第6章 正弦载波数字调制系统1
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第六章数字调制系统数字频带传输系统1引言
第六章 数字调制系统（数字频带传输系统）6.1 引 言在实际通信中，有不少信道都不能直接传送基带信号，而必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓调制。
数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在收端对载波信号的离散调制参量进行检测。
数字调制信号也称键控信号。
在二进制时，有ASK ~ 振幅键控 FSK ~ 移频键控PSK ~ 移相键控正弦载波的三种键控波形 见樊书P129，图6－16.2 二进制数字调制原理6.2.1 二进制振幅键控（2ASK ） 一、一般原理及实现方法2ASK 是用“0”，“1”码基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。
最早使用的载波电报就是这种情况。
数字序列{}n a()t s 单极性基带脉冲序列 ()()t t s t e cω=cos 0 与t c ωcos 相乘，()t s 频谱搬移到c f ±附近，实现2ASK 。
{}n a 信号2ASK 调制的方框图转换成数字调制系统的基本结构图带通滤波器滤出所需已调信号，防止带外辐射，影响邻台。
二、2ASK 信号的功率谱及带宽()()()()∑∞-∞=-=ω=n s n c nT t g a t s tCos t s t e 0 ⎩⎨⎧-=ppa n 110，概率为，概率为随机变量()()()()()()()()()ss T f j s a s T j s a s e fT S T f G eT S T G E t e S t s G t g 002 π-ω-⋅π=⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛ω=ωω↔ω↔ω↔或，设 ()()()[]c c S S E ω-ω+ω+ω=ω21()()()的功率为：则在频率轴上互不重叠，，假如t e S S c c 0ω-ωω+ω()()()[]()()()[]c S c S E c S c S E f f P f f P f P P P P -++=ω-ω+ω+ω=ω4141或)(f P S 为)(t s 的功率谱，可见，知道了)(f P S 即可知道)(f P E 。
第6章 正弦载波数字调制系统
绝对码
1
1
1
0
0
1
0
0
相对码
载波
DPSK信号
图 6 - 152DPSK信号调制过程波形图
开关电路 cos ct 0° e2 DP S K(t)
1 80 °移相 码变换
s(t)
图 6 - 162DPSK信号调制器原理图
e2 DP S K(t)
带通 滤波器
a
相乘器 cos ct b
式为
e2 FSK (t ) = [邋an g (t - nTS )]cos( w1t + F n ) + [
n n
bn g (t - nTS )]cos( w2t + qn )
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
图 6- 6 二进制移频键控信号的时间波形
则二进制振幅键控信号可表示为
e2 ASK an g (t nTS ) cos wct
n
2ASK信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号s(t)通断变化，所 以又称为通断键控信号（OOK信号）。 对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)
和相干解调(同步检测法) 。
1 s(t) Tb 载波信号
功率谱密度的叠加。
相位不连续的二进制移频键控信号的时域表达式为
e2 FSK (t ) s1 (t )cos 1t s2 (t )cos 2t
根据二进制振幅键控信号的功率谱密度，我们可以得到 二进制移频键控信号的功率谱密度P2FSK(f)为 P
现代通信原理正弦载波数字调制系统
2ASK信号的非相干解调
r t eo t nR t
包络检波
低通 滤波器
eo t
带通 滤波器
半波或全 波整流器
y t
输出 抽样 判决器 定时脉冲
n t
Hf
B 2BG
BG B f c
nR t nc t cosct ns t sin ct 窄带高斯噪声
-9-
-2
-1
1
2
fc
现代通信原理 Principle of Modern Communications
2ASK信号的产生
模拟相乘法
s(t ) an g (t nTs )
cos ct
eo t
二进制单极性不 归零基带信号
数字键控法：利用数字基带信号控制载波的幅值 载波 开关电路 cosct an 1 eo t an 0 0 cosct s(t) 通-断键控(OOK,On-Off Keying)
BG：基带信号带宽
-12-
fc
f
f
现代通信原理 Principle of Modern Communications
1 nc t cos ct ns t sin ct r t eo t nR t nc t cos ct ns t sin ct
