通信原理第五版第6章数字调制
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第六章
数字信号的频带传输 －数字调制
6.0 引言
目的：为了使数字基带信号能在实际信道(特别是无线信道)中传 输，有效的利用传输媒质,必须把基带信号进行载波调制。
实现：和模拟调制一样就是把数据信号加载在载波的某个参数 上：幅度、频率和相位，即用数据信号来进行幅度调制、 频率调制和相位调制。因此可以采用模拟调制的方法来实 现 。方法1。
BPF 2
cos? 1t
× LPF
y2 (t)
cos? 2t
相干解调器
s(t)/ 2
v1
抽样 判决器
s0 (t)
v2 定时
脉冲
s(t)/ 2
y1 (t)
BPF1
2FSK f1
中心频率
f2
BPF2
y2 (t)
包络 检波器
包络 检波器
LPF LPF
非相干解调器
v1
抽样 判决器
s0 (t)
v2 定时
脉冲
过零检测法
一、2PSK信号的产生及时域表达
0 载波~ π
k
绝对码ak
s (t)
10 0 1 0
110
载波
相移 φ
ak
2PSK信号
2PSK信号看成是双极性不归 零码与正弦载波相乘而得到
双极性 不归零码
s(t) cos? 0t
A方式：
?
?
?0
???
， “0” ， “1”
模拟调制法产生2PSK信号
B方式：
?
?
??
??0
?
f2) ?
P(f s
?
f2 )]
Ps ( f )
Pe( f )
Pe ( f )
3f b
fb
? fb 0 fb
f0
f1
?
f
b
f1
f2 f2 ? fb
f
0
f1 ?
f b
f1
f2 f2 ? fb
f
(1) 2FSK信号的功率谱与 2ASK信号的相似，由离散谱和连续谱组成。
(2) 连续谱的形状随着 f2 ? f1 的大小而异 ：
绝对码
1 00 1 0 11 0
载波 (0) (?) (?) (0) (?) (0) (0) (?)
2PSK信号 （0) (0) (?) (0) (0) (?) (?) (?) (0)
2DPSK信号
相对码 1 1 0 1 1 0 0 0 1
B方式：
??
?
??
??0
，
，
“0”
“1”
A方式：
??
?
?0
???
方法2: 由于数字信号的状态有限，因而可采用键控载波的方法 来实现，如:幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相 移键控（PSK）三种方式。
先看二进制数字调制
§ 6. 1 2ASK
一、 2ASK 产生及时域表达
2ASK波形可看成单极 性不归零码与正弦载波相乘的结果。
? s2 ASK (t) ? an g(t ? nTb )cos ? 0t n
，
，
“0”
“1”
相对码
A方式：bn ? an ? bn?1 B方式：bn ? an ? bn?1
单极性码表示
A方式 B方式
bn ? an ? bn?1 bn ? an ? bn? 1
双极性码表示
{an}
{bn}
s2DPSK(t)
(a)
Pe ( f )
?fc?fb ? fc ? fc? fb
0
(b)
fc ? fb fc fc? fb
f
带宽 B2ASK＝2 f b （ 零点带宽）
与AM信号 频谱很相似
三、2ASK信号的解调
2ASK信号
0
BPF
y (t)
z(t)
×
LPF
cos ? 0t 相干解调
抽 样 {an} 判决器
s(t)
?
fc )??
Pe ( f )
与DSB信号频 谱很相似
? fc? fb ? fc ? fc? fb
0
fc ? fb fc fc? fb
f
零点带宽：B2PSK＝ 2fb
三、 2PSK信号的解调 由于已调信号的频谱不含载波分量，所以只能采用相干解调
带通 输入 滤波器
{a n} 2PSK
y(t)
cos? ct
an
?
?0， P
? ?1,
1?
P
{a k} 码型 单极性
变换 NRZ ×
2ASK信号
cos ? 0t
模拟调制法产生2ASK信号
二、2ASK信号的功率谱及带宽
Pe ( f ) ?
1 4
??(
Ps
(
f
?
f0 ) ?
Ps ( f
?
f0 )??
