《通信原理第六章》—数字信号的频带传输课件.pptx

第六章 数字信号的调制传输n数字调制：把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程n数字带通传输系统：包括调制和解调过程的数字传输系统n数字调制技术有两种方法：u利用模拟调制的方法去实现数字调制；u通过开关键控载波，通常称为键控法 基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控n数字调制可分为：二进制调制和多进制调制 概述 振幅键控 频移键控 相移键控n1、 二进制振幅键控(2ASK）n基本原理：n“通-断键控(OOK)”信号表达式 n波形一、二进制数字调制原理n1、 二进制振幅键控(2ASK）n2ASK信号的一般表达式： 其中 Ts 码元持续时间； g(t) 持续时间为Ts的基带脉冲波形，通常假设是高度为1，宽度等于Ts的矩形脉冲； an 第N个符号的电平取值，若取 则相应的2ASK信号就是OOK信号一、二进制数字调制原理n1、 二进制振幅键控(2ASK）n2ASK信号产生方法 模拟调制法（相乘器法）： 键控法：一、二进制数字调制原理n1、 二进制振幅键控(2ASK）n2ASK信号解调方法 非相干解调(包络检波法) ： 相干解调(同步检测法) ：一、二进制数字调制原理n1、 二进制振幅键控(2ASK）n2ASK信号功率谱密度： 2ASK信号可以表示成： 式中 s(t) 二进制单极性随机矩形脉冲序列 设：Ps (f) s(t)的功率谱密度 P2ASK (f) 2ASK信号的功率谱密度 则可得：由上式可见，2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱Ps(f)的线性搬移（属线性调制）。

知道了Ps(f)即可确定P2ASK(f) 一、二进制数字调制原理n1、 二进制振幅键控(2ASK）n2ASK信号功率谱密度： 单极性的随机脉冲序列功率谱的一般表达式为： 式中，fs = 1/Ts，G(f) 单个基带信号码元g(t)的频谱函数 对全占空矩形脉冲序列，对所有的m 0的整数，有： 故上式可简化为： 将其代入：一、二进制数字调制原理n1、 二进制振幅键控(2ASK）n2ASK信号功率谱密度： 得到： 当概率P =1/2时，并考虑到： 则2ASK信号的功率谱密度为：一、二进制数字调制原理n1、 二进制振幅键控(2ASK）n2ASK信号功率谱曲线： 一、二进制数字调制原理n1、 二进制振幅键控(2ASK）n2ASK信号特性： （1）2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成；连续谱取决于g(t)经线性调制后的双边带谱，而离散谱由载波分量确定 （2） 2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍，若只计谱的主瓣（第一个谱零点位置），则有：式中，fs = 1/Ts= Rs即：2ASK信号的传输带宽是码元速率的两倍一、二进制数字调制原理n2、二进制频移键控（2FSK）n表达式：在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。

故其表达式为：n典型波形： 一、二进制数字调制原理2FSK信号的波形(a)可以分解为波形(b)和波形（c），即：一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加n2、二进制频移键控（2FSK）n2FSK信号的时域表达式又可写成： 式中，g(t) 单个矩形脉冲，Ts 脉冲持续时间； n和n分别是第n个信号码元（1或0）的初始相位，通常可令其为零因此，2FSK信号的表达式可简化为： 一、二进制数字调制原理n2、二进制频移键控（2FSK）n2FSK信号的产生方法： 采用模拟调频电路来实现：信号在相邻码元之间的相位是连续变化的 采用键控法来实现：相邻码元之间的相位不一定连续 一、二进制数字调制原理n2、二进制频移键控（2FSK）n2FSK信号的解调方法： 非相干解调： 相干解调： 一、二进制数字调制原理n2、二进制频移键控（2FSK）n2FSK信号的解调方法： 其他解调方法：鉴频法、差分检测法、过零检测法等 过零检测法： 一、二进制数字调制原理n2、二进制频移键控（2FSK）n2FSK信号的功率谱密度： 对相位不连续的2FSK信号，可以看成由两个不同载频的2ASK信号的叠加，它可以表示为： 其中，s1(t)和s2(t)为两路二进制基带信号。

据2ASK信号功率谱密度的表示式，写出这种2FSK信号的功率谱密度的表示式： 令概率P = 1/2，只需将2ASK信号频谱中的fc分别替换为f1和f2，然后代入上式，即可得到下式： 一、二进制数字调制原理n2、二进制频移键控（2FSK）n2FSK信号的功率谱密度： 功率谱曲线： h调制指数 一、二进制数字调制原理n2、二进制频移键控（2FSK）n2FSK信号的特点： 相位不连续2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成其中，连续谱由两个中心位于f1和f2处的双边谱叠加而成，离散谱位于两个载频f1和f2处； 连续谱的形状随着两个载频之差的大小而变化，若| f1 f2 | fs ，则出现双峰； 若以功率谱第一个零点之间的频率间隔计算2FSK信号的带宽，则其带宽近似为：其中，fs = 1/Ts为基带信号的带宽图中的fc为两个载频的中心频率 一、二进制数字调制原理n3、二进制相移键控（2PSK）n2PSK信号的表达式：在2PSK中，通常用初始相位0和分别表示二进制“1”和“0”因此，2PSK信号的时域表达式为： 式中，n 表示第n个符号的绝对相位： 因此，上式可以改写为： 一、二进制数字调制原理n3、二进制相移键控（2PSK）n2PSK信号的表达式：由于两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK信号可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘：式中，这里，g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，而an的统计特性为即：发送二进制符号“0”时（an取+1），e2PSK(t)取0相位；发送二进制符号“1”时（an取-1）， e2PSK(t)取相位。

