《通信原理-第7章.ppt
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1、数字调制技术数字调制技术u数字基带信号不能直接通过带通信道传输,需数字基带信号不能直接通过带通信道传输,需将数字基带信号变换成数字频带信号。将数字基带信号变换成数字频带信号。u基带信号指频带分布在低频段(通常包含直流)基带信号指频带分布在低频段(通常包含直流)且未经调制的信号,基带传输指直接传输基带且未经调制的信号,基带传输指直接传输基带信号的通信方式。信号的通信方式。u频带信号(带通信号)指经过调制后的信号,频带信号(带通信号)指经过调制后的信号,频带传输指数字基带信号经调制后在信道中传频带传输指数字基带信号经调制后在信道中传输。输。u用数字基带信号去控制高频载波的幅度、频率用数字基带信号去
2、控制高频载波的幅度、频率或相位,称为数字调制。相应的传输方式称为或相位,称为数字调制。相应的传输方式称为数字信号的调制传输、载波传输或频带传输。数字信号的调制传输、载波传输或频带传输。数字调制三种方式数字调制三种方式u模拟调制的过程,载波参数连续变化;数模拟调制的过程,载波参数连续变化;数字调制的过程,载波参数离散变化。字调制的过程,载波参数离散变化。u数字调制也称键控,数字调制方式主要有数字调制也称键控,数字调制方式主要有三种三种u幅度调制,称为幅度键控(也称幅移键控),幅度调制,称为幅度键控(也称幅移键控),记为记为ASK(AmplitudeShiftKeying););u频率调制,称为频
3、率键控(也称频移键控),频率调制,称为频率键控(也称频移键控),记为记为FSK(FrequencyShiftKeying););u相位调制,称为相位键控(也称相移键控),相位调制,称为相位键控(也称相移键控),记为记为PSK(PhaseShiftKeying)。)。二进制数字调制波形二进制数字调制波形二进制幅度键控二进制幅度键控2ASK2ASK7.17.1.22ASK信号的带宽信号的带宽7.1.12ASK信号的调制信号的调制7.1.32ASK信号的解调信号的解调7.1.4多进制幅度键控信号多进制幅度键控信号MASK2ASK信号的调制信号的调制u用二进制数字基带信号控制载波的幅度,用二进制数字基
4、带信号控制载波的幅度,二进制数字序列只有二进制数字序列只有“1”、“0”两种状两种状态。态。u调制后的载波也只有两种状态:有载波输调制后的载波也只有两种状态:有载波输出传送出传送“1”,无载波输出传送,无载波输出传送“0”。7.1.12ASK具体实现及波形具体实现及波形已调信号表达式已调信号表达式2ASK信号带宽信号带宽7.1.22ASK信号带宽信号带宽u幅度键控信号的功率谱是基带信号功系谱幅度键控信号的功率谱是基带信号功系谱的线性搬移,所以的线性搬移,所以2ASK调制为线性调制,调制为线性调制,其频谱宽度是二进制基带信号的两倍其频谱宽度是二进制基带信号的两倍2u通常取第一对过零点的带宽作为传
5、输带宽,通常取第一对过零点的带宽作为传输带宽,称之为谱零点带宽。称之为谱零点带宽。u2ASK信号带宽信号带宽2ASK信号的解调信号的解调u解调方式有两种:相干解调和非相干解调。解调方式有两种:相干解调和非相干解调。u相干解调也称为同步检测法,指的是在接收端用相干解调也称为同步检测法,指的是在接收端用和发送端同频同相的载波信号与信道中接收的已和发送端同频同相的载波信号与信道中接收的已调信号相乘,实现调信号相乘,实现2ASK频谱的再次搬移,使数字频谱的再次搬移,使数字调制信号的频谱搬回到零频附近。调制信号的频谱搬回到零频附近。u从幅度调制信号中将低频信号解调出来的过程,从幅度调制信号中将低频信号解
