通信原理讲义-第六章 数字信号的载波传输1二进制调制

红线为 h=0.5 的情况 绿线为 h=0.7 的情况 蓝线为 h=1.5 的情况
Fc-0.5Rs fc
fc+0.5Rs
w
二进制频率键控的调制方法
W1振荡器 二元单 极性码 输入 取反 W2振荡器
门
门
二进 制频 率键 控 2FSK 输出
二进制频率键控的解调方法（非相干）
2FS K信 号 输 入
W1带通 滤波器
1
1 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 2 0 -0 . 2 -0 . 4 -0 . 6 -0 . 8 -1
0
0
1
0
0
5 0
1 0 0
1 5 0
2 0 0
2 5 0
3 0 0
3 5 0
4 0 0
4 5 0
5 0 0
二进制相位键控调制的表示
设 输 入 的 二 进 制 序 列 为 ：an ，n 1,2 N 则 二 进 制 相 位 键 控 信 号2PSK在nT s到 (n+1)T s之 间 的 信 号 可 以 表 示 为 ： ：
第六章 数字信号的载波传输
二进制数字调制 匹配滤波器原理 多进制数字调制


为了使数字信号能够在带通的信道中传输，以 及为了实现远距离传输，需要对数字信号进行 调制，即加载到高频载波上之后进行传输。 由于调制信号是数字基带信号，而数字基带信 号仅有有限种码字，如，0、1。数字信号的调 制形式类似于用数字键来控制载波，所以数字 信号的调制一般称为键控。
1
0
1
0
0
5 0
1 0 0
1 5 0
2 0 0
2 5 0
3 0 0
3 5 0
4 0 0
4 5 0
5 0 0
二进制幅度键控调制的表示
an ， n 设输入的二进制序列为：
an
1, 2 N
，
0 或 1。 载 波 为
A cos( w c t )
则 二 进 制 幅 度 键 控 信 号 2ASK 在 nTs 到 (n+1)Ts 之间的信号可以表示为：
s2 ASK (t ) an g (t nTs ) A cos( wc t )
其 中 g ( t ) 为 起 点 为 0， 终 点 为 Ts 的 方 波 脉 冲 ， Ts 为 码 元 周 期 。
g(t)
0 Ts
g(t-nTs) t
0 nTs (n+1)Ts
t
二进制幅度键控调制的频谱
二进制幅度键控的频谱
包络 检波 位定时 采样 判决
W2带通 滤波器
包络 检波
二 进 制 序 列 输 出
二进制频率键控的解调方法（相干）
W1带通 滤波器 2FS K信 号 输 入 W2带通 滤波器 Cos(w1t) 位定时 采样 判决 包络 检波
Cos(w2t)
包络 检波
二 进 制 序 列 输 出
二进制频率键控的解调方法 （过零检测）
t
二进制相位键控的调制方法
二元单 极性码 输入 双极性码 电平转换 二进制相位键控 2PSK输出
Acos(wct)
载波发生器
二元单 极性码 输入
双极性码
电平转换 选相开关 0
二进制相位键控 2PSK输出
载波发生器
二进制相位键控解调中载波恢复 存在的问题




二进制相位键控解调中载波恢复一般采用锁相法， 但锁相法恢复的载波有相位不确定问题 即设发射载波为cos(wct)，则恢复出的载波可能为 cos(wct)，也可能为cos(wct+) 故如采用绝对调相，发送序列为110011，则解调 采样后得到的序列有可能是110011，也有可能是 原序列的求反即001100 所以，在二进制相位键控中，一般采用差分二进 制相位键控（DPSK）。因为DPSK有效地解决了上 述问题
但接收端恢复出的载 波信号是原载波信号 的反向波 则接收端得到的码序 列是原序列的求反
0
0
0
1
1
0
1
1


而对于DPSK来说 设绝对码序列为：为1100110，则实际发送的相对码序列（DPSK） 为 1000100。 接收端对相对码的接收有两种可能， 一种是： 1 0 0 0 1 0 0， 则反解： 1+0+0+0+1+0+0 1 0 0 1 1 0。 另一种是： 0111011， 反解后还是： 100110。 可见两种情况经差分调制和解调后得到的码序列是相同的且都等 于原码序列。
) cos( wt) an 1 Ag(t nTs s2PSK(t) ) cos( wt) an 0 Ag(t nTs
其 中g (t ) 为 起 点0， 终 点T s的 方 波 脉 冲 ， T s为 码 元 周 期
g(t)
0 Ts
g(t-nTs) t
0 nTs (n+1)Ts
0
0
1
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
二进制频率键控调制的表示
设输入的二进制序列为：a n ， n
1, 2 N
则二进制频率键控信号 2FSK 在 nTs 到 (n+1)Ts 之 间的信号可以表示为：
Ag (t nTs ) cos( w1t ) a n 1 s 2 FSK (t ) Ag (t nTs ) cos( w2 t ) a n 0
1、二进制幅度键控


