数字信号的调制传输要点

1、数字信号的调制传输要点数字信号的调制传输要点2低通信道用基带信号传输低通信道用基带信号传输电路板上的铜线电路板上的铜线如果带通信道用什么信号传输。如果带通信道用什么信号传输。调制传输：频谱搬移到规定的频带内调制传输：频谱搬移到规定的频带内数字信号的调制传输要点3引言引言p数字信号的分类和传输方式数字信号的分类和传输方式p数字信号数字信号n数字基带信号数字基带信号n数字调制信号数字调制信号p传输方式传输方式n数字信号的基带传输数字信号的基带传输n数字信号的调制传输数字信号的调制传输p以哪种传输方式为主？以哪种传输方式为主？n由信道类型确定由信道类型确定p低通型信道低通型信道- -数字信号的基带传

2、输数字信号的基带传输p带通型信道带通型信道- -数字信号的调制传输数字信号的调制传输数字信号的调制传输要点42 2数字调制数字调制p数字调制目的与本质数字调制目的与本质n载波：连续的正（余）弦信号载波：连续的正（余）弦信号n调制信号：数字基带信号调制信号：数字基带信号p数字调制完成基带信号功率谱的搬移数字调制完成基带信号功率谱的搬移p 数字调制的过程数字调制的过程n模拟调制的过程，载波参数连续变化模拟调制的过程，载波参数连续变化n数字调制的过程，载波参数离散变化数字调制的过程，载波参数离散变化调制，调制，modulationmodulation键控，键控，shift keyingshift k

3、eying数字信号的调制传输要点53 3模拟调制和数字调制方式对照模拟调制和数字调制方式对照 模拟调制模拟调制 数字调制数字调制幅度调制幅度调制(AM) (AM) 幅度键控幅度键控(ASK)(ASK)频率调制频率调制(FM) (FM) 频移键控频移键控(FSK)(FSK)相位调制相位调制(PM) (PM) 相移键控相移键控(PSK)(PSK)振幅键控振幅键控频移键控频移键控相移键控相移键控数字信号的调制传输要点6本章目录本章目录p7.1 7.1 二进制数字调制二进制数字调制p7.27.2二进制数字调制的抗噪声性能二进制数字调制的抗噪声性能p7.37.3数字信号的最佳接收数字信号的最佳接收p7.

4、47.4多进制数字调制多进制数字调制主要内容要点主要内容要点怎么调制，怎么解调，怎么调制，怎么解调，性能分析：性能分析：有效性：带宽、频带利用率有效性：带宽、频带利用率可靠性：误码率可靠性：误码率优缺点总结优缺点总结数字信号的调制传输要点7 二进制是数字调制最简单的情况，它改变载波的幅二进制是数字调制最简单的情况，它改变载波的幅度、频率、相位只有两种状态。度、频率、相位只有两种状态。7.1.1 7.1.1 二进制幅度键控（二进制幅度键控（ASKASK：amplitude shift keying amplitude shift keying ）1. 2ASK1. 2ASK信号时域表达式信号时域

5、表达式p2ASK2ASK信号，其幅度按调制信号取信号，其幅度按调制信号取0 0或或1 1有两种取值，有两种取值，最简单的形式为通断键控（最简单的形式为通断键控（OOKOOK）。）。pOOKOOK信号的表达式为：信号的表达式为： 调制信号调制信号 为：为：tAatsncOOKcos)(na1,0,1nPaP出现概率为出现概率为7.1 7.1 二进制数字调制二进制数字调制数字信号的调制传输要点8 OOKOOK信号波形：信号波形： 一般地，调制信号具有一定波形，可表示为：一般地，调制信号具有一定波形，可表示为： 所以，所以，2ASK2ASK信号为：信号为： 可见，可见，2ASK2ASK为双边带调幅信

6、号。为双边带调幅信号。)()(snTtgatBnntnTtgatsnncsASKcos)()(数字信号的调制传输要点9 2. 2. 功率谱密度功率谱密度 设调制信号功率谱为设调制信号功率谱为 ，则，则2ASK2ASK信号功率谱为：信号功率谱为： )(BP)()()(cBcBASK41PPP图图7-2 OOK7-2 OOK信号的功率谱信号的功率谱(a)(a)基带信号功率谱；基带信号功率谱； (b) (b) 已调信号功率谱已调信号功率谱2ASK2ASK信号的带宽信号的带宽 ？基带信号带宽？基带信号带宽？数字信号的调制传输要点10分析p功率谱是基带信号功率谱的线性搬移功率谱是基带信号功率谱的线性搬移

