第八章 数字调制系统

一般情况下，调制信号是具有一定波形形 状的二进制序列，即
st
n
a

ng
t nTs
式中Ts为码元间隔；g(t)为调制信号的脉冲 形状表达式，为讨论方便，这里设其为单极性不 归0的矩形脉冲；an为二进制符号，且
1 概率为P an 0 概率为(1 P )
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f1 得到的，即： f c f f， f c f 2
f f
。
0
f2
fc
f1
f
因此，2FSK信号可以表示为： e0 (t ) A cos(c )t
二进制“0” 其中： 1 二进制“ ”
由差分检波法的解调框图，
e0 (t )
BF
LPF
1
0
1
1
0
0
1
结论： ① 2PSK信号是用载波相位的绝对值来表示数字信息的，所以又称为绝 对移相。
② 相干解调时，接收端的本地载波必须与发送载波同频同相。
③ 若本地载波产生180°倒相时解调出的数字基带信号将全部出错，即 出现“倒π”现象。
1
0
1
1
0
0
1
a
b
c
d
位定时
输出
1
0
1
1
1
1
0
结论： ① 2PSK信号是用载波相位的绝对值来表示数字信息的，所以又称为绝 对移相。
“ 0 二进制 0” 则： “” 二进制 1
参考 相位
2DPSK 信号
1
0
0
1
0
1
1
0
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1. 调制方式
2DPSK信号可以通过在2PSK调制系统前加一级差 分编码电路来得到。 设：原数字基带信号的第n位码为an， 经差分编码
后的输出为bn，则编码及译码的过程如下：
s (t )
(a )
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8.2.1 二进制幅移键控（2ASK）
二进制序列幅移键控信号的解调，与模拟双边带AM 信号的解调方法一样，可以用相干解调或包络检波（非 相干解调）实现，如下图（a）、（b）所示。设计电路 时，考虑到成本等综合因素，在2ASK系统中很少使用相 干解调。
8.2.1 二进制幅移键控（2ASK）
借助于模拟幅度调制原理，二进制序列幅 移键控信号的一般表达式为
e2 ASK t st cos c t a n g t nTs cos c t n

设输入序列为1001，相应的输出波形如下图所示：
由此可见，差分检波系统是将信号的频率变化转化为 幅度（电压）的变化，然后通过抽样判决器判断信号 极性来识别二进制“0”和“1”的。
8.2.3 二进制移相键控（2PSK）
1. 表达式
2PSK以载波的固定相位为参考，用与载波相同的 相位表示“0”码；π相位表示“1”码，则第k个码元可表 示为：
A cos(ct 0) A cosct ， 二进制"1" e0 k (t ) A cos(ct ) A cosct ， 二进制"0"
二进制信息
f
cosc t
参考
b
位定时
0
1
1
0
0
1
1
0
a
b
c
d
位定时
e
f
0
1 1
1
1
0
1
0 0
1 1
0
1
0
0
0
（2）差分相干解调
DPSK信号
带通
a
相乘器
b
c
低通
d
抽样 二进制信息 判决器 e
Ts
位定时
1
0
0
1
0
1
1
0
a
b
c
d
位定时
e
1
0
0
1
0
1
1
0
（2）差分相干解调
DPSK信号
带通
a
相乘器
b
c
低通
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8.2.2 二进制频移键控（2FSK）
BP F 1 e 2FSK (t )
相乘器
1
y1 (t )
LP F 1
位定时
x1(t )
cos 1t
相乘器
抽样判决
输出
BP F 2
2
y2 (t )
LP F 2
x2 (t )
cos 2 t
（a）
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② 相干解调时，接收端的本地载波必须与发送载波同频同相。
③ 若本地载波产生180°倒相时解调出的数字基带信号将全部出错，即 出现“倒π”现象。
1
0
1
1
0
0
1
a
b
c
d
位定时
输出
1
0
1
1
1
1
0
8.2.4 二进制差分移相键控（2DPSK）
2DPSK信号是利用已调信号的前后码元相位的相对 变化表示二进制数字消息1或0的。 设前后码元载波的相位差： k k 1
对于矩形脉冲序列频移键控调制器可以采用 模拟信号调频电路实现，也可以采用键控法，即 用输入二进制序列去控制两个独立的载波发生器， 序列中的“1”码控制输出载波频率f1 ；“0”码 控制输出载波频率f2 。两种调制电路的框图分 别示于下图（a）、（b）。
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8.2.2 二进制频移键控（2FSK）
e 2 FSK t
n
a