st an g t nTs
n
2ASK信号的功率谱
eo t PE f , st Ps f PE f 1 Ps f f c Ps f f c 4
所以2ASK属于线性调制。
-7-
现代通信原理 Principle of Modern Communications
第6章 正弦载波数字调制
第四章 数字调制与解调技术
图6-20 2DPSK波形画法举例
第四章 数字调制与解调技术
3．二进制相位键控信号的频谱和带宽
图6-21 二进制相位键控信号的功率谱
由图6-21可见，若只计及功率谱主瓣宽度，则二进制相位 键控信号的带宽为
B2PSK= B2DPSK 2Bg = 2fB =
第四章 数字调制与解调技术
第四章 数字调制与解调技术
相对移相键控（DPSK—Differential Phase Shift Keying），又称为差分相位键控。它是利用前后相 邻码元之间已调信号中载波相位的相对变化来表示 数字基带信号的。载波相位的相对变化通常是指本 码元初相与前一码元的终相比较，是否发生相位变 化。2DPSK信号的波形示例如图6-16所示。 假设码元宽度为 TB 载波周期 Tc 的1.5倍，并假 设“1”码相位发生变化，“0”码相位不变。为了便 于比较，图中还画出了载波和2PSK信号的波形。
第四章 数字调制与解调技术
为了满足某些特定的要求，人们还在一些 基本的数字调制方式的基础上，研制出了多种派 生的、新型的数字调制方式，如正交振幅调制、 最小频式来。
第四章 数字调制与解调技术
第二节
二进制数字调制与解调
一、二进制振幅键控
第四章 数字调制与解调技术
因此，2FSK信号的功率谱密度可以看成是这两 个2ASK信号功率谱密度（中心频率不同）之和。根据 式(4-7)知，这种2FSK信号的功率谱密度为
P2FSK ( f ) =
1 2 2 f B P(1 − P)[ G ( f + f 1 ) + G ( f − f1 ) ] 4 1 2 2 + f B P(1 − P)[ G ( f + f 2 ) + G ( f − f 2 ) ] 4 1 2 2 2 + f B P G (0) [δ ( f + f1 ) + δ ( f − f1 )] 4 1 2 2 + f B (1 − P) 2 G (0) [δ ( f + f 2 ) + δ ( f − f 2 )] 4
通信原理各章重要知识
第一部 各章重要习题及详细解答过程第1章 绪论1—1 设英文字母E 出现的概率为0.105，x 出现的概率为0.002。
试求E 及x 的信息量。
解：英文字母E 的信息量为105.01log 2=E I =3.25bit 英文字母x 的信息量为002.01log 2=x I =8.97bit 1—2 某信息源的符号集由A 、B 、C 、D 和E 组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为1/4、l/8、l/8/、3/16和5/16。
试求该信息源符号的平均信息量。
解：平均信息量，即信息源的熵为∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=41log 412-81log 812-81log 812-163log 1632-165log 1652- =2.23bit/符号1—3 设有四个消息A 、BC 、D 分别以概率1/4、1/8、1/8和l/2传送，每一消息的出现是相互独立的，试计算其平均信息量。
解：平均信息量∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=41log 412-81log 812-81log 812-21log 212-=1.75bit/符号1—4 一个由字母A 、B 、C 、D 组成的字。
对于传输的每一个字母用二进制脉冲编码，00代替A ，01代替B ，10代替C ，11代替D ，每个脉冲宽度为5ms 。
(1)不同的字母是等可能出现时，试计算传输的平均信息速率。
(2)若每个字母出现的可能性分别为P A =l/5，P B =1/4，P C =1/4，P D =3/10 试计算传输的平均信息速率。
解：(1)不同的字母是等可能出现，即出现概率均为1／4。
每个字母的平均信息量为∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=41log 4142⨯-=2 bit/符号因为每个脉冲宽度为5ms ，所以每个字母所占用的时间为 2×5×10-3=10-2s每秒传送符号数为100符号／秒 (2)平均信息量为∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=51log 512-41log 412-41log 412-103log 1032-=1.985 bit/符号平均信息速率为 198.5 比特/秒1—5 国际莫尔斯电码用点和划的序列发送英文字母，划用持续3单位的电流脉冲表示，点用持续1个单位的电流脉冲表示；且划出现的概率是点出现概率的l/3；(1)计算点和划的信息量；(2)计算点和划的平均信息量。
