数字调制

3.4 数字信号的调制与解调
数字通信的优势
• • • • 抗干扰能力强 便于加密处理 便于与计算机联网 便于利用计算机对数字信号进行存储、 处理和交换 • 便于设备的集成化和微型化
数字通信系统方框图
3.4.1 数字信号调制方法分类 1、数字信号调制方法分类 缺点： 缺点： 频谱利 用率低; 用率低; 带外辐 射严 重。
（3）误码率 用户接收到的数字码流与信源发送出的原始码流相比， 用户接收到的数字码流与信源发送出的原始码流相比， 发生错误的码字数占信源发送出的总码字数的比例。 发生错误的码字数占信源发送出的总码字数的比例。
3.4.2 多进制和数字基带信号的数学表达式 1、单极性与双极性 (a)所示的是用单极性波来表示二进制数 所示的是用单极性波来表示二进制数， 图(a)所示的是用单极性波来表示二进制数，宽度为Tb的码位 有两种状态，高电平表示数字“ 低电平代表数字“ 有两种状态，高电平表示数字“1”，低电平代表数字“0”， 电压脉冲都是正的，表示二进制数的脉冲属单极性波。 电压脉冲都是正的，表示二进制数的脉冲属单极性波。
3.4.2 多进制和数字基带信号的数学表达式 多进制数传输信号的作用： 多进制数传输信号的作用： 无线通信中引入多元波来表达多进制数的目的是提高数 字信号传输的速率。 字信号传输的速率。 (a)是用二进制数进行传 (a)是用二进制数进行传 输二进制数“ 输二进制数“101101”的波 形图 b)是用四进制数传输四 (b)是用四进制数传输四 进制数“011011100010（用 进制数“011011100010（ 二进制表示四进制数） 二进制表示四进制数）的波 形图 (a)只传输 只传输6 (a)只传输6位二进制 数在相同的时间间隔内 。 (b)共传输了12位二进制数 (b)共传输了12位二进制数 共传输了12
u ASK ( t ) ACos( ω c t + φ ) = S ( t ) AU cm Cos 2 ( ω c t + φ )
= 1 1 S ( t )U cm A + S ( t )U cm ACos 2( ω c t + φ ) 2 2
高频成分
3.4.4 数字信号解调 2、FSK信号解调 FSK信号解调 （1）非相干解调 FSK已调波可认为是两个不同载波频率f1和f2的ASK信号相 已调波可认为是两个不同载波频率f1 FSK已调波可认为是两个不同载波频率f1和f2的ASK信号相 加构成。 加构成。
3.4.3 数字信号调制 1、ASK调制信号的产生 ASK调制信号的产生 两种方法： 两种方法：相乘法和开关法 （1）相乘法 相乘， 基带信号S(t)和载波信号UcmCos(ωct+φ)相乘，其输出信号 即为ASK ASK调制信号 即为ASK调制信号uASK(t)。 下面通过一个实例来说明。 下面通过一个实例来说明。
3.4.2 多进制和数字基带信号的数学表达式 2、数字基带信号的表达式 （1）单极性波 基带信号的一个二进制数{ 基带信号的一个二进制数{a0a1a2……an……}可以表示为
S( t ) =
∑a
n
n g( t
− nTb )
{a0a1a2……an……}=101101 例如， =1， =0， =1， 例如， a0=1，a1=0，a2=1， 代入上式， a3=1，a4=0，a5=1代入上式， =1， =0， 右图的数字信号表示为
3.4.1 数字信号调制方法分类 2、数字信号调制的主要性能指标 （2）频谱效率 频谱效率定义为每赫兹(Hz) (Hz)带宽的传输频道上可以传输的数 频谱效率定义为每赫兹(Hz)带宽的传输频道上可以传输的数 字信息的比特率，单位是bit/s/Hz bit/s/Hz， 字信息的比特率，单位是bit/s/Hz，频谱效率主要用于衡量 各种数字调制技术的效率。 各种数字调制技术的效率。
3.4.3 数字信号调制 2、FSK调制信号的产生 FSK调制信号的产生 振荡器 1 和 2 分别产 生角频率为 ω1 和 ω2 的余弦波 uc1(t) 和
uc2(t)
当基带信号为“ 当基带信号为“1”时，开关电路接通K1，输出信号为uc1(t)， ω1。 其角频率ω1。 当基带信号为“ 当基带信号为“0”时，开关电路接通K2，输出信号为 uc2(t)，其角频率为ω2，于是得到右图所示的FSK调制波。 于是得到右图所示的FSK调制波。 FSK调制波
解决方案： 近十年来陆续提出的调制技术， 解决方案 ： 近十年来陆续提出的调制技术 ， 如最小频移键控 （ MSK ） 、 高 斯 滤 波 最 小 频 移 键 控 （ GMSK ） 、 正 交 幅 度 调 制 QAM） 和正交频分复用调制（ OFDM） （ QAM ） 和正交频分复用调制 （ OFDM ） 等称为现代数字调制技 术。
