数字通信原理 二进制数字调制与解调原理PPT
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通信原理(第八章新型数字带通调制技术)PPT课件
实例分析
QPSK（四相相移键控调制）
在PSK的基础上，将相位划分为四个不同的状态，每个状态表示两个 比特的信息，提高了频谱利用率和传输速率。
16-QAM（十六进制正交幅度调制）
在QAM的基础上，将幅度划分为16个不同的状态，每个状态表示4个 比特的信息，进一步提高了频谱利用率和传输速率。
OFDM（正交频分复用调制）
20世纪70年代，随着数字信号处理技 术的发展，多种新型数字带通调制技 术如QPSK、QAM等开始出现。
02
数字带通调制技术的基本原理
数字信号的调制过程
调制概念
调制是将低频信号（如声音、图像等）转换成高频信号的过程， 以便传输。
数字信号的调制方式
数字信号的调制方式主要有振幅键控（ASK）、频率键控（FSK） 和相位键控（PSK）等。
通信原理(第八章新型数字带 通调制技术)ppt课件
• 引言 • 数字带通调制技术的基本原理 • 新型数字带通调制技术介绍 • 新型数字带通调制技术的应用场景
• 新型数字带通调制技术的优势与挑 战
• 新型数字带通调制技术的实现方法 与实例分析
01
引言
新型数字带通调制技术的定义与重要性
定义
新型数字带通调制技术是指利用数字 信号调制载波的幅度、频率或相位， 以实现信号传输的技术。
光纤通信系统
在光纤通信系统中，新型数字带通调制技术如偏振复用正交频分复用（PD-OFDM） 被用于实现高速、大容量的数据传输，满足不断增长的网络流量需求。
卫星通信系统
广播卫星
在广播卫星中，新型数字带通调制技术如正交频分复用（OFDM）被用于发送多路电视信号和其他多媒 体内容，提供高质量的广播服务。
将高速数据流分割成多个低速数据流，在多个子载波上进行调制，提 高了频谱利用率和抗多径干扰能力。
数字通信-PPT课件
1
本课程研究的主要内容
介绍数字通信系统分析和设计基础的基本原理，介 绍数字通信技术发展的新成果；
研究内容包括：数字形式的信息从信源到一个或多 个目的地的传输问题。
先修课程： 通信原理；概率论和随机过程等
参考教材： Digital communication， Proakis，
电子工业出版社
2
第1章 绪论
xl (t) xi (t) jxq (t)
从带通信号中 提取低通信号 的处理过程
—— 解调
解调器
23
第2章 确定与随机信号分析
介绍后续各章所需的背景知识 自己复习相关的基础知识：傅里叶变换及 其性质；随机过程，等等
2.1 带通与低通信号的表示
频谱：
X ( f ) F[x(t)] x(t)e j2 ftdt Re[xl (t)e j2 f0t ] e j2 ftdt
介绍后续各章所需的背景知识 自己复习相关的基础知识：傅里叶变换及 其性质；随机过程，等等
2.1 带通与低通信号的表示
带通信号（系统）
是一种实窄带高频信号，其频谱集中在某个频率（±f0）附近， 且频谱宽度远小于f0的信号（系统）
双边带调制DSB：
传输信号的信道带宽限制在以载 波为中心的一个频段上。
单边带调制SSB：
xl (t) x (t)e j2 f0t [x(t) jxˆ(t)]e j2 f0t xl (t) [x(t) cos 2 f0t xˆ(t) sin 2 f0t] j[xˆ(t) cos 2 f0t x(t) sin 2 f0t]
xi (t) x(t) cos 2 f0t xˆ(t) sin 2 f0t xq (t) xˆ(t) cos 2 f0t x(t) sin 2 f0t
本课程研究的主要内容
介绍数字通信系统分析和设计基础的基本原理，介 绍数字通信技术发展的新成果；
研究内容包括：数字形式的信息从信源到一个或多 个目的地的传输问题。
先修课程： 通信原理；概率论和随机过程等
参考教材： Digital communication， Proakis，
电子工业出版社
2
第1章 绪论
xl (t) xi (t) jxq (t)
从带通信号中 提取低通信号 的处理过程
—— 解调
解调器
23
第2章 确定与随机信号分析
介绍后续各章所需的背景知识 自己复习相关的基础知识：傅里叶变换及 其性质；随机过程，等等
2.1 带通与低通信号的表示
频谱：
X ( f ) F[x(t)] x(t)e j2 ftdt Re[xl (t)e j2 f0t ] e j2 ftdt
介绍后续各章所需的背景知识 自己复习相关的基础知识：傅里叶变换及 其性质；随机过程，等等