二进制幅度键控相当于用下面特殊的调制 信号进行抑制载波双边带调幅（DSB）。 这种调制信号是单极性二元码 二进制幅度键控又被称为通断键控（OOK）
1
A
0
0
1
……
0
二进制幅度键控调制后的时域波形
0
1 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 2 0 - 0 . 2 - 0 . 4 - 0 . 6 - 0 . 8 - 1
DPSK 带通 调制 a 信号 输入 b c d e
1 1 1 0 0 1 1 0 1 0
a
c b
低通
d
采样 判决
e
码（反） f 变换器
1
1
1
0
0
1
0
0
绝对码为10010110 相对码（DPSK）为 11100100
f
0 0
1 0
0
二进制差分相位键控的解调（非相干）
DPSK 带通 调制 信号 a 输入 b a c b
1 0 0 1 0 0
低通
d
采样 判决
e
取反
f
延迟Ts
1 1
定时
c
d
e f
1
1
0 1
1
0 0 1 1
1
0 0
0
0
相位不确定问题举例
1 1 1 0 0 1 0 0
发送码序列为 10010110
且接收端正确恢复载 波信号 则接收端得到的码序 列是正确的
1
1
1
0
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
0
发送码序列为 10010110


数字信号的调制可以看成特殊调制信号 的模拟调制，类似模拟调制的情况，数 字调制也是用调制信号调制载波的三个 参数：振幅、频率、相位。 相应地称为：幅度键控、频率键控、相 位键控。
6.1 二进制数字调制



二进制数字调制是指调制信号为二进制 基带信号，这种调制信号仅有两种电平， 表示为“1”和“0”： 二进制数字调制又分为： 二进制幅度键控 二进制频率键控 二进制相位键控
1 A1 0 0 0 1 ……


由调频理论，调制后信号的瞬时频率 w(t)=w0+KFMf(t) 而对单极性二元基带信号只有两种电平： f(t)=0或1， 故：w1= w0+KFM w2= w0。
二进制频率键控调制后的时域波形
1
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
数字基 带信号 二进制幅度键控s2ASK(t)
载波Acoswct
二进制幅度键控解调（非相干）
带通 滤波器
1 0.5 0 -0.5 -1 0 1 0.5 0 -0.5 -1 0 1 0.5 0 -0.5 -1 0 100 200 300 400 500 600 100 200 300 400 500 600 100 200 300 400 500 600
二进制差分相位键控的调制方法
二元单 极性码 输入 相对码 差分编码 二进制差分相位 键控DPSK输出
Acos(wct)
载波发生器
差分编码原理：
后一位与新生成的前一位码做模2和得到新生成的码
绝对码：1 0 0 1 0 1 1 0 相对码：1 1 1 0 0 1 0 0
二进制差分相位键控的解调（相干）
2FSK 输入 a 限幅 b 微分 c 整流 宽脉冲 d 发生 e 低通 f
a
b c d e
f
3、二进制相位键控


二进制相位键控相当于用下面特殊的调制 信号（单极性二元码）进行调相。 从调相的理论，调制后的信号相位正比于 调制信号的幅度，故对单极性二元码来说， 存在两种相位，发送“1”时用相位1，发 送“0”时用 2。
1 A1 0 0 0 1 ……




由调相理论，调制后信号的瞬时相位 (t)= 0+KPMf(t) 而对单极性二元基带信号只有两种电平： f(t)=0或1， 故： 1= 0 +KPM 2= 0 如果令 0 =0， KPM =。则 1 =0， 2 =
二进制相位键控调制后的时域波形
半波或 全波整流
带通后的波形
低通 滤波器
输出二 进制码 采样定时 序列 定时脉冲 10010
全波整流后的波形
低通后的波形
二进制幅度键控解调（相干）
输出二 进制码 采样定时 序列 定时脉冲 10010
带通 滤波器
低通 滤波器
再生载波coswct
2、二进制频率键控


二进制频率键控也相当于用下面特殊的 调制信号（单极性二元码）进行调频。 从调频的理论，调制后的信号频率正比 于调制信号的幅度，故对单极性二元码 来说，存在两种频率，发送“1”时用频 率w1，发送“0”时用w2。
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2
基带信号的频谱
调制后信号的频谱
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -10
-w c
-5
0
5
wc
15
二进制幅度键控的调制

ห้องสมุดไป่ตู้

可见，调制后的信号带宽是数字基带信号带宽 的两倍。 这一点同抑制载波双边带调幅（DSB）是一样 的，或者说，二进制幅度键控（2AS）就是 DSB的特例。 以下是调制框图，同DSB
其中 g ( t ) 为起点 0 ，终点 Ts 的方波脉冲， Ts 为码元周期
g(t) t
0
g(t-nTs)
nTs (n+1)Ts
0
Ts
t
二进制频率键控调制的频谱
1
h 的定义为(f2-f1)/Rs 其中 f2=w2/2 f1=w1/2 Rs=1/Ts Ts 为码元周期， Rs 为码速率
0 100