第六章数字调制系统
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第六章 数字调制系统精选版演示课件.ppt
E
4s
c
s
c
S(t)是单极性的随机矩形脉冲序列
p( s
f
)
fs
p(1
p) G(
f
)2
f 2 (1 p)2 s
2
G(mf ) ( f s
mf ) s
m
根据矩形波形g（t）的频谱特点，对于
所有m≠0的整数有 G(mfs ) 0
p( s
f
)
fs
p(1
p) G(
第六章 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 多进制数字调制系统
yyty
1
6.1 引言
数字调制也称键控信号,有三种基本的调 制方式：ASK，FSK，PSK可看成是模 拟线性调制和角调制的特殊情况
载波 —— 正弦波 调制信号 —— 数字信号
yyty
e 0
(t )
ccoossctct
概率为P 概率为1 P
13
0相位发送0, π相位发送1. 发送端与接收端必须要有相同的相位参考.
若参考基准相位随机跳变,就会在接 收端发生错误的恢复,“倒π”现象。
2DPSK是利用前后相邻码元的相对 载波相位值去表示数字信息的一种方式。
相位偏移 ΔΦ
ΔΦ=π
数字信息“1”
ΔΦ=0
数字信息“0”
yyty
14
数字信息
绝对码 0 0 1 1 1 0 0 1
PSK
DPSK
0 相对码yyty 0 0 1 0 1 1 1 015
相对移相：绝对码→相对码→绝对移相
数字调制系统(数字频带传输系统)
121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 ec ω=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122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()()()()()()()()()s s 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章数字调制技术++
Sa2 ( f f1 )Ts Sa2 ( f f1 )Ts
1 16
Sa2 ( f f2 )Ts Sa2 ( f f2 )Ts
1 (
16
f
f1 ) (
f
f1
)(
f
f2
)(
f
f2
)
15
2FSK 信号波形
S( t ) 1 0 0 1 0 1 1
S1( t ) 载波
频谱图
+EV
-EV
4
6.2.1 幅度键控（ 2ASK ）
1、信号表达式 2、频谱结构
e0 ( t ) S( t ) cosct
PE (
f
)
1 4
Ps
(
f
fc
)
Ps (
f
fc
)
信号波形及频谱图 重要参数：信号带宽 B2ASK = 2 fs
3、调制方法
重要参数：信道带宽 BW2ASK = 2 fs 4、解调方法: 1）非相干解调
e0 ( t ) S( t ) cosct 非严格推导： e02( t ) S2( t ) cos2 ct
e02 ( t ) ⇔ PE ( f )
S 2 ( t ) ⇔ Ps ( f )
cosct
⇔
1 (
2
f
fc ) (
f
fc )
关于δ( f )
cos2 ct ⇔
1 (
2
f
fc
)(
f
fc
低通
相干解调 e0( t )
带通
相乘
低通
cosωc t
抽样 判决
S( t )
定时脉冲
抽样 判决
第六章 数字基带调制
)
22
2
f
2 S
PG1 (mf S ) (1 P)G2 (mf S ) 2 ( f mf S ) , f 0
m1
➢离散谱是否存在，取决于g1(t)和g2(t)的波形 及其出现的概率P。
一般情况下，它也总是存在的，但对于双极
性信号 g1(t) = - g2(t) = g(t) ，且概率P=1/2（等
1 P, 以概率P
其中 an P, 以概率(1 P) 显然， u(t)是一个随机脉冲序列 。
19
稳态波v(t) 的功率谱为
Pv f
fS [PG1(mfS ) (1 P)G2 (mfS )] 2 ( f mfs )
m
交变波u(t) 的功率谱为
Pu ( f ) fS P(1 P) G1( f ) G2 ( f ) 2
P)g2
(t
nTs
)
n N
由于v(t)在每个码元内的统计平均波形相同，
故v(t)是以Ts为周期的周期信号。
18
交变波u(t)是s(t)与v(t)之差，即 u(t) s(t) v(t)
于是 u(t) un (t)
n
式中
g1(t nTs ) Pg1(t nTs ) (1 P)g2 (t nTs )
