C1C1、C2C2、C3C3、C4C4充电，它们的容量均等于充电，它们的容量均等于c c。时序脉冲的反复频率就是这种动态滤波器的

47、中心频率。时序脉冲的反复频率就是这种动态滤波器的中心频率。在整个频率轴上呈现梳状传输特性。在整个频率轴上呈现梳状传输特性。输入输入K1K1输出输出K KK2K2K3K3K4K4R RC1C1C2C2C3C3C4C4;数字通讯原理数字通讯原理数字式滤波器数字式滤波器K1(t)K1(t)K2(t)K2(t)K3(t)K3(t)K4(t)K4(t)K(t)K(t)z(t)z(t)t tTbTb0 0y(t)y(t)t tTbTb0 0;数字通讯原理数字通讯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：非相关解调非相关解调相关解调相关解调其它解调方法其它解调方法鉴

48、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;数字通讯原理数字通讯原理相关解调相关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 2FSKet带通滤波器带通滤波器11带通滤波器带通滤波器22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;数字通讯原理数字通讯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：非相关解调非相关解调相关解调相关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;数字通讯原理数字通讯原理其它解调方法其它解调方法鉴频法鉴频法限幅器：消除接纳信号在幅度

49、上能够出现的限幅器：消除接纳信号在幅度上能够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;数字通讯原理数字通讯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：非相关解调非相关解调相关解调相关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;数字通讯原理数字通讯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

50、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ui(t)ui(t)a a宽脉冲发宽脉冲发低通低通b bc cd de ef f根本思想：数字调频波的过零点数随不同载频而根本思想：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别异，故检出零点数可以得到关于频率的差别a ab bc cd de ef f;数字通讯原理数字通讯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：非相关解调非相关解调相关解调相关解调其它

51、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;数字通讯原理数字通讯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纳滤波器滤除带外无用信号后输入信号经接纳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，另一路经时延制器，另一路经时延送到乘法器，相乘送到乘法器，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;数字通讯原理数字通讯原理输入信号输入信号tA)cos(00022000cos()cos()()cos()cos2()() 2

52、2At AtAAt 相乘输出相乘输出 低通滤波器低通滤波器滤除滤除低通滤波器输出低通滤波器输出)cos(202AV V V是角频率频移是角频率频移的函数，但不的函数，但不是简单的函数关是简单的函数关系系适中选择适中选择，使，使0cos01sin0;数字通讯原理数字通讯原理2020sin22sin22AVA 当当假设角频率偏移假设角频率偏移较小较小22220202当当AAV1结论：当满足结论：当满足coscos0 0 0 0及及 l 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性关系。这样，因成线性关系。这样，因的大小不同，的大小不同，输出的电压不同便可实现鉴频的作用。输出的电压

53、不同便可实现鉴频的作用。 ;数字通讯原理数字通讯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其延迟差分检波法基于输入信号与其延迟的信号的信号相比较，信道上的延迟失真将同时影响相邻相比较，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。信号，故不影响最终的鉴频效果。实际阐明，当延迟失真为零时，这种方法的实际阐明，当延迟失真为零时，这种方法的检测性能不如普通普通的鉴频法，但当有较检测性能不如普通普通的鉴频法，但当有较严重延迟失真时，它的性能要比鉴领法优越。严重延迟失真时，它的性能要比鉴领法优越。但差分检波法的实现将要受但差

54、分检波法的实现将要受cos cos 0 0的的条件限制。条件限制。;数字通讯原理数字通讯原理5.2 5.2 二进制数字调制与解调原理二进制数字调制与解调原理312;数字通讯原理数字通讯原理二进制相移键控二进制相移键控2PSK2PSK二进制相移键控二进制相移键控2PSK2PSK二进制差分相移键控二进制差分相移键控2DPSK2DPSK2PSK2PSK与与2DPSK2DPSK信号的频谱信号的频谱 正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化，那么产生二进制相移键控变化，那么产生二进制相移键控(2PSK)(2PSK)信号信号;数字通讯原理数字通讯原理二进制相移键控二