乘法器输入输出功பைடு நூலகம்谱的关系
Ps ( f )
? fb 0 fb
f
f2 ? f1 ? fb ，出现双峰；
f 2 ? f1 ? fb ，出现单峰。
(3) 2FSK信号的频带宽度为 B2FSK ? f2 ? f1 ? 2 fb
三、2FSK信号的解调
用普通的分路滤波 器需满足下面条件
f2 ? f1 ? 2 fb
2FSK
y1 ( t )
BPF 1
× LPF
f1
中心频率
f2
定时脉冲
2ASK 信号 BPF
包络 检波器
{a'n }
抽样
LPF
判决器
非相干解调
定时脉冲
6.2 二进制频移键控 (2FSK)
一、2FSK信号的产生及时域表达
2FSK信号可看成 两个互不相关的 单极性不归零码 分别与两个正弦 载波相乘而得到
11100 1 0 00
? ? s2FSK (t) ? an g(t ? nTb)cosω1t ? an g(t ? nTb )cosω2t
n
n
an
?
?0 ??1
，p ，1-p
an
?
?1， p ??0，1-p
cos? 2t
～
×
{ak} 单极性
NRZ
倒相
相加
2FSK信号
～
cos ? 1t
×
模拟调制法产生2FSK信号
二、2FSK信号的功率谱及带宽
Pe ( f ) ?
1 4
[
Ps
(
f
?
f1) ?
Ps ( f
?
f1 )]?
1[P ( f 4s
， “0” ， “1”
? s2PSK (t) ? an g(t ? nTb )cos ? 0t n
an
?
??1
? ?
1
，p
，1-p
或 s2PSK (t) ? ? cos ? 0t ? cos(? 0t ? ? )
二、2PSK信号的功率谱及带宽
Pe ( f ) ?
1 4
??(
Ps
(
f
?
f c ) ? Ps ( f
10 11001
本地载波
z(t) x(t )(虚线) 定时脉冲
x
低通 滤波器
抽样 输出 判决器
定时脉冲
相干解调是一种极性判决的 方法，由于本地载波的载波 相位不确定性，因此，解调 后所得的数字信号的符号也 容易发生颠倒，这种现象称 为相位模糊。
判别规则：正 --“0”；负--“1”
四、2DPSK（相对相移键控）
a
放大 限幅
b
微分
c
整流
d
宽脉冲 发生器
e LPF
f
a
b
c d e
f
周期性方波信号的三角函数傅氏级数展开式：
? s(t) ?
Aτ ? 2 Aτ
?
nπτ Sa( ) cos nωt
T
T n?1
T
显然直流分量的幅度与周期 T成反比 。
所以这种方法也适合模拟调频信号的解调。
6.3 二进制相移键控(2PSK)及差分相移键控(2DPSK)
数字信号的频带传输 －数字调制
6.0 引言
目的：为了使数字基带信号能在实际信道(特别是无线信道)中传 输，有效的利用传输媒质,必须把基带信号进行载波调制。
实现：和模拟调制一样就是把数据信号加载在载波的某个参数 上：幅度、频率和相位，即用数据信号来进行幅度调制、 频率调制和相位调制。因此可以采用模拟调制的方法来实 现 。方法1。
BPF 2
cos? 1t
× LPF
y2 (t)
cos? 2t
相干解调器
s(t)/ 2
v1
抽样 判决器
s0 (t)
v2 定时
脉冲
s(t)/ 2
y1 (t)
BPF1
2FSK f1
中心频率
f2
BPF2
y2 (t)
包络 检波器
包络 检波器
LPF LPF
非相干解调器
v1
抽样 判决器
s0 (t)
v2 定时
脉冲
过零检测法
一、2PSK信号的产生及时域表达
0 载波~ π
k
绝对码ak
s (t)
10 0 1 0
110
载波
相移 φ
ak
2PSK信号
2PSK信号看成是双极性不归 零码与正弦载波相乘而得到
双极性 不归零码
s(t) cos? 0t
A方式：
?
?
?0
???
， “0” ， “1”
模拟调制法产生2PSK信号
B方式：
?
?
??
??0
?
f2) ?
P(f s
?
f2 )]
Ps ( f )
Pe( f )
Pe ( f )
3f b
fb
? fb 0 fb
f0
f1
?
f
b
f1
f2 f2 ? fb
f
0
f1 ?
f b
f1
f2 f2 ? fb
f
(1) 2FSK信号的功率谱与 2ASK信号的相似，由离散谱和连续谱组成。
(2) 连续谱的形状随着 f2 ? f1 的大小而异 ：
绝对码
1 00 1 0 11 0
载波 (0) (?) (?) (0) (?) (0) (0) (?)
2PSK信号 （0) (0) (?) (0) (0) (?) (?) (?) (0)
2DPSK信号
相对码 1 1 0 1 1 0 0 0 1
B方式：
??
?
??
??0
，
，
“0”
“1”
A方式：
??
?
?0
???