12
6. 多电平波形
多于一个二进制符号对应一个脉冲，波形 统称为多电平波形或多值波形。例下图4电 平波形。由于这种波形的一个脉冲可以代表 多个二进制符号，故在高数据速率传输系统 中，采用这种信号形式是适宜的。
3E
00
01
01
E
10
E
11
3E
00 01
11
13
消息代码的电波形并非一定是矩形的， 还 可以是其他形式。若数字基带信号中各码元 波形相同而取值不同，则可表示为
数字调制系统
数字信号的传输
数字信号在传输过程中可能会受到各种干扰和噪声的影响，导致信号失真或误码。因此，在传输过程 中需要进行适当的信号处理和纠错编码，以保证信号的可靠传输。
数字信号的接收
接收端在接收到信号后，需要进行解调和解码操作，以获取原始的数字信息。在接收过程中，还需要 进行必要的信号质量评估和误码检测，以确保信号的准确性和可靠性。
数字信号的生成
数字信号的生成通常由数字信号发生器完成，它能够根据需要产生各种数字信 号。这些信号可以是二进制、八进制、十六进制等不同进制形式的信号。
数字信号的编码
在数字信号的生成过程中，为了提高信号的抗干扰能力和传输效率，通常需要 对数字信号进行编码。常见的编码方式有曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等。
现代数字调制系统
随着技术的发展，现代数字调制系统如16QAM、64QAM和256QAM等高阶调制方式 逐渐成为主流，能够实现高速数据传输。
未来发展趋势
未来数字调制系统将朝着更高阶的调制方式、更高的频谱利用率和更强的抗干扰能力方 向发展，以满足不断增长的数据传输需求。
02
数字调制系统的基本原 理
调制解调的基本概念
信道编码与解码技术
总结词
信道编码与解码技术是数字调制系统中用于 提高传输可靠性的关键技术。
详细描述
信道编码通过在信息位中添加冗余位，使得 在接收端能够检测和纠正传输过程中可能出 现的错误。常见信道编码技术包括线性分组 码、循环码、卷积码等。解码技术则是与编 码相对应的过程，用于从接收信号中提取原 始信息位。解码算法的选择应根据编码方式 和具体应用场景而定。
04
数字调制系统的性能优 化
调制方式的优化选择
总结词
调制方式的选择对于数字调制系统的性 能至关重要，合适的调制方式能够提高 系统的传输效率和可靠性。
数字信号在传输过程中可能会受到各种干扰和噪声的影响，导致信号失真或误码。因此，在传输过程 中需要进行适当的信号处理和纠错编码，以保证信号的可靠传输。
数字信号的接收
接收端在接收到信号后，需要进行解调和解码操作，以获取原始的数字信息。在接收过程中，还需要 进行必要的信号质量评估和误码检测，以确保信号的准确性和可靠性。
数字信号的生成
数字信号的生成通常由数字信号发生器完成，它能够根据需要产生各种数字信 号。这些信号可以是二进制、八进制、十六进制等不同进制形式的信号。
数字信号的编码
在数字信号的生成过程中，为了提高信号的抗干扰能力和传输效率，通常需要 对数字信号进行编码。常见的编码方式有曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等。
现代数字调制系统
随着技术的发展，现代数字调制系统如16QAM、64QAM和256QAM等高阶调制方式 逐渐成为主流，能够实现高速数据传输。
未来发展趋势
未来数字调制系统将朝着更高阶的调制方式、更高的频谱利用率和更强的抗干扰能力方 向发展，以满足不断增长的数据传输需求。
02
数字调制系统的基本原 理
调制解调的基本概念
信道编码与解码技术
总结词
信道编码与解码技术是数字调制系统中用于 提高传输可靠性的关键技术。
详细描述
信道编码通过在信息位中添加冗余位，使得 在接收端能够检测和纠正传输过程中可能出 现的错误。常见信道编码技术包括线性分组 码、循环码、卷积码等。解码技术则是与编 码相对应的过程，用于从接收信号中提取原 始信息位。解码算法的选择应根据编码方式 和具体应用场景而定。
04
数字调制系统的性能优 化
调制方式的优化选择
总结词
调制方式的选择对于数字调制系统的性 能至关重要，合适的调制方式能够提高 系统的传输效率和可靠性。
第6章 正弦载波数字调制
振幅键控（ASK—Amplitude Shift Keying）又称 为幅度键控或幅移键控，它是数字调制中出现最早的， 也是最简单的一种方式。这种方式最初用于电报系统， 但由于它的抗噪声性能差，故在数字通信系统中用得不 多。不过，在信道条件较好的数字通信系统中也还有用， 而且二进制振幅键控是研究其他数字调制方式的基础， 因此，熟悉它仍然是必要的。
第四章 数字调制宽
