第六讲数字信号的频带传输方案
数字信号的频带传输
0
1
0
0
1
1
1
0
0
调幅
2ASK信号的一般表达式：
e2ASK (t ) st cosc t
其中
s(t ) an g (t nTs )
n
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
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。
2DPSK信号的产生方法
(a)绝对码
(b)相对码
1 0
参考
1 0
0 0
1 1
0 1
1
(c)2DPSK
t
产生方法：
① 将绝对码进行码变换（差分编码）得到相对码（差分码）； 2DPSK ② 然后进行绝对调相。 图中的码变换（绝对码→相对码）规则为：
是利用包络检波器或波形整流器对幅度键控信号进行检 波以恢复基带信号的方法
2ASK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)
地 载 波 （ 称 为 相 干 载 波 ）
同 步 （ 同 频 同 相 ） 的 本 与 接 收 的 已 调 载 波 严 格
sm ( t ) cosct s( t ) cos2 ct s( t ) / 2 (cos2ct ) / 2
1
(c)2DPSK
t
Note
数字信息与 之间的关系也可定义为
1 0, 表示数字信息“ ” ， 表示数字信息“0”
2DPSK信号的矢量图
参考相位
模块六数字信号的频带传输课件
电话网络
在电话网络中，采用脉冲编码调 制（PCM）等技术将模拟语音信 号转换为数字信号进行传输，提
高通话质量和网络效率。
有线电视网络
在有线电视网络中，采用数字调制 技术将数字视频信号转换为适合同 轴电缆或光纤传输的模拟信号，实 现高清电视节目的传输。
以太网
在以太网等局域网中，利用数字基 带传输技术将数字信号直接传输到 目的地，实现高速数据交换和文件 共享等功能。
光纤通信系统中的数字信号频带传输
波分复用技 术
在光纤通信系统中，采用波分复用（WDM）等技术将多个数字信 号调制到不同波长的光载波上进行传输，提高光纤的传输容量和利 用率。
光放大器
利用光放大器对光纤中传输的数字信号进行放大和补偿，延长光纤 的传输距离和提高信号质量。
光交换技术
在光网络中，采用光交换技术对数字信号进行路由选择和交换，实现 光层上的高速数据传输和灵活组网。
PSK调制原理
调制方式
相移键控（PSK）是一种数字调制方式，通过改变载波的相位来传递数字信息。
调制原理
在PSK调制中，二进制数字信号“0”和“1”分别对应载波的两种不同相位状态。当发送 “1”时，载波相位发生180度的变化；当发送“0”时，载波相位保持不变。
优缺点
PSK调制具有较高的频谱利用率和抗干扰能力，适用于高速率、远距离的数字通信系统。 此外，PSK调制还具有实现简单、成本低的优点。然而，PSK调制对相位噪声和频偏较为 敏感，因此需要采取一定的措施来减小这些影响。
80%
高速化
随着通信技术的不断发展，数字 信号的频带传输速度将不断提高， 满足日益增长的信息传输需求。
100%
宽带化
为了适应多媒体信息的传输需求， 频带宽度将不断拓展，实现更高 速率的信息传输。
通信原理第六章 数字信号的频带传输
通信原理ICommunication Theory安建伟北京科技大学通信工程系第六章 数字信号的频带传输6.1 引言 6.2 二进制数字信号正弦型载波调制 6.3 四相移相键控 6.4 M进制数字调制 6.5 恒包络连续相位调制第6章数字信号的频带传输6.1 引言1.数字信号的正弦型载波调制数字信号 d(t) 调制 频带信号 带通信道s ( t ) = A c o s ( 2 π ft + ϕ ) = F ( d ( t ))用数字基带信号去控制正弦型载波的某参量： ¾ 控制载波的幅度，称为振幅键控(ASK)； ¾ 控制载波的频率，称为频率键控(FSK)； ¾ 控制载波的相位，称为相位键控(PSK)。
3北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输2. 数字信号的分类 （1）二进制及M进制(M>2)； （2）按是否满足叠加原理分类： 线性调制及非线性调制； （3）按已调符号约束关系分类 无记忆调制及有记忆调制。