6、调出来的过程,就叫做包络检波。也就是说,包络检波是幅度检就叫做包络检波。也就是说,包络检波是幅度检波,是一种非相干解调,即不需要和发送端同频波,是一种非相干解调,即不需要和发送端同频同相的本地载波。同相的本地载波。7.1.32ASK相干解调相干解调图7-4 2ASK相干解调框图2ASK相干解调各点波形图相干解调各点波形图2ASK相干解调相干解调(1)带通滤波器)带通滤波器BPFBPF取出已调信号,滤除接收信号频带以外的噪声干扰,取出已调信号,滤除接收信号频带以外的噪声干扰,即抑制带外频谱分量,保证信号完整地通过。即抑制带外频谱分量,保证信号完整地通过。(2)乘法器)乘法器乘法器实现乘法器实现2
7、ASK频谱的再次搬移,使数字调制信号的频频谱的再次搬移,使数字调制信号的频谱搬回到零频附近。谱搬回到零频附近。(3)低通滤波器)低通滤波器LPFLPF去除乘法器产生的高频分量,滤出数字调制信号。去除乘法器产生的高频分量,滤出数字调制信号。(4)采样判决)采样判决由于噪声及信道特性的影响,由于噪声及信道特性的影响,LPF输出的数字信号是不标输出的数字信号是不标准的,通过对信号再采样,利用判决器对采样值进行判准的,通过对信号再采样,利用判决器对采样值进行判决,便可以恢复原决,便可以恢复原“1”、“0”数字序列。数字序列。相干解调优缺点相干解调优缺点u相干解调相干解调(同步检测法同步检测法)的优点:
8、的优点:稳定,有利于位定时的提取。稳定,有利于位定时的提取。u相干解调相干解调(同步检测法同步检测法)的缺点:的缺点:必须保证本地载波要与发送在波同频同相,以确必须保证本地载波要与发送在波同频同相,以确保数据的正确解调,这在实际应用中较难实现。保数据的正确解调,这在实际应用中较难实现。2ASK信号非相干解调信号非相干解调-包络线包络线将一段时间长度的高频信号的峰值点连线,将一段时间长度的高频信号的峰值点连线,就可以得到上方(正的)一条线和下方就可以得到上方(正的)一条线和下方(负的)一条线,这两条线就叫包络线。(负的)一条线,这两条线就叫包络线。包络线就是反映高频信号幅度变化的曲线。包络线就是
9、反映高频信号幅度变化的曲线。2ASK信号非相干解调信号非相干解调-包络线包络线从幅度调制信号中将低频信号解调出来的过从幅度调制信号中将低频信号解调出来的过程,就叫做包络检波。也就是说,包络检程,就叫做包络检波。也就是说,包络检波是幅度检波,是一种非相干解调,即不波是幅度检波,是一种非相干解调,即不需要和发送端同频同相的本地载波。需要和发送端同频同相的本地载波。2ASK非相干解调框图非相干解调框图2ASK非相干解调各点波形非相干解调各点波形2ASK非相干解调框图非相干解调框图(1)带通滤波器)带通滤波器BPFBPF取出已调信号,即抑制带外频谱分量,保证信号完取出已调信号,即抑制带外频谱分量,保证
10、信号完整地通过。整地通过。(2)包络检波)包络检波包络检波从包络检波从2ASK信号中将低频信号解调出来。信号中将低频信号解调出来。(3)低通滤波器)低通滤波器LPFLPF去除乘法器产生的高频分量,滤出数字调制信号。去除乘法器产生的高频分量,滤出数字调制信号。(4)采样判决)采样判决由于噪声及信道特性的影响,由于噪声及信道特性的影响,LPF输出的数字信号是不输出的数字信号是不标准的,通过采样判决恢复原标准的,通过采样判决恢复原“1”、“0”数字序列。数字序列。多进制幅度键控信号多进制幅度键控信号MASK多进制数字调制系统具有如下两个特点:多进制数字调制系统具有如下两个特点:第一:在相同的信道码源
