通信原理二进制数字调制原理

1、联合战术通信教研室张伟明理 工 大 学 通 信 工 程 学 院理 工 大 学 通 信 工 程 学 院5正弦载波数字调制正弦载波数字调制n5.1概述概述n5.2二进制数字调制原理二进制数字调制原理n5.3二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n5.4二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n5.5多进制数字调制系统多进制数字调制系统5.1.1概述：基本概念概述：基本概念 什么是调制？什么是数字调制？什么是正弦载波什么是调制？什么是数字调制？什么是正弦载波数字调制？数字调制？基带信号基带信号：频谱（功率谱）集中在零频率附近。：频谱（功率谱）集中在零频率附近。带

2、通信道带通信道：传输特性带通型的，如短波信道、卫星：传输特性带通型的，如短波信道、卫星 信道等。信道等。问题问题：基带信号能否在带通型信道上直接传输？：基带信号能否在带通型信道上直接传输？20001X(f)调制调制解调解调-7500)()(21ccffXffX-7500)()(21ccffXffX750001/25000100001H(f)75000f(Hz)-750020001X(f)0750000f(Hz)f(Hz)f(Hz)f(Hz)5.1.1概述：基本概念概述：基本概念5.1.1概述：基本概念概述：基本概念调制调制：发送端把基带信号频谱搬移到给定信道通带内：发送端把基带信号频谱搬移到给

3、定信道通带内的过程。的过程。解调解调：在接收端把已搬到给定信道通带内的频谱还原：在接收端把已搬到给定信道通带内的频谱还原为基带信号的过程。为基带信号的过程。调制实现方法调制实现方法：用：用基带信号基带信号控制控制载波载波的参量，使载的参量，使载波的参量随着基带信号变化。波的参量随着基带信号变化。5.1.2调制的分类调制的分类调制器s (t )C (t )sm (t )：基带信号为数字信号：基带信号为数字信号模拟调制模拟调制：基带信号为模拟信号：基带信号为模拟信号数字调制数字调制正弦载波调制正弦载波调制：载波为正弦波（余弦波）信号：载波为正弦波（余弦波）信号脉冲调制脉冲调制：载波为脉冲信号：载波

4、为脉冲信号5.1.3调制在通信系统中的作用调制在通信系统中的作用n调制把基带信号频谱搬移到一定的频带范围以调制把基带信号频谱搬移到一定的频带范围以适应信道的要求适应信道的要求n有效辐射，有效辐射，尽可能地减小天线的尺寸；n通过频率分配，满足多用户通信的需要（实现通过频率分配，满足多用户通信的需要（实现多路复用）；多路复用）；n减少噪声和干扰的影响，提高系统抗干扰能力减少噪声和干扰的影响，提高系统抗干扰能力本章研究的问题本章研究的问题1 0 0 1( )s t2FSKt2PSKt调制器s (t )Acos (t +)sm (t )2ASKt1、波形；、波形；2、调制原理；、调制原理；3、功率谱及

5、带宽；、功率谱及带宽；4、解调及抗噪性能。、解调及抗噪性能。学习内容学习内容5正弦载波数字调制正弦载波数字调制n5.1概述概述n5.2二进制数字调制原理二进制数字调制原理n5.3二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n5.4二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n5.5多进制数字调制系统多进制数字调制系统5.2二进制数字调制原理二进制数字调制原理n5.2.12ASK（Amplitude shift-keying)n5.2.22FSK(Frequency shift-keying)n5.2.32PSK(Phase shift-keying) 用二进制数字基

6、带信号控制载波的振幅，使载波用二进制数字基带信号控制载波的振幅，使载波的振幅随着二进制数字基带信号变化。的振幅随着二进制数字基带信号变化。5.2.1二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）一、一、2ASK波形波形5.2.1二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）二、二、2ASK调制（调制（开关法开关法和和相乘法相乘法）载波发生器开关开关)(2tSASK)(ts)(tcs(t)c(t)sASK(t)相乘器相乘器基带信号：单极性的全占空随机矩形脉冲序列基带信号：单极性的全占空随机矩形脉冲序列 5.2.1二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）1 1 1100 0ttt载波信号2ASK信号bT

7、( )s tnbnnTtgats)()(0,1,npap发送概率为发送概率为1-1,0( )0,btTg t 其它2( )() cosASKnbcneta g tnTt数字基带信号数字基带信号数字调制信号数字调制信号22( )(1)( )(1) ()()sbbbbmP ff PP G ffP G mffmf2()( ) 4 1/2bbT SafTfP设21( )()()4ASKscscPfP ffP ff222211()() (0) ()()1616sccsccfG ffG fffGffff三、三、2ASK信号的功率谱及带宽信号的功率谱及带宽)()()(2tctstsASKtftsc2cos)

8、(5.2.1二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）5.2.12ASK：功率谱和带宽：功率谱和带宽222( )()()16bASKacbacbTPfsff Tsff T1()()16ccffff)/1( 22bbbASKTffB5.2二进制数字调制原理二进制数字调制原理n5.2.12ASK（Amplitude shift-keying)n5.2.22FSK(Frequency shift-keying)n5.2.32PSK(Phase shift-keying)5.2.2二进制频率键控（二进制频率键控（2FSK） 用二进数字基带信号控制载波的频率，使载波的用二进数字基带信号控制载波的频率，使

