高频电子技术ppt课件

第9章 数字调制与解调
如同模拟信号需要调制一样，数字信号也需 要调制。由于数字信号具有丰富的低频成 分，不适宜直接进行无线传输或长距离电 缆传输，因此必须对数字基带信号进行调 制。 数字调制是指调制信号是数字信号， 载波为余弦波的调制。
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数字调制称为“键控”
数字调制的调制信号是1和0的离散取值，所 以把数字调制称为“键控”。与模拟调制一 样，数字信号可以对载波的振幅、频率和相 位进行调制，分别称为振幅键控(ASK: amplitude shift keying)、移频键控(FSK: frequency shift keying)和移相键控(PSK: phase shift keying)。
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图9-1二进制调制波形图
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2．绝对调制和相对调制 绝对调制是利用载波参数的绝对值来传递信息。例如，
利用载波幅度的绝对跳变的ASK、利用载波频率值的绝 对跳变的FSK、利用载波相位值的绝对跳变的PSK等。 图9-1中的ASK、FSK、PSK三种波形均属于绝对调制。 相对调制是利用载波参数的相对变化来传递信息。例 如，差分移相键控（DPSK）是以相邻的前一个码元的 载波信号相位为基准，当码元为“1”时，载波相位取与 前一个码元的载波相位相同，而当码元为“0”时，载波 相位取与前一个码元的载波相位相差180。，如图9-1e 所示。相对调制的优点是，解调时可以不需要载波提取， 则电路简单且可以减小误码。
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1．二进制调制和多进制调制 二进制调制中，信号参数只有两种可能的取值，
二进制信号对载波进行调制，载波的幅度、频 率或相位只有两种变化状态。图9-1给出了二进 制振幅键控，移频键控和移相键控的波形图。 多进制调制中，信号参数有M种可能取值，在 实际应用中，通常取M=，n为大于1的正整数。 M进制调制可以使信息传输率增加，提高频带 利用率，其代价是增加了信号功率和实现上的 复杂性。
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图9-5二进制移频键控(2FSK)调制 电路框图
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二进制移频键控信号的解调 由以上二进制移频键控信号的数学表达式及
波形可见，它可以看成是两个不同载波的振 幅键控已调信号之和，所以，2FSK信号的 解调，可以使用和2ASK信号解调完全相同 的方法，只是使用两路解调电路而已。例如 使用包络检波的解调电路如图9-6所示。
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数字调制的分类
前面已经谈到，数字调制的基本类型有振幅 键控、移频键控和移相键控。又根据数字调 制信号是二进制数字信号还是多进制数字信 号分为二进制数字调制和多进制数字调制； 根据传递信息是利用载波参量的绝对值还是 载波参量的相对变化，又可分为绝对调制和 相对调制。
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现代通信系统广泛采用数字调制技术。这是因 为与模拟调制相比，数字调制具有抗干扰能力 强、保密性能好，可以同时传递语音、图像和 数据等优点。随着大规模集成电路（Very Large Scale Integrated circuit，VLSI）和数字 信号处理（Digital Signal Processing，DSP） 技术的发展，使数字调制系统向着更为可靠和 小型化发展，而且，除了用硬件实现外，还广 泛采用软件实现，使其具有更大的灵活性。
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1．二进制振幅键控的调制 用一个相乘器将数字基带信号和载波相乘，就可以
产生二进制振幅键控信号，其数学模型如图9-2 a所 示。也可直接用数字基带信号去控制一个电子开关， 当出现l码时，开关拨向载波端，输出载波；当出现 0码时，开关拨向接地端，无载波输出，从而获得 2ASK信号。如图9-2b所示。
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图9-2二进制幅度键控 二进制振幅键控信号的解调一般可采用包
络检波方式，其电路框图如图9-3所示。 2ASK信号通过带通滤波器滤波后，经二极管 检波，再由低通滤波器滤除残余高频后，送 到抽样判决器然后获得解调输出，图中的抽 样判决对于提高数字信号的接收性能是十分 必要的。
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图9-3二进制幅度键控(2ASK)信号 的解调
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由前面介绍的模拟调制系统可知，经检波器解调出的信号，就是 原调制信号。如果在整个传输系统中（包括发射机、传输媒介和 接收机），一旦产生失真和干扰，它们对解调信号的影响一般是 无法清除的，这正是模拟调制的缺点。而在数字调制系统中，如 果同样产生了上述失真和干扰，可以采用抽样判决技术不失真地 重现原调制信号。如二进制调制信号数字序列为1001，则对应的 2ASK信号如图9-4a所示，解调后的波形如图9-4b，可见存在着 失真和干扰，图9-4c是与数字信号同步的窄脉冲时钟信号，用它 对解调信号在最大值上抽样，抽样后的信号为一振幅不同的周期 性脉冲序列，如图9-4d所示。然后将它与判决电平Uo比较，当 振幅大于Uo时，判为1，否则判为0，图9-4e为判决后的窄脉冲 序列。由它再去触发单稳电路，便可以重现原调制信号波形，如 图9-4f所示。可见，只要失真和干扰在抽样脉冲出现期间，其抽 样信号的振幅不超过Uo，就不会误判，可以准确地恢复原调制 信号。
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图9-6二进制移频键控(2FSK)解调 器框图
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如前所述，2FSK信号是由两个频率分别为f1 和f2的2ASK信号合成的。用两个中心频率分 别为f1和f2的带通滤波器对2FSK信号进行滤 波，可以将其分离成两个2ASK信号。然后对 每个2ASK进行解调，并将两个解调输出送到 相减器。相减后的信号是双极性信号，在取 样脉冲的控制下进行判决就可完成2FSK信号 的解调。
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图9-4 抽样判决不失真地重现原 调制信号
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二进制移频键控信号的产生 二进制移频键控信号可以用模拟调频电路产生，
但由于载波频率不需随调制信号连续变化，而只 有两种取值，所以可用更简单的方法实现。可以 用两个振荡器分别产生频率为f1和f2的载波，在二 进制调制信号的控制下，按1或0分别选择一个载 波输出，最后合成的信号就是2FSK已调信号，图 9-5就是二进制移频键控调制电路的框图。