2.1 带通与低通信号的表示
带通信号（系统）
是一种实窄带高频信号，其频谱集中在某个频率（±f0）附近， 且频谱宽度远小于f0的信号（系统）
双边带调制DSB：
传输信号的信道带宽限制在以载 波为中心的一个频段上。
单边带调制SSB：
xl (t) x (t)e j2 f0t [x(t) jxˆ(t)]e j2 f0t xl (t) [x(t) cos 2 f0t xˆ(t) sin 2 f0t] j[xˆ(t) cos 2 f0t x(t) sin 2 f0t]
xi (t) x(t) cos 2 f0t xˆ(t) sin 2 f0t xq (t) xˆ(t) cos 2 f0t x(t) sin 2 f0t
2DPSK资料
乘法器
e 2DPSK ( t )
b n = a n ⊕b n-1
双极性 NRZ
cos ? c t
2PSK 调制器原理框图 (a) 模拟调制法
《 通信(tōng xìn)原理》数第字七(sh章ùzì)带通传输系统
第十七页，共25页。
7-5-17
第 5节 二进制数字调制(tiáozh-ì2D)原PS理K
fc
fc ＋fb
2DPSK 信号的功率谱密度示意图
B ? 2 fb
(“0”和“1”符号等概时）
《 通信(tōng xìn)原理数》字第(sh七ù章zì)带通传输系统
第十四页，共25页。
fc +2 fb f
7-5-14
第 5节 二进制数字(shùzì)调-2制D原PS理K
2DPSK 信号功率谱密度特点 --与2PSK 相同
2DPSK调制原理
cos? ct
开 关电 路
0°
e2DPSK (t) ?
18 0° 移 相
{b n }
码 变 换 s(t)
2DPSK 调制器原理图 (b) 键控调制法
《 通信(tōng xìn)原理》数第字七带章通传输(chuán shū)系统
第十八页，共25页。
7-5-18
第 5节 二进制数字(shùzì)调制-2原DP理SK
《 通信(tōng xìn)原理》数第字七(s章hùzì)带通传输系统
第三页，共25页。
7-5-3
第5节 二进制数字(shùzì)调-2制D原PSK理
2DPSK 信号的定义
? 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
通信原理讲义-第六章 数字信号的载波传输1二进制调制
数字信号的调制可以看成特殊调制信号 的模拟调制，类似模拟调制的情况，数 字调制也是用调制信号调制载波的三个 参数：振幅、频率、相位。 相应地称为：幅度键控、频率键控、相 位键控。
6.1 二进制数字调制
二进制数字调制是指调制信号为二进制 基带信号，这种调制信号仅有两种电平， 表示为“1”和“0”： 二进制数字调制又分为： 二进制幅度键控 二进制频率键控 二进制相位键控
数字基 带信号 二进制幅度键控s2ASK(t)
载波Acoswct
二进制幅度键控解调（非相干）
带通 滤波器
1 0.5 0 -0.5 -1 0 1 0.5 0 -0.5 -1 0 1 0.5 0 -0.5 -1 0 100 200 300 400 500 600 100 200 300 400 500 600 100 200 300 400 500 600
1 A1 0 0 0 1 ……
由调频理论，调制后信号的瞬时频率 w(t)=w0+KFMf(t) 而对单极性二元基带信号只有两种电平： f(t)=0或1， 故：w1= w0+KFM w2= w0。
二进制频率键控调制后的时域波形
1
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
二进制差分相位键控的调制方法
二元单 极性码 输入 相对码 差分编码 二进制差分相位 键控DPSK输出
Acos(wct)
载波发生器
差分编码原理：
后一位与新生成的前一位码做模2和得到新生成的码
绝对码：1 0 0 1 0 1 1 0 相对码：1 1 1 0 0 1 0 0
二进制差分相位键控的解调（相干）
《数字通信原理》课件
信道编码
为了提高数字信号传输的可靠性和稳定性，通过增加冗余信息对数字信号进行 编码。
常见信道编码技术
线性分组码、循环码、卷积码等。
差错控制编码
差错控制编码
通过在数字信号中添加额外的信息，以检测和纠正传输过程中可能出现的错误。
常见差错控制编码技术
奇偶校验码、海明码、循环冗余校验（CRC）等。
加密与解密技术
THANKS
抗干扰能力
抗噪声干扰能力
数字通信系统在存在噪声干扰的情况 下仍能正常工作的能力。
抗多径干扰能力
