1、数字调制技术,5.1,引言,5.2,二进制振幅调制,(2ASK),5.3,二进制频率调制,(2FSK),5.4,二进制数字相位调制,(2PSK,、,2DPSK),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。,数字基带信号是,低通型信号,，其功率谱集中在零频附近，它可以直接在低通型信道中传输。,实际信道很多是,带通型,的，数字基带信号无法直接通过带通型信道。,在发送端需要把数字基带信号的频谱搬移到带通信道的通带范围内，以便信号在带通型信道中传输，这个频谱的搬移过程称为,数字调制,，频谱搬移前的数字基带信号称为,调制信号,，频谱搬移后的信号称为,已调信号,。,图,5.1.1,调制与解调过程示意图,数字基带信号通过带通型信道传输的系统如图,5.1.2,所示。和数字基带传输系统相对应，这个系统又称为,数字频带传输系统,。发送端的调制器完成数字基带信号频谱的搬移，接收端解调器完成已调信号频谱的反搬移。,图,5.1.2,数字调制系统,调制的目的是实现频谱的搬移，而实现频谱搬移的方法是用基带信号去控制正弦波的某个参量，使这个参量随基带信号的变化而变化。,由于正弦波有幅度、频率和相位
2、三个参数,数字调制技术也有三种基本形式：,数字振幅调制、数字频率调制和数字相位调制。,数字调制的过程就像用数字信息去控制开关一样，从几个具有不同参量的独立振荡源中选择参量，所以常把数字调制称为“键控”。因此，分别称,数字振幅调制、数字频率调制和数字相位调制为振幅键控,(ASK),、频率键控,(FSK),和相位键控,(PSK),。,当基带信号为二进制数字信号时，三种数字调制分别称为二进制幅度键控,(2ASK),、二进制频率键控,(2FSK),和二进制相位键控,(2PSK),。图,5.1.3,为三种数字调制的波形图。,图,5.1.3 2ASK,、,2FSK,及,2PSK,波形图,5.2,二进制振幅调制,(2ASK),5.2.1 2ASK,信号的产生,二进制振幅调制就是用二进制数字基带信号控制正弦载波的幅度，使载波振幅随着二进制数字基带信号而变化。由于二进制数字基带信号只有两个不同的码元,(,符号,),，因此幅度受控后的正弦波也只有两个不同的振幅，如图,5.2.1,所示。,s,(,t,),为调制信号，每个码元的持续时间为,T,s,，在二进制中，码元宽度等于比特宽度，所以在二进制数字调制中有,
3、T,s,=,T,b,。,S,2ASK,(,t,),为已调信号，它的幅度受,s,(,t,),控制，也就是说它的幅度上携带有,s,(,t,),的信息。,图,5.2.1,二进制振幅调制波形,产生已调信号,s,2ASK,(,t,),的部件称为,2ASK,调制器。图,5.2.2,是用相乘器实现的,2ASK,调制器框图及,2ASK,信号产生过程的波形示意图。输入是二进制单极性全占空数字基带信号,s(,t,),，载波信号是,c,(,t,),，输出是已调信号,s,2ASK,(,t,),。,图,5.2.2 2ASK,调制器及,2ASK,信号的产生,5.2.2 2ASK,信号的功率谱和带宽,2ASK,信号,s,2ASK,(,t,),的主要能量集中在什么频率范围？传输这个信号的信道至少需要多少带宽？要想了解,s,2ASK,(,t,),的这些特性，必须对其进行功率谱分析。,由图,4.2.2,可以看到，,s,2ASK,(,t,),等于调制信号,s(,t,),乘以载波信号,c,(,t,),，所以,s,2ASK,(,t,),的数学表达式为,s,2ASK,(,t,)=,s,(,t,),a,cos2,f,c,t,(5-
4、2-1),为了方便，我们设载波的幅度为,1,。,s,(,t,),为二进制单极性全占空信号，用,P,(,f,),来表示。根据式,(5-2-1),及频移定理，得到,s,2ASK,(,t,),信号的功率谱为,(5-2-2),图,5.2.3,给出了,2ASK,信号的功率谱示意图。,图,5.2.3 2ASK,信号的功率谱,由图,5.2.3,可知，,2ASK,信号的功率谱是基带信号功率谱的线性搬移，其频谱的主瓣宽度是二进制基带信号频谱主瓣宽度的两倍，即,B,2ASK,=2,f,s,(5-2-3),式中，,f,s,是数字基带信号的带宽，在数值上等于数字基带信号的码元速率。,例,5.2.1,有码元速率为,2000 Baud,的二进制数字基带信号，对频率为,10000Hz,的载波进行调制，问传输这个已调信号的信道的带宽至少为多少？,解,因为数字基带信号的码元速率为,2000Baud,，所以,f,s,=2000Hz,，根据式,(4-2-3),得此已调 信号的带宽为,B,2ASK,=2,f,s,=22000=4000(Hz),。所以，为传输这个已调信号，信道的带宽至少为,4000Hz,。,5.2.3 2AS
