二进制数字调制原理

CommunicationCh6数字调制传输系统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。CommunicationCh6数字调制传输系统第六章数字信号的调制传输数字调制的过程就象用数字信息去控制开关，从几个具有不同参量的独立振荡源中选择所需参量，所以把数字调制称为“键控”。CommunicationCh6数字调制传输系统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_ShiftKeying)频率Wc：频移键控(FSK:Frequency_ShiftKeying)相位0:相移键控(PSK:Phase_ShiftKeying))cos()(0twUtucc数字调制，载波的参数改变只能取有限个取值，称键值CommunicationCh6数字调制传输系统6.1二进制数字调制原理2ASK，2FSK，2PSK（2DPSK）6.1.1二进制幅度键控（2ASK）振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。载波幅度随数字调制信号(1和0)而在两个电平之间变化。其最简单的形式称为通-断键控(OOK)，即载波在数字信号1或0的控制下通或断。CommunicationCh6数字调制传输系统1．2ASK调制原理载波tSASK2(b)tStStCoSctSASK2(a)(c)1001tStSASK27.1.12ASK系统原理CommunicationCh6数字调制传输系统一般时域表达式1001tStSASK2tnTtgattstcnsncASKscos)(cos)(2PPan1,0,1出现概率为出现概率为是表示二进制数字信息幅度为tgsT脉宽为的矩形脉冲，na7.1.12ASK系统原理CommunicationCh6数字调制传输系统2.解调原理有两种基本解调方法：非相干解调(包络检测)和相干解调:判决LPFBPF定时脉冲tCoSc(b)相干解调定时脉冲整流器tSASK2判决LPFBPFna(a)非相干解调7.1.12ASK系统原理CommunicationCh6数字调制传输系统图2ASK信号非相干解调过程的时间波形11100000101abcdCommunicationCh6数字调制传输系统所以，2ASK信号的功率谱密度为3、频谱特性ttstscASKcos)(2幅度键控信号的功率谱是基带信号功率谱的线性搬移，频谱宽度是二进制基带信号频谱的2倍。)(fPs)]()([41)(2cscsASKffPffPfP根据6.2节数字基带信号功率谱的分析可知，当g(t)为单极性矩形脉冲，且时2110PP)(41)(4)(2ffTSTfPsass7.1.12ASK系统原理CommunicationCh6数字调制传输系统scascasASKTffSTffSTfP222160fSfSfCfCffPASK2fPASK2fPS2ASK信号频谱ccffff1617.1.12ASK系统原理CommunicationCh6数字调制传输系统2ASK信号的带宽是码元速率的2倍。7.1.12ASK系统原理0fSfSfCfCffPASK2fPASK2fPS2ASK信号频谱B2ASK在功率谱密度的第一过零点之间集中了信号的主要功率，因此常取第一对过零点的带宽作为传输带宽。谱零点带宽CommunicationCh6数字调制传输系统6.1.2二进制频移键控原理(2FSK)频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。对于二进制，载波频率随着数字调制信号不同在两个频率之间变化。如“1”对应于载波频率，则“0”对应于另一载波频率。1cf2cfCommunicationCh6数字调制传输系统1．2FSK调制原理1tStSASK22Cf1Cf00(b)(a)17.1.22FSK系统的原理tStSFSK2载波1Cf载波2CfCommunicationCh6数字调制传输系统图二进制移频键控信号的时间波形aak1011001ts(t)ts(t)bttcdettfgt2FSK信号CommunicationCh6数字调制传输系统1tStSASK22Cf1Cf001)cos()()(n12tnTtgatScnsnFSKPPa,PPa,,,,nn101110概率为概率为概率为概率为反码这里一般时域表达式：)cos()(n2tnTtgacnsnCommunicationCh6数字调制传输系统2.解调原理非相干(包络)检测，相干解调，过零点检测和差分检测法。分析可知，2FSK信号可以看作两路2ASK信号的叠加。其解调也可用两路2ASK解调来实现。