《通信原理》第7章 数字调制系统(71)

1、通信原理第7章 数字带通传输（7.1）主主 讲：江金龙讲：江金龙E-mail：九江学院电子工程学院九江学院电子工程学院第7章 数字带通传输2021-7-282概要：概要：7.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理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7.3 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7.4 多进制数字调制原理多进制数字调制原理7.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能多进制数字调制系统的抗噪声性能 第7章 数字带通传输2021-7-2837.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理7.1.1 二进制振幅键控二进制振幅键控7.1.2 二进

2、制频移键控二进制频移键控7.1.3 二进制相移键控二进制相移键控7.1.4 二进制差分相移键控二进制差分相移键控第7章 数字带通传输2021-7-284 近距离传输近距离传输可以使用基带信号。可以使用基带信号。 实际信道常为实际信道常为带通信道带通信道，一般都不能直接传送基带信号。，一般都不能直接传送基带信号。 无线信道无线信道也不能传送基带信号。为此：也不能传送基带信号。为此： 我们也要我们也要用数字基带信号用数字基带信号对对载波载波进行调制，并进行调制，并在信道上传在信道上传输输所谓的所谓的频带（带通）信号频带（带通）信号。 本章将讨论以本章将讨论以正弦波为载波正弦波为载波的数字调制系统。

3、的数字调制系统。 第7章 数字带通传输2021-7-285 数字调制系统分三大类：数字调制系统分三大类： 调幅调幅、调频调频和和调相调相。 模拟调制的特点模拟调制的特点：连续调制连续调制、在接收端、在接收端恢复波形恢复波形 数字调制的特点数字调制的特点：离散数字信号对：离散数字信号对载波的某一参量进行调载波的某一参量进行调制制，在接收端，在接收端对对载波信号的载波信号的离散参量进行检测离散参量进行检测。 数字调制信号又称键控信号。数字调制信号又称键控信号。第7章 数字带通传输2021-7-286二进制时有：二进制时有：ASK （Amplitude-Shift-keying） FSK （Freq

4、uency-Shift-keying） PSK （Phase-Shift-keying）线形调制（线形调制（ASK）与非线形调制（）与非线形调制（FSK与与PSK ）第7章 数字带通传输2021-7-2877.1.1 二进制振幅键控二进制振幅键控(BASK) 假设信源发假设信源发1（概率（概率P），发），发0（概率（概率1-P），彼此独立。），彼此独立。用公式表示为：用公式表示为：则其数字基带信号：则其数字基带信号：( )()nsns ta g tnT1,0,nPaP概率概率1-( )g t这里假定这里假定 为矩形脉冲为矩形脉冲第7章 数字带通传输2021-7-288（1）通断键控（）通断键控

5、（OOK） 发发1有载波，发有载波，发0无载波无载波ookcos,1( )0,0cAtPetP概率 发送概率1- 发送写成通用形式：写成通用形式：2ASK( )( )coscets tt第7章 数字带通传输2021-7-289第7章 数字带通传输2021-7-2810第7章 数字带通传输2021-7-28112ASK/OOK信号产生方法：信号产生方法：（1）模拟调制法（乘法器实现）模拟调制法（乘法器实现）（2）键控法（开关切换）键控法（开关切换）两者在相位特性上有什么不同两者在相位特性上有什么不同？s(t)coscteo(t)模拟法模拟法L.O.s(t)eo(t)键控法（键控法（OOK）第7章

6、 数字带通传输2021-7-2812BPF全波全波整流整流LPF抽样抽样判决器判决器eo(t)时钟时钟an(a) 非相干解调法BPFLPF抽样抽样判决器判决器eo(t)时钟时钟ancosct(b) 相干解调法第7章 数字带通传输2021-7-2813与与AM比较：比较：多一抽样判决器多一抽样判决器BASK：电报电报 但在数字通信系统中应用不多（抗噪声但在数字通信系统中应用不多（抗噪声能力差）能力差）第7章 数字带通传输2021-7-2814BASK的频谱特性：的频谱特性：BASK信号是随机的功率型信号，故研究它的功率谱密度。信号是随机的功率型信号，故研究它的功率谱密度。我们有已调信号我们有已调

7、信号： eo(t)=s(t)coscts(t)代表信息（代表信息（单极性矩形脉冲序列单极性矩形脉冲序列）。）。 eo(t)的功率谱密度的功率谱密度P PE E(f)(f)可用可用 s(t)的功率谱密度的功率谱密度P Ps s(f)(f)来来表示，表示，即即:)()(41)(cscsEffPffPfP下面确定：)( fPs第7章 数字带通传输2021-7-2815由第六章知道由第六章知道对矩形基带对矩形基带G(mfs)=0,当当m0时时,故：故：2222( )(1)( )(1)()()sssssP ff PP G ffPG mffmf2222( )(1)( )(1)(0)( )sssPff PP

8、 G ffPGf当P=1/2（等概）)()() 0 (161)()(161)(2222ccsccsEffffGfffGffGffP第7章 数字带通传输2021-7-2816而 结论：1. 频谱中有连续和离散两部分 2带宽是g(t)的两倍esjnfTsssfTfTTfGsin)(sTG)0()()(161)()(sin)()(sin16)(22ccscscscscsEffffTffTffTffTffTfPfc1/16PE(f)G(f)2ASK2sBf第7章 数字带通传输2021-7-28172.2 BFSK BFSK载波频率的跳变BFSK调制法调制法: 110()f221()f模拟模拟调频器调频