7、n频带宽度是基带信号的两倍频带宽度是基带信号的两倍 基带信号为矩形波基带信号为矩形波n基带信号的理论带宽无限宽基带信号的理论带宽无限宽nNRZNRZ码，基带信号的近似带宽码，基带信号的近似带宽 ：p功率谱的第一个过零点带宽，谱零点带宽，主瓣带宽功率谱的第一个过零点带宽，谱零点带宽，主瓣带宽 B BB B= =f fs s= =R Rs s （f fs s：位定时的频率）：位定时的频率）nOOKOOK信号的理论带宽无限宽信号的理论带宽无限宽nOOKOOK信号的近似带宽：信号的近似带宽： p功率谱的功率谱的 第一对第一对 过零点带宽，谱零点带宽；主瓣带过零点带宽，谱零点带宽；主瓣带宽宽 B BS

8、S=2=2f fs s=2=2R Rs s数字信号的调制传输要点11 基带信号为升余弦滚降信号基带信号为升余弦滚降信号n基带信号带宽有限宽基带信号带宽有限宽n2ASK2ASK信号带宽有限宽信号带宽有限宽TB21BBs2BB TB1s图图7-3 7-3 升余弦滚降基带信号的升余弦滚降基带信号的2ASK2ASK信号功率谱信号功率谱 (a)(a)基带信号功率谱；基带信号功率谱； (b) (b) 已调信号功率谱已调信号功率谱数字信号的调制传输要点12 3. 2ASK3. 2ASK信号的调制方法信号的调制方法tnTtgatsnncsASKcos)()(tccos)(ts)(2teASK开关电路模拟调制法

9、（相乘器法）模拟调制法（相乘器法）键控法键控法数字信号的调制传输要点134. 2ASK4. 2ASK信号解调方法信号解调方法 n非相干解调非相干解调( (包络检波法包络检波法) ) (a)(a)原理框图；原理框图；(b)(b)各点波形图各点波形图 数字信号的调制传输要点14n相干解调相干解调( (同步检测法同步检测法) ) ：稳定，有利于位定时的提取。：稳定，有利于位定时的提取。(a)(a)原理框图；原理框图；(b)(b)各点波形图各点波形图 2ASK2ASK信号早期用于无线电报，由于抗噪声性能差现在已较少使用，但信号早期用于无线电报，由于抗噪声性能差现在已较少使用，但2ASK2ASK信号是其

10、它数字调制的基础。信号是其它数字调制的基础。 数字信号的调制传输要点15 7.1.2 7.1.2 二进制移频键控二进制移频键控（2FSK2FSK：frequency shift keyingfrequency shift keying）p移频键控是数字信号改变载波的频率。移频键控是数字信号改变载波的频率。p载波频率随载波频率随0 0和和1 1有两种取值，分别为有两种取值，分别为f f1 1和和f f2 2。 1. 2FSK1. 2FSK的时域表达式：的时域表达式： tnTtgatnTtgatsnnnn2s1s2FSKcoscos)(0,1, 1,10,1nnPPaaPP概率为概率为概率为概率为

11、数字信号的调制传输要点16 2FSK 2FSK信号的波形及分解如下图所示：信号的波形及分解如下图所示：22112FSK2cos2cosfAtsfAtsts)()()(1 0 0 1 01 0 0 1 0 2FSK 2FSK相当于两个不同载频的相当于两个不同载频的ASKASK信号之和信号之和 所以所以2FSK2FSK还可表示成：还可表示成： 数字信号的调制传输要点17 2. 2. 功率谱：功率谱：p设设2FSK2FSK两个载频的中心频率为两个载频的中心频率为f fc c，频差为，频差为 f f，则，则 p定义调频指数（频移指数）为：定义调频指数（频移指数）为：c12() 2/fff21fff21

12、ssfffhRR数字信号的调制传输要点18 p功率谱分析：功率谱分析：n功率谱以功率谱以f fc c为中心，对称分布。为中心，对称分布。n在调频指数较小时功率谱为单峰，随着调频指数的增大，在调频指数较小时功率谱为单峰，随着调频指数的增大，功率谱出现双峰。功率谱出现双峰。n当出现双峰时，带宽可近似为：当出现双峰时，带宽可近似为： 3 32FSK2FSK信号的调制：频率选择法信号的调制：频率选择法12B2FSK2ffBB数字信号的调制传输要点19 4. 4. 解调方法：解调方法：(a)(a)非相干解调非相干解调(b)(b)相干解调相干解调n原理：将原理：将2FSK2FSK信号分解成两路信号分解成两

13、路2ASK2ASK信号分别进行解调。信号分别进行解调。数字信号的调制传输要点20 p过零解调：过零解调：p 原理：载频不同，过零点数不同，检测过零点原理：载频不同，过零点数不同，检测过零点数，即可进一步得到原始的调制信号。数，即可进一步得到原始的调制信号。数字信号的调制传输要点217.1.3 7.1.3 二进制相移键控（二进制相移键控（2PSK2PSK或或BPSKBPSK）1. 2PSK1. 2PSK信号的表达式：信号的表达式：n原理：在原理：在2PSK2PSK中，通常用初始相位中，通常用初始相位0 0和和 分别表示分别表示二进制二进制“1”1”和和“0”0”。n时域表达式为时域表达式为 式中