图6-5 2ASK信号的功率谱密度及带宽 a)“1”码波形的频谱 b) 基带信号的功率谱 c) 2ASK信号功率谱
第四章 数字调制与解调技术
由图可看出，2ASK信号的带宽是基带信号带宽的2 倍，若只计及基带信号功率谱主瓣宽度 B g ，则2ASK信 号占用的信道带宽为
第四章 数字调制与解调技术
图6-2
2ASK信号的波形示例
第四章 数字调制与解调技术
2ASK的调制器可以用乘法器法来实现，如图6-3所示。
图6-3 用乘法器实现2ASK调制器
第四章 数字调制与解调技术
图中，输入随机信息序列以a k 表示， 其取值服从下述关系
1 , 概率为 P a k 0 , 概率为 ( 1 P )
二进制频率键控，记为2FSK或BFSK（Binary FSK），是利用二进制数字基带信号去控制载波信号的 频率，即以不同频率的载波来表示数字信息“1”或“0” 的调制方式。2FSK 信号的波形示例如图6-10所示。
第四章 数字调制与解调技术
图6-10 2FSK 信号的波形示例
第四章 数字调制与解调技术
第四章 数字调制与解调技术
二、二进制频率键控
频率键控（FSK—Frequency Shift Keying）又称 为频移键控，它在短波通信中应用较广泛，这是因为 它除了设备简单，调制与解调方便外，更重要的是这 种调制方式具有较好的抗多径时延性能。
第四章 数字调制宽
图6-5 2ASK信号的功率谱密度及带宽 a)“1”码波形的频谱 b) 基带信号的功率谱 c) 2ASK信号功率谱
第四章 数字调制与解调技术
由图可看出，2ASK信号的带宽是基带信号带宽的2 倍，若只计及基带信号功率谱主瓣宽度 B g ，则2ASK信 号占用的信道带宽为
第四章 数字调制与解调技术
图6-2
2ASK信号的波形示例
第四章 数字调制与解调技术
2ASK的调制器可以用乘法器法来实现，如图6-3所示。
图6-3 用乘法器实现2ASK调制器
第四章 数字调制与解调技术
图中，输入随机信息序列以a k 表示， 其取值服从下述关系
1 , 概率为 P a k 0 , 概率为 ( 1 P )
二进制频率键控，记为2FSK或BFSK（Binary FSK），是利用二进制数字基带信号去控制载波信号的 频率，即以不同频率的载波来表示数字信息“1”或“0” 的调制方式。2FSK 信号的波形示例如图6-10所示。
第四章 数字调制与解调技术
图6-10 2FSK 信号的波形示例
第四章 数字调制与解调技术
第四章 数字调制与解调技术
二、二进制频率键控
频率键控（FSK—Frequency Shift Keying）又称 为频移键控，它在短波通信中应用较广泛，这是因为 它除了设备简单，调制与解调方便外，更重要的是这 种调制方式具有较好的抗多径时延性能。
第6章-数字调制系统
9
6.2 二进制振幅键控(2ASK)
一、基本原理
1.表示式：
s ( t) A ( t)co 0 t s )(0 t T
式中，0＝2f0为载波的角频率；
A A(t)0
当发送 1”“ 时 , 当发送 0”“时。
2021/4/6
10
6.2 二进制振幅键控(2ASK)
2.调制方法 : – 相乘电路：包络可以是非矩形的 – 开关电路：包络是矩形的
2021/4/6
服务类型 蜂窝 蜂窝 蜂窝 蜂窝 蜂窝 无绳 无绳 无绳 个人通信
调制技术 GMSK GMSK /4-DQPSK QPSK/BPSK /4-DQPSK GFSK GFSK /4-DQPSK /4-DQPSK
信道带宽 200 kHz 200 kHz 1.25M Hz 1.25M Hz 25 kHz 100 kHz 1728 kHz 300 kHz 300 kHz
2021/4/6
2
目标要求
二、基本要求
1.掌握2DPSK信号的调制与解调基本原理， 2DPSK信号的功率谱密度及误码率分析；
2.熟悉二进制数字键控传输系统性能比较； 3.掌握多进制数字键控的调制与解调基本原理，
以及误码率分析。
2021/4/6
3
目标要求
三、重点、难点
1、重点：
二进制数字键控的原理和性能的理解、分析和掌握； 4PSK、4DPSK信号产生和解调的方法的理解和掌握； 16QAM信号的产生方法的理解和掌握。
2021/4/6
r2A 2n 2
1 06 26 1 21.9 21 08
32
6.2 二进制振幅键控(2ASK)－误码率
∴（1）包络检波法时的误码率为：
Pe1 2e4 r
6.2 二进制振幅键控(2ASK)
一、基本原理
1.表示式：
s ( t) A ( t)co 0 t s )(0 t T
式中，0＝2f0为载波的角频率；
A A(t)0
当发送 1”“ 时 , 当发送 0”“时。