通信原理第6-7章正弦载波数字调制课件
B
2 ASK
=2
f
b
f
b
是数字基带信号的码元速率
6.2.1 二进制数字振幅键控（2ASK） 二进制数字振幅键控（ ） 系统性能（ 中的部分内容） 四、2ASK系统性能（6.3中的部分内容） 系统性能 中的部分内容 计算由于噪声影响所造成的码元错误概率。方法是： 计算由于噪声影响所造成的码元错误概率。方法是： （1）求出用于取样判决的瞬时值的概率密度函数； ）求出用于取样判决的瞬时值的概率密度函数； （2）根据判决门限，求出系统误码率公式。 ）根据判决门限，求出系统误码率公式。 1、相干解调 、 取样判决器输入端的瞬时值为： 取样判决器输入端的瞬时值为：
p = P(0)P(1/ 0) + P(1)P(0 /1)
e
= P ( 0 ) P ( x > b ) + P (1) P ( x ≤ b ) ∞ b = P ( 0 ) ∫b f 0 ( x ) dx + P (1) ∫− ∞ f1 ( x ) dx r 1 = erfc 2 2
第6章 正弦载波数字调制 章
本章主要内容： 本章主要内容： 1、2ASK 、 2、2FSK 、 3、2PSK 、 4、2DPSK 、 5、QPSK、OQPSK 、 、 6、MSK 、 7、QAM 、 这些调制技术的实现方法及性能
6.2.1 二进制数字振幅键控（2ASK） 二进制数字振幅键控（ ）
概念图
6.2.2 二进制数字频率调制
振荡器 f1 控制门 1
基带 信号 输入
S(t) 倒相器 S(t) 相加器
e(t) 输出
振荡器 f2
控制门 2
频率键控法产生2FSK信号的方框图 频率键控法产生2FSK信号的方框图 2FSK
正弦载波数字调制
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调相分类
根据相位偏移量的大小，调相可 以分为绝对调相和相对调相。绝 对调相是指直接将信息相位偏移 固定角度，而相对调相则通过相
位偏移量表示信息。
调相性能
调相技术具有较好的抗干扰性能 和较高的频谱利用率，因此在数
字通信中得到了广泛应用。
调频技术
01
调频信号
通过改变正弦载波的频率来传递信息，调频信号的解调通常采用非相干
对同步要求严格
正弦载波数字调制需要精确的时钟同 步，以保证信号的正确解调，对系统 同步性能要求较高。
对信道质量敏感
正弦载波数字调制受信道质量影响较 大，信道恶化可能导致信号失真和误 码率的增加。
对参数调整要求高
正弦载波数字调制需要精确的参数调 整，如调制指数、载波频率等，以保 证信号传输的质量。
05
混合调制信号
同时利用调相和调频技术来传递信息，混合制信号的解调需要同时考虑相位和频率信息 。
混合调制分类
根据相位和频率偏移量的大小以及它们之间的关系，混合调制可以分为多种不同的调制方式， 如偏移四相相移键控（OQPSK）、偏移最小相移键控（Offset MSK）等。
混合调制性能
混合调制技术结合了调相和调频技术的优点，具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰能力 和较好的隐蔽性，因此在高速数字通信等领域得到了广泛应用。
特点
具有较高的频谱利用率、较强的 抗干扰能力、较远的传输距离和 较高的数据传输速率。
调制原理
01
02
03
调制过程
将数字信号转换为模拟信 号，再利用正弦波作为载 波进行调制。
调制方式
包括调相、调频和调相调 频等方式。
调制解调
[课件]第六章数字调制系统(1)数字调制原理PPT
![[课件]第六章数字调制系统(1)数字调制原理PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/26891d23b52acfc789ebc977.png)
12
《通信原理》九江学院
OOK信号功率谱图形
Ps(f)
-2fs
-fs
0 PE(f)
fs
2fs
f
-fC-fs -fC
-fC+fs
0
fC-fs
fC
fc+fs
f
特点：理论上谱宽→∞，但有效带宽 B≈2RB ≈2fs
13
《通信原理》九江学院
2、2FSK
14
《通信原理》九江学院
(1)2FSK信号表达式
S 2 FSK (t ) = s(t ) cos(1t n ) s(t ) cos( 2t n )
S(t)为单极性波形
S ( t ) [ a g ( t nT ) ] cos t [ a g ( t nT ) ] co t 2 F SK n s 1 n s 2
n n
a
1
n
2 f 2 , a n 为 a n 的反码 0， P 0， 1 P ， an 1， 1 P 1， P
2 2
故上式可简化为
2 2 P f f P ( 1 P ) G ( f ) f ( 1 P ) G ( 0 ) ( f ) s s s
将其代入
1 P ( f ) P ( f f ) P ( f f ) 2A SK s c s c 4
11
《通信原理》九江学院
n
s(t)为单极性不归零波形
s ( t ) cos t cos t c c
s ( t) cos t cos t c c
0
OOK(通断键控)
第六章 正弦载波数字调制系统
第六章正弦载波数字调制系统6.1知识点结构框架本章的知识点结构框架如图6-1所示。