3.4.1 数字信号调制方法分类 2、数字信号调制的主要性能指标 (1)比特率和波特率 (1)比特率和波特率 比特率是指数字信号传输的速率， 比特率是指数字信号传输的速率，定义为每秒传输的二进制 代码的有效位数， 单位是bit/s bit/s， 代码的有效位数 ， 单位是 bit/s ， 表示每秒可传输多少个二 进制位数。常用的比特率单位还有kbit/s Mbit/s等 kbit/s和 进制位数。常用的比特率单位还有kbit/s和Mbit/s等。 波特率指数字信号对载波的调制速率，它表示单位时间内 波特率指数字信号对载波的调制速率， 的码元个数，其单位是波特，baud。 的码元个数，其单位是波特，baud。 波特率和比特率是两个不同的概念，但又有联系。 波特率和比特率是两个不同的概念，但又有联系。 如果数字信号所用的是二进制， 如果数字信号所用的是二进制，波特率和比特率在数值上 相等。 相等。 假如采用的是多进制，比特率（信号传输速率） 假如采用的是多进制，比特率（信号传输速率）和波特率 载波调制速率）在数值上也不相等。 （载波调制速率）在数值上也不相等。
3.4.4 数字信号解调 主要分为： 主要分为：相干解调和非相干解调 （1）非相干解调
ASK信号解调 1、ASK信号解调
经带通滤波器（BPF） 待解调信号uASK(t)经带通滤波器（BPF）滤除接收信号中的带外信 号和其它干扰，然后检出信号的包络线，再经低通滤波器（LPF） 号和其它干扰，然后检出信号的包络线，再经低通滤波器（LPF）滤 除其中的高频成分，即可复原基带信号。 除其中的高频成分，即可复原基带信号。
3.4.3 数字信号调制 1、ASK调制信号的产生 ASK调制信号的产生 相乘法实例 二进制数“ 输入的基带信号S(t)（二进制数“101101”）由下式表示
S ( t ) = g ( t ) + g ( t − 2Tb ) + g ( t − 3Tb ) + g( t − 5Tb )
u ASK ( t ) = [g( t ) + g ( t − 2Tb ) + g( t − 3Tb ) + g( t − 5Tb )]U cm Cos( ω c t + φ )
u FSK (t ) = uASK 1 (t ) + u ASK 2 (t ) = a1U cmCosω1t + a2U cmCosω2t
已调波经滤波器BPF1 和 BPF2 滤波后 ， 式中第一项被送往包络 已调波经滤波器 BPF1 BPF2 滤波后， BPF 检波器1 第二项送往包络检波器2 检波器1， 产生信号x1(t)；第二项送往包络检波器2，产生信 进行采样比较， 号 x2(t) ，采样判决电路对 x1(t) 和 x2(t) 进行采样比较， x1(t) 大于 出信号 大于 x2(t) ， 判 定输 出 信号 S(t) 为 “ 1” ， x1(t) 小 于 x2(t) ， S(t)为“0”，如此，即可检出基带信号。 如此，即可检出基带信号。
两者相乘： 载波信号为UcmCos(ωct+φ) ，两者相乘：
3.4.3 数字信号调制 1、ASK调制信号的产生 ASK调制信号的产生 （2）开关控制法 载波信号发生电路产生等幅余弦波， 经开关控制形成ASK ASK调 载波信号发生电路产生等幅余弦波 ， 经开关控制形成 ASK 调 制波，基带信号为“ 时控制器开关接通输出高频振荡， 制波，基带信号为“1”时控制器开关接通输出高频振荡，基 带信号为“ 时开关断开，输出信号电平为零， 带信号为“0”时开关断开，输出信号电平为零，于是同样得 到右图所示的调制结果。 到右图所示的调制结果。
3.4.3 数字信号调制 3、PSK调制信号的产生 PSK调制信号的产生 （1）相乘法 和载波信号相乘， 让双极性的数字基带信号S1(t)和载波信号相乘，即可得到 PSK调制波 如图所示。 调制波， PSK调制波，如图所示。
下面通过实例说明FSK调制波的产生。 下面通过实例说明FSK调制波的产生。 FSK调制波的产生
S1 ( t ) =
∑ {a
n
n g( t
− nTb ) + ( a n − 1 ) g( t − nTb )}
设二进制数为 {a0a1a2……an……}={101001} ， 表明 a0=1 ， 设二进制 数为 }={ a1=0，a2=1，a3=0，a4=0，a4=1，代入上式可得
S 1 ( t ) = g ( t ) − g ( t − Tb ) + g ( t − 2Tb ) − g ( t − 3Tb ) − g ( t − 4Tb ) + g ( t − 5Tb )
3.4.4 数字信号解调 1、ASK信号解调 ASK信号解调 (2)相干解调 让已调信号与同步的载波信号相乘， 让已调信号与同步的载波信号相乘，所得的乘积包含基带 信号和其它高频信号，用滤波器滤除高频信号， 信号和其它高频信号，用滤波器滤除高频信号，即可复原基 带信号。 带信号。
u ASK ( t ) = S ( t )U cm Cos( ω c t + φ ) ASK调制波为 ASK调制波为 相乘： 与信号Acos(ωct+φ)相乘：