通信原理-07数字调制

d
t
2aDPnS的K信号 e
2DPSK的调制规则是“1”变“0”不变规则
t
参考信号
B2DPSK 2 fs
2、二进制相对相移键控(2DPSK)的解调
2DPSK的解调有两种，一种是极性比较法， 另一种是相位比较法（差分相干解调）。
（1）极性比较法
2DPSK信号 2PSK解调器
bn
差分译码器
an
（2）差图分6.4相.11干解2DP调SK极法性比较法解调器
t
频器
～
f2
s(t)
e0(t) t
f1 f2 f2 f1
(a)
(b)
(c)
2FSK信号波形分解
Ts
(a)
t
f2
f1
f1
f2
f1
(b)
f1
f1
t f1
(c) f2
t f2
（二）2FSK信号的功率谱及带宽 2FSK信号可视为两个2ASK信号的合成： 则2FSK信号功率谱为两个2ASK功率谱之和。
2FSK信号带宽 B=|f1-f2|+2fs
DPSK
2 差 分 相 干 解 调
2DPSK克服反向工作
an
a
1
0
1
1
0
0
1
t
bn
b
0
1
1
0
1
1
1
0
t
2PSK解
调器反
向工作 时的差
c
1
0
0
1
0
0
0
1
t
分码
an
d
1
0
1
1
0
0
1
t
图6.4.12 2DPSK克服反向工作波形示意图
误码率比较
低
低
2PSK相干解调
2PSK
2DPSK 2DPSK相干解调（极性比较法）
B=2fs
3.二进制绝对调相(2PSK)的解调
2PSK信号解调通常采用相干解调
“倒π”现象 相位模糊
7.3.2 二进制相对(差分)相位调制(2DPSK)
用相邻码元的载波相位的相对变化来表示数字信息
设相邻码元的载波相位差为Δφ


0,
,
信息0 信息1


,

0,
信息0 信息1
fs 0 fs
f
Pe ( f )
fc fs fc fc fs
0
fc fs fc fc fs f
带宽 B=2fs
（三）二进制振幅键控(2ASK) 解调
y(t) BPF
x(t)
r(t)
LPF
抽样判决 So(t)
cosω ct 载波同步
cp(t) 位同步器
相 干 解 调 法
7.3.1 二进制绝对调相（2PSK）
1.2PSK信号的产生
二进制绝对调相（2PSK）：用数字信息直接控 制载波的相位。
1：使载波反相（1800） 0：使载波反相（1800）
0：载波相位不变
1：载波相位不变
1变0不 变
0变1不 变
2PSK信号的波形
s(t )
1
0
1
1
0
0
1
a
t
Tb
b
t
s (t)
2 PSK
2 Ts
2 Ts
备注 Ts为二进制码元时间宽度
Ts为M进制码元时间宽度 f1, f 2为载波频率；Ts为二进制码元
时间宽度。
f M 为最高载波频率； f为L 最低载
波频率；Ts为M进制码元时间宽度。 Ts为二进制码元时间宽度
Ts为M进制码元时间宽度
Ts为二进制码元时间宽度
Ts为M进制码元时间宽度
误比特 率
调制实现方法： s(t) 1001
cosωct
a.模拟法
cosωct
eo(t)
电子开关
s(t) 1001 b.键控法
1
0
1
1
0
0
1
s(t)
Tb
t
载 波 信号 t
2A SK信 号 t
Ts nTc
RB

1 n
fc
二进制振幅键控信号时间波形
（二）二进制振幅键控(2ASK)功率谱及带宽
Ps ( f )
fc = ( f1＋f2 ) / 2 h = ( f2－f1 ) /RB
h = 0.5
h = 01.70 h = 1.5
fc － 1.R5B fc －RB fc － 0.R5B fc fc ＋ 0.R5B fc ＋RB fc ＋ 1.R5B f
（三）2FSK信号解调（1） 数字调频信号的解调方法很多，如鉴频
2FSK
2DPSK非相干解调（差分相干解调）2ASK
高
高
星座图