图6-1 知识点结构框图6.2教学要求（1）了解数字调制系统的基本概念、与模拟调制系统的区别联系、以及多进制调制系统的概念和原理；（2）理解振幅键控、移频键控和移相键控三种基本调制信号的波形特点和功率谱密度；（3）掌握2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号的调制解调原理及抗噪声性能。
6.3难点重点教学难点：各类数字调制方式的区别联系。
教学重点：二进制数字调制解调原理，2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK系统的抗噪声性能，二进制数字调制系统的性能比较。
6.4教学安排本章共分为6节，即正弦数字调制的概述、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和改进的数字调制方式。
讲授8学时，其安排见表6-1。
表6-1 课时安排学时教学内容第一讲 2 6.1 正弦数字调制的概述；6.2 二进制数字调制原理。
第二讲 2 6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能。
第三讲 2 6.4 二进制数字调制系统的性能比较；6.5 多进制数字调制系统（部分）。
第四讲 2 6.5 多进制数字调制系统（部分）；6.6 改进的数字调制方式。
1176.4.1第一讲安排（1）教学要求了解数字调制系统的基本概念及与模拟调制系统的区别联系，理解振幅键控、移频键控和移相键控三种基本调制信号的波形特点和功率谱密度，掌握其调制解调的基本原理。
（2）难点重点教学难点：2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK三种基本调制的区别联系。
教学重点：2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK调制解调原理。
（3）知识回顾在第四章中介绍了模拟调制系统，分析了幅度调制（常规幅度调制，抑制载波双边带调制，单边带调制，残留边带调制）、频率调制、相位调制三种基本的模拟调制方式。
本章将模拟基带信号变为数字基带信号，高频载波仍为正弦载波，分析数字调制的基本理论。
第6章数字载波调制
一绝对相位键控2psk723二进制移相键控27第7章数字载波调制其中an与2ask和2fsk时的不同在2psk调制中an应选择双极性即7210??????ppan111发送概率为发送概率为二进制移相键控信号的时域表达式为2pskcnbcnetstcostagtntcost????????????729723二进制移相键控若用n表示第n个符号的绝对相位则有若gt是脉宽为tb高度为1的矩形脉冲时则有7211c2pskcnccostetcostcost???????????72120n0001801?????发送符号发送符号这种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图7216二进制绝对移相键控信号的时间波形当码元宽度tb为载波周期tc的整数倍时2psk信号的典型波形如图7216所示
第6章 正弦载波数字调制系统
6.1 引言
6.2 二进制数字调制与解调原理
6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能
6.4
6.5 多进制数字调制系统
本章重点
本章思考
6.1 引言
数字基带传输系统,•是将信源发出的信息码经 码型变换及波形形成后直接传送至接收端。虽 然码型变换及波形形成可使其频谱结构发生某 些变化，但分布的范围仍然在基带范围内。
s(t)c o （ s 1 t n ) s(t)c o s( 2 t n )
其中基带信号（NRZ）
s(t) ang(tnTB)
0, an 1,
n
1,
s(t) bng(tnTB) ang(tnTB)bn 0,
n
n
第6章 数字载波调制
发送概率 P 为 发送概率 1P为
发 送 概 率 为 P 发 送 概 率 为 1P
第6章 数字载波调制
第6章 正弦载波数字调制系统
6.1 引言
6.2 二进制数字调制与解调原理
6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能
6.4
6.5 多进制数字调制系统
本章重点
本章思考
6.1 引言
数字基带传输系统,•是将信源发出的信息码经 码型变换及波形形成后直接传送至接收端。虽 然码型变换及波形形成可使其频谱结构发生某 些变化，但分布的范围仍然在基带范围内。
s(t)c o （ s 1 t n ) s(t)c o s( 2 t n )
其中基带信号（NRZ）
s(t) ang(tnTB)
0, an 1,
n
1,
s(t) bng(tnTB) ang(tnTB)bn 0,
n
n
第6章 数字载波调制
发送概率 P 为 发送概率 1P为
发 送 概 率 为 P 发 送 概 率 为 1P
第6章 数字载波调制
第六章 正弦载波数字调制系统
2001 Copyright
SCUT DT&P Labs
6.2.3 2PSK 及 2DPSK
？问题：如何克服“倒”现象？