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10
6.2 二进制振幅键控(2ASK)
2.调制方法 : – 相乘电路：包络可以是非矩形的 – 开关电路：包络是矩形的
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服务类型 蜂窝 蜂窝 蜂窝 蜂窝 蜂窝 无绳 无绳 无绳 个人通信
调制技术 GMSK GMSK /4-DQPSK QPSK/BPSK /4-DQPSK GFSK GFSK /4-DQPSK /4-DQPSK
信道带宽 200 kHz 200 kHz 1.25M Hz 1.25M Hz 25 kHz 100 kHz 1728 kHz 300 kHz 300 kHz
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2
目标要求
二、基本要求
1.掌握2DPSK信号的调制与解调基本原理， 2DPSK信号的功率谱密度及误码率分析；
2.熟悉二进制数字键控传输系统性能比较； 3.掌握多进制数字键控的调制与解调基本原理，
以及误码率分析。
2021/4/6
3
目标要求
三、重点、难点
1、重点：
二进制数字键控的原理和性能的理解、分析和掌握； 4PSK、4DPSK信号产生和解调的方法的理解和掌握； 16QAM信号的产生方法的理解和掌握。
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r2A 2n 2
1 06 26 1 21.9 21 08
32
6.2 二进制振幅键控(2ASK)－误码率
∴（1）包络检波法时的误码率为：
Pe1 2e4 r
通信原理第六章基本的数字调制系统精品PPT课件
2fc
2 T
f0
f
6.2.3 误码率
讨论在加性高斯白噪声信道中2ASK信号的误码率。
s(t)A(t)cos(0t) 带通
高斯白噪声 滤波
中心频率为 f 0 ， 带宽为 2 f c 。
s(t)
解调器
窄带高斯噪声
n ( t) n c ( t)c o s (0 t) n s ( t)s in (0 t)
1. 调制方法
• 模拟调幅法—乘法电路 • 键控法
A ( t ) 相乘器
s(t)
cos(0t )
s(t)
cos(0t )
A (t)
2. 解调方法
• 包络检波法 • 相干解调法
s ( t ) 带通
滤波
s ( t ) 带通
滤波
全波 整流
低通 滤波
包络检波器
相乘 电路
低通 滤波
抽样 A ( t )
判决
定时脉冲
第6章 基本的数字调制系统
6.1 概述 6.2 二进制振幅键控（2ASK） 6.3 二进制频移键控（2FSK） 6.4 二进制相移键控（2PSK） 6.5 二进制差分相移键控（2DPSK） 6.6 二进制数字键控传输系统性能比较 6.7 多进制数字键控
6.1 概述
数字调制：
调制信号 m ( t是) 数字信号 有限种状态
x(t)nAc(t)nc(t)
,发“1”时 ,发“0”时
在抽样时刻
t
，
1
x(t1)nAc(t1n)c(t1)
,发“ 1”时 ,发“0”时
为高斯型随机变量
发送“0”码时x ，( t 1 ) 的概率密度p0(x) 21nexp x2/2n 2
通信原理教程基本的数字调制系统课件
01
频谱效率
频谱效率是指在单位频谱资源上所能传输的信息量，数字调制系统的频谱效率越高，频带利用率就越高。
02
调制方式的灵活性
数字调制系统应具备多种调制方式，以满足不同传输需求和信道条件下的使用。
频带利用率分析
05
CHAPTER
数字调制系统的应用与发展
无线通信
数字调制系统广泛应用于无线通信领域，如移动通信、卫星通信和无线局域网等。
多径干扰是无线通信中常见的问题，数字调制系统应具有较强的抗多径干扰能力，以保证信号的稳定传输。
抗突发干扰能力
突发干扰是指短暂的、强烈的干扰信号，数字调制系统应具有较强的抗突发干扰能力，以应对突发性的干扰。
抗干扰性能分析
03
频带利用率与抗干扰性能的平衡
在提高频带利用率的同时，需要考虑抗干扰性能的保持，以实现更好的通信效果。
数字调制系统的研究热点问题
06
CHAPTER
实验与课程设计
01
02
04
实验目的与要求
掌握基本的数字调制系统原理。
学会使用调制解调器进行信号调制和解调。
分析不同调制方式的性能特点和应用场景。
培养学生对通信系统的实际操作和问题解决能力。
03
准备必要的实验设备和软件，如信号发生器、调制解调器、示波器等。
课程简介
掌握基本的数字调制系统的基本原理和技术
了解数字调制系统的性能指标和评估方法
熟悉数字调制系统的实际应用和系统设计