数字通信系统抵抗多径效应干扰的能 力。
误码率与信噪比
误码率（BER）与信噪比（SNR）的关系
随着信噪比的增加，误码率逐渐降低，通信质量提高。
信噪比优化
通过合理配置信号功率和噪声抑制措施，降低误码率，提高通信性能。
数字信号在传输过程中可能会受到噪声 、干扰和衰减的影响，需要进行相应的 处理和补偿。
数字信号的同步技术
01
载波同步
通过提取载波频率和相位信息 ，使接收端与发射端保持一致
的载波频率和相位。
02
位同步
使接收端的抽样时钟与发送端 的时钟保持一致，以便正确地
进行抽样判决。
03
帧同步
使接收端正确地识别出数字信 号中的帧结构，以便正确地提
物联网与智能家居系统的组成
物联网与智能家居系统由传感器、控制器、智能家电等组成，实现家庭设施的远程控制和 智能化管理。
物联网与智能家居系统的特点
物联网与智能家居系统具有便捷性、智能化、节能环保等特点，能够提高家庭生活的舒适 度和便利性。
未来数字通信技术的发展趋势
01
未来数字通信技术的发展趋势概述
为了提高数字信号传输的可靠性和稳定性，通过增加冗余信息对数字信号进行 编码。
常见信道编码技术
线性分组码、循环码、卷积码等。
差错控制编码
差错控制编码
通过在数字信号中添加额外的信息，以检测和纠正传输过程中可能出现的错误。
常见差错控制编码技术
奇偶校验码、海明码、循环冗余校验（CRC）等。
加密与解密技术
THANKS
抗干扰能力
抗噪声干扰能力
数字通信系统在存在噪声干扰的情况 下仍能正常工作的能力。
抗多径干扰能力
数字通信系统抵抗多径效应干扰的能 力。
误码率与信噪比
误码率（BER）与信噪比（SNR）的关系
随着信噪比的增加，误码率逐渐降低，通信质量提高。
信噪比优化
通过合理配置信号功率和噪声抑制措施，降低误码率，提高通信性能。
数字信号在传输过程中可能会受到噪声 、干扰和衰减的影响，需要进行相应的 处理和补偿。
数字信号的同步技术
01
载波同步
通过提取载波频率和相位信息 ，使接收端与发射端保持一致
的载波频率和相位。
02
位同步
使接收端的抽样时钟与发送端 的时钟保持一致，以便正确地
进行抽样判决。
03
帧同步
使接收端正确地识别出数字信 号中的帧结构，以便正确地提
物联网与智能家居系统的组成
物联网与智能家居系统由传感器、控制器、智能家电等组成，实现家庭设施的远程控制和 智能化管理。
物联网与智能家居系统的特点
物联网与智能家居系统具有便捷性、智能化、节能环保等特点，能够提高家庭生活的舒适 度和便利性。
未来数字通信技术的发展趋势
01
未来数字通信技术的发展趋势概述
#21二进制数字调制系统
莱斯分布
– 解调支路2输出： x0(t) ni2(t)nQ 2(t)
瑞利分布
2FSK 的误比特率（非相干解调）
x1(t)[AnI(t)2 ]nQ 2(t) x0(t) ni2(t)nQ 2(t)
• 如果x1(t)<x0(t)则出现误码： Pe 1 P ( x1 x 0 ) f 1 ( x1 ) f 0 ( x 0 )dx 1dx 0
2ASK 的误比特率（相干解调）
• 求误比特率
f 0( x )
f 1( x )
D
0
A
x
pe1p(xD)f1(x)dx
D
p e1
p e0
D
1 e
2sn
x p(x [2 sA n 2)2]d
x11er(fDA)
22
2sn
pe0p(xD) Df0(x)dx
1
• 式中：
率密度曲线的交点，即最佳判决点DG
s f0(x)
f 1 ( D G ) f 2 ( D G ) D G D G 0n
f 1( x )
s s f0
(
x)
x
s
2 n
f1(x)
x
2
e
x2
2s
2 n
I0(A2x)e(x22sn A 22)
n
n
0
p e1
D
p e0
DG
x
A2
2sn2
lnI0(Asn2D G)r
D
s 1-
D
x σn2
IO(
Ax)e(x22sn A 2 2)dx 2 n
2ASK 的误比特率（非相干解调）
通信原理知识调制与解调ppt(84张)
Ω)t
调制信号
Ω
载波
调幅波
通信原理知识调制与解调(PPT84页)
下边频
ω0
上边频
ω0-Ω ω0+Ω
通信原理知识调制与解调(PPT84页)
(2) 限带信号的调幅波
v AM (t) V0 1
n
mn
c
osΩnt
c os0t
V0 cos0t
n
1 2
mn
c os (0
Ωn )t
1 2
mn
从调幅波的频谱图可知，唯有它的上、下边带分量才实际地
反映调制信号的频谱结构，而载波分量仅是起到频谱搬移的作用， 不反映调制信号的变化规律。