要使相位的本身与信息符号无关。怎么做？ 第五章中介绍了差分码，它用电位的改变来表示“1”和 “0”，因此它代表的信息符号与码元本身的电位无关。 用相位的改变来表示“1”和“0” ，这样的话，相位的本 身与信息符号无关。 原理：不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而 是利用前后码元的相对相位变化传送数字信息。例如：
第六章 正弦载波数字调制系统
主讲教师：任峻
6.1 引言
正弦载波调制：用基带信号对正弦载波波形 的某些参量进行控制，使载波的这些参量随 基带信号的变化而变化。
模拟调制：待传输的原始信号s(t)是连续信号。 数字调制：待传输的原始信号s(t)是离散信号。
调制方法：调幅、调频、调相
模拟调制信号： 调幅(DSB、SSB、AM)，调频(FM)，调相(PM)
eOOK(t) = an Acosct
A为载波幅度，c 为载波频率，an为二进制数字。
an =
1，出现概率为P 0，出现概率为1-P
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6.2.1 二进制幅度键控 2ASK (重点)
在一般情况下，调制信号是具有一定波形形状的二进制 序列（二元基带信号），即 n Ts为信号间隔，g(t)是持续时间为Ts单个矩形的波形。 二进制幅度键控信号的一般时域表达式为： n
6.1 引言
移相键控(PSK)
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SCUT DT&P Labs
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6.2.3 2PSK 及 2DPSK
？问题：如何克服“倒”现象？
要使相位的本身与信息符号无关。怎么做？ 第五章中介绍了差分码，它用电位的改变来表示“1”和 “0”，因此它代表的信息符号与码元本身的电位无关。 用相位的改变来表示“1”和“0” ，这样的话，相位的本 身与信息符号无关。 原理：不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而 是利用前后码元的相对相位变化传送数字信息。例如：
第六章 正弦载波数字调制系统
主讲教师：任峻
6.1 引言
正弦载波调制：用基带信号对正弦载波波形 的某些参量进行控制，使载波的这些参量随 基带信号的变化而变化。
模拟调制：待传输的原始信号s(t)是连续信号。 数字调制：待传输的原始信号s(t)是离散信号。
调制方法：调幅、调频、调相
模拟调制信号： 调幅(DSB、SSB、AM)，调频(FM)，调相(PM)
eOOK(t) = an Acosct
A为载波幅度，c 为载波频率，an为二进制数字。
an =
1，出现概率为P 0，出现概率为1-P
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6.2.1 二进制幅度键控 2ASK (重点)
在一般情况下，调制信号是具有一定波形形状的二进制 序列（二元基带信号），即 n Ts为信号间隔，g(t)是持续时间为Ts单个矩形的波形。 二进制幅度键控信号的一般时域表达式为： n
6.1 引言
移相键控(PSK)
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现代通信原理与技术第06章正弦载波数字调制系统
3
6.1 引言
数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送 的信息，在接收端只需对载波信号的离散调制参量进行 检测就可以实现信号的解调。
根据已调信号的频谱结构特点，数字调制也可分为线 性调制和非线性调制；在线性调制中，已调信号的频谱 结构与基带信号的频谱结构相同，只不过频率位置发生 了搬移；在非线性调制中，已调信号的频谱结构与基带 信号的频谱结构不同，不仅频率位置发生了搬移，而且 产生了新的频率分量。
51
▪ 设TS=KTc 则判决规则为：
d(kTs)010
▪ 若Ts(K0.5)Tc 则判决规则为：
d(kTs)010
52
例：
53
6．3 二进制数字调制系统的抗噪声性能
▪ 通信系统的抗噪性能是指系统克服加性噪声影响 的能力。在数字通信系统中，衡量系统抗噪性能的 重要指标是误码率，因此，分析二进制数字调制系 统的抗噪性能，也就是分析在信道等效加性高斯白 噪声的干扰下系统的误码性能，得出误码率与信噪 比之间的数学关系。
2PSK信号各点波形如下：
39
2PSK的缺陷：
▪ 载波提取电路中的二分频器有“1”和“0” 两个不同的初始状态，故其输出信号有0、 π两个不同相位。用其它方法（如castos环 等）提取相干载波时也会出现上述现象， 此为相干载波相位模糊现象。由于有两种 相干载波，使解调输出有两种可能，即m(t) 或。故工程上一般不用2PSK（除非在发端 插入导频），而用2DPSK。
36
2．频 谱
P e(o f)1 4[ps(ffc)ps(ffc)]
▪ Peo(f)中无离散谱fc； ps(f)为m(t)的频 谱；当p(1)=p(0)时ps(f)中无直流， 带宽： B=2fs；
37
6.1 引言
