通信原理第67章正弦载波数字调制课件

P 1) P(0 / 1) P(0) P(1 / 0) e P(
1 e 2
r 2
1 [ P(0) P(1)] e 2

r 2
6.2.2 二进制数字频率调制 2、相干解调
发“1”时，上支路取样判决瞬时值服从均值为a的正态分 布，下支路服从均值为0的正态分布；发“0”时，上支路 为零均值正态分布，下支路为均值为a的正态分布。经计 算误码率为：
cp
本地载波是用接收到的2PSK信号经载波信号提取电路产生的。
注意： 2PSK相 干解调 存在反 向工作 这一缺 点。解 决的方 法是采 用 2DPSK。
2PSK相干解调各点波形
6.2.3 二进制数字相位键控（2PSK、2DPSK） 2、2DPSK信号的解调 （1）极性比较—码变换法
输入 2DPSK 2PSK 解调器
a2 判决门限b=a/2，r为信噪比： r 2 2 n
6.2.1 二进制数字振幅键控（2ASK） 2、包络解调 发“1” 时 发“0” 时 发“1”时，瞬时值服从莱斯分布，发“0”时瞬时值服从 瑞利分布。
2 2 [a nc (t )] ns (t ) x(t ) 2 2 n ( t ) n c s (t )

r 4
条件是“0”“1 ”等概，信噪比r》1 时。
6.2.1 二进制数字振幅键控（2ASK）
五、两种解调方法的比较 （1）相干解调电路复杂，包络解调电路简单；
（2）小信噪比时，相干解调的误码性能比包络解调好；
（3）大信噪比时，两者误码性能趋于一致。
结论：小信噪比时，使用相干解调 大信噪比时，采用包络解调
y t
i
带通 滤波器
yt
zt
xt
低通 滤波器 抽样 判决器
S(t)
cos 2f ct
定时脉冲
2ASK相干解调方框图
6.2.1 二进制数字振幅键控（2ASK） 2、包络解调
y i t
S(t)
带通 滤波器 包络 检波器 低通 滤波器 抽样 判决器
2ASK信号的包络解调
定时脉冲
第6章 正弦载波数字调制
本章主要内容： 1、2ASK
2、2FSK
3、2PSK
4、2DPSK
5、QPSK、OQPSK
6、MSK
7、QAM
这些调制技术的实现方法及性能
6.2.1 二进制数字振幅键控（2ASK）
一、2ASK调制方法
开关 载波发生器 e(t)
已调信号2ASK
A cos 2f c t
S(t) 数字基带信号
6.2.3 二进制数字相位键控（2PSK、2DPSK）
控制门 2
频率键控法产生2FSK信号的方框图
6.2.2 二进制数字频率调制 二、2FSK的频谱有带宽
2FSK信号可分解成两个2ASK信号
6.2.2 二进制数字频率调制
2FSK信号频谱 带宽为：
B2 FSK f1 f 2 2 f b
6.2.2 二进制数字频率调制 三、2FSK解调
1、过零检测法 即用计算信号过零点数目的方法来解调2FSK信号。 a b c d e
b
n
差分译码器
a
b
n 1
n
a
n
信号 延迟 T
b
2DPSK解调方法1（相干解调）
6.2.3 二进制数字相位键控（2PSK、2DPSK） 来自百度文库2）相位比较法
y (t )
i
y (t )
1
Z(t) 低通
X(t) 抽样 判决器
{a n }
'
带通
延迟
y (t )
2
抽样 脉冲
T
b
2DPSK解调方法2（差分检测或称非相干检测）
6.2.3 二进制数字相位键控（2PSK、2DPSK）
载波 移相180 S(t) e(t)
二进制相位调制波形图
6.2.3 二进制数字相位键控（2PSK、2DPSK） 有两种相位调制方式：绝对调相（2PSK） 相对调相（2DPSK） 绝对调相（2PSK）：用数字信号”0“”1“控制载波的相 度，”0“使载 位。”1“使载波相位改变180 波相位不变。反之亦然。 相对调相（2DPSK）：用数字信号”0“”1“控制相邻码元 的载 波相位差，当为“1”时，相差为180 度；为 “0”时，相差0度，反之亦然。
6.2.1 二进制数字振幅键控（2ASK）
包络解调各点的波形
6.2.1 二进制数字振幅键控（2ASK） 三、2ASK信号的功率谱及带宽
