通信原理 第5章 数字信号的频带传输系统

2DPSK（相对（差分）移相键控）：利用前后 码元载波的相对相位变化来传送数字信息的 方式。
第5章 数字信号频带传输系统


Δφ= 0, 表示数字信息“0”
π , 表示数字信息“1”
则一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的 载波相位关系如下所示:
二进制数字信息： 2DPSK信号相位： 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 π 0 0 π π π0 π 0 0
以正弦波作为载波的数字调制系统。
• 数字调制也有调幅、调频、调相三种形式。
•二进制振幅键控（2ASK）、二进制移频键控（2FSK）、 二进制移相键控（2PSK）或二进制差分移相键控（2DPSK）
第5章 数字信号频带传输系统
三种形式是： 振幅键控ASK、移频键控FSK、移相键控PSK。
(a)振幅键控 (b)移频键控 (c)移相键控
2FSK调制器原理框图
第5章 数字信号频带传输系统
振荡器1 f1 基带信 号
模拟调频器
选通开关
反相器
相加器
e2 FS K(t)
振荡器2 f2
选通开关
模拟调频法实现二进制移频键控信号的原理图
e2 FSK (t ) [ an g (t nTs )]cos 1t [ an g (t nTs )]cos 2t
1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1
a
b
c
d
2ASK信号的非相干解调
第5章 数字信号频带传输系统
e2Ask(t)
2ASK信号的相干解调
s AM (t )
BPF
z (t )
LPF
m0 (t )
cos c t
AM信号的相干解调（同步解调）
第5章 数字信号频带传输系统
Z(t)
e2Ask(t)
2ASK信号的相干解调
第5章 数字信号的频带传输系统
5.1 5.2
5.3 5.4 5.5
引言 二进制数字调制原理
二进制数字调制系统的抗噪声性能 二进制数字调制系统的性能比较 多进制数字调制系统
第5章 数字信号频带传输系统
5.1

引 言
数字信号有两种传输方式： 基带传输与频带传输
已讨论的问题
数字基带传输系统

然而，实际通信中，不少信道都不能直 接传送基带信号。
(a) a b c d e
过零检测法原理图和各点时间波形
第5章 数字信号频带传输系统
2FSK信号的功率谱（P135）
2FSK信号可以看成是两个不同频率的2ASK信号的叠 加。因此，其功率谱是两个ASK信号功率谱之和。
B 2 fs f 2 f1
例1、发送数字信息为1011001，码元速率为1000波特。 假设数字基带信号为不归零的矩形脉冲。 cos(6 103 t ) ，试画出对应的 （1）设载波信号为 2 2ASK信号波形示意图，并计算其带宽； B = 2fs = T s （2）设数字信息“1”对应载波频率 f1 3000Hz ， “0”对应载波频率 f 2 1000Hz ，试画出对应的 2FSK信号波形示意图，并计算其带宽。 B 2 fs f2 f1
或
π 0 π π 0 0 0 π 0 π π
bn an bn1
第5章 数字信号频带传输系统
an
绝对码
1
0
0
1
0
1
1
0
bn an bn1
相对码
0
1
1
1
0
0
1
0
0
载波
DPSK信号
2DPSK信号调制过程波形图
第5章 数字信号频带传输系统 波形
相对码与绝对码的关系： an表示绝对码、 bn bn表示相对码
n n
第5章 数字信号频带传输系统
还可以用MATLAB 软件 来产生2FSK波形P132
第5章 数字信号频带传输系统
（2）2FSK信号的解调