14、，式中， n n表示第表示第n n个符号的绝对相位：个符号的绝对相位：即即)cos(A)(2PSKnctts”时发送“”时发送“，1,00nPtPttscc1,cosA,cosA)(2PSK概率为概率为数字信号的调制传输要点22 n若若g g( (t t) )是幅度为是幅度为A A宽度为宽度为T Ts s的单个矩形脉冲，则的单个矩形脉冲，则2PSK2PSK信号可表示为信号可表示为 n2PSK2PSK的典型波形的典型波形tnTtgatsnncs2PSKcos)(1,1,1nPaP概率为概率为数字信号的调制传输要点23 2. 2. 功率谱：功率谱：p2PSK2PSK与与2ASK2ASK的表达式形式

15、一致：的表达式形式一致：n 2PSK2PSK信号：双极性脉冲序列的双边带调制信号：双极性脉冲序列的双边带调制n 2ASK2ASK信号：单极性脉冲序列的双边带调制信号：单极性脉冲序列的双边带调制p功率谱的差别仅在于离散的载波分量；功率谱的差别仅在于离散的载波分量；p带宽：带宽：tnTtgatsnncsASKcos)()(tnTtgatsnncs2PSKcos)(B2ASK2PSK2BBB数字信号的调制传输要点24 3. 2PSK3. 2PSK信号调制信号调制p相乘器相乘器p相位选择器相位选择器 相干解调方法，如何获得同频同相的载频就成了关键相干解调方法，如何获得同频同相的载频就成了关键问题。问题

16、。数字信号的调制传输要点25 4. 2PSK4. 2PSK信号的解调信号的解调 p相干解调相干解调n相干载波，同频同相的本地载波相干载波，同频同相的本地载波 p同频同相的本地载波的获取：锁相环同频同相的本地载波的获取：锁相环 （a a）平方环电路）平方环电路 （b b）科斯塔斯环电路）科斯塔斯环电路p锁相环恢复载波的问题：锁相环恢复载波的问题：n0 0， 相位不确定相位不确定p0 0， 相位模糊度相位模糊度数字信号的调制传输要点26p2PSK 相干解调原理框图及各点波形图相干解调原理框图及各点波形图数字信号的调制传输要点27 2PSK 2PSK调制与解调过程：调制与解调过程：121212101

17、101001110000000000000000001011010011101001011000nnnaaa 信码码元相位本地载波相位本地载波相位极性极性0， 相位不确定的影响数字信号的调制传输要点28 7.1.4 7.1.4 二进制差分相移键控（二进制差分相移键控（2DPSK2DPSK）p绝对调相：利用载波相位的绝对数值传送数字信息；绝对调相：利用载波相位的绝对数值传送数字信息；p相对调相：利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字相对调相：利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息信息1. 2DPSK1. 2DPSK信号的产生：信号的产生： 差分编码后再进行绝对调相。差分编码后再进行绝

18、对调相。数字信号的调制传输要点29 设绝对码为设绝对码为a an n，相对码为，相对码为b bn np传号差分的编码规则：传号差分的编码规则： 其中，其中， 的初始值可以任意设定。的初始值可以任意设定。p差分译码规则：差分译码规则： 显然，只要传输没有差错，则译码显然，只要传输没有差错，则译码值便是原始数据，即值便是原始数据，即 。1nnnbba1nnnbab1nbnnaa 由于初始相位不由于初始相位不同，同，2DPSK2DPSK信号信号的相位可以不同；的相位可以不同；2DPSK2DPSK信号的相信号的相位并不直接代表位并不直接代表基带信号；基带信号；前后码元的相对前后码元的相对相位才决定信息

19、相位才决定信息符号。符号。数字信号的调制传输要点30 2. 2DPSK2. 2DPSK解调器解调器n相干解调相干解调n延迟解调延迟解调 （1 1）相干解调原理及各点波形）相干解调原理及各点波形数字信号的调制传输要点31 1212121011010011110010011101000000000000000000010010011101001101100010110110100111nnnnnabbba 绝对码差分码码元相位载波相位载波相位极性极性1nnnbab1nnnbba2DPSK2DPSK调制及相干解调过程：调制及相干解调过程：数字信号的调制传输要点32 （2 2）差分解调原理及各点波形）差分解调原理及各点波形: :延迟解调延迟解调数字信号的调制传输要点33 2DPSK2DPSK信号调制与延迟解调过程如下信号调制与延迟解调过程如下 DD101101001110110110001010000000000010110100111nnnaba绝对码差分码码元相位延迟码元相位极性绝对码数字信号的调制传输要点34 2PSK和2DPSK对比分析：1. 1. 相位与信息代码的