4北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输6.2 二进制数字信号的正弦载波调制1. 二进制通断键控（OOK或2ASK） 2. 二进制移频键控（2FSK） 3. 二进制移相键控（2PSK或BPSK） 4. 2PSK的载波同步 5. 差分移相键控（DPSK）5北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输 (OOK) 6.2.1 二进制通断键控二进制通断键控(OOK： On-Off Keying) 又名二进制振幅键(2ASK)，它是以单极性 不归零码序列来控制正弦载波的导通与关 闭。
即正弦载波的幅度随数字基带信号而 变化。
6北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输1. OOK信号的产生a) 模拟法n = −∞∑+∞a nδ ( t − nTb )b (t ) =a n = 0 或1脉冲成形 滤波器 冲激响应 g T ( t )n = −∞∑+∞a n g T ( t − nTb )sO O K (t ) A cos(2π f c t )b) 键控法载波 cosωct开关电路1 0KSOOK(t)b(t)7北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输¾时域表示b( t ) =n = −∞∑a∞ngT ( t − nTb )其中b(t)为单极性矩形不归零脉冲序列。
《数字通信电子教案》第六章数字信号的频带传输技术习题及答案
第六章数字信号的频带传输技术习题6-l已知二进制数字序列10011010，设：载频为码元速率的2倍(对于2FSK来说，f 2＝2 f 1，)；请画出以上情况的2ASK、2FSK和2PSK、2DPSK波形：解：载频为码元速率的2倍(对于2FSK来说，f2＝2 f1，)1010已知二进制数字序列10016-2 已知数字信息{a n }=1011010，设：(1)码元速率为1200Baud，载波频率为1200Hz；(2)码元速率为1200Baud，载波频率为1800Hz。
分别画出上述两种情况的2PSK、2DPSK及相对码{b n}的波形(假定起始参考码元为1)。
解：(1)码元速率为1200Baud，载波频率为1200Hz；则载频与码元速率相等。
178179解、(2)码元速率为1200Baud ，载波频率为1800Hz 。
载频与码元速率为1：1.56-3 设某2FSK 调制系统的码元传输速率为1000Baud ，已调信号的载频为1000Hz 和2000Hz ．(1)若发送数字信息为101011，试画出相应的2FSK 信号波形；(2)试讨论这时的2FSK 信号应选择怎样的解调器解调?(3)若发送数字信息是等概率的，试画出它的功率谱密度草图。
解：(1) 若发送数字信息为101011，试画出相应的2FSK 信号波形；180解 (2)试讨论这时的2FSK 信号应选择怎样的解调器解调?答 ：选择相干解调和非相干解调器解调均可。
解 (3)若发送数字信息是等概率的，试画出它的功率谱密度草图。
6-4 设传码率为200Baud ，若是采用八进制ASK 系统，求系统的带宽和信息速率？若是采用二进制ASK 系统，其带宽和信息速率又为多少?解 ：已知八进制ASK 系统传码率Baud R B 200=,系统的带宽:：Hz R B B B 200==, 信息速率： s bit R R B b /60032008log 2=⨯=⨯=二进制ASK 系统：系统的带宽:：Hz R B B B 200==，信息速率： s bit R R B b /20012002log 2=⨯=⨯=6-5 传码率为200Baud ，试比较8ASK 、8FSK 、8PSK 系统的带宽、信息速率及频带利用率。
数字信号的频带传输详解
Amplitude Shift Keying
一、数字幅度调制
二进制幅移键控(2ASK) OOK
基本思想：利用数字基带信号键控载波幅度的变化，即传
送“1;φc)，传送“0”信号 无载波输出。
