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  1. 6 数字信号的调制传输 本章内容 • 掌握二进制数字调制信号的概念,能画出典型的2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK时域波形图 • 理解多进制数字调制(MASK、MPSK)的时域波形图 • 能够对几种二进制数字调制进行性能的比较

  2. 为什么采用数字信号的调制传输 • 数字基带信号是低频信号,只适宜在低通信道中传输,但常见的实际信道都是带通型的,所以必须对基带数字信号进行调制,将它搬移到高频段,称为数字调制,相应调制信号的传输称为数字信号调制传输

  3. 6.1概述 数字调制,载波的参数改变只能取有限个取值,称键值 高频载波的一般形式: • 改变三参数对应三种不同的调制: 幅度 Uc: 振幅键控(ASK: Amplitude_Shift Keying) 频率Wc:频移键控(FSK: Frequency_Shift Keying) 相位0:相移键控(PSK: Phase_Shift Keying)

  4. 已调信号 基带信号 载波Acoswct 6.2 二进制数字调制 6.2.1 二进制幅度键控 (2ASK: Amplitude_shift Keying) 一、ASK调制器模型: f(t) 1 0 0 1 t f(t) t f(t) t

  5. f(t) 1 0 0 1 f(t) f(t) F (W) • 二、2ASK的波形图和频谱图 t W F (W) t W F (W) t W

  6. F (W) 基带信号频谱图 P (W) 基带信号功率谱图 W W 已调信号频谱图 F (W) 已调信号功率谱图 P (W) W W 三、2ASK的频谱图和功率谱图

  7. 四、2ASK信号接收1、2ASK信号的非相干解调法(包络检波)四、2ASK信号接收1、2ASK信号的非相干解调法(包络检波) 2PSK解调 a b c 输出 抽样 判决器 输入 全波或 半波整流 带通 滤波器 包络 检波器 d 抽样脉冲 1 0 1 a b c d

  8. 输入 输出 BPF1 相乘器 LPF1 抽样 判决器 定时抽样脉冲 2、2ASK信号的相干解调法 a d c b 1 0 1 a b c d

  9. f1 振荡器 门 2FSK信号 二进制 信息(NRZ) 相加 倒相 f2 门 振荡器 载波f1 开关 振荡器 2FSK信号 载波 f2 振荡器 二进制信息(NRZ) 6.2.2 移频键控调制(2FSK : Frequency_Shift Keying) 一、FSK调制器模型

  10. 0 1 0 1 二、 2FSK的时域波形 载波频率随着基带信号0或1而变化 “0”——频率为f1的正弦波 “1”——频率为f2的正弦波 基带信号 FSK波形 f1 f2 f1 f2

  11. P ( f ) f - f s 2 1 f + f ( ) f = 1 2 2 0 f - f f f f f + f 1 s 1 0 2 2 s 三、 FSK信号的功率谱: B2FSK=2BB+|f2-f1| BB=fs 基带信号带宽 o

  12. h=1.5 f f + - f f f f f f f + - f f 1 1 s s 1 0 2 2 2 s s 四、2FSK信号的功率谱: 定义调制指数h: B2FSK=2BB+|f2-f1| BB=fs

  13. h=0.5 h=0.5 h=1.5 f - f f f f f + f 1 s 1 0 2 2 s 五、2FSK信号的功率谱: 定义调制指数h: B2FSK=2BB+|f2-f1| BB=fs= fb

  14. 结论: • FSK信号带宽越窄,峰值越高,则效率越高,频谱利用率也就越高。 思考一下: 要想提高2FSK的频谱利用率, 怎样调整 f1和f2的关系呢? 答:缩小f1与f2之间的频率差

  15. BPF1 包络 检波器1 输出 输入 抽样比较 判决器 抽样脉冲 BPF2 包络 检波器2 sd(t) sAM(t) 六、2FSK信号接收1、2FSK信号的非相干解调法(包络检波) 包络检波

  16. b1 c1 d1 a1 BPF1 相乘器 LPF1 e 输入 b2 抽样比较 判决器 抽样脉冲 输出 BPF2 相乘器 LPF2 a2 c2 d2 2、2FSK信号的相干解调法

  17. 输入 a1 b1 c1 d1 a2 b2 c2 d2 e

  18. e a c d f 限幅 b 微分 整流 宽脉冲 发生 低通 3、2FSK信号的过零检测法(最常用) a b c d e f

  19. 已调信号 二进制信息 (单极NRZ) 电平转换 二进制信息 (双极NRZ) Acos2fct 载波发生器 6.2.3 相移键控调制 (2PSK:Phase_Shift Keying) • 载波相位随着基带信号1或0而变化 输入“1”:输出为相位为0的正弦波 输入“0”:输出为相位为π(180o)的正弦波

