通信原理 第六章 数字频带传输系统

第6章
6.1
6.2
数字频带传输系统
二进制数字调制与解调原理
二进制数字调制系统的抗噪声性能
6.3
6.4
二进制数字调制系统的性能比较
多进制数字调制系统
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第 6章
6.1
6.1.1二进制振幅键控（2ASK）
振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数 字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。 设发送的二进制符号序列由0、 1 序列组成，发送 0 符号的概
图 6 – 11 二进制移相键控信号的时间波形
s(t)
码型变换
双极性不归 零
乘法器
e2 PS K(t)
开关电路 cos ct 0° s(t) (b ) e2 PS K(t)
cos ct (a ) 1 80 °移相
图 6- 12
2PSK信号的调制原理图
e2 PS K(t)
带通 滤波器
6.1.4二进制差分相位键控（2DPSK）
在2PSK信号中，信号相位的变化是以未调正弦载波的相 位作为参考，用载波相位的绝对数值表示数字信息的，所以 称为绝对移相。 2DPSK方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示 数字信息。 假设前后相邻码元的载波相位差为 Δφ，可定义一种数字信息 与Δφ之间的关系为 Δφ= 0, 表示数字信息“0” π , 表示数字信息“1”
在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信
号在 f1 和 f2 两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号
（2FSK信号）。 二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键 控信号的叠加。 若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1， 0 符号对应于载波频率 f2 ，则二进制移频键控信号的时域表达
振荡器1 f1 基带信 号
选通开关
反相器
相加器
e2 FSK(t)
振荡器2 f2
选通开关
图 6 –7 数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图
带通滤波器
1
e2 FS K(t)
包络 检波器 定时脉冲 抽样 判决器 输出
带通滤波器 (a ) 带通滤波器
包络 检波器
1
e2 FS K(t)
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
an= bn=
0, 1, 0, 1,
发送概率为P 发送概率为1-P 发送概率为1-P 发送概率为P (6.1 - 6)
bn是an的反码，即若an=1，则bn=0， 若an=0，则bn=1。φn和θn
分别代表第n个信号码元的初始相位。在二进制移频键控信号 中，φn和θn不携带信息，通常可令φn和θn为零。因此，二进制
相乘器 cos 1 t cos 2 t
低通 滤波器 定时脉冲 抽样 判决器 输出
带通滤波器

相乘器 (b )
低通 滤波器
图 6 –8
(a) 非相干解调; (b) 相干解调
1
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
2 FSK 信号
图 6-9
2FSK非相干解调过程的时间波形
a e2 FS K(t ) 限幅
当发送二进制符号1时，已调信号e2PSK(t)取0°相位，发送二 进制符号0时，e2PSK(t)取180°相位。若用φn表示第n个符号的 绝对相位，则有 φn= 0°, 180°, 发送 1 发送 0 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。
Ts A O －A t
a
相乘器 b
c
低通 滤波器
d
抽样 判决器 定时脉冲
e 输出
cos ct
图 6 - 13
2PSK信号的解调原理图
1 a
1
1
0
0
1
0
0
b
c
d
e
图 6 -14
2PSK信号相干解调各点时间波形
当恢复的相干载波产生 180°倒相时，解调出的数字基带信 号将与发送的数字基带信号正好是相反，解调器输出数字基 带信号全部出错。 这种现象通常称为“倒π”现象。由于在2PSK信号的载波恢 复过程中存在着180°的相位模糊，所以2PSK信号的相干解 调存在随机的“倒π”现象，从而使得2PSK 方式在实际中很 少采用。 为了解决2PSK信号解调过程的反向工作问题， 提出了二进 制差分相位键控(2DPSK)。
0
1
1
0
0
1
t
t
2 ASK信号 t
图 6 – 2 二进制振幅键控信号时间波型
开关电路 e2 AS K(t) cos ct e2 AS K(t)
s(t)
乘法器 cos ct (a)
s(t制器原理框图
e2 AS K(t)
带通 滤波器
a
全波 整流器
b
低通 滤波器
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
e2 PSK (t ) = [å an g (t - nTs )]cos wct
n
(6.1 - 9)
其中, an与2ASK和2FSK时的不同，在2PSK调制中，an应 选择双极性，即
an= 1, -1, 发送概率为P 发送概率为1-P
若g(t)是脉宽为Ts, 高度为1的矩形脉冲时，则有
e2PSK(t)= cosωct, -cosωct, 发送概率为P 发送概率为1-P
b 微分
c 整流
d
脉冲形 成
e 低通
f 输出
(a ) a b c d e
图 6 – 10 过零检测法原理图和各点时间波形
6.1.3二进制移相键控（2PSK）
在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字 基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控 (2PSK)信号。 通常用已调信号载波的 0°和 180°分别表示二进制数字基 带信号的 1 和 0。 二进制移相键控信号的时域表达式为
率为 P ，发送 1 符号的概率为 1-P ，且相互独立。该二进制符
号序列可表示为
s(t ) =
其中:
å
an g (t - nTS )
n
0 an 1
发送概率为P 发送概率为1-P
Ts 是二进制基带信号时间间隔， g(t) 是持续时间为 Ts 的 矩形脉冲: 0 £ TS 1 g (t ) 其他 0
c
抽样 判决器 定时 脉冲
d 输出
(a ) e2 AS K(t )
带通 滤波器
相乘器 cos ct (b )
低通 滤波器
抽样 判决器 定时 脉冲
输出
图 6 –4 二进制振幅键控信号解调器原理框图
1
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
a
b
c
d
图6-5
2ASK信号非相干解调过程的时间波形
6.1.2二进制移频键控（2FSK）
移频键控信号的时域表达式可简化为
e2 FSK (t ) = [邋 an g (t - nTS )cos w1t + [
n n
an g (t - nTS )]cos w2t
二进制移频键控信号的解调方法很多，
有模拟鉴频法和数字检测法，
有非相干解调方法也有相干解调方法。 其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上 下两路二进制振幅键控信号，分别进行解调， 通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出 输出信号。