高频电子线路（第五版）课件：数字调制

第九章数字调制9.1概述9.2二进制幅度键控9.3二进制移频键控9.4二进制移相键控

9.1概述

大多数的数字基带信号,在许多类型的信道中并不能直接进行基带传输,必须进行数字频带调制。所谓数字调制,就是将数字基带信号变换为频带信号的过程,其实质是把数字基带信号的功率谱搬移到载频附近。实现数字调制的方法是用数字基带信号分别单独控制载波的幅度、频率和相位,从而实现三种基本数字频带调制方法,即幅度键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK),它们的波形如图9.1所示。

大多数的数字基带信号,在许多类型的信道中并不能直接进行基带传输,必须进行数字频带调制。所谓数字调制,就是将数字基带信号变换为频带信号的过程,其实质是把数字基带信号的功率谱搬移到载频附近。实现数字调制的方法是用数字基带信号分别单独控制载波的幅度、频率和相位,从而实现三种基本数字频带调制方法,即幅度键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK),它们的波形如图9.1所示。图9.1ASK、FSK、PSK波形

数字基带调制可分为二进制数字频带调制和多进制数字频带调制。通常将数字调制和数字解调统称为数字调制。此外,数字调制的目的还在于实现多路复用,实现频率分配和减少噪声干扰。

数字基带调制可分为二进制数字频带调制和多进制数字频带调制。通常将数字调制和数字解调统称为数字调制。此外,数字调制的目的还在于实现多路复用,实现频率分配和减少噪声干扰。

9.2二进制幅度键控

9.2.1二进制幅度键控2ASK(BASK)

2ASK信号是利用载波幅度的变化来表征被传输信息状态的,被调载波的幅度随二进制信号序列的1、0状态变化,即用载波幅度的有无来代表传1或传0。

1.通断键控法

通断键控法用数字基带信号

S(t)来控制载波信号fc(t),如图9.2所示。当数字基带信号S(t)=1时,开关S接通载波信号fc(t),输出为正弦载波;当数字基带信号S(t)=0时,开关S接地,则输出为零。例如,当数字基带信号为10110时,产生的2ASK信号波形如图9.3所示。图9.2通断键控法产生2ASK信号原理图9.32ASK信号波形

2.乘积法

乘积法是采用模拟乘法器实现幅度键控的,其原理模型如图9.4所示。将载波fc(t)和数字基带信号S(t)输入乘法器中,乘法器输出即是2ASK信号波形,如图9.5所示。图9.4乘积法产生2ASK信号原理模型图9.5乘积法产生2ASK信号波形

图9.6所示为2ASK信号的单边功率谱示意图。对2ASK信号进行频域分析的主要目的之一就是确定信号的带宽。在不同应用场合,信号带宽有多种度量定义,但最常用和最简单的带宽定义是以功率谱主瓣宽度为度量的“谱零点带宽”,这种带宽定义特别适用于功率谱主瓣包含大部分功率信号的情况。显然,2ASK信号的谱零点带宽为图9.62ASK信号的单边功率谱示意图

9.2.2二进制幅度键控2ASK

解调2ASK信号的解调通常有两种方式,即非相干解调和相干解调,现分述如下。

1.非相干解调(包络检波)

2ASK信号经过带通滤波滤除带外噪声,经包络检波取出包络再经低通滤波平滑恢复出基带信号,又经取样判决得到标准基带信号,此过程如图9.7所示。图9.72ASK信号非相干解调

2.相干解调(同步检波)

相干解调在接收端要采用与发送端载波同频、同相的本地信号A0cosωct。解调过程如图9.8所示。图9.82ASK信号相干解调

已调2ASK信号为S(t)A0cosωct,接收端将相干载波A0cosωct与接收已调波相乘,得到

经过低通滤波滤除2ωc

等高频分量后,输出为

再经取样判决就可恢复出标准基带信号。

9.3二进制移频键控

9.3.1二进制移频键控2FSK(BFSK)数字信号的移频键控是利用载波的频率变化来传递数字信息的。在二进制情况下,利用两个不同频率ω1

与ω2分别代表数字二进制码的“1”与“0”来传输信息,其时域表达式为

由于二进制移频键控信号如同两个交替的2ASK信号的叠加,根据式(9-1)可得

式中,S(t)为数字基带信号,且

1.键控法

键控法产生2FSK信号时使用数字基带信号S(t)来控制载波信号f1

与f2,如图9.9(a)所示。当数字基带信号S(t)=0时,开关S接通载波信号f1,输出频率为f1

的正弦载波;当数字基带信号S(t)=1时,开关S接通载波信号f2,输出频率为f2的正弦载波。例如,当数字基带信号为10110时,产生的2FSK信号波形如图9.9(b)所示。图9.9-键控法产生FSK信号的工作原理

2.调频法

调频法利用数字基带信号控制正弦振荡器的谐振回路参数,其工作原理如图9.10所示。图9.10调频法产生FSK信号的工作原理

为了深入了解2FSK信号的性质,除时域分析外,还应进行频域分析。由于二进制序列为随机序列,因此其频域分析的对象为信号功率谱密度。2FSK功率谱密度的示意图如图9.11所示。图9.112FSK功率谱密度的示意图

图9.11中,从图9.11可看出:

(1)2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。其中,连续谱由两个双边谱叠加而成,而离散谱出现在两个载频位置上。

(2)若两个载频之差较小,比如小于fs,则连续谱出现单峰;若载频之差逐步增大,即f1

与f2的距离增加,则连续谱将出现双峰。

(3)由上面两个特点看到,传输2FSK信号所需的第一零点带宽B约为

9.3.2二进制移频键控2FSK解调

2FSK信号同样有相干解调和非相干解调两种方式,如图9.12(a)、(b)所示,其解调原理与2ASK信号基本相同,只是使用了两套电路。另外,目前许多具有2FSK解调功能的集成芯片几乎都是利用锁相环路的鉴频功能进行非相干解调的,其基本原理如图9.12(c)所示。图9.122FSK信号的解调方式

9.4二进制移相键控

9.4.1二进制移相键控2PSK(BPSK)所谓数字信号移相键控,就是指用数字“1”和“0”控制载波的相位。若“1”码对应载波的零相位,“0”码对应载波的π相位,则PSK信号时域波形如图9.13所示。

由此可写出二进制移相键控信号的时域表示式图9.13PSK信号的典型时域波形

由式(9-5)和式(9-6)不难得到移相键控信号的产生框图,如图9.14所示。图9.14移相键控信号的产生

2PSK信号是一种双边带调制信号,其功率谱表达式与2ASK的近似相同,因此,2PSK