课程目标
02
CHAPTER
数字调制系统基础
将低频信号转换为高频载波信号的过程，以便传输。
调制
调频、调相、调幅等。
调制的分类
实现信号的传输、提高信号的抗干扰能力、实现多路复用等。
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
2001 Copyright
SCUT DT&P Labs
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)
2001 Copyright
SCUT DT&P Labs
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
2001 Copyright
SCUT DT&P Labs
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)
2001 Copyright
SCUT DT&P Labs
第6章 数字调制系统
B2 ASK
频带利用率为：
2 2 Bs 2 fs Ts
1 Ts fs 1 ( Baud / Hz ) 2 2 fs 2 Ts
通信原理
第6章 正弦载波数字调制系统
6.2.2 2FSK系统（二进制移频键控）
1. 波形与表达式 波形：
1 0 0 1
s(t) 2FSK
f1
f2 f2
3. 2FSK信号的解调
数字调频信号的解调方法很多，如: 相干检测法：一路2FSK视为两路2ASK信号的合成。 包络检波法：一路2FSK视为两路2ASK信号的合成。 鉴 频 法：模拟法：FM解调。 过零检测法：2FSK特有。
逆 y1 (t ) 2 ASK 解调 s(t ) 抽判 分路 s(t ) 过 2 FSK s(t ) y2 (t ) 程
s(t )
BPF2
x
LPF
y2 (t )
cos 2t
解调器
v2 定时 s (t ) / 2 脉冲
v1 v2，判为“1” v1 v2，判为“0”
问：BPF的带宽？ 各点波形？
通信原理
20
第6章 正弦载波数字调制系统
（3）过零检测法 原理
常识：单位时间内信号经过零点的次数多少，可以用
s (t ) v1
抽 样 判决器
f2
f2
f1
s(t )
y1(t) y2(t)
全波整流 LPF
BPF2
y2 (t )
半波或全 波整流
LPF
v2
解调器
s (t )
定时 脉冲
t
1 0 0 1
取样（对准 码元中点）
问：BPF1、BPF2的带宽？ 接收机入端还需加BPF2FSK？ 可否采用时域分路？
第六章数字调制系统(2)抗噪声性能
设对第k个符号的抽样时刻为kTs，则x(t)在kTs时刻的抽样值
是一个高斯随机变量。因此，发送“1”时，x的一维概率密度函 数为
a + nc (kTs ) x = x (kTs ) = nc (kTs )
发送“1”时 发送“0”时
( x − a)2 f1 ( x ) = exp− 2 2σ n 2π σ n 1
12
《通信原理》九江学院 通信原理》
1．包络检波
由2FSK的解调，进入抽样判决的是两路包络： 2FSK的解调 进入抽样判决的是两路包络 的解调， 两路包络：
发1时，ω 2通道只有噪声
ω1通道的包络：V1 (t ) = [a + nc (t )]2 + ns 2 (t ) ω 2通道的包络：V2 (t ) = nc 2 (t ) + ns 2 (t )
1 b Pe 2 = ∫ f 0 ( x)dx = [1 − erf ( )] 2 b 2 2σ Pe = P (1) Pe1 + P (0) Pe 2 在等概，并且化为归一化值后
∞
4
1 1 −r / 4 Pe = erfc( r / 2)当r >> 1 = e 2 πr
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2
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– 二进制振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能
• 同步检测法的系统性能 – 分析模型
发送端
信道
带通 滤波器
相乘器
低通 滤波器
抽样 判决器
输出
sT (t) ni (t)
yi (t)
y(t)
2cos ct ω
x(t)
P e
定时 脉冲
通信原理第6章数字调制系统精品PPT课件
移频键控是数字信号改变载波的频率。 载波频率随0和1有两种取值，分别为f1和f2。
1. 2FSK的时域表达式：
s 2F (t) S Ka n g t ns T co 1 t s a n g t ns T co 2 ts