二相

A



B
方

方
式

四相

式










八相

1 Pe 10－1
差 分 解调 相 干 解调
10－2 10－3
M= 2 48
M= 2 4
16 32 8 16 32
10－4
10－5 0 5 10 15 20 25 30 r/d B
10－6 0
5 10 15 20 25 30 r/dB
M进制数字振幅调制系统的误码率Pe性能曲线
7.2 二进制频率调制（2FSK）
（一）调制原理与实现方法
2FSK用数字基带信号控制载波的频率变化，1 符号对应于载频f1,0符号对应于载频f2
s(t) 模拟调 e0(t)
～ f1
1001
k
e0(t) s(t)
练习
1.相同码元速率、信号功率、噪声功率情
况下，分别采用2ASK、2FSK、2PSK、
4 PSK调制方式，误码率最低的是2PSK。
（√ ）
2．DPSK解调时存在相位模糊现象，PSK
可以解决这个问题。
（×）
1、在误码率相同的条件下，三种数字调制方式之
间抗干扰性能好坏的关系为（ B ）。
A．2ASK＞2FSK＞2PSK
1 10－ 1 10－ 2 10－ 3
10－ 4
10－ 5 10－ 6
10－ 7
10－
8
－
5
0
5
r/dB
10 24
32 实线为采用相干 2 解调方式，虚线
为采用非相干解 调方式。
10
15 20
多进制数字频率调制系统误码率性能曲线
可以看出：
在M一定的情况下，信噪比r越大， 误码率Pe越小；
在r一定的情况下，M越大，误码率Pe也越大。
例6.4.1图 2PSK波形图
(a) Tb 2Tc
(b) Tb 1.5Tc
2. 2PSK信号的功率谱和带宽 对于双极性NRZ码，由于不存在直流成分，
因此，2PSK信号功率谱示意图如图所示：
Pe ( f )
fc fs fc fc fs
0
2PSK信号带宽
fc fs fc fc fs f
h 0.5 的频移键控方式，是FSK方式的一种改进形式。
2、GMSK的概念
输入
前置 滤波器
MSK 调制器
输出
7.4.3 正交频分复用（OFDM）
OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）是一种无线环 境下的高速传输技术，是未来无线宽带接入 系统／下一代蜂窝移动系统的关键技术之一， 适合在多径传播和多普勒频移的无线移动信 道中传输高速数据。它能有效对抗多径效应， 消除码间干扰，对抗频率选择性衰落，而且 信道利用率高。
11 00 1 000 1 0 1
上支路经 BPF1滤波 整流
下支路经 BPF2滤波 整流
（三）2FSK信号解调(2) 2.相干解调法
wenku.baidu.com
2FSK
BPF1
f1 中心频率
f2
BPF2
x
LPF
cos c1t
x
LPF
cos c2t 解调器
v1
抽样
s(t)
判决器
v2
定时脉冲
（四）多进制频率调制（MFSK）
MDPSK系统的误码率性能曲线
7.3.4 二进制数字调制技术的性能比较
带宽 误码率 设备的复杂程度 应用情况
调制方式 2ASK MASK 2FSK MFSK 2PSK MPSK 2DPSK MDPSK
带宽
2 Ts
2 Ts
|
f2

f1
| 2 Ts
2
|
fM

fL
| Ts
2 Ts
2 Ts
c
t
1
0
1
1
0
0
1
s' (t)
d
1变0不
t
变
图6.4.1 2PSK信号波形图
2PSK信号的调制方框图
双 极 性不 归
s(t)
零 码 型 变换
乘 法 器 e2PSK (t)
cos ct (a)
1变0不 变
a
1
0
1
1
b
cos ct
开 关 电路
0° e2PSK (t)