相干解调法、非相干解调法、鉴频法、 过零检测法、差分检波法等。
第5章 数字信号频带传输系统
非相干解调
相干解调
2FSK信号常用的解调系统
第5章 数字信号频带传输系统
成高频信号。
第5章 数字信号频带传输系统
3、二进制移相键控及二进制差分移相键控 （2PSK、2DPSK）
移相键控：用数字基带信号控制载波的相位。 2PSK：用二进制数字信号控制载波的两个相位， 这两个相位通常相隔π弧度。 例如：用相位0和π分别表示1和0。
第5章 数字信号频带传输系统
•二进制相移键控信号的时域表达式为 e2PSK (t) a n g(t nTs ) cos c t n
1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1
2 FSK信号
2FSK非相干解调过程的时间波形
第5章 数字信号频带传输系统
过零检测法
2FSK信号的过零点数随载频的变化而不同。 因此，检测出过零点数就可以得到载频的 差异，从而进一步得到调制信号的信息。
第5章 数字信号频带传输系统
a e2 FS K(t) 限幅 b 微分 c 整流 d 脉冲形 成 e 低通 输出 f
概率为P 概率为1-P
e2PSK(t)=
- cosωct
发“1”， an取+1， e2PSK(t)取 0 相位 发“0”， an取-1 ，e2PSK(t)取π相位
第5章 数字信号频带传输系统
1 基带信号 0 2PSK信号
0
0
1
1
1
0
1
0
π
π
0
0
0
π
0
π
2PSK信号波形
第5章 数字信号频带传输系统
0对应于载波频率f2。
第5章 数字信号频带传输系统

2FSK信号在形式上如同两个不同频率交替发送的 2ASK信号相叠加，因此已调信号的时域表达式为：
e2 FSK (t ) [ an g (t nTs )]cos 1t [ an g (t nTs )]cos 2t
n n
ω1=2πf1 ，ω2=2πf2 ， a 是an的反码 n
通断键控OOK
第5章 数字信号频带传输系统
(2) 2ASK信号的解调
方法有两种： 相干解调（同步检测法）
非相干解调（包络检波法）
第5章 数字信号频带传输系统
e2Ask(t)
2ASK信号的非相干解调
线性包络检波器
s AM (t )
BPF
LED
LPF
m0 (t )
AM信号的非相干解调
第5章 数字信号频带传输系统
0 an 1
概率为P 概率为1-P
1 an 0
概率为P 概率为1-P
第5章 数字信号频带传输系统
ak a b c s(t) s(t) 1 0 1 1 0 0 1 t t t
d
t
e
t
f
t
g
2 FSK信号
t
二进制移频键控(2FSK)信号的时间波形
第5章 数字信号频带传输系统
（1) 2FSK产生方法：模拟法、键控法
Pf ( f )
PASK ( f )
f
0
f0
0
f0 2fs
f
2 B = 2 fs = Ts
第5章 数字信号频带传输系统
2、二进制移频键控（2FSK）
移频键控：用数字基带信号控制正弦载波的频 率，使载波频率按基带信号规律变化。
2FSK：利用载波的频率变化来传递数字信息的。