n
n
0 , 概 率 为 P a n 1 , 概 率 为 1 P
第六章 数字信号的调制传输
2007年12月
1
引言
1.数字信号的分类和传输方式
数字信号
数字调制信号
数字基带信号
传输方式
数字信号的基带传输
数字信号的调制传输
以哪种传输方式为主？
由信道类型确定
低通型信道--数字信号的基带传输
2007年12月
带通型信道--数字信号的调制传输
2
2．数字调制
数字调制目的与本质
载波：连续的正（余）弦信号 调制信号：数字基带信号
数字调制完成基带信号功率谱的搬移
数字调制的过程
模拟调制的过程，载波参数连续变化 数字调制的过程，载波参数离散变化
调制，modulation 键控，shift keying
2007年12月
3
3．模拟调制和数字调制方式对照
模拟调制 幅度调制(AM) 频率调制(FM) 相位调制(PM)
ang(tnsT )cocst
可见，2ASK为双边带调幅信号。n
2007年12月
6
2. 功率谱密度
设调制信号功率谱为 PB(，)则2ASK信号功率谱为：
P AS ()K 1 4P B (c)P B (c)
图 OOK信号的功率谱
(a)基带信号功率谱； (b) 已调信号功率谱
2007年12月
7
分析
1. 2FSK的时域表达式：
s 2F (t) S Ka n g t ns T co 1 t s a n g t ns T co 2 ts
n
n
0 , 概 率 为 P a n 1 , 概 率 为 1 P
第六章 数字信号的调制传输
2007年12月
1
引言
1.数字信号的分类和传输方式
数字信号
数字调制信号
数字基带信号
传输方式
数字信号的基带传输
数字信号的调制传输
以哪种传输方式为主？
由信道类型确定
低通型信道--数字信号的基带传输
2007年12月
带通型信道--数字信号的调制传输
2
2．数字调制
数字调制目的与本质
载波：连续的正（余）弦信号 调制信号：数字基带信号
数字调制完成基带信号功率谱的搬移
数字调制的过程
模拟调制的过程，载波参数连续变化 数字调制的过程，载波参数离散变化
调制，modulation 键控，shift keying
2007年12月
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3．模拟调制和数字调制方式对照
模拟调制 幅度调制(AM) 频率调制(FM) 相位调制(PM)
ang(tnsT )cocst
可见，2ASK为双边带调幅信号。n
2007年12月
6
2. 功率谱密度
设调制信号功率谱为 PB(，)则2ASK信号功率谱为：
P AS ()K 1 4P B (c)P B (c)
图 OOK信号的功率谱
(a)基带信号功率谱； (b) 已调信号功率谱
2007年12月
7
分析
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
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14
数字信息
绝对码 0 0 1 1 1 0 0 1
PSK
DPSK
相对码 0 0 0 1 0 1 1 1 015
相对移相：绝对码→相对码→绝对移相
载波
～
0
e (t) 0
φ
π
移相
s (t )
2PSK调制方框图
16
载波
～ 0
e (t) 0
π
φ
移相
码变换
s (t )
2DPSK调制方框图
17
2PSK信号的功率谱密度
第六章 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 多进制数字调制系统
1
6.1 引言
数字调制也称键控信号,有三种基本的调 制方式：ASK，FSK，PSK可看成是模 拟线性调制和角调制的特殊情况
载波 —— 正弦波 调制信号 —— 数字信号
2
6.2 二进制数字调制原理
6.2.1 二进制振幅键控（2ASK）
Amplitude Shift Keying
2ASK信号的产生
s (t )
乘法器
e (t) 0
co sct
co s t c ～
e (t) 0
s (t )
模拟幅度调制方法
键控方法
OOK On-Off Keying
3
s(t)ang(tnT s) n
p(f s
)fp (1 p )G (f)2 s
f2(1p)2 s
G (ms)f2(f
m)f s
m
根据矩形波形g（t）的频谱特点，对于
所有sp (1 p )G (f)2 fs2 (1 p )2 (f)G (0 )2
5
当P=1/2时
pE(f)1 1f6 s[G (f fc)2 G (f fc)2 ]
