第11章数字调制与解调

第11章数字调制与解调第一页，共24页。1.理解数字通信的基本概念及其优点；2.理解振幅键控、移频键控与移相键控的调制与解调的基本方法；3.了解正交调制与解调。本章重点：1.移频键控与解调；2.移相键控与解调。本章难点：移相键控与解调。主要掌握和了解的内容：第二页，共24页。§11.1概述出了前面两章介绍和讨论的模拟信号调制外，还有一类数字调制。调制方式有三类：1.振幅键控ASK2.移频键控FSK3.移相键控PSK图11.1.1二进制调制波形图调制信号振幅键控ASK移频键控FSK移相键控PSK差分移相键控PSK1100(a)(b)(c)(d)(e)第三页，共24页。数字通信系统常用到两个指标是：码元传输速率与信息传输速率。1.码元传输速率RB码元传输速率又称传码率或波特率，是指单位时间内通信系统所传输的码元数目，记作RB，单位为波特。2.信息传输速率Rb

信息传输速率Rb又称传信率，是单位时间内通信系统所传送的信息量，单位为比特每秒（bit/s,或b/s）。他们之间关系：RB=Rblog2M第四页，共24页。图11.1.2取样判决过程中各点的波形0t(b)解调后信号0t(c)时钟信号0t(d)取样后信号0t(e)判决后信号0t(f)重现波形10TS2TS4TSt(a)原数字信号011与模拟调制系统对比，数字调制的突出优点之一，是抗干扰能力强。易于保密；随着电子技术的日益成熟，数字电子设备越来越容易制造，成本低、体积小、可靠性高。缺点：占据信道宽；必须具备同步系统，因而系统复杂。第五页，共24页。§11.2振幅键控设未调制的载波电压为：数字脉冲序列为：ASK已调波为：图11.1.1二进制调制波形图调制信号振幅键控ASK1100(a)(b)第六页，共24页。图11.3.1产生FSK信号的独立振荡器方法振荡器f1振荡器f2二进制电码FSK信号输出vFSK(t）压控开关§11.3移频键控移频键控信号产生的方法通常有两种：独立振荡器和调频法。独立振荡器法原理框图见图11.3.1。图11.1.1二进制调制波形图移频键控FSK1100(c)第七页，共24页。调频法是直接用数字信号对载波振荡进行调制的，它与第10章所讨论的调频方法基本相同。二元移频键控信号可以采用相干解调，也可采用非相干解调。图11.3.2是想干解调方框图。图11.3.22FSK信号的相干解调电路的方框图抽样判决积分器二进制电码S(t）积分器乘法器乘法器)(tv第八页，共24页。若输入的移频键控信号为，则上面的积分器输出为下面积分器的输出为上述积分为零。通过分析，抽样判决电路就可判决出输入码为1，否则为0。第九页，共24页。图11.3.3窄带滤波器法方框图整形电路S(t)输出vFSK(t)输入前置滤波器限幅器比较器窄带滤波器窄带滤波器包络检波器包络检波器非相干解调除采用以前介绍的鉴频器外，最简单的方法是窄带滤波器法。该方法见图11.3.3所示。第十页，共24页。图11.3.4滤波积分法方框图整形电路二进制电码输出二进制vFSK(t)信号输入前置滤波器限幅器积分器窄带滤波器f1包络检波器包络检波器窄带滤波器f2积分器抽样判决此外，由于窄带滤波器的通频带较窄，因而对信号的频率稳定度要求较高。为了克服上述缺点，可以采用下述的滤波积分法解调。该方法见图11.3.3所示。第十一页，共24页。§11.4移相键控移相键控有二相与多相之分。因而在PSK前面加入代号，如：二相PSK则记为2PSK或BPSK；四相则记为4PSK或QPSK。下面介绍这两种PSK。11.4.1二相移相键控图11.4.1二相移相键控信号波形V100(a)-Vt001111v0(t)0(b)t0(c)tvBPSK(t)二相移相键控是指：1状态时，载波相移为零；0状态时，载波相移位180o。一般情况下，二相移相键控信号可表示为：第十二页，共24页。图11.4.1二相移相键控信号波形V100(a)-Vt001111v0(t)0(b)t0(c)tvBPSK(t)由上述公式和右图表明，二相移相键控实际上可等效为由调制信号S(t)和载波相乘的双边带调幅。因此，二相移相键控信号可以用平衡调制器产生。图11.4.2BPSK产生电路平衡调制器带通滤波器vBPSK(t)S(t)vo(t)第十三页，共24页。图11.4.3BPSK相干解调电路低频放大器乘法器抽样判决电路时钟提取电路平方带通滤波分频它的解调电路可以用同步(相干)检波器检出S(t)，见图11.4.3.。图11.4.2BPSK产生电路平衡调制器带通滤波器vBPSK(t)S(t)vo(t)第十四页，共24页。必须指出，在接收端，为了判断发送的是哪种相位的波形，就应事先获得载波的初始相位，作为参考。但得到载波的初始相位是非常困难的，因而可能造成误判。为了解决这一问题，可采用下面介绍的差分移相键控DPSK。图11.4.4二相差分移相键控信号波形0t1100101000t第十五页，共24页。图11.4.5BDPSK信号产生电路逻辑电路调相电路延时电路TS0t11001010t0t第十六页，共24页。低通滤波器延时TSxy乘法器xy图11.4.6差分相干解调电路10t0t0t0t01100第十七页，共24页。11000π(0,0)(0,1)(1,0)(1,1)1(1,0)100(1,1)(0,1)(0,0)图11.4.7四相调相的矢量图11.4.2四相移相键控在数字调相制中，还广泛应用多相制，例如：四相调制、八相调制、十六相调制等。这里介绍四相调制的概念。四相调相的四个相位可以有不同的选择。如图11.4.7。从图上看，一个四相调相信号等于两个两相调相信号之和。因此，采用两个两相调相器就可以构成一个四相调相电路。如图11.4.8(a)。第十八页，共24页。平衡调制器平衡调制器带通滤波器带通滤波器串并变换π/20t11001001111000t1111000t101010图11.4.8QPSK信号产生电路基带信号偶数码元奇数码元两者在相加器中相加，就可以得到四相调相信号。第十九页，共24页。0t11001001111000t1111000t101010图11.4.9QPSK信号解调电路同步检波器同步检波器抽样判决器数据选择器π/2载波提取电路抽样判决器图11.4.9(a)为四相移相键控(QPSK)信号的解调电路。在QPSK信号中，载波移相是由二位码组成的监控，二位码组的速率为码元速率的一半，因此与BPSK比较，在相同的频谱宽度时，码速可提高一倍。第二十页，共24页。如果输入码流中，每三位作一组，则可由有8种组合。用8种组合对载波相移键控，就可构成八相调相。如以此类推，还可构成16相、32相等移相键控信号。移相数目越多，电路实现就越困难。实际上，多相调制一般都用软件实现，比较方便。11.4.3移相键控与移频键控的简单比较(自学)第二十一页，共24页。正交调幅(简称QAM)是利用两个频率相同，但是相位相差90o的正弦波作为载波，以调幅的方法同时传送两路互相独立的信号的一种调制方式。这种调制方式的已调波信号所占频带仅为两路信号中的较宽者，而不是两路频带之和，因而可以节省带宽。随着数字调制技术的进步，正交调幅与解调的概念已扩展到MQAM，其中M可取4、16、3