2ASK信号功率谱示意图
B
2 ASK
2
f
b
f
b
是数字基带信号的码元速率
6.2.1 二进制数字振幅键控（2ASK） 四、2ASK系统性能（6.3中的部分内容） 计算由于噪声影响所造成的码元错误概率。方法是： （1）求出用于取样判决的瞬时值的概率密度函数； （2）根据判决门限，求出系统误码率公式。 1、相干解调 取样判决器输入端的瞬时值为：
2
包络检测方框图
6.2.2 二进制数字频率调制
包络检测法波形图
6.2.2 二进制数字频率调制 3、相干检测
f
1
y (t)
1
z (t )
1
相乘器 低通 滤波器 取样脉冲
输入
带通 滤波器
x (t )
1
输出
取样 判别器
y (t)
i
f
2
cos 2f1t y (t ) z2 (t )
2
带通 滤波器
相乘器
绝对码和相对码的相互转换
6.2.3 二进制数字相位键控（2PSK、2DPSK） 注意：调制器输出的信号对绝对码来说时2DPSK信号； 而对相对码来说是2PSK信号。所以对此信号可以用 2PSK的解调方法解调出相对码，再经差分译码得绝对 码（即信息）。
a
n
差分 编码器
b
n
2DPSK信 号 极性 变换器 带通 滤波器
低通 滤波器
s (t )
'
x (t)
2
cos 2f 2t
相干检测方框图
6.2.2 二进制数字频率调制 四、2FSK性能
1、包络解调
发“1”时上支路取样判决瞬时值服从莱斯分布，下支路瞬时 值服从瑞利分布；发“0”时，上支路服从瑞处分布，下支路 服从莱斯分布。求概率密度函数，再求错判概率。误码率为：
放大 限幅 微分 整流 脉冲 形成 低通
f
过零检测法方框图
6.2.2 二进制数字频率调制
过零检测各点波形图
6.2.2 二进制数字频率调制 2、包络检测
f
1
输入
带通 滤波器
y (t)
1
包络 检波器
v (t)
1
输出
y (t)
i
f
2
带通 滤波器
y (t)
2
取样 判别器 包络 检波器
s (t )
'
v (t)
6.2.1 二进制数字振幅键控（2ASK）
a
n
s t
基带信号 形成器 相成器
S2 ASK (t )
带通 滤波器
2ASK信号
形成单极性全占空信号
cos 2f ct
用相乘器实现2ASK调制示意图
6.2.1 二进制数字振幅键控（2ASK） 二、2ASK信号解调 2ASK信号的解调方法有两种：相干解调和非相干解调（包络 解调） 1、相干解调
注：没有特别指明，载波均为正弦信号。 本章介绍的是数字正弦载波调制，简称数字调制。
第6章 正弦载波数字调制
数字正弦载波调制：即用数字基带信号去控制正弦波 的某个参量，以达到数字基带信号频谱般移的目的。 基本的数字调制方式： 数字振幅调制（ASK）：数字基带信号控制载波振幅 数字频率调制（FSK）：数字基带信号控制载波频率 数字相位调制（PSK）：数字基带信号控制载波相位 数字基带信号可以同时控制载波的若干个参数。
-fc
fc
X(f)
demodulation
1
-fc
fc
3400
调制实现方法：用基带信号控制载波的某个参量。
第6章 正弦载波数字调制
根据基带信号的不同，调制分为：
数字调制：基带信号为数字信号
模拟调制：基带信号为模拟信号 根据所用载波的不同，调制有： 正弦载波调制：载波为正弦信号 脉冲调制：载波为脉冲信号
6.2.1 二进制数字振幅键控（2ASK）
p
e
P(0) P(1 / 0) P(1) P(0 / 1)
P ( 0 ) P ( x b ) P (1) P ( x b ) b P ( 0 ) b f 0 ( x ) dx P (1) 0 f1 ( x ) dx
1 e 2
cos 2f ct
相乘法产生2DPSK
6.2.3 二进制数字相位键控（2PSK、2DPSK） 二、调相信号解调 1、2PSK信号解调
2PSK信号的解调只能采用相干解调方法（又称极性比较法）
y
i
(t )
Z(t) 带通 低通
X(t) 抽样
s (t )
输出
'
cos 2f ct
2PSK信号相干解调方框图