以概率 P 发送“ 1”时 Acos(c t c ), 2 ASK信号波形：eOOK (t ) 0， 以概率1 P 发送“0”时
t
(c) s2 t cos 2t
1
t
2FSK实现方法（一）
相位连续的2FSK信号
压控振 荡器
21
2FSK实现方法（二）
22
相位连续性
23
三、数字调相
概念 —— 以基带数据信号控制载波的相位，称为数
字调相，又称相移键控，简写为PSK。
Phase Shift Keying
基本思想：
利用基带数字信号控制载波相位的变化来传输数字信息“1”和“0”
数字基带调制信号 以2ωc为载波频率 的高频信号
将此信号通过低通滤波器就可以滤除第二项，只输出第一项，从 而得到原调制信号。
二、数字调频
概念 —— 以基带数据信号控制载波的频率，称为数
字调频，又称频移键控，简写为FSK。 Frequency Shift Keying
二进制频移键控(2FSK)
基本原理
数字信号的频带传输
1
基带和频带传输模型
数字信号 码型生成器 数字信道 接收 滤波器 抽样判决器
噪声
数字基带传输模型
数字基带 信号 调 制 器 信道 接收 滤波器 解 调 器 抽 样 判 决 器
噪声
频带传输模型
2
基本概念
通信原理06
s 2 ( t ) A cos 2 ( t )
0 t Tb 0 t Tb
经非理想信道传输，接收信号中的载波初始
相位未知，且是随机的。接收信号表示为
rt
s1 ( t ) A cos( 2 f 1 t ) n w ( t )
s 2 ( t ) A cos( 2 f 2 t ) n w ( t )
图6.2.17 2FSK两信号的互相关系数ρ
１２
与
两载波间隔2Δ f之间的关系
4. 2FSK信号的带宽
2FSK信号的近似带宽由卡松公式给出
B FSK 2 f 2 B
假设以数字基带信号功率谱密度的主瓣宽
度为带宽B，则B=Rb。于是，2FSK信号的
带宽是
5. 2FSK信号的解调及其误比特率
Ps ( f ) A
2
4
[ Pb ( f f c ) Pb ( f f c )]
(2) OOK信号的平均功率谱密度
图6.2.3 单极性不归零码及OOK信号的双边功率谱密度
3. OOK信号的接收及其误比特率
图6.2.4 利用带通型匹配滤波器进行解调的最佳接收
带通匹配滤波器的传递函数表示为
f
b ( ) d ] R e[ v ( t ) e
j c t
]
复包络
3. 2FSK两个信号波形之间的互相关系数
2FSK中s1(t)与s2(t)两信号波形之间的互相关系数
2FSK的两信号之间的互相关系数是两载频的频率 间隔 (f１-f２=2Δf)的函数。在ρ１２=0时，表示s1(t) 与s2(t)正交，此时的两载频的最小频率间隔为
通信原理第6章数字频带传输系统-简
影响因素
误码率受到多种因素的影 响，包括信噪比、信号功 率、信道特性等。
降低方法
为了降低误码率，可以采 用差错控制编码、信道优 化、提高信号功率等方法。
频带利用率
频带利用率
是指数字频带传输系统在单位频 带内的数据传输速率，是衡量数 字频带传输系统性能的重要指标
之一。
影响因素
频带利用率受到多种因素的影响， 包括信号调制方式、信道带宽、数 据传输速率等。
提高信号的抗干扰能力，减少信号失真和畸变，提高通信系统的性 能。
频谱效率优化
频谱效率优化
01
通过提高频谱利用效率和降低频谱占用率，实现通信系统的节
能和高效运行。
频谱效率优化方法
02
采用高效调制技术、频谱压缩技术、频谱共享技术等，提高频
谱利用效率。
频谱效率优化的优势
03
降低通信系统的能耗和成本，提高通信系统的容量和覆盖范围，
有线电视网络
移动通信网络
利用数字频带传输系统，实现高质量的视 频传输和交互式电视服务。
利用数字频带传输系统，实现手机、平板 电脑等移动终端的高速数据传输和语音通 话。
02
数字频带传输系统的基本 原理
数字信号的调制和解调
数字信号的调制
将数字信号转换为适合在信道中 传输的信号形式，常用的调制方 式有振幅键控、频率键控和相位 键控等。
数字信号的频谱特性
数字信号的频谱
数字信号的频谱由离散谱和连续谱两部分组成，离散谱对应于信号的频率分量， 连续谱对应于信号的过渡频率分量。
数字信号的功率谱密度
描述数字信号能量在各频率分量上的分布情况，是评估数字信号频带利用率的 重要参数。