数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送 的信息，在接收端只需对载波信号的离散调制参量进行 检测就可以实现信号的解调。
根据已调信号的频谱结构特点，数字调制也可分为线 性调制和非线性调制；在线性调制中，已调信号的频谱 结构与基带信号的频谱结构相同，只不过频率位置发生 了搬移；在非线性调制中，已调信号的频谱结构与基带 信号的频谱结构不同，不仅频率位置发生了搬移，而且 产生了新的频率分量。
51
▪ 设TS=KTc 则判决规则为：
d(kTs)010
▪ 若Ts(K0.5)Tc 则判决规则为：
d(kTs)010
52
例：
53
6．3 二进制数字调制系统的抗噪声性能
▪ 通信系统的抗噪性能是指系统克服加性噪声影响 的能力。在数字通信系统中，衡量系统抗噪性能的 重要指标是误码率，因此，分析二进制数字调制系 统的抗噪性能，也就是分析在信道等效加性高斯白 噪声的干扰下系统的误码性能，得出误码率与信噪 比之间的数学关系。
2PSK信号各点波形如下：
39
2PSK的缺陷：
▪ 载波提取电路中的二分频器有“1”和“0” 两个不同的初始状态，故其输出信号有0、 π两个不同相位。用其它方法（如castos环 等）提取相干载波时也会出现上述现象， 此为相干载波相位模糊现象。由于有两种 相干载波，使解调输出有两种可能，即m(t) 或。故工程上一般不用2PSK（除非在发端 插入导频），而用2DPSK。
36
2．频 谱
P e(o f)1 4[ps(ffc)ps(ffc)]
▪ Peo(f)中无离散谱fc； ps(f)为m(t)的频 谱；当p(1)=p(0)时ps(f)中无直流， 带宽： B=2fs；
37
正弦波数字调制系统ch6_1
f
fc f s fc fc f s
0
fc fs
fc
fc fs
TS sin ( f f c )Ts 2 sin ( f - f c )Ts 2 PE ( f ) | | | | 16 ( f f c )Ts ( f - f c )Ts 1 [ ( f f c ) ( f - f c )] 16
6.1 引言
实际通信系统中，不少信道不能传送基带信
号，必须用基带信号对载波波形的某些参量 进行调制。 在原理上，受调载波波形可以是任意的，但 已调信号要适于信道传输。 数字调制有三种基本形式：调幅、调频和调 相。 数字调制都是利用载波信号的某些离散状态 来表征所传送的信息，接收端对载波信号离 散调制参量进行检测。
2 S c c
1
第六章 正弦波数字调制系统（sine wave digital modulation system ）
当 概 率 P＝ 时 ， 2
1
PS ( f ) 1 16
2
1 16
fS[| G ( f fc ) |2 | G ( f - fc ) |2 ]
2
fS | G (0) | [ ( f fc ) ( f - fc )]
PS ( f )
1
16 6.2-10 2 1 fS | G (0) |2 [ ( f fc ) ( f - fc )] 16
fS[| G ( f fc ) |2 | G ( f - fc ) |2 ]
| G ( f f c ) | T S |
sin ( f f c )T s
输入 带通 a 半波或全 b 低通
滤波器
第六章 数字调制系统
定义：2PSK是用已调信号相位相对未调载波相位的变化来表示 二进制数字基带信号。
信号表示及波形:
A c o s ( t 0 ) A c o s t" 0 " c c e ( t ) S ( t ) c o s 2 P S K c A c o s ( t ) A c o s t" 1 " c c A c o s ( t ) ; . c n n 0
BPF
c 2fs
e2Dpsk(t)
差分 编码
S(t)
2DPSK解调方式（同步检测、差分相干检测）
e2Dpsk(t)
×
cos c t
LPF fs
抽样 判决 位同步 恢复
差分 译码 S(t)
e2Dpsk(t)
BPF
×
延迟Ts
LPF fs
抽样 判决
S(t)
位同步 恢复
差分相干检测分析
c o s t c k
PE (f )
0
fc fS
f
c
fc fS
f
2 fS
6.2.2 二进制频率键控 2FSK 1.信号定义及表示
定义：用二进制数字基带信号控制正弦载波的频率，
使其一一对应变换。 “1” →ACOSω1t = e1(t) “0” →ACOSω2t = e2(t)
1 1 0 1 0 0 1 1 1 …
第六章 正弦载波数字调制系统
6.1 引言
6.2 二进制数字调制原理
6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能
6.4 二进制数字调制系统的性能比较
6.5 多进制数字调制系统
《数字通信原理》第6章 数字载波调制传输系统
0
数字载波调制与解调的基本原理 数字载波调制信号的功率谱分析
s(t) 的自相关函数为
第6章 数字载波调制传输系统
Rs t1,t2 E s t1 s t2
E xn t1 cosct1 yn t1 sin ct1 xn t2 cosct2 yn t2 sin ct2