这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对相移方式一、二进制数字调制原理n3、二进制相移键控（2PSK）n2PSK信号的波形：n2PSK信号的调制器：模拟调制的方法 键控法一、二进制数字调制原理n3、二进制相移键控（2PSK）n2PSK信号的解调器：n2PSK信号的波形：n 2PSK方式的“倒”现象或“反相工作”：n 一、二进制数字调制原理 由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在相位模糊，即恢复的本地载波与所需的相干载波可能同相，也可能反相，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反，即“1”变为“0”，“0”变为“1”，判决器输出数字信号全部出错解决办法是采用差分相移键控（DPSK）调制n3、二进制相移键控（2PSK）n2PSK信号的功率谱： 比较2ASK信号的表达式和2PSK信号的表达式： 2ASK： 2PSK：可知，两者的表示形式完全一样，区别仅在于基带信号s(t)不同（an不同），前者为单极性，后者为双极性因此，可以直接引用2ASK信号功率谱密度的公式来表述2PSK信号的功率谱，即： Ps(f)是双极性矩形脉冲序列的功率谱。

一、二进制数字调制原理n3、二进制相移键控（2PSK）n2PSK信号的功率谱： 双极性的全占空矩形随机脉冲序列的功率谱密度为： 将其代入上式，得：若P =1/2，并考虑到矩形脉冲的频谱：则2PSK信号的功率谱密度为一、二进制数字调制原理n3、二进制相移键控（2PSK）n2PSK信号的功率谱密度曲线： 二进制相移键控信号的频谱特性与2ASK的十分相似，带宽也是基带信号带宽的两倍 当P=1/2时，其谱中无离散谱（即载波分量），此时2PSK信号实际上相当于抑制载波的双边带信号因此，它可以看作是双极性基带信号作用下的调幅信号，必须采用相干解调方法一、二进制数字调制原理n4、二进制差分相移键控（2DPSK）n2DPSK原理： 2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称相对相移键控 假设为当前码元与前一码元的载波相位差，定义数字信息与之间的关系为： 或 例：一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的载波相位关系 一、二进制数字调制原理n4、二进制差分相移键控（2DPSK）n2DPSK原理： 相应的相位波形： 对于相同的基带信号，由于初始相位不同，2DPSK信号的相位可以不同。

即2DPSK信号的相位并不直接代表基带信号，而前后码元的相对相位才决定信息符号 一、二进制数字调制原理n4、二进制差分相移键控（2DPSK）n2DPSK原理： 2DPSK信号的矢量图： B方式中，当前码元的相位相对于前一码元的相位改变/2因此，在相邻码元之间必定有相位突跳在接收端检测此相位突跳就能确定每个码元的起止时刻 一、二进制数字调制原理(a) A方式 (b) B方式 n4、二进制差分相移键控（2DPSK）n2DPSK信号的产生方法： 由上图可见，先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把表示数字信息序列的绝对码变换成相对码（差分码），然后再根据相对码进行绝对调相，从而产生二进制差分相移键控信号 注：上图中使用的是传号差分码，即载波的相位遇到原数字信息“1”变化，遇到“0”则不变 一、二进制数字调制原理n4、二进制差分相移键控（2DPSK）n2DPSK信号调制器： 差分码可取传号差分码或空号差分码其中，传号差分码的编码规则为：式中，为模2加，bn-1为bn的前一码元，最初的bn-1可任意设定 上式的逆过程称为差分译码（码反变换），即： 一、二进制数字调制原理n4、二进制差分相移键控（2DPSK）n2DPSK信号解调方法：（1）相干解调(极性比较法)+码反变换法 一、二进制数字调制原理 先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再经码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。

在解调过程中，由于载波相位模糊性的影响，使得解调出的相对码也可能是“1”和“0”倒置，但经差分译码（码反变换）得到的绝对码 不会发生任何倒置的现象，从而解决了载波相位模糊性带来的问题 n4、二进制差分相移键控（2DPSK）n2DPSK信号解调方法：（2）差分相干解调(相位比较）法 一、二进制数字调制原理 用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需由收到的2DPSK信号延时一个码元间隔，然后与2DPSK信号本身相乘相乘器起着相位比较的作用，相乘结果反映了前后码元的相位差，经低通滤波后再抽样判决，即可直接恢复出原始数字信息，故解调器中不需要码反变换器 2DPSK系统统是一种实实用的数字调调相系统统，但其抗加性白噪声性能比2PSK的要差n4、二进制差分相移键控（2DPSK）n2DPSK信号的功率谱密度：从前面讨论的2DPSK信号的调制过程及其波形可以知道，2DPSK可以与2PSK具有相同形式的表达式所不同的是2PSK中的基带信号s(t)对应的是绝对码序列；而2DPSK中的基带信号s(t)对应的是码变换后的相对码序列因此，2DPSK信号和2PSK信号的功率谱密度是完全一样的信号带宽为：与2ASK的相同，也是码元速率的两倍。

一、二进制数字调制原理。