5、K,信号的解调及抗噪声性能,1,、,2ASK,信号的相干解调,相干解调也称为同步解调，因为这种解调方式需要一个和发送载波同频同相的本地载波。为说明图,5.2.4,的,2ASK,信号的相干解调器框图中所示部件能从已调,2ASK,信号中检测出原发送信息，我们在忽略噪声的情况下画出了方框图中各点的波形，如图,5.2.5,所示，为便于比较，图,5.2.5,中同时画出了原数字基带信号。,图,5.2.4 2ASK,信号的相干解调器,图,5.2.5 2ASK,相干解调器各点波形示意图,带通滤波器让信号通过的同时尽可能地滤除带外噪声，在不考虑噪声时，图,5.2.5,中,a,点波形就是接收的,2ASK,信号。位定时信号由位定时提取电路提供。取样判决器在位定时信号的控制下对图,5.2.5,中,c,点波形进行取样，将取样得到的样值与设定的门限进行比较,(,取样值和门限都标在图,5.2.5(,c,),波形图上,),，当取样值大于门限时，判决发送信号为“,1”,；当取样值小于门限时，判决发送信号为“,0”,，判决得到的信号如图,5.2.5(,e,),所示。由波形图看到，在没有噪声的情况下，这个解调器能正确无误地
6、从接收到的,2ASK,信号中恢复原发送信息。但实际通信是有噪声的，噪声会使判决产生错误。,2.,包络解调,包络解调是一种非相干解调，其原理如图,5.2.7,所示。,图,5.2.7 2ASK,信号的包络解调器,图,5.2.8 2ASK,包络解调器各点波形示意图,5.3,二进制频率调制,(2FSK),二进制频率调制是用二进制数字信息控制正弦波的频率，使正弦波的频率随二进制数字信息的变化而变化。由于二进制数字信息只有两个不同的符号，所以调制后的已调信号有两个不同的频率,f,1,和,f,2,，,f,1,对应数字信息“,1”,，,f,2,对应数字信息“,0”,。二进制数字信息及已调载波如图,5.3.1,所示。,图,5.3.1 2FSK,信号,5.3.1 2,FSK,的产生,在,2FSK,信号中，当载波频率发生变化时，载波的相位一般来说是不连续的，这种信号称为相位不连续,2FSK,信号。相位不连续的,2FSK,通常用频率选择法产生，如图,5.3.2,所示。两个独立的振荡器作为两个频率的载波发生器，它们受控于输入的二进制信号。二进制信号通过两个与门电路，控制其中的一个载波通过。调制器各点波形如图,5
7、.3.3,所示。,图,5.3.2 2FSK,信号调制器,图,5.3.3 2FSK,调制器各点波形,5.4,二进制数字相位调制,(2PSK,、,2DPSK),5.4.1,二进制绝对调相,(2PSK),1.2PSK,信号的产生,二进制绝对调相是用数字信息直接控制载波的相位。例如，当数字信息为“,1”,时，使载波反相,(,即发生,180,变化,),；当数字信息为“,0”,时，载波相位不变。图,5.4.1,为,2PSK,信号波形图,(,为作图方便，在一个码元周期内画两个周期的载波,),。,图,5.4.1 2PSK,信号波形图,图,5.4.1,中,(,a,),为数字信息，,(,b,),为载波，,(,c,),为,2PSK,波形，,(,d,),双极性数字基带信号。从图中可以看出，,2PSK,信号可以看成是双极性基带信号乘以载波而产生的，即,(5-4-1),必须强调的是：,2PSK,波形相位是相对于载波相位而言的。因此，画,2PSK,波形时，必须先把载波画好，然后根据数字信息与载波相位的对应关系，画出,2PSK,信号的波形。当码元宽度不为载波周期整数倍的情况下，先画载波，再画,2PSK,波形，这点尤为重要。否则无法画出,2PSK,波形。,例,5.4.1,画出数字信息,1100101,的,2PSK,信号的波形,(,调制规则自定,),。,(1),设码元周期是载波周期的整数倍,(,为画图方便设,T,s,=2,T,c,),。,(2),设码元周期不是载波周期的整数倍,(,设,T,s,=1.5,T,c,),。,解,设调制规则为：数字信息为“,1”,，载波反相；数字信息为“,0”,，载波相位不变。这一规则常称作“,1”,变“,0”,不变。,当然也可采用相反的规则：数字信息为“,0”,，载波反相；数字信息为“,1”,，载波相位不变，即“,0”,变“,1”,不变,。,当,T,s,=2,T,c,和,T,s,=1.5,T,c,时的,2PSK,波形图如图,5.4.2(,a,),、,(,b,),所示。,图,5.4.2 2PSK,波形图,
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