03
数字频带传输系统的性能 指标
第6章数字信号的频带传输
第6章数字信号的频带传输教学目的：1、掌握2ASK、2FSK的原理、实现方法及解调方法。
2、掌握2PSK、2DPSK的原理、实现方法及解调方法。
3、理解2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK信号的频谱图。
4、2PSK和2DPSK的相互转换关系及相对码与绝对码的关系。
教学重难点：1、2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK的原理，实现方法与解调方法。
2、2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK的频谱图。
3、2PSK和2DPSK的相互转换关系及相对码与绝对码的关系。
课时安排：2节教学方式：讲授教学过程：引言：大多数用于通信的传输媒质，其适合于传输的速率窗口不在基带，而在高频的某个频段，因此必须将数字基带信号经过调制后才能进行可靠传输。
为了实现数字信号的频带传输，必须用数字信号对载波进行调制。
传输数字信号有三种基本的调制方式，即振幅键控(ASK)、频移键控(FSK) 和相移键控(PSK) 。
6.1 二进制数字调制与解调原理6.1.1 二进制振幅键控调制(2ASK)1、2ASK的时域表达式及波形（1）表达式：（2）信号波形：2、2ASK信号的产生与解调（1）产生方法一：相乘电路法方法二：键控法：（2）解调方法一：非相干解调法(包络检波法)方法二：相干解调法(同步检波法)3、频谱特性2ASK信号的功率谱的特点：2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成2ASK信号的带宽是基带脉冲波形带宽的两倍6.1.2 二进制频移键控调制（2FSK）定义：当传送“1”码时送出一个频率，传送“0”码时送出另一个频率，称为二元移频键控（2FSK）。
1、2FSK的时域表达式及波形（1）表达式：t t s t t s t S FSK 212cos )(cos )()(ωω+=（2）波形2FSK 信号波形可看作两个2ASK 信号波形的合成。
下图是相位连续的2FSK 信号波形。
2、2FSK 信号的产生与解调 （1）产生方法一：用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频。
第六章 数字信号的频带传输.
第六章数字信号的频带传输6.1 下图中，A点信号是幅度为1的单极性不归零码，二进制序列独立等概，速率为，B点信号是OOK，载波频率是。
请给出A、B两点的功率谱密度，并画出功率谱密度图。
解：A点信号等价于幅度为的双极性不归零信号叠加了一个幅度为的直流，因此该点的功率谱密度为B点OOK信号的功率谱为6.2已知二进制OOK数字通信系统中发送的二元信号是、，持续时间为。
OOK信号传输中受到功率密度为的加性高斯白噪声的干扰，接收信号为，(1请分别画出最佳相干接收及非相干接收框图；(2请分别推导出它们的平均误比特率（设与等概出现，）。
解：(1最佳相干接收机框图如下最佳非相干接收机框图如下(2最佳相干：发送时抽样值Z是0均值高斯随机变量，其方差为因此，故发送时，同理可得。
与等概出现，故最佳门限是的解，可得。
故平均误比特率为最佳非相干：的复包络是设带通滤波器的冲激响应是，其复包络是，则带通滤波器的等效基带冲激响应是因此其中是体现非相干的一个任意相移。
通过带通滤波器后的复包络是在最佳取样时刻的输出是白高斯噪声通过带通滤波器的输出是窄带高斯噪声，其复包络为其方差为包络检波器在采样点的输出是其中和的方差是。
在大信噪比条件下，发送时采样点的输出是与等概出现，故最佳门限近似为。
故平均误比特率为6.3已知2FSK系统的两个信号波形为，，其中，与等概出现。
(1画出两信号的波形图，求出平均比特能量及两信号波形的相关系数；(2若2FSK信号在信道传输中受到功率谱密度为加性白高斯噪声的干扰，请画出最佳接收框图，并推导其误比特率。
解：(1两信号波形如下、的能量分别为，平均比特能量为。