ng
t nTs cos 1t
n
a

ng
t nTs cos 2 t
式中g(t)为单极性不归0的矩形脉冲信号, an 为an的反码，若只考虑在一个码元的持续时间内， 则
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8.2.2 二进制频移键控（2FSK）
二进制幅移键控ASK信号是利用二进制数 字基带脉冲序列中的1、0码去控制载波输 出的有或无得到的。对单极性不归0的矩形 脉冲序列而言，“1”码打开通路，送出载 波；“0”码关闭通路，输出0电平，所以又 称为通-断键控OOK(on-off Keying)。
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8.2.1 二进制幅移键控（2ASK）
抽样 判决器
输出
b cos c t
位定时
1
0
1
1
0
0
1
a
b
c
d
位定时
输出
1
0
1
1
0
0
1
3. 解调方法（相干解调）
2PSK信号的解调只能用相干解调一种形式。解调原理框图及 波形如下图所示。
e0 (t )
BPF
a
相乘器
c
LPF
d
抽样 判决器
输出
b cos c t
位定时
1
0
1
1
0
0
1
a
b
c
d
位定时
输出
BPF1
y1 (t )
包络检波
位定时
v1 (t ) 抽样判决 v 2 (t ) 输出
（b）
e2 FSK
y1
e 2FSK (t )
1
BPF2
2
y2 (t )
包络检波
y2
v1
v2
位定时
输出
1
0
0
1
8.2.2 二进制频移键控（2FSK）
解调2FSK信号还可以用鉴频法、过零检测 法及差分检波法等。 过零检测法的基本思想是，利用不同频率 的正弦波在一个码元间隔内过零点数目的不同， 来检测已调波中频率的变化。其原理框图及各点 波形如下图所示。
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a
限幅
b
微分
c
整流
d
脉冲展宽
e
f LPF
抽样判决
g
位定时
位定时 g
(4) 差分检波法
① 解调框图
e0 (t )
BF LF
e0 (t )
抽样判决
位定时
τ
② 分析
在2FSK调制系统中，用于表示“1”和“0”的两个频率f1 和f2可以看作是以载波频率fc为中心，左右偏移 f 个单位而
d
抽样 二进制信息 判决器 e
Ts
位定时
1
0
0
1
0
1
1
0
a
b
c
d
位定时
e
1
0
0
1
0
1
1
0
小结：
（1）在2DPSK的相干解调过程中，若解调端的本地载
波出现180°倒相时，系统的输出只在倒相的那一位出现
错码，而不会出现成串错码。同学们可自行画出波形图 验证。
第八章 数字调制系统
内容简介：
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 引言 二进制数字调制原理 二进制数字调制的频谱特性 二进制数字调制系统的抗噪声性能 多进制数字调制系统 现代数字调制技术
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8.1
引言
1.过程：
用数字信号控制载波的参数（幅度、频率、 相位），使已调信号适合于信道传输。
A cos 1t "1" e 2 FSK t A cos 2 t "0"
输入序列为1001时，已调2FSK的输出波形如 下图所示，图中f1代表“1”，f2代表“0”。
1
0
0
1
2FSK信号
f1
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f2
f2
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f1
8.2.2 二进制频移键控（2FSK）
经低通后：e0 (t ) 1 A2 cos( c )
2
1 2 2 A sin 当c ＝ 2 1 A 2 sin 当c ＝－ 2 2
若 1 ， 则：
1 2 2 A 当c ＝ 2 e0 1 A2 当c ＝－ 2 2
0
1
0
DPSK信号
2. 解调方式
（1）相干解调
2DPSK信号 带通
a
相乘器
c
低通
d
抽样 判决器
e
码反变换
二进制信息
f
cosc t
参考
b
位定时
0
1
1
0
0
1
1
0
a
b
c
d
位定时
e
f
0
1 1
1
1
0
1
0 0
1 1
0
1
0
0
0
2. 解调方式
（1）相干解调
2DPSK信号 带通
a
相乘器
c
低通
d
抽样 判决器
e
差分译码
e0 (t )
抽样判决
位定时
τ
可求出乘法器的输出为：
e0 (t )e0 (t ) A cos(c )t A cos(c )(t )
1 2 A {cos( c ) cos[ 2(c )t (c ) ]} 2
低频项
高频项
（1）编码器
bn an bn1
an
bn
Ts
（2）译码器
an bn bn1
bn
Ts
an
（3）2DPSK信号调制框图及波形图。
开关电路 cos c t
移相
0