9、器s(t)用矩形波进行调频（模拟法）用矩形波进行调频（模拟法）eo(t)eo(t)L.O.1L.O.2s(t)f1f2键控调频法键控调频法第7章 数字带通传输2021-7-2818012( )()cos()cosnsnnsnnne ta g tnTta g tnTt2FSK的时域表达式：的时域表达式：第7章 数字带通传输2021-7-2819此时抽样判决只要在抽样时刻比较两个值的大小，而无需门限电平。BPF包络检波包络检波抽样抽样BPF包络检波包络检波输入输入输出输出f2f1 非相干解调法非相干解调法BPF抽样抽样BPF输入输入输出输出f2f1 相干解调法相干解调法cos1tcos2tLPFL

10、PF解调：解调：第7章 数字带通传输2021-7-2820其他解调方法其他解调方法（略）（略）： 鉴频法、差分检测法和过零检测法鉴频法、差分检测法和过零检测法限幅限幅微分微分整流整流脉冲展宽脉冲展宽低通低通过零检测法：过零检测法：第7章 数字带通传输2021-7-2821 差分检测法差分检测法：输入信号与自己的延迟信号进行差分BPFLPFeo(t)输出输出BCB点信号:C点:2200000cos()cos()()cos()cos2()() 22AAAt Att 20V=cos()2A 第7章 数字带通传输2021-7-2822可见在C点输出电平V是角频率偏移的函数，但不是一简单的函数关系。若选

11、使： cos 0=0则：sin 0=1，故： 当若很小(角频率偏移很小),即1， 则： 2(/2)VA 2(/2)VA2(/2)sin()VA2c2(/2)sin()VA 2c由此可见,当满足当满足 条件及条件及 时时,输出电平与输出电平与成线性关系成线性关系-达到了解调的目的。达到了解调的目的。0cos01第7章 数字带通传输2021-7-2823应用：应用： 低于低于1200b/s的数据传输。的数据传输。 适合在衰落信道适合在衰落信道/随参信道中应用。随参信道中应用。第7章 数字带通传输2021-7-2824功率谱密度：功率谱密度： （1）相位不连续的）相位不连续的2FSK信号信号看作看作

12、2个个2ASK信号的叠加信号的叠加nsnnTtgats)()(1nsnnTtgats)()(2ttsttste22110cos)(cos)()()()(41)()(41)(22112211ffPffPffPffPfPssssE设：设：则：则：第7章 数字带通传输2021-7-2825 )(fPE2222112222222112211( )(1) () (1) ()() 4411(1)(0) ()()(0) ()()44EsssPff PP G ffG ffPP G ffG fffPGfffff P Gffff22221122211221( )()()()() 161(0) ()()()()16

13、EssPffG ffG ffG ffG fff Gffffffff)(tgsssfTfTTfGsin)(sTG)0(是矩形波是矩形波:当当P=1/2时，有时，有:将s1(t)和s2(t)代入 得:第7章 数字带通传输2021-7-2826第7章 数字带通传输2021-7-2827结论：结论：1.BFSK的的PSD中含有连续和离散两部分。连续谱中含有连续和离散两部分。连续谱是两部分的叠加。是两部分的叠加。 2.若若 小，小，( )则连续谱出现单峰则连续谱出现单峰，否则出现双峰，否则出现双峰 3.BFSK的带宽约为：的带宽约为： 21ff sfff21sffff2124. 中心频率：中心频率：f0

14、= (f1+f2)/2第7章 数字带通传输2021-7-28287.1.3 二进制相移键控二进制相移键控 用用初始相位初始相位0表示符号表示符号“0”，用用表示符号表示符号“1”：2PSK( )cos()cnetAt0,01n发“ ”时， 发“”时2PSKcos()0( )cos()1ccAtetAt发“ ”时-发“”时化简：化简：第7章 数字带通传输2021-7-2829用基带表示：用基带表示：2PSK( )( )cos()cets tt( )()nsns ta g tnT这里：这里：而：而： 为双极性信号为双极性信号na第7章 数字带通传输2021-7-2830 第7章 数字带通传输202

15、1-7-2831实现方式：实现方式：模拟调制法模拟调制法键控法键控法第7章 数字带通传输2021-7-2832解调：一般采用解调：一般采用相干解调相干解调第7章 数字带通传输2021-7-2833第7章 数字带通传输2021-7-2834 功率谱密度：功率谱密度： 等概时为：等概时为： 带宽：？带宽：？222PSKsin()sin()()4()()scscscscsTffTffTPfffTffT第7章 数字带通传输2021-7-2835存在问题：存在问题： 载波在恢复过程中存在载波在恢复过程中存在180度相位模糊（倒度相位模糊（倒pi现象）。现象）。第7章 数字带通传输2021-7-28367

16、.1.4 二进制差分相移键控（二进制差分相移键控（2DPSK） 利用前后码元载波的利用前后码元载波的相对相位差相对相位差传递数字信息。传递数字信息。相位矢量图相位矢量图第7章 数字带通传输2021-7-2837存在问题：存在问题： 虽解决了相位模糊问题，但对长时间连虽解决了相位模糊问题，但对长时间连0或连或连1传输，相邻码传输，相邻码元的相位没有跳变，定时困难。元的相位没有跳变，定时困难。改进改进：B方式方式第7章 数字带通传输2021-7-2838调制实现：调制实现：（1）差分编码和双极性变换（）差分编码和双极性变换（码变换码变换）1nnnbab（2）2PSK调制调制第7章 数字带通传输2021-7-2839解调：解调： （1）相干解调（需要恢复载波）相干解调（需要恢复载波） （2）差分相干解调（不需要恢复载波）差分相干解调（不需要恢复载波）第7章 数字带通传输2021-7-2840 （1）相干解调（需要恢复载波）相干解调（需要恢复载波）第7章 数字带通传输2021-7-2841 （2）差分相干解调（不需要恢复载波）差分相干解调