在二进制情况下，1对应于载波频率f1，
第5章 数字信号频带传输系统
令二进制数字基带信号为：
s(t ) an g (t nTs ), an
n
0 1
概率为P 概率为1-P
则
e2 ASK (t ) s(t )cos ct
为双边带调幅信号的时域表达式
说明
2ASK（OOK）信号是双边带调幅信号。
第5章 数字信号频带传输系统
Ts A O －A t
二进制移相键控信号的时间波形
第5章 数字信号频带传输系统
s(t)
码型变换
双极性不归 零
乘法器
e2 PSK(t)
开关电路 cos ct 0° s(t) (b) e2 PSK(t)
cos ct (a) 180 °移相
模拟法
键控法
2PSK信号的产生原理图
第5章 数字信号频带传输系统
第5章 数字信号频带传输系统
注意
模拟调制是对载波信号的参量进行连续调制。
数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征 所传输的信息。
第5章 数字信号频带传输系统
5.2 二进制数字调制原理
1、二进制振幅键控2ASK（通断键控OOK）
振幅键控：正弦载波的幅度随数字基带信号而变 化的数字调制。 在2ASK中，载波幅度随着调制信号1和0的取 值而在两个状态之间变化。
c
低通 滤波器
dwenku.baidu.com
抽样 判决器 定时脉冲
e
码反 变换器
f 输出
(a) a
2DPSK信号相干解调器原理图
b c
d
第5章 数字信号频带传输系统
带通 滤波器
a
相乘器 b
c
低通 滤波器
d
抽样 判决器 定时脉冲
e
延迟Ts (a) DPSK信号 a
an bn1
第5章 数字信号频带传输系统
开关电路 cos ct 0° e2 DP S K(t)
1 80 °移相 码变换
s(t)
bn an bn1
2DPSK信号产生原理图
第5章 数字信号频带传输系统
e2 DP S K(t)
带通 滤波器
a
相乘器 cos ct b
练习：5-1
1
s (t ) Ts
载波信号
0
1
1
0
0
1
t
t
2ASK信号
t
2FSK信号
t
第5章 数字信号频带传输系统
作业：5-2 5-4
问题
为什么一定要在带通型信道中传输数字信号呢？
原因
1、带通型信道比低通型信道带宽大得多，可以 采用频分复用技术传输多路信号；
2、若要利用无线电信道，必须把低频信号“变”
t
2 ASK信号 t
二进制振幅键控(2ASK)信号时间波形
第5章 数字信号频带传输系统
（1)
2ASK信号的产生与解调
产生的方法有两种：模拟法、键控法。
开关电路 e2 AS K(t) cos ct e2 AS K(t)
s(t)
乘法器 cos ct (a)
s(t)
模拟法
(b) 数字键控方法
2ASK调制器原理框图
s2 ASK (t ) an g (t nTs ), an
n
0 概率为P 1 概率为1-P
g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，
an为双极性数字信号
1 an 1
概率为P
概率为1-P
第5章 数字信号频带传输系统
在一个码元持续时间内观察时。e2PSK(t)为：
cosωct
e2 ASK (t ) an g (t nTs ) cos ct n
g(t)为持续时间为Ts的矩形脉冲，an为二进制 数字信息，它的取值服从下述关系：
1, an 0,
出现概率为P 出现概率为1-P
第5章 数字信号频带传输系统
1 s(t) Tb 载波信号 t 0 1 1 0 0 1
第四章 小结
1、数字基带信号的波形与码型(AMI、HDB3) ▲ 2、码间干扰的概念、无码间干扰的时域和频 域条件 3、部分响应系统的特点、相关编码的过程 4、无码间干扰基带传输系统的抗噪声性能 5、眼图的作用 6、有限长时域均衡器（峰值畸变、均方畸变）
第5章 数字信号频带传输系统

数字基带信号的功率谱一般处于从零开始到某 一频率（0～6MHz）低频段，因而在很多实际 通信信道（如无线信道）中都不能直接进行传 输，需要借助载波调制进行频谱搬移，将数字 基带信号变换成适合信道传输的数字频带信号 进行传输，这种传输方式称为数字信号的频带 传输，或调制传输、载波传输。
第5章 数字信号频带传输系统
问题
为什么一定要在带通型信道中传输数字信号呢？
原因
1、带通型信道比低通型信道带宽大得多，可以 采用频分复用技术传输多路信号；
2、若要利用无线电信道，必须把低频信号“变”
成高频信号。
第5章 数字信号频带传输系统
已讨论过的问题
以正弦波作为载波的模拟调制系统。
现在讨论的问题
相干解调
相干解调
2PSK信号的解调原理图(极性比较法)
第5章 数字信号频带传输系统
绝对移相2PSK：以载波的不同相位直接去表示相应 数字信息的相位键控。
发送端以某一个相位作基准的，因而在接收系统中也 必须有这样一个固定基准相位作参考。
出现的问题
如果这个参考相位发生变化， 则恢复的数字信息就会发生变化，造成错误。
z (t ) e2 ASK (t ) cos c t s(t ) cos2 ct 1 cos 2c t s(t ) 2 cos2ct s(t ) s(t ) 经LPF后 2 2
第5章 数字信号频带传输系统
2ASK信号的功率谱(P129-131)(同AM)
第5章 数字信号频带传输系统
在实际通信中 参考基准相位的随机跳变是可能的，而且在通信过 程中不易发现。 这样 采用2PSK方式就会在接收端发生错误的恢复。 现象 称为2PSK方式的“倒π现象”或“反向工作现象”。
第5章 数字信号频带传输系统
因此
实际中一般不采用2PSK方式，而采用2DPSK方式。