相关系数为(2在白高斯噪声干扰下的最佳接收框图如下图中的判决量其中，是均值为0的高斯随机变量，其方差为因此发送、时判决量y的概率密度函数分别为，最佳判决门限满足，故有。
此时因此平均误比特率是6.4下图中，A点信号是幅度为1的双极性不归零信号，二进制序列独立等概，速率为，B点信号是BPSK，载波频率是。
数字通信 第六章 数字信号的频带传输技术 习题及答案
第六章数字信号的频带传输技术习题6-l 已知二进制数字序列10011010，设：载频为码元速率的2倍(对于2FSK来说，f 2＝2 f 1，)；请画出以上情况的2ASK、2FSK和2PSK、2DPSK波形：解：载频为码元速率的2倍(对于2FSK来说，f 2＝2 f 1，)10011010已知二进制数字序列(1)码元速率为1200Baud，载波频率为1200Hz；(2)码元速率为1200Baud，载波频率为1800Hz。
分别画出上述两种情况的2PSK、2DPSK及相对码{b n}的波形(假定起始参考码元为1)。
解：(1)码元速率为1200Baud，载波频率为1200Hz；则载频与码元速率相等。
178179解、(2)码元速率为1200Baud ，载波频率为1800Hz 。
载频与码元速率为1：1.56-3 设某2FSK 调制系统的码元传输速率为1000Baud ，已调信号的载频为1000Hz 和2000Hz ．(1)若发送数字信息为101011，试画出相应的2FSK 信号波形；(2)试讨论这时的2FSK 信号应选择怎样的解调器解调?(3)若发送数字信息是等概率的，试画出它的功率谱密度草图。
解：(1) 若发送数字信息为101011，试画出相应的2FSK 信号波形；180解 (2)试讨论这时的2FSK 信号应选择怎样的解调器解调?答 ：选择相干解调和非相干解调器解调均可。
解 (3)若发送数字信息是等概率的，试画出它的功率谱密度草图。
6-4 设传码率为200Baud ，若是采用八进制ASK 系统，求系统的带宽和信息速率？若是采用二进制ASK 系统，其带宽和信息速率又为多少?解 ：已知八进制ASK 系统传码率Baud R B 200=,系统的带宽:：Hz R B B B 200==, 信息速率： s bit R R B b /60032008log 2=⨯=⨯=二进制ASK 系统：系统的带宽:：Hz R B B B 200==，信息速率： s bit R R B b /20012002log 2=⨯=⨯=6-5 传码率为200Baud ，试比较8ASK 、8FSK 、8PSK 系统的带宽、信息速率及频带利用率。
第6章 数字频带传输系统
4
(6.2.25) 为解调器的
r a / 2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱn
输入信噪比，需要注意的是，上式是在 大信噪比的条件下得到的，实际上，采 用包络检波法的接收系统通常工作在大 信噪比的情况。 《通信原理课件》
dV
《通信原理课件》
e
b
2
2 2 n
(6.2.18)
式(6.2.17)中Q[· ]函数定义为:
Q( , ) tI 0 ( t )e
( t 2 2 ) 2
dt
a
n
,
b
n
,t
V
(6.2.19)
n (6.2.20)
(6.2.21)
经分析可得系统总误码率Pe为：
Pe P(1) Pe1 P(0) Pe 0
《通信原理课件》
如果P(1)=P(0) ，则有
2 1 a b b2 2 n Pe {1 Q( n , n ) e } (6.2.22) 2
按照式（6.2.22）计算出的误码率等于 图6.6中画有斜线区域总面积的一半。由 式（6.2.22）可知，当基带信号发送概 率等概时，Pe与b有关。一般总可以找到 一最佳判决门限b=b*，使误码率Pe最小， 式（6.2.22）中，求偏导
(6.2.9)
发送“1”时 发送“0”时
由于ni(t)是一个窄带高斯过程，设其均 2 值为0、方差为 。由式（3.5.17） n 可得:
(6.2.11) 将(6.2.10)和式(6.2.11)代入式(6.2.9) 得到带通滤波器的输出波形:
ni (t ) nc (t )cos ct ns (t )sin ct
1,0t Ts g (t ) {0,其他
第6章数字信号频带传输概论