K
e0 (t )
{bn }
码变换器
{an }
{an }
{bn }
绝对码 参考
1 1
0
1
0
1
1
0 0
1
1
0 0
相对码
载波
1 0 1
∴ 2PSK已调信号的时域表达式为：
e0 (t )
n
a g (t nT ) cos t
n s 0

1, 二进制1, 概率为P an 1 1, 二进制0, 概率为 P
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2PSK信号的波形图如下图所示。
1
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
2ASK信号
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8.2.1 二进制幅移键控（2ASK）
幅移键控调制器可以用一个相乘器实现,也 可以用一个开关电路来代替。两种调制电路的框 图分别对应于下图（a)、(b)。
s (t )
乘法器
e2 ASK (t )
~
(b)
K
e2 ASK (t )
cos c t
2.调制方法：
（1）模拟法：将数字信号看成是模拟信号的特 例，用模拟电路实现。 （2）键控法：将数字信号控制电子开关，从而 实现对载波幅度、频率和相位的 控制。(ASK、FSK、PSK)
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8.1
引言
3. 主要内容：
（1）二进制数字调制与解调原理。
① 已调信号表达式 ② 已调信号的频谱结构及信号带宽 ③ 解调框图及各点波形 ④ 二进制数字调制系统的性能比较
0
π
0
0
π
π
0
2. 调制方式
（1）模拟法
双极性码
e0 (t )
（2）键控法
开关电路 cos c t
移相
0

乘法器
K
e0 (t )
cos c t
s (t )
3. 解调方法（相干解调）
2PSK信号的解调只能用相干解调一种形式。解调原理框图及 波形如下图所示。
e0 (t )
BPF
a
相乘器
c
LPF
d
（2）QPSK（QDPSK）调制与解调原理。
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8.2
二进制数字调制原理
◆二进制振幅键控（2ASK) ◆二进制频移键控（2FSK) ◆二进制相移键控（2PSK) ◆二进制差分相移键控（2DPSK)
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8.2.1 二进制幅移键控（2ASK）
e2ASK (t )
BPF
y(t )

LPF
x(t )
抽样判决
位定时
输出
cos(0 t )
(a )
e2ASK (t )
BPF
y(t )
包络检波
LPF
v(t )
抽样判决
位定时
输出
(b)
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8.2.2 二进制频移键控（2FSK）
用二进制数字序列中的“1”或“0”控制输出 不同频率载波得到的信号，称为二进制频移键控 2FSK信号。已调信号的时域表达式为
已调信号的时域表达式为coscos天津理工大学电信学院通信原理8222fsk输入序列为1001时已调2fsk的输出波形如下图所示图中f信号fsk天津理工大学电信学院通信原理8222fsk对于矩形脉冲序列频移键控调制器可以采用模拟信号调频电路实现也可以采用键控法即用输入二进制序列去控制两个独立的载波发生器序列中的1码控制输出载波频率f1控制输出载波频率f2