55、进制相移键控2PSK2PSK二进制相移键控二进制相移键控2PSK2PSK调制调制二进制相移键控二进制相移键控2PSK2PSK解调解调;数字通讯原理数字通讯原理二进制相移键控二进制相移键控2PSK2PSK调制调制2PSK2PSK信号的产生信号的产生正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化，那么产生二进制移相键控变化，那么产生二进制移相键控(2PSK)(2PSK)信号。信号。通常用已调信号载波的通常用已调信号载波的0000和和18001800分别表示分别表示1 1和和0 0。2( )() cospSKnscneta g tnTt式中：式中：111nnPaaP

56、发送概率为应选择双极性，即发送概率为 an an为双极为双极性性假设假设g(t)g(t)是脉宽为是脉宽为Ts,Ts,高度为高度为1 1的矩形脉冲的矩形脉冲, ,那么那么有有2cos( )cos1cPSKctPettP发送概率为发送概率为;数字通讯原理数字通讯原理二进制相移键控二进制相移键控2PSK2PSK调制调制假设用假设用?(n)(n)表示第表示第n n个符号的绝对相位，那个符号的绝对相位，那么有么有 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000180n 发送1符号 发送0符号1 10 00 01 1t tA A-A-ATSTS;数字通讯原理数字通讯原理二进制相移键控二进制

57、相移键控2PSK2PSK调制调制2PSK2PSK信号的两种产生方法调制方式：信号的两种产生方法调制方式：模拟调制模拟调制数字键控数字键控模拟调制模拟调制数字键控数字键控cosctcosct开关电路开关电路( )s t 2PSKet180180移相移相0 0乘法器乘法器双极性双极性不归零不归零( )s t2( )PSKetcosct码型变换码型变换;数字通讯原理数字通讯原理二进制相移键控二进制相移键控2PSK2PSK二进制相移键控二进制相移键控2PSK2PSK调制调制二进制相移键控二进制相移键控2PSK2PSK解调解调;数字通讯原理数字通讯原理二进制相移键控二进制相移键控2PSK2PSK解调解调

58、二进制相移键控二进制相移键控2PSK2PSK解调：相关解调解调：相关解调思索到相关解调在这里实践上起鉴相作用，思索到相关解调在这里实践上起鉴相作用，故相关解调中的故相关解调中的“相乘相乘低通低通又可用各种又可用各种鉴相器替代鉴相器替代带通滤波器带通滤波器输入输入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;数字通讯原理数字通讯原理一、二进制相移键控一、二进制相移键控2PSK2PSK解调解调各时间点波形各时间点波形1 10 0 0 01 11 11 1 0 0 0 0a ab

59、bc cd de e带通滤波器带通滤波器输入输入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a ab bc cd de e;数字通讯原理数字通讯原理二进制相移键控二进制相移键控2PSK2PSK解调解调2PSK2PSK相关解调存在的问题相关解调存在的问题“倒倒景象景象当恢复的相关载波产生当恢复的相关载波产生180o180o倒相时，解调出的倒相时，解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反，解调器输出数字基带信号全部出错。这相反，解调器输出数字基带信号全部出错。这种景象通常称为种景象通常称为“倒倒景象。景象。由于在由于在

60、2PSK2PSK信号的载波恢复过程中存在着信号的载波恢复过程中存在着180o180o的相位模糊，而且这种模糊不易被发现。所以的相位模糊，而且这种模糊不易被发现。所以2PSK2PSK信号的相关解调存在随机的信号的相关解调存在随机的“倒倒景象景象2PSK2PSK方式在实践中很少采用。方式在实践中很少采用。;数字通讯原理数字通讯原理二进制相移键控二进制相移键控2PSK2PSK二进制相移键控二进制相移键控2PSK2PSK二进制差分相移键控二进制差分相移键控2DPSK2DPSK2PSK2PSK与与2DPSK2DPSK信号的频谱信号的频谱;数字通讯原理数字通讯原理二进制差分相移键控二进制差分相移键控2DP