1 1 fs 6 2 G ( 0 )2 [(f fc )(f fc )
6
2ASK信号的功率谱由连续谱和 离散谱两部分组成
2ASK信号带宽是基带脉冲波 形带宽的两倍
7
6.2.2 二进制移频键控（2FSK） Frequency Shift Keying
f～ 1 f2 ～ s (t ) e (t) 0
sT(t) u（ T0t）发 发“ “ 1 0” ”
uT(t) Ac0 o c st
0tTs 其t它
20
接收端yi(t) u （ i tn ） （ itn ） （ i t） 发 发1 0 “ ” “ ”
加性高斯 白噪声
ui(t) ac0osct
0tT s 其t它
输入 BPF
半波或全
波整流器
1
s1
1
1 4[p s2(ff2)p s2(ff2)]
10
FSK功率谱密度同样由连续谱和离散
谱组成。离散谱出现在两个载频位置
pE( f )
2f s
0.8 fs
f
f 1
f 2
0
2
f 2f
0
s
f f
0
s
f 0
f f
0
s
f 2f
0
s
11
若两载频之差较小，如 f s
则连续谱出现单峰。
若两载频之差逐步增大，连续 谱将出现双峰。
22
1. 包络检波法的系统性能
包络 V ( t) [ a n ( t)2 ] n 2 ( t)
c
s
发“1” 时, 广义瑞利分布
V (t)n2(t)n 2(t)
18
当双极性基带信号“1” , “0”出现概率相等
则：pE(f)1 4fs[G (f fc)2 G (f fc)2 ]
连续谱部分与2ASK信号的连续谱基 本相同(仅相差一个常数因子)
因此 2PSK信号的带宽与2ASK相同
19
6.3 二进制数字调制系统的抗 噪声性能
6.3.1 2ASK抗噪声性能 在一个码元持续时间内,发送端:
概率 P为 概率 1P 为
13
0相位发送0, π相位发送1. 发送端与接收端必须要有相同的相位参考.
若参考基准相位随机跳变,就会在接 收端发生错误的恢复,“倒π”现象。
2DPSK是利用前后相邻码元的相对 载波相位值去表示数字信息的一种方式。
相位偏移 ΔΦ
ΔΦ=π
数字信息“1”
ΔΦ=0
数字信息“0”
e (t) 0
s (t )
8
已调信号
e 0
(t
) a ng(tns) T co1 ts(n)
n
a ng (tns) T co2 ts (n)
n
式中，g（t）为单个矩形脉冲，脉宽为T s
0 以概P率 an 1 以概1率 P
0 以概1率 P
a n
1
p
n
n 分别是第n个信号码元的初相位与序
a n
10
以概P率 以概1率 P
e 0
(t
)
=
s
(t
)
co s t c
OOK信号有两种基本的解调方法：非相
干解调（包络检波法）、相干解调（同
步检测法）、
s (t )
e (t) 0
4
2ASK的功率谱密度
p E (f) 1 4 [p s(ffc) p s(f fc)]
S(t)是单极性的随机矩形脉冲序列
LPF
非相干方式
抽样 输出 判决器
定时脉冲
21
接收端带通滤波器后
y(t) u （ i tn ） ( t)n(t)
发1“ ” 发0 “ ”
n ( t ) n c ( t ) cc t o n s ( t ) s sc i tn
y(t) [a n cn (tc) (tc )c ] octo s ctn s s (n t) s( s t)s ic n tic n t 发 发 1 0 ” ” “ “
频带 f f f 2 f
21
s
12
6.2.3 2PSK，2DPSK Phase Shift Keying， Differential PSK
e 0
(t
)
[ang(tnsT )]coc st
n
an 11
以概P率 以概1率 P
g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲 在某一码元持续时间Ts 内观察
e0(t) ccoo sctsct
p E (f) 1 4 [p s(ffc) p s(f fc)]
由于 ang(tnTs)为双极性矩形基带 n 信号，故：
pE(f)f s p ( 1 p ) G ( [ f f c ) 2 G ( f f c ) 2 ]
1 4 f s 2 ( 1 2 p ) 2 G ( 0 ) 2 [( f f c ) ( f f c )
列n无关，反映在
e 0
(t
)
上，表现为
1
与
2
改变时，其相位是不连续的。
9
FSK信号常用解调方法有非相干检测法，相干 检测法，鉴频法，过零检测法，差分检波法等
e 0
(t
)
s1(t)co1 ts s2(t)co2 ts
为简明起见，没有考虑相位的影响
p(f) 1 [p(f f) p(f f)]
E
4s1