码元为“1”时，2DPSK信号的相位变化180。码元为 “0”时，2DPSK信号的相位不变，可简称为“1变0不 变”。 举例：假设码元宽度等于载波周期的1.5倍
32
2. 功率谱密度
2DPSK可以与2PSK具有相同形式的表达式
不同的是2PSK中的基带信号对应绝对码序列； 2DPSK中的基带信号对应相对码序列。
Rcosct (t)
包络R的概率密度符合莱斯分布，即：
② 基带信号为升余弦滚降信号
基带信号带宽有限宽
2ASK信号带宽有限宽
1
BB 2T
Bs 2BB
Bs
1
T
图7-3 升余弦滚降基带信号的2ASK信号功率谱
(a)基带信号功率谱； (b) 已调信号功率谱
9
3) 2ASK信号的调制方法
sASK (t) ang(t nTs )cosct
n
开关电路
经与相干载波相乘，再经低通，解调器输出为：
y(t) A nI (t)
nI(t)是均值为0，方差为 nI 2(t) 2 的高斯噪声。
所以y(t)是均值为A的高斯随机过程，其一维概率密度函数为
p1( y)
1
e y A2 / 2 2
2
同理可得当发送0时y(t)幅度的一维概率密度函数为
p0 ( y)
振幅键控
频移键控
相移键控
4
二进制数字调制
二进制是数字调制最简单的情况，它改变载波的幅 度、频率、相位只有两种状态。
1 二进制幅度键控（ASK：amplitude shift keying ） 1) 2ASK信号时域表达式 2ASK信号，其幅度按调制信号取0或1有两种取值，
最简单的形式为通断键控（OOK）。
第6讲-1 数字频带传输系统
2DPSK方式是用前后相邻码元的载波相对相位变 方式是用前后相邻码元的载波相对相位变 方式是用
化来表示数字信息。 来表示数字信息。 假设前后相邻码元的载波相位差为∆φ， 假设前后相邻码元的载波相位差为 ， 可定义 一种数字信息与∆φ之间的关系为 一种数字信息与 之间的关系为
0, ∆ϕ = π , 表示数字信息“ 0” 表示数字信息“ 1”
表示第n个符号的绝对相位 个符号的绝对相位， 若用φn表示第 个符号的绝对相位，则
ϕn
00, = 180 0 , 发送符号“ 发送符号“ 1” 0”
Ts A O t
－A
以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信 号的调制方式，称为二进制绝对移相方式。 号的调制方式，称为二进制绝对移相方式。 二进制绝对移相方式
t
t
t
振幅键控
频移键控
相移键控
数字调制可分为二进制调制和多进制调制。 数字调制可分为二进制调制和多进制调制。 二进制调制
二进制数字调制与解调原理
1.1 二进制振幅键控（2ASK） 二进制振幅键控（ ）
振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号 振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号 幅度 而变化的数字调制。 而变化的数字调制。 当数字基带信号为二进制时， 当数字基带信号为二进制时，则为二进制振 幅键控。 幅键控。
第6章 数字信号的频带传输190410
其中， s (t)为单极性NRZ信号，引用例5.1的结果
Ps
(
f
)
1 4
TbSa
2
(
fTb
)
1
4
(
f
)
代入式（6.2-5）得，2ASK信号功率谱
Pe ( f
) Tb {Sa2[ ( f
16
fc )Tb ] Sa2[ ( f
fc )Tb ]}
1 [ ( f
16
fc) ( f
fc )]
（6.2-7）
可以证明最佳门限：
U
d
a
/
2
误码率：
Pe
1
e
r 4
2
适用条件：等概、大信噪比、最佳门限。
其中
2020/6/8
a2
r
2
2 n
－－包检器输入信噪比。
通信原理 20
第6章 数字信号的频带传输
讨论： ● 在大信噪比情况下，相干解调2ASK系统的抗噪声性能优
于非相干解调系统。
Pe包检
1 2
r
e4
Pe相干
必须注意，式（6.2-24）、式（6.2-25）的适用条件是等概、 最佳门限。
2020/6/8
通信原理 16
第6章 数字信号的频带传输
2、 包络检测时2ASK系统的误码率
分析模型：
s2ASK (t)
n(t)
y (t )
s2ASK (t)