11、调制中,每个符号可以携第一:在相同的信道码源调制中,每个符号可以携带多比特信息,因此,当信道频带受限时可以使带多比特信息,因此,当信道频带受限时可以使信息传输率增加,提高了频带利用率。但由此付信息传输率增加,提高了频带利用率。但由此付出的代价是增加信号功率和实现上的复杂性。出的代价是增加信号功率和实现上的复杂性。第二,在相同的信息速率下,由于多进制方式的信第二,在相同的信息速率下,由于多进制方式的信道传输速率可以比二进制的低,因而多进制信号道传输速率可以比二进制的低,因而多进制信号码源的持续时间要比二进制的宽。加宽码元宽度,码源的持续时间要比二进制的宽。加宽码元宽度,就会增加信号码元的能量,也
12、能减小由于信道特就会增加信号码元的能量,也能减小由于信道特性引起的码间干扰的影响等。性引起的码间干扰的影响等。7.1.4MASK时域波形图时域波形图MASKu采用多进制数字调制技术可提高系统的频采用多进制数字调制技术可提高系统的频带利用率。带利用率。u用多进制数字基带信号对高频载波进行幅用多进制数字基带信号对高频载波进行幅度调制,称为多进制幅移键控(度调制,称为多进制幅移键控(MASK)。)。u将二进制数字序列转换为将二进制数字序列转换为M进制序列。每进制序列。每k位一组,有位一组,有2k种组合,可表示种组合,可表示M个状态,形个状态,形成成M进制序列。对高频载波进行进制序列。对高频载波进行A
13、SK调制,调制,就可得就可得MASK信号。信号。MASKuM进制基带数字序列的带宽只与脉冲周期有进制基带数字序列的带宽只与脉冲周期有关,而与关,而与M无关,其带宽是基带信号带宽的无关,其带宽是基带信号带宽的两倍,是两倍,是M进制基带脉冲的速率,是进制基带脉冲的速率,是M进制进制基带脉冲周期。基带脉冲周期。uMASK的解调方式和的解调方式和2ASK一样,有相干一样,有相干解调和非相干解调两种。解调和非相干解调两种。二进制频率键控二进制频率键控2FSK2FSK7.27.2.22FSK信号的带宽信号的带宽7.2.12FSK信号的调制信号的调制7.2.32FSK信号的解调信号的解调7.2.4多进制频率
14、键控信号多进制频率键控信号MFSK频率键控频率键控频率键控是数字信号改变载波的频率,即用频率键控是数字信号改变载波的频率,即用不同的频率代表不同的数字信号。不同的频率代表不同的数字信号。2FSK信号的调制信号的调制u二进制频率键控二进制频率键控(2FSK)是用二进制数字序是用二进制数字序列控制载波的频率。列控制载波的频率。u相位不连续的相位不连续的2FSK信号可看作是两个交错信号可看作是两个交错的的ASK信号之和,一个载频为信号之和,一个载频为f1,另一个,另一个载频为载频为f2。u2FSK是利用载波的频率变化来传递数字信是利用载波的频率变化来传递数字信息的。息的。7.2.12FSK调制及波形
15、图调制及波形图2FSK调制调制已调信号表达式如式已调信号表达式如式2FSK信号分解图信号分解图2FSK信号的带宽信号的带宽图图7-12 2FSK信号功率谱信号功率谱2FSK信号带宽信号带宽7.2.22FSK相关参数相关参数设设2FSK两个载频的中心频率为两个载频的中心频率为fc,频差为,频差为 f,则,则(7-14)频偏频偏(7-15)中心频率中心频率(7-16)定义调频指数(频移指数)定义调频指数(频移指数)h为(为(Rs为基带为基带信号码元速率)信号码元速率)(7-17)2FSK出现双峰出现双峰2FSK信号带宽信号带宽(1)2FSK信号的功率谱与信号的功率谱与2ASK信号的功率信号的功率谱