9、载波的频率随着数字基带信号变化。频率随着数字基带信号变化。波形特点波形特点：载波频率携带信息。：载波频率携带信息。5.2.2二进制频率键控（二进制频率键控（2FSK）2FSK信号可信号可分解成两个分解成两个2ASK信号信号5.2.22FSK：时域表达式：时域表达式212( )() cos()() cos()FSKnbnnbnnneta g tnTta g tnTt0, 1, 1-nPaP发送概率为发送概率为0, 1-1 nPaP发送概率为，发送概率为 n和和 n不携带不携带信息，通常可信息，通常可令令 n和和 n为零为零 212( )() cos() cosFSKnbnbnneta g tnT

10、ta g tnTt5.2.22FSK：信号的实现：信号的实现数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图 反相器二进制单极性全占空)12cos(2)(1tfbTt)22cos(2)(2tfbTt2FSK信号)(ts)(ts图6.3.2 2FSK信号调制器abcdefg相乘法实现二进制移频键控信号的原理图 5.2.22FSK：信号的实现：信号的实现5.2.22FSK：功率谱分析：功率谱分析212( )() cos() cosFSKnbnbnneta g tnTta g tnTt相位不连续的相位不连续的2FSK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，信号，可以看成由两个不同载波的二进制

11、振幅键控信号的叠加，其中一个频率为其中一个频率为f1，另一个频率为，另一个频率为f2。 1122( )cos( )coss tts tt11222112211( )()()()()44FSKssssPfPffPffPffPff2211211sin()sin()( )16()()bbbFSKbbTff Tff TPfff Tff TP=1/2 222222sin ()sin ()16()()bbbbbTff Tff Tff Tff T11221 ()()()()16ffffffff5.2.22FSK：功率谱：功率谱2bfcffcbff2cbffcbff2cbff122cfff1bbfT02212

12、FSKbBfff0.8bf5.2.22FSK：CPFSK与与DPFSK表表6-1 2FSK信号的带宽信号的带宽h=f1-f2 /fb0.50.60.70.81.01.5BCP2FSKfb1.5 fb2.5 fb3.0 fbBDP2FSK2.5 fb（2.62.7）fb（2.83.0）fb3.5 fbu偏移率偏移率h较小时，两种较小时，两种2FSK信号的带宽差别较大；偏移率信号的带宽差别较大；偏移率h较大时，两者差别不大，大于较大时，两者差别不大，大于2以后，可认为两者近似相以后，可认为两者近似相等。等。u偏移率偏移率h小于小于0.7时，相位连续的时，相位连续的2FSK信号的带宽比信号的带宽比2

13、ASK信号的带宽还窄。所以，不能笼统说信号的带宽还窄。所以，不能笼统说2FSK信号的带宽信号的带宽比比2ASK信号的宽。信号的宽。5.2二进制数字调制原理二进制数字调制原理n5.2.12ASK（Amplitude shift-keying)n5.2.22FSK(Frequency shift-keying)n5.2.32PSK(Phase shift-keying)5.2.3二进制相位键控（二进制相位键控（2PSK）二进制数字基带信号控制载波的相位，使载波相位改二进制数字基带信号控制载波的相位，使载波相位改变一个值。变一个值。“1”码码180“0”码码0规则：规则：“1”变，变，“0”不不变变

14、5.2.3二进制相位键控（二进制相位键控（2PSK）5.2.32PSK：信号实现：信号实现码型变换乘法器(a)(b)( )s tcosct2( )PSKetcosct移相双极性不归零0S2( )PSKet( )s t问题：问题： 在在2PSK信号的解调系统中，同步载波恢复会有信号的解调系统中，同步载波恢复会有180的的相位模糊问题相位模糊问题，对，对2PSK系统误码性能影响很系统误码性能影响很大，所以大，所以2PSK方式在实际中很少采用。方式在实际中很少采用。解决方法：二进制差分相位键控（解决方法：二进制差分相位键控（2DPSK） differential PSK5.2.42DPSK的引入的引

15、入问题：问题：在在2PSK信号的解调系统中，同步载波恢复会有信号的解调系统中，同步载波恢复会有 180的的相位模糊问题相位模糊问题，所以在实际中很少采用。，所以在实际中很少采用。解决方法：二进制差分相位键控（解决方法：二进制差分相位键控（2DPSK） differential PSK5.2.42DPSK定义定义0 0 1，表示数字信息“ ”，表示数字信息“”原始数字信息原始数字信息1101001110相对码相对码010100010112DPSK相位相位0 00 0 00或或 0 000 0 用二进制数字信息控制用二进制数字信息控制相邻两个码元内的载波相位差相邻两个码元内的载波相位差，使载波相位差随二进制数字信息变化。使载波相位差随二进制数字信息变化。1nnn此处规则：此处规则：1变变0不变不变5.2.4 2DPSK调制实现调制实现Tb2PSK调制调制二进制序列2DPSK信号bnan差分编码器“1”码码:180n“0”码码0n5.2.4 2PSK/2DPSK：功率谱和带宽：功率谱和带宽222sin()sin()( )4()()