BPF
ni (t)
半波或全 波整流
LPF
包检器
抽 样 {an}
sR
(t
)
a 0
cosct，发“1”
，发“0”
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二进制频移键控（2FSK）
2FSK的调制
二进制频移键控（2FSK）
2FSK的解调——借鉴2ASK的解调
二进制频移键控（2FSK）
2FSK的实用解调方法——过零检测法
高阶调制
2ASK、2PSK、2FSK的优缺点 优点：实现简单、分析容易； 缺点：信息的传输速率低，一个码元周期内只能传送1比特
I
(t )[1
cos
2ct ]
1 2
Q(t) sin
2ct
Q路信息的提取
高频分量
SMPSK (t) sin ct I (t) cosct sin ct Q(t) sin ct sin ct
1 2
Q(t )[1
cos
2c t ]
1 2
I
(t)
sin
2ct
高频分量
Q
4PSK d 2
I 16PSK d 2 sin
16
多进制正交幅度调制（MQAM）
回顾MASK和MPSK MASK只利用了幅度信息，分布在星座图的I轴上； MPSK只利用了相位信息，分布在星座图的圆周上； 能否同时利用幅度信息与相位信息？——构建更复杂的 星座图 复平面上可以构建任意的星座图（离散的复数集合） 构建星座图需要考虑的因素 平均功率——所有复数的模平方的均值 峰值功率——所有复数最大的模平方 符号间距——邻近符号对应复数的几何距离
抽样判决，也称为再生，这是 数字通信必不可少的，它能消
除噪声积累！
二进制幅度键控（2ASK）
相干解调（Coherent Demodulation）
相干解调需要恢复相 干载波！！载波同步
二进制幅度键控（2ASK）
相干解调的频域解释 将频谱搬移回去，再将不需要的频谱进行滤除
二进制相移键控（BPSK）
多址 接入
载波传输的基本原理
傅立叶变换的基本性质
通过与载波相乘，可以搬移频谱！！
数字调制的基本概念
回忆模拟调制 模拟信号与载波信号相乘，实现频谱的搬移； 利用载波信号的幅度、相位、频率携带模拟信息
数字调制 调制信号是数字信号 键控—— Shift keying , ASK FSK PSK
多进制相位键控（MPSK）
MPSK的解调框图
多进制相位键控（MPSK）
MPSK的复函数表示 根据复数的表示
其中表征数字信息的信号为
多进制相位键控（MPSK）
星座图 以上表示称为等效基带模型 等效的基带信号表示将信号集合对应于复平面上的离散 点的集合，这些离散点集合的几何表示称为星座图
时域表达式 SOOK(t) an A cos ct A ——载波幅度
c ——载波频率
an ——二进制数字信号
二进制幅度键控（2ASK）
一般形式的2ASK
B(t) an g(t nTs )
n
S ASK
an g(t nTs ) cosct
n
Ts ——基带信号间隔
实用二进制差分相移键控的解调
无需相干载波， 简化系统
二进制频移键控（2FSK）
数字频率键控Frequency Shift Keying 通过数字序列控制载波频率，从而加载信息； 数字FSK在军事通信上也能有效抗干扰
2FSK 载波频率随着调制信号1或0而变。
SFSK
(t)
bi ai bi1
ai
bi
bi 1
Ts
二进制差分相移键控（2DPSK）
二进制差分相移键控的解调
ci bi bi1
bi
ci
Ts bi1
0相 ci ai bi1 bi1 ai
相
ci bi bi1 ai bi1 bi1
二进制差分相移键控（2DPSK）
回顾2PSK
S BPSK
(t)
an g(t nTs ) cosct
n
多进制相位键控
载波相位的变化有多种取值
1 an -1
发送“1”时 发送“0”时
多进制相位键控（MPSK）
表达式
MPSK可以看成对两个正交载波的MASK叠加，带宽与MASK 相同，为基带信号带宽的两倍！
多进制正交幅度调制（MQAM）
多进制正交幅度调制Quadrature Amplitude Modulation 一种典型的星座图，点均匀分布于星座图上，具有对称 特性
BPSK等同于抑制载波的双边带调制！
二进制相移键控（BPSK）
BPSK的调制
二进制相移键控（BPSK）