E xn t1 xn t2 cosct1 cosct2 E xn t1 yn t2 cosct1 sin ct2 E yn t1 xn t2 cosct2 sin ct1 E yn t1 yn t2 sin ct1 sin ct2
s t Ai t cos ct k t Ai t cosk t cosct sink t sinct
Ai t cosk t cosct Ai t sink t sin ct xn t cosct yn t sin ct
调制载波的信号为基带信号： xn t
n
an
gT
t nT
n n
fT t nT
fT t nT
数字载波调制与解调的基本原理
第6章 数字载波调制传输系统
数字载波调制信号的功率谱分析
直接可证明 Rxntcosct t T,t T Rxntcosct t,t
即若
xn t
n
an
gT
t nT
是循环平稳随机过程
则
xn tcosct 也是循环平稳随机过程。
数字载波调制与解调的基本原理(续) (1)相干解调法(续) 与本地同频同相信号相乘后的输出
第6章 数字载波调制传输系统
r t cosct In t nc t cosct cosct Qn t ns t sin ct cosct
I
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6.3.1多进制数字振幅调制(MASK)
• MASK又称多电平调制，是指用具有多个电平 的随机基带脉冲序列对载波进行振幅调制。这 种方式原理上是OOK方式的推广。 • MASK MASK信号与二进制ASK信号产生的方法相同， ASK 解调方式也相同。 • MASK信号的功率谱等于M个二进制ASK信号 功率谱之和。叠加后的MASK信号功率谱的带 宽等于每一个二进制ASK信号功率谱的带宽， 即：Bm=2fs=2/Ts
2ASK信号的功率谱图
• 二进制ASK信号的带宽B=2fs=2/Ts
6.2.2二进制移频键控(2FSK)
• 2FSK是用数字基带信号控制载波的频率 变化，0符号对应于载频ω1，1符号对应 于载频ω2，而且ω1和ω2之间的改变是瞬 间完成的。
1 s(t) e0(t) 0 0 1
例6.2-1 2FSK信号的波形及分解
Ts (a) f2 f1 f1 f2 f1 t
(b) f1 f1 f1
t
(c) f2 f2
t
2FSK调制的实现——键控法
载波
~f1
载波
开关电路 K e0(t)
~f2
s(t)
2FSK信号的时域表示
e0(t)=∑ang(t-nTs)cos(ω1t+φn) n +∑ang(t-nTs)cos(ω2t+ θn) n 这里，ω1=2πf1， ω2=2πf2，an是an的反码， an为单 极性数字信号。 an =
2DPSK调制的实现——模拟调制法
s(t)
码变换
×
BPF
e0
开关电路 0 K π e0(t)
~ φ
移相
s(t)
2DPSK调制的实现——键控法
载波
开关电路 0 K π e0(t)
~ φ
移相
码变换
s(t)
2PSK解调——相干解调(极性比较法）
鉴相器 输入 BPF LPF 抽样判决 输出
• MFSK是指用多个频率不同的正弦波分别代表 不同的数字信号。在某一码元时间内只发送其 中一个频率。 • MFSK相对于MASK或MPSK要占据较宽的频带， 因此，一般用于调制速率不高的传输系统。 • MFSK信号的带宽为 BMFSK=fH-fL+2fs 其中fH为最高载频，fL为最低载频，fs为单个码 元信号的带宽。
MFSK信号的产生
f1 f2 fm 门电路 门电路 门电路 相加器
逻
输入
1
1
串/并 变换
2 … M
辑 电 路
2 … M
MFSK信号的解调
带通f1 BPF 带通f2 检波器 1 检波器 2
… M
抽 样 判 决 逻辑 电路
输出
带通fm
检波器
6.3.3多进制数字相位调制(MPSK)
• MPSK用具有多个（初始）相位状态的正 弦波来代表多组二进制信息码元，即用 载波的一个（初始）相位对应于一组二 进制信息码元。 • MPSK同样可分为（绝对）MPSK和 DMPSK。 • MPSK信号的带宽与MASK信号的带宽相 同，即 BMPSK=2fs=2/Ts。
BPF
2FSK信号的解调——过零检测法
2FSK信号的解调——差分检波法
输入 BPF τ × LPF
抽样 判决
输出
定时脉冲
差分检波法解调原理
• 设输入为Acos(ω0+ω)t, Acos(ω0+ω)t·Acos(ω0+ω)(t+τ)=(A2/2) cos(ω0+ω)τ+(A2/2)cos[2(ω0+ω)t-(ω0+ω)τ] LPF的输出为：V=(A2/2)cos(ω0+ω)τ 适当选择τ，使cosω0τ=0，则有sinω0τ=±1，此时， V=-(A2/2)sinωτ 当ω0τ=π/2 或 V=+(A2/2)sinωτ 当ω0τ=-π/2 若角频偏较小，即ωτ<<1，则有 V≈-(A2/2)ωτ 当ω0τ=π/2 V≈+(A2/2)ωτ 当ω0τ=-π/2
MASK信号的时域表示
• e 0 ′(t)=[∑bng(t-nTs)]cosωct n 其中 bn =
0， 概率为P0 1， 概率为P1 …， … n-1， 概率为Pn-1
g(t)是高度为1，宽度为Ts的矩形脉冲，且有 ∑Pi=1。
i
例6.3-1 4ASK信号的波形及分解