方法2: 由于数字信号的状态有限，因而可采用键控载波的方法 来实现，如:幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相 移键控（PSK）三种方式。
先看二进制数字调制
§ 6. 1 2ASK
一、 2ASK 产生及时域表达
2ASK波形可看成单极 性不归零码与正弦载波相乘的结果。
? s2 ASK (t) ? an g(t ? nTb )cos ? 0t n
，
，
“0”
“1”
相对码
A方式：bn ? an ? bn?1 B方式：bn ? an ? bn?1
单极性码表示
A方式 B方式
bn ? an ? bn?1 bn ? an ? bn? 1
双极性码表示
{an}
{bn}
s2DPSK(t)
(a)
Pe ( f )
?fc?fb ? fc ? fc? fb
0
(b)
fc ? fb fc fc? fb
f
带宽 B2ASK＝2 f b （ 零点带宽）
与AM信号 频谱很相似
三、2ASK信号的解调
2ASK信号
0
BPF
y (t)
z(t)
×
LPF
cos ? 0t 相干解调
抽 样 {an} 判决器
s(t)
?
fc )??
Pe ( f )
与DSB信号频 谱很相似
? fc? fb ? fc ? fc? fb
0
fc ? fb fc fc? fb
f
零点带宽：B2PSK＝ 2fb
三、 2PSK信号的解调 由于已调信号的频谱不含载波分量，所以只能采用相干解调
带通 输入 滤波器
{a n} 2PSK
y(t)
cos? ct
an
?
?0， P
? ?1,
1?
P
{a k} 码型 单极性
变换 NRZ ×
2ASK信号
cos ? 0t
模拟调制法产生2ASK信号
二、2ASK信号的功率谱及带宽
Pe ( f ) ?
1 4
??(
Ps
(
f
?
f0 ) ?
Ps ( f
?
f0 )??
乘法器输入输出功பைடு நூலகம்谱的关系
Ps ( f )
? fb 0 fb
f
f2 ? f1 ? fb ，出现双峰；
f 2 ? f1 ? fb ，出现单峰。
(3) 2FSK信号的频带宽度为 B2FSK ? f2 ? f1 ? 2 fb
三、2FSK信号的解调
用普通的分路滤波 器需满足下面条件
f2 ? f1 ? 2 fb
2FSK
y1 ( t )
BPF 1
× LPF
f1
中心频率
f2
定时脉冲
2ASK 信号 BPF
包络 检波器
{a'n }
抽样
LPF
判决器
非相干解调
定时脉冲
6.2 二进制频移键控 (2FSK)
一、2FSK信号的产生及时域表达
2FSK信号可看成 两个互不相关的 单极性不归零码 分别与两个正弦 载波相乘而得到
11100 1 0 00
? ? s2FSK (t) ? an g(t ? nTb)cosω1t ? an g(t ? nTb )cosω2t
n
n
an
?
?0 ??1
，p ，1-p
an
?
?1， p ??0，1-p
cos? 2t
～
×
{ak} 单极性
NRZ
倒相
相加
2FSK信号
～
cos ? 1t
×
模拟调制法产生2FSK信号
二、2FSK信号的功率谱及带宽
Pe ( f ) ?
1 4
[
Ps
(
f
?
f1) ?
Ps ( f
?
f1 )]?
1[P ( f 4s
， “0” ， “1”
? s2PSK (t) ? an g(t ? nTb )cos ? 0t n
an
?
??1
? ?
1
，p
，1-p
或 s2PSK (t) ? ? cos ? 0t ? cos(? 0t ? ? )
二、2PSK信号的功率谱及带宽
Pe ( f ) ?
1 4
??(
Ps
(
f
?
f c ) ? Ps ( f
10 11001
本地载波
z(t) x(t )(虚线) 定时脉冲
x
低通 滤波器
抽样 输出 判决器
定时脉冲
相干解调是一种极性判决的 方法，由于本地载波的载波 相位不确定性，因此，解调 后所得的数字信号的符号也 容易发生颠倒，这种现象称 为相位模糊。
判别规则：正 --“0”；负--“1”
四、2DPSK（相对相移键控）
a
放大 限幅
b
微分
c
整流
d
宽脉冲 发生器
e LPF
f
a
b
c d e
f
周期性方波信号的三角函数傅氏级数展开式：
? s(t) ?
Aτ ? 2 Aτ
?
nπτ Sa( ) cos nωt
T
T n?1
T
显然直流分量的幅度与周期 T成反比 。
所以这种方法也适合模拟调频信号的解调。
6.3 二进制相移键控(2PSK)及差分相移键控(2DPSK)