  20. S(t)= 一、2PSK调制器模型 • 调制信号 Acos(wct+0)=Acoswct ak=1 Acos(wct+π)=-Acoswct ak=0 可见: * s(t)的幅度随输入信号的变化而线性变化 * PSK是不连续相位

  21. 1 0 1 1 0 1 0 0 π 0 0 π π 0 二、2PSK调制的时域波形 二进制数字信号: 基带信号波形 调制相位: 调制波形:

  22. 三、相位表示——星座图 π 0

  23. 输入 输出 带通 相乘器 低通 抽样 判决器 本地载波恢复 位定时恢复 四、 2FSK相干解调器

  24. 2PSK存在的问题: • 由于PSK信号的功率谱中无载波分量(直流分量),所以必须采用相干解调方式 • 在相干解调中如何得到同频同相的本地载波是关键问题 • 经锁相环恢复出的本地载波可能与调制载波同相也可能反相,这种相位关系的不确定性称为0, 相位模糊 ——为了克服相位模糊度对相干解调的影响,通常要采用差分相移键控的方法

  25. 单极NRZ 双极NRZ (绝对码) (相对码) 相乘器 2DPSK 差分 编码 电平 转换 载波 发生器 6.2.4二进制差分相移键控2DPSK 一、2DPSK模型

  26. f(t) f(t) t t f(t) f(t) t t 二、2DPSK调制的时域波形图 (传号差分) 1 0 0 1 0 1 1 0 f(t) 绝对码 t 传号差分码(单极性) 传号差分码(双极性) 载波信号 2DPSK信号

  27. 二、2DPSK调制的时域波形图 (空号差分) 1 0 0 1 0 1 1 0 f(t) t 绝对码 f(t) t 空号差分码(单极性) f(t) t 空号差分码(双极性) f(t) 载波信号 t f(t) 2DPSK信号 t

  28. 三、2DPSK差分相干解调 c a d e 二进制信息 DPSK信号 带通 相乘器 低通 抽样 判决器 位定时 b 延时T 1 0 1 a b c d e

  29. 几种数字调制的性能比较

  30. 结论: • 1 、同类型的键控方式中相干方式优于非相干方式; • 2、不同类型的键控方式相比较,相同误比特率条件下抗噪声性能2PSK>2FSK>2ASK; • 3、2ASK系统的结构最简单; • 4、FSK系统的频带利用率和抗噪声性能都不及PSK 但非相干FSK 的设备简单,在中低速数据传输中最常被采用; • 5、得到广泛应用的数字调制方式是:PSK 、 DPSK和非相干的FSK

  31. π/2 π/2 π 0 π/4 3π/4 π 0 3π/2 5π/4 5π/4 3π/2 6.2.5 相移键控调制——MPSK 相位表示——星座图 二进制 四进制 π 0 八进制

  32. 01 00 11 010 10 110 011 111 001 101 000 100 6.2.5 相移键控调制——MPSK 相位表示——星座图 二进制 四进制 0 1 八进制

  33. 6.3.1 相移键控调制——PSK • 带宽效率: 有限带宽内传送数据的能力 定义参数: 信号速率/调制带宽 • PSK调制: 带宽效率为 0.5 b/(s·Hz)

  34. 回顾 继续课程内容 2fs(fs为基带信号带宽) 1、ASK已调信号的的带宽为 ,已调信号的中心频率为____________. 2、ASK调制方式可以使用的解调方式有__________和_________。常使用的解调方式是_____________. 3、FSK调制方式的带宽为____________,已调信号的中心频率为____________. 4、FSK调制方式可以使用的解调方式有__________、_________和_________。常使用的解调方式是_____________. 载波信号频率 包络检波法 相干解调法 包络检波法 2fs+|f2-f1| (f2+f1)/2 过零点检测法 包络检波法 相干解调法 过零点检测法

  35. 继续课程内容 回顾 1、PSK调制是用数字基带信号去控制载波信号_____的改变;PSK已调信号的频率与载波信号频率的关系是________ 2、PSK采用的解调方式有___________; 3、DPSK可分为__种,它们是: 4、PSK是用__极性NRZ码调制载波信号; DPSK是用__极性NRZ码调制载波信号 ASK是用__极性NRZ码调制载波信号;