16、相似,同样由离散谱和连续谱两部分组成。谱相似,同样由离散谱和连续谱两部分组成。其中,连续谱由两个双边谱叠加而成,而离其中,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,这表明散谱出现在两个载频位置上,这表明2FSK信信号中含有载波号中含有载波、的分量。的分量。(2)连续谱的形状随着)连续谱的形状随着大小而异。大小而异。出现双峰;出现双峰;出现单峰。出现单峰。(3)2FSK信号的频带宽度为信号的频带宽度为2FSK信号的解调信号的解调2FSK解调思路是将二进制频率键控信号分解解调思路是将二进制频率键控信号分解成两路成两路2ASK信号分别进行解调,有相干解信号分别进行解调,有相干解调和非
17、相干解调两种方式。调和非相干解调两种方式。7.2.32FSK相干解调相干解调图图7-14 2FSK相干解调框图相干解调框图2FSK相干解调相干解调BPF输出序列表达式如式(输出序列表达式如式(7-20)所示:)所示:(7-20)乘法器输出函数表达式如式(乘法器输出函数表达式如式(7-21)所示:)所示:(7-21)2FSK相干解调相干解调LPF输出函数表达式如式(输出函数表达式如式(7-22)所示:)所示:(7-22)2FSK非相干解调非相干解调包络检波器取出两路的包络包络检波器取出两路的包络x1(t)和和x2(t)。对包。对包络采样并判决,可恢复原数字序列。判决准则:络采样并判决,可恢复原数
18、字序列。判决准则:判为判为“1”,判为,判为“0”。2FSK非相干解调框非相干解调框图如图图如图7-15所示。所示。图图7-15 2FSK非相干解调框图非相干解调框图2FSK非相干解调各点波形非相干解调各点波形多进制频率键控信号多进制频率键控信号MFSK用用M个频率不同的正弦波分别代表个频率不同的正弦波分别代表M进制数字信进制数字信号的号的M个状态,在某一码元时间内只发送其中个状态,在某一码元时间内只发送其中一个频率。多进制频率控制信号一个频率。多进制频率控制信号MFSK表达式表达式如式如式7-21所示。所示。(7-21)7.2.4MFSK调制、解调框图调制、解调框图MFSK系统带宽系统带宽为
19、最高最高载频;为最低最低载频;为M进制制码元速率。元速率。二进制相位键控二进制相位键控2PSK2PSK7.37.3.22DPSK信号信号7.3.12PSK信号信号7.3.3多进制相位键控多进制相位键控7.3.4二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较2PSKu二进制相移键控(二进制相移键控(2PSK)用二进制数字基)用二进制数字基带信号控制高频载波的相位,使高频载波带信号控制高频载波的相位,使高频载波的相位随着数字基带信号变化。的相位随着数字基带信号变化。u2PSK包括绝对调相和相对(差分)调相。包括绝对调相和相对(差分)调相。7.3.12PSK信号的调制信号的调制u绝对调相绝
20、对调相2PSK(有时也称为(有时也称为BPSK)利用)利用载波初相位的绝对值(即固定的某一相位)载波初相位的绝对值(即固定的某一相位)来表示数字信号。来表示数字信号。u例如,例如,“1”码用载波的码用载波的0相位表示,相位表示,“0”码用载波的码用载波的相位表示,反之亦可。相位表示,反之亦可。u2PSK利用载波相位的绝对数值传送数字信利用载波相位的绝对数值传送数字信息;息;2PSK调制框图及波形图调制框图及波形图2PSK信号时域表达式信号时域表达式2PSK信号的时域表达式如式7-22所示 是双极性不是双极性不归零二零二进制数字序列制数字序列或或-1。2PSK信号的带宽信号的带宽u2PSK与与2
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