(1)相干和非相干解调1002Cf1Cf11Cf1Cf1Cf2Cf7.1.22FSK系统的原理CommunicationCh6数字调制传输系统比较判决(a)非相干解调包络检波器2包络检波器1BPF2BPF1tSFSK2定时脉冲na相干解调器1相干解调器2(b)相干解调tCoSc1tCoSc27.1.22FSK系统的原理CommunicationCh6数字调制传输系统图(a)非相干解调;(b)相干解调e2FSK(t)带通滤波器1包络检波器抽样判决器输出定时脉冲带通滤波器包络检波器(a)e2FSK(t)带通滤波器1低通滤波器抽样判决器输出定时脉冲带通滤波器低通滤波器相乘器相乘器cos1tcos2t(b)CommunicationCh6数字调制传输系统111000001012FSK信号图2FSK非相干解调过程的时间波形CommunicationCh6数字调制传输系统一种常用而简便的解调方法。(2)过零点检测法7.1.22FSK系统的原理基本思想：数字调频波的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数可以得到关于频率的差异。CommunicationCh6数字调制传输系统tSFSK2(3)差分检波法tACoS0tACoS0C：022CoSAVLPF:（频偏的函数）20fi(V与频偏呈线性关系—鉴频！)SinA22（1）LPFna判决定时脉冲BPF延时aCbV原理：22A7.1.22FSK系统的原理CommunicationCh6数字调制传输系统2FSK信号可看作两个不同频率交替发送的2ASK信号的叠加，其功率谱3、频谱特性)]()([411111cscsffPffP)]()([412222cscsffPffPfPFSK27.1.22FSK系统的原理是将基带信号频谱经两次线性搬移（分别搬移到fC1和fC2处）后的叠加。CommunicationCh6数字调制传输系统7.1.22FSK系统的原理1222ccsFSKfffB带宽：2FSK信号频谱CommunicationCh6数字调制传输系统受键控的载波相位按基带脉冲而改变的数字调制方式。6.1.3二进制相移键控1、2PSK(绝对移相)当基带数字信号采用幅度为1宽度为TS的矩形脉冲的双极性非归零码表示时，时域表示式为”“”“如，相位相位010tnTtgatScnsnPSKcos)()(2相发相发coscos001ttccP,P,111以以naCommunicationCh6数字调制传输系统由于绝对移相方式是以某一相位作为基准的，因此解调时在接收端也必须有同样一个固定基准相位作为参考。一旦接收端参考相位发生变化，则恢复出的数字信息也会出现0和1的反转，从而导致接收端错误接收。这种用载波不同相位直接去表示相应数字信息的相位键控，常称为绝对移相。这种现象通常称为2PSK的“倒”现象或“反向工作”现象。7.1.32PSK系统的原理CommunicationCh6数字调制传输系统令为当前码元初相与前一码元初相之差，则2DPSK调制规则为2、2DPSK（差分相移键控）利用前后相邻码元载波的相对相位表示数字信息的调制方式。即用载波相位相对变化传送数字信息，所以又称为相对调相。001数字信息数字信息相位变化：7.1.32PSK系统的原理CommunicationCh6数字调制传输系统2DPSK1001110绝对码2PSK0001011相对码载波0相位07.1.32PSK系统的原理CommunicationCh6数字调制传输系统数字信号（码）和已调载波的相位关系CommunicationCh6数字调制传输系统相对调相信号的产生过程tCcostS双极性不归零tSPSK2a.2PSK模拟调制tSPSK2tS载波移相0b.2PSK键控调制7.1.32PSK系统的原理tSb’.2DPSK键控调制差分码变换tSDPSK2差分码变换双极性差分码a’.2DPSK模拟调制tSDPSK2首先对数字基带信号进行差分编码，即由绝对码变为相对码，然后再进行绝对调相。CommunicationCh6数字调制传输系统3、2DPSK信号解调判决LPFBPF定时脉冲tSDPSK2延迟TS数据输出(b)差分相干解调(a)相干解调（极性比较法）判决LPFBPF定时脉冲数据输出tSPSK2相对码数据输出本地载波tSDPSK2码(反)变换鉴相器可采用相干解调和差分相干解调法7.1.32PSK系统的原理CommunicationCh6数字调制传输系统4、2PSK频谱特性tnTtgatScnsnPSKcos)()(2P1,1P,1以以natnTtgatcnsnASKscos)()(2P1,0P,1以以na数学表达式形式上完全一样，只是an的取值不同。因此，参照2ASK功率谱可得到2PSK信号频谱也只是基带数字信号频谱的线性搬移。7.1.32PSK系统的原理CommunicationCh6数字调制传输系统当“0”和“1”独立等概，且g(t)为不归零双极性矩形脉冲时，基带信号频谱7.1.32PSK系统的原理2PSK频谱特性scascasTffSTffST1224)]()([41)(2cscsPSKffPffPfP)()(2sassfTSTfP而2DPSK与2PSK信号在波形上并没有任何不同，因此，其频谱结构也完全一样。且其带宽为sDPSKPSKfBB222