BPSK解调 能否采用非相干解调？——不可以 相干解调——与2ASK完全相同
二进制相移键控（BPSK）
载波恢复 相干载波，要求同频同相； 载波须从信号中提取，需要采用非线性变换； 书上的内容感兴趣的同学自学： 平方环； 科斯塔斯环；
an
g
(t
nTs
n g(t nTs ) cos2t
n
n
an是an的反码
二进制频移键控（2FSK）
功率谱 由表达式，二进制频移键控信号可以看成两个不同载频的幅 度调制信号2ASK之和，带宽展宽 幅值恒定；
f 2B f2 f1
二进制调制是数字调制的最简单形式，其分析方 法、原理框图等是学习其他调制方法的基础！
二进制幅度键控（2ASK）
幅度键控——Amplitude Shift Keying (ASK) 通过控制载波的幅度变化，传递数字信号 二进制幅度键控（2ASK） 最简单的方式——通-断键控（On Off Keying）
现代通信原理
2010.9~2011.1
第六讲 数字信号的载波传输
主要内容
数字调制的概念 数字调制和解调 最佳接收 误码分析 恒包络调制
数字调制与模拟调制的异同？ 数字调制要关注哪些参数？
为什么要采用高阶调制？ 有哪些常用的高阶调制？ 如何实现数字信号的最佳接收？ 数字调制的误码率如何推导？ 为什么要采用恒包络调制？
)
由图可见
它是基带信号功率谱向fc和 -fc两边平移；
功率谱宽度是基带的二倍；
二进制幅度键控（2ASK）
如果基带信号采用了升余弦滚降成形，则调制信号的功 率谱是什么样？
二进制幅度键控（2ASK）
2ASK的解调 OOK解调最直观的方法 针对采用能量检测的方法，有信号能量的码元时间 内判为1，没有信号能量的码元时间内判为0 这种方法无需本地同频同相的载波，故称“非相干 解调”（Non-coherent Demodulation）
S BPSK
(t)
an g(t nTs ) cosct
n
1 an -1
发送“1”时 发送“0”时
与2ASK的区别： 基带码型不同：2ASK是单极性非归零码；BPSK是双极性非归 零码；
功率谱：连续谱相同，2ASK有离散谱，BPSK没有离散谱； 带宽：相同，都是基带带宽的两倍
问题：为什么都要选用环路？
二进制差分相移键控（2DPSK）
有记忆调制调制 一个码元周期内的波形由多个不同的码元联合决定；
为什么需要有记忆调制 频谱成形——适应信道的传输特性； 克服载波相位的模糊度 载波相位的模糊度的来源——由高倍频分频得到载波时存在 载波相位的模糊度； 载波相位模糊度的影响——解调数字信号反相；
g(t)——基带信号的时间波形
一般形式与OOK的比较
OOK的成形脉冲是简单的矩形
？ g(t)有什么影响？ 矩形有什么问题？
二进制幅度键控（2ASK）
功率谱密度
SASK
an g(t nTs ) cosct
n
ASK
( )
1 4
B
(
c
)
B
(
c
高阶调制 在每个符号间隔内，发送的符号有多种选择，每个符号 携带的信息加大； MASK MPSK MFSK MQAM
多进制幅度键控（MASK）
回顾2ASK
S2 ASK
an g(t nTs ) cosct
n
an (0,1)
多进制幅度键控MASK 信号的表达式不变，只是数字符号的取值集合变大了
回顾香农信道容量定理
C B log(1 S ) Bn0
信噪比提高可增大信道容量，但二进制调制却限定了传输速率的 提高
发动机功率大了，路面好了，可是受限于 车辆的容积，无法进一步提高乘客数量！
高阶调制
提高信息传输速率的办法 造双层汽车，在不改变路面宽度的情况下，提高载客的 数量 付出的代价：更大功率的发动机，改善路面的状况
多进制幅度键控（MASK）
MASK的调制 与2ASK相同的方法，调制之前需要将比特映射成符号； 幅度取值多，且完全由幅度携带信息，调制器的线性度要求高
多进制幅度键控（MASK）
MASK的解调 非相干解调：与2ASK类似，需要多个能量判决门限；
相干解调：与2ASK类似，需要多个幅度判决门限；
研究对象
研究对象在数字通信系统中的位置
消息码元
信源 格式化
信源 编码
数字输入 消息码元
加密
信道 编码
比特流
多路 复用
脉冲 调制
带通 调制
频率 扩展 复用
同步
数字基带波形 数字频带波形
数字输出
消息码元