6.3.2多进制数字频率调制(MFSK)
~
s(t)
• 二进制振幅键控通常又称为通断键控 （ON-OFF Keying)
2ASK信号的时域表示 设数字序列的取值服从下述关系：
an=
0 1
概率为 P 概率为（1-P）
g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲，现令 s(t)=∑ang(t-nTs) n 则 • e0(t)=s(t)cosωct=∑ang(t-nTs) cosωct n
正弦载波的三种键控波形
1 0 0 1
• 2ASK • 2FSK • 2PSK • 2DPSK
6.2二进制数字调制原理
6.2.1二进制振幅键控 • 振幅键控（Amplitude-Shift Keying） 6.2.2二进制移频键控 • 频率键控（ Frequency-Shift Keying ） 6.2.3二进制移相键控 • 移相键控（ Phase-Shift Keying ） • 差分移相键控（Differential Phase-Shift Keying ）
输出
定时脉冲
2ASK非相干解调系统的性能
在大信噪比的情况下，系统的误码率为 • Pe≈(1/2)e-r/4 式中，r=A2/(2σ2)为输入信噪声比。
2ASK信号的功率谱
• 二进制ASK信号的功率谱为 Pe(t)= 1/4[Ps(f+f0)+Pf(f-f0)] • 其中，Ps(f)为s(t)的功率谱。当s(t)为1和0等概 率出现的单极性矩形随机脉冲序列（码元间隔 为Ts）时， Ps(f)=Ts/4Sa2(πfTs)+1/4δ(f) • 于是 Pe(t)= Ts/16 {Sa2[π (f+f0) Ts ]+ Sa2[π(f-f0)Ts]} +1/16[δ(f+f0) +δ(f-f0)]
第六章 正弦载波数字调制系统
6.1 引言 6.2 二进制数字调制原理 6.3 多进制数字调制系统 6.4 调制解调器相关标准
6.1引言
• 实际通信中不少信道都不能直接传送基带信号， 必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控 制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变 化，即所谓载波调制。 • 从原理上来说，受调制载波的波形可以是任意 的，只要已调信号适合于信道传输就可以了。 但实际上，在大多数数字通信系统中，都选择 正弦信号作为载波。这是因为正弦信号形式简 单，便于产生及接收。
0 1
概率为 P 概率为（1-P）
φn、θn分别是第n个信号码元的初始相位。
2FSK信号的解调——相干解调
BPF 输入 cosω1t
LPF 抽样 判决 输出
定时脉冲 BPF cosω2t LPF
2FSK信号的解调——非相干解调
包络 检波 定时脉冲 包络 检波 抽样 判决 输出
BPF 输入
cosωct
定时脉冲
2DPSK解调——相干解调(极性比较法）
鉴相器 输入 BPF LPF 抽样 判决 码(反) 变换器 输出
cosωct
定时脉冲
2DPSK解调——相干解调(极性比较法）
输入 BPF 延时 Ts LPF 抽样判决
输出
定时脉冲
6.3多进制数字调制系统
• 多进制数字调制是利用多进制数字基带 信号去调制载波的振幅、频率或相位。 相应地有三种基本方式： • 多进制数字振幅调制(M-ary ASK) • 多进制数字频率调制(MFSK) • 多进制数字相位调制(MPSK)
4PSK信号矢量图
10 01 （1） 11
11
00
（0）
（1）
01
00
（0）
10
(a)A方式
(b)B方式
4PSK信号的产生——调相法
例6.3-2 4PSK信号的典型波形图
双比特码元与载波相位的关系
双比特码元 a 0 1 1 0 b 0 0 1 1 载波相位φk A方式 0° 0 90 ° 180 ° 270 ° B方式 225 ° 315 ° 45 ° 135 °
2FSK信号的功率谱
二进制FSK信号的频带宽度可表示为 • BFSK=2fs+∣f2-f1∣
6.2.3二进制移相键控
• 相位键控是用数字基带信号控制载波的相位作 振荡变化，分绝对调相和相对（差分）调相两 种。 • 绝对调相（2PSK）利用载波相位（初相）的绝 对值来表示数字信号。例如“1”码用相位π （或0） 表示，“0”码用相位0 （或π）表示。 • 相对调相（2DPSK）又称差分调相，是利用相 邻码元的载波相位的相对变化来表示数字信号。 例如“1”码载波相位变化π（或0） ，“0”码载 波相位变化0 （或π） 。
例6.2-2 2PSK和2DPSK波形
2PSK信号的时域表示
s0(t)=[∑ang(t-nTs)]cosωct n 这里an为双极性数字信号，即 an =
+1 -1
概率为 P 概率为（1-P）
如果g(t)是幅度为1，宽度为Ts的矩形脉冲，在 其一码元持续时间Ts内观察时，e0(t)为 概率为 P cosωct e0(t)= 概率为（1-P） -cosωct
MPSK信号的时域表示
• e0(t)=Acos(ωct+ θn) 其中 θn=n(2 π /m), n=0,1,2, …,M-1 假定载波频率ωc是基带数字信号速率fs的整数倍， 则