用相位选择法实现2PSK调制
6.2.3 二进制数字相位键控（2PSK、2DPSK） 方法2：将进行调制的信息先经极性变换器将 其变为双极性全占空数字基带信号，再和调 制载波相乘。 极性变器变换规则：“1”变为全占空负脉冲；“0”变为 全占空正脉冲。对应的调制规则为：“1”变“0”不变。
a
n
2PSK信号
【重点】 1. 2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号的调制解 调原理、方法、时域波形及系统抗噪声性能分析的方 法和分析结论； 2. QPSK、DQPSK信号的调制解调原理及方法。 【难点】 1. 2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号的调制解 调原理、方法、时域波形及系统抗噪声性能分析的方 法和分析结论； 2.QPSK、DQPSK信号的调制解调原理及方法。
6.2.3 二进制数字相位键控（2PSK、2DPSK）
两种相位调制的波形图
6.2.3 二进制数字相位键控（2PSK、2DPSK）
练习：设数字信号序列为11001010100， 试画出其2PSK及2DPSK信号波形图。（调 制规则自定）
6.2.3 二进制数字相位键控（2PSK、2DPSK） 一、相位调制的实现 1、2PSK调制 方法1
P 1) P(0 / 1) P(0) P(1 / 0) e P(
1 erfc( 2 r 1 )[P(0) P(1)] erfc( 2 2 r ) 2
6.2.2 二进制数字频率调制 五、两种解调性能比校 1、两种检测均可工作在最佳门限 2、信噪比一定时，相干检测的误码率低；所以相干检测的 抗噪声性优于非相干检测，但信噪比很大时，两者误码性差 别不大。 3、相干检测需要插入两个相干载波，因此电路复杂；而包 络检测电路简单。 结论：小信噪比，用相干检测；大信噪比，用包络检测。
a nc (t ) x(t ) nc (t )
发“1” 时 发“0” 时
6.2.1 二进制数字振幅键控（2ASK）
相干检测时2ASK系统误码率的几何表示
6.2.1 二进制数字振幅键控（2ASK）
p
e
P(0) P(1 / 0) P(1) P(0 / 1)
P ( 0 ) P ( x b ) P (1) P ( x b ) b P ( 0 ) b f 0 ( x ) dx P (1) f1 ( x ) dx r 1 erfc 2 2
第6章 正弦载波数字调制 6.2.2 二进制数字频率键控（2FSK）
一、调制的实现
S(t)
cos 2f1t
cos 2f 2 t
载波f1 载波f2 S(t)
e(t)
概念图
6.2.2 二进制数字频率调制
振荡器 f1 控制门 1
基带 信号 输入
S(t)
倒相器 S(t) 相加器
e(t) 输出
振荡器 f2
通信原理
第6章 正弦载波数字调制
为什么要调制？
数字基带信号：频谱（功率谱）集中在零频率附近。
带通信道：传输特性是带通型的。
H( f )
fc
fc
f
问题：数字基带信号能在带通型信道上直接 传输吗？
第6章 正弦载波数字调制
X(f) 1 H(f) 1
2000
f(Hz)
5000
10000
基带信号 输出信号为0
带通信道
要使信号通过信道，必须在传输前对信号频谱进行搬 移，搬移到信道的通带范围内，这种信号频谱的搬移 过程称为调制，接收端频信号频谱反搬移的过程称为 解调。
第6章 正弦载波数字调制
X(f) 1
modulation
1 [ X ( f f c ) X ( f f c )] 2
2000
1 [ X ( f f c ) X ( f f c )] 2
极性 变换器
带通 滤波器
cos 2f ct
相乘法产生2PSK信号
6.2.3 二进制数字相位键控（2PSK、2DPSK） 2、2DPSK信号的产生 方法：将信息（绝对码）变换为相对码，再进行 2PSK调制。
a
n
b
n
b
n
a
n
b
n1
延迟 T
b
延迟
T
b
b
n1
编码 bn bn1 an
译码 an bn1 bn