18 0°移 相
0
0
1
s(t) (b)
1变0不变
0变1不变
1
0
1
1
0
0
1
信息 s(t) t
Tb
a
t
参考信号
变化规律一 样，携带相 同的信息
b
t
参考信号
1．2DPSK信号的产生
二进制信息
差分编码器
an
bn
2DPSK信号 2PSK调制器
a
1
0
1
1
0
0
1
n
a
t
0
1
1
0
1
1
1
0
bn
b
t
载波
c
t
bn 的 2PSK信号
2PSK的调制规则是“1”变“0”不变规则
非相干解调
e (t) 2ASK
带通
a
滤波器
全波 b 整流器
低通 滤波器
11 00 1 000
c
抽样 d
判决器 输出
定时 脉冲
1 01
a
b c d
（四）多进制幅度键控(MASK)
2 3A 2A A O
3
0
1
t
TB
Pe 1 10－1 10－2
10－3 10－4 10－5
M=16
M=8 M=4 M=2
法、相干解调法、包络检波法、过零检测法、 差分检测法等。
1.包络检波法——非相干解调
2FSK
y1 (t )
BPF1
f1 中心频率
半波或全 波整流
LPF
v1
抽
v1 v1
样
v2， v2，
s(t)
判决器
f2
BPF2
y2 (t)
半波或全 波整流
LPF
解调器
v2
定时脉冲
判为“1” 判为“0”
2FSK非相干解调过程的时间波形
误码率
（1）对于同一种调制方式，采用相干解调 比非相干解调性能好些
（2）对于不同的调制方式，PSK性能最好， FSK次之，ASK最差
相干 PSK 相干DPSK 差 分DPSK 相干FSK
非相 干FSK 相 干ASK 非相 干ASK
设备的复杂程度 （1）发送端：设备复杂程度不相上下； （2）接收端：相干比非相干复杂； （3）同为相干解调时，2DPSK设备最为复杂。 应用情况 （1）相干2DPSK，常用于高速数据传输；
4、已知基带信号序列如图所示，试画出二进 制相对调相波形。假设：
（1）相对调相的第一个码元相位为“0”
（2）数据信号为“1”时载波相位不变，数据 信号为“0”时，载波相位改变180°。
1 10－1 10－2 10－3
非相干FSK， ASK
相干 PSK
相干解调差 分编码PSK
相干FSK， ASK
10－4 10－5
差分相干解调 差分编码 PSK
10－6
香农限 (－ 1.6 dB)
10－7－ 8－ 6－ 4－ 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
Eb n0
/
dB
三种数字调制系统的Pe～r关系曲线
（2）非相干2FSK，常用于中、低速数据传输。
7.4 现代数字调制技术
7.4.1 正交振幅调制（QAM）

dmin 2sin( M ) 0.39
dmin
2 0.47 M 1
MQAM信号的星座图
7.4.2 高斯最小频移键控（GMSK）
1、MSK的概念
MSK（Minimum Frequency Shift Keying）是调频指数
第7章 数字调制
7.1 幅度调制（ASK） 7.2 频率调制（FSK） 7.3 相位调制（PSK、DPSK） 7.4 现代数字调制技术
调制：将基带信号的频谱搬移到适合于信道传输 或便于信道多路复用的的较高的频率范围；用基带信 号控制载波参数，使载波参数随基带信号变化的过程。
1 2ASK 2FSK 2PSK
OFDM是一种高效的数据传输方式，其基 本思想是在频域内将给定信道分成许多正 交子信道，在每个子信道上使用一个子载 波进行调制，并且各子载波并行传输。
本章小结
1、数字调制的定义及功能 2、各种数字调制的原理及实现，包括时域波
形、带宽、解调 ASK、FSK、PSK（DPSK）
3、各种调制技术性能比较（误码率、带宽） 4、数字调制新技术
0
ASK：
t (Amplitude Shift Keying)
t FSK：
(Frequency Shift Keying)
t PSK：
(Phase Shift Keying)
t
7.1 二进制幅度调制（2ASK）
（一）概念
2ASK用二进制数字基带信号控制载波的振幅， 使载波的振幅随着数字信号而变化。
B．2PSK＞2FSK＞2ASK
C．2FSK＞2PSK＞2ASK
D．2PSK＞2ASK＞2FSK
2、克服载波同步中载波相位模糊对信号传输产生
影响方法是（ D ）。
A．将基带信号编成CMI码
B．对基带信号进行相关编码
C．将基带信号编成HDB3码
D．对基带信号进行差分编码
3．对101101进行2ASK调制、2FSK调制、 2PSK和2DPSK调制，分别画出调制后波形。
相干解调和非相干解调的性能差距将随M的增大而减 小； 同一M下，随着信噪比r的增加非相干解调性能将 趋于相干解调性能。
7.3 二进制相位调制
二进制数字相位调制：用二进制数字基带 信号控制正弦载波的相位，使正弦载波的相 位随着二进制基带信号的变化而变化。
根据控制载波相位的方法不同，数字调相 分为绝对调相（PSK）和相对调相（DPSK） 两种。
0变1不 变
图6.4.3 波形产生器的输入/输出波形
例： 画出数字信息1100101的2PSK信号的波形。 （调制规则自定）
（1）设码元周期是载波周期的整数倍（ Ts 2Tc） （2）设码元周期不是载波周期的整数倍（Ts 1.5T）c
s(t )
1
1
0
0
1
0
1
c
t
d
t
e
t
(a)
f
t
g
t
(b)