通信原理知识调制与解调(PPT84页)
End
通信原理知识调制与解调(PPT84页)
三种振幅调制信号
电压 表达式
普通调幅波
V0 (1 ma cos Ωt ) cos0t
(2) 调幅度ma反映了调幅的强弱度
通信原理知识调制与解调(PPT84页)
通信原理知识调制与解调(PPT84页)
v V cos Ωt v0 V0 cos0t
ma 0 0 ma 1
maa 1
通信原理知识调制与解调(PPT84页)
通信原理知识调制与解调(PPT84页)
图 9.2.2 由非正弦波调制所得到的调幅波
m上
Vmax V0 V0
m下
V0
Vm in V0
通信原理知识调制与解调(PPT84页)
通信原理知识调制与解调(PPT84页)
2. 普通调幅波的频谱
（1）由单一频率信号调 幅
v AM (t) V0 (1 ma cosΩt) cos0t
信号调制的基本原理PPT
• 根据瞬时相位与瞬时角频率得关系可知,对 式(4-24)积分可得调频波得瞬时相位
• (4-26) t
t
t
f (t)
(t )dt
0
0 c
f u (t)dt
ct f
0 u (t)dt
•
f (t ) f
t
0 u (t )dt
(4-27)
• 表示调频波瞬时相位与载波信号相位得偏
4、2 幅度调制原理及特性
• 4、2、1 普通调幅(AM )
• 1、 普通调幅信号得数学表达式
• 首先讨论调制信号为单频余弦波时得情况, 设调制信号为
• u (t) um cos t cos 2 Ft (4-2)
• 设载波信号为
•
uC (t) Ucm cosct cos 2 fct (4-3)
• 调频信号数学表达式
(4-31)
4、3、2 调频信号分析
• uFM Ucm cos(ct mf sin t) (4-32)
•
mf
k f Um
m
为调频波得最大相移,又称调
频指数。 m值f 可大于1
• 给出了调制信号、瞬时频偏、瞬时相偏、 对应得波形图
4、3、2 调频信号分析
图4-19 调频信号的波形图
• 4、2、3 单边带调幅信号(SSB)
• 由式(4-15)可得SSB调幅信号数学表达式为
• 取上边带时
•
(4-17)
• •
取下边带时
uSSB (t)
1 2
KmaU cm cos (c
)t
(4-18)
uSSB (t )
1 2
KmaU cmcos(c
)t
4、2、3 单边带调幅信号(SSB)
• (4-26) t
t
t
f (t)
(t )dt
0
0 c
f u (t)dt
ct f
0 u (t)dt
•
f (t ) f
t
0 u (t )dt
(4-27)
• 表示调频波瞬时相位与载波信号相位得偏
4、2 幅度调制原理及特性
• 4、2、1 普通调幅(AM )
• 1、 普通调幅信号得数学表达式
• 首先讨论调制信号为单频余弦波时得情况, 设调制信号为
• u (t) um cos t cos 2 Ft (4-2)
• 设载波信号为
•
uC (t) Ucm cosct cos 2 fct (4-3)
• 调频信号数学表达式
(4-31)
4、3、2 调频信号分析
• uFM Ucm cos(ct mf sin t) (4-32)
•
mf
k f Um
m
为调频波得最大相移,又称调
频指数。 m值f 可大于1
• 给出了调制信号、瞬时频偏、瞬时相偏、 对应得波形图
4、3、2 调频信号分析
图4-19 调频信号的波形图
• 4、2、3 单边带调幅信号(SSB)
• 由式(4-15)可得SSB调幅信号数学表达式为
• 取上边带时
•
(4-17)
• •
取下边带时
uSSB (t)
1 2
KmaU cm cos (c
)t
(4-18)
uSSB (t )
1 2
KmaU cmcos(c
)t
4、2、3 单边带调幅信号(SSB)
现代数字通信技术-第三章-数字调制ppt课件
MSK属于恒包络数字调制技术。现代数字调制技术的研究，主 要是围绕着充分的节省频谱和高效率地利用可用频带这个中心而 展开的。随着通信容量的迅速增加，致使射频频谱非常拥挤，这 就要求必须控制射频输出信号的频谱。但是由于现代通信系统中 非线性器件的存在，引入了频谱扩展，抵消了发送端中频或基带 滤波器对减小带外衰减所做的贡献。
4状态8PSK TCM码结构
以4状态8PSK网格编码调制为例，如图6-2，它是 Ungerboeck 1975研究出的第一种TCM码。
第一部分 差分编码
第二部分 卷积编码
第三部分 分集映射
.
19
§3.3 TCM网格编码调制
网格编码调制器的一般构成法
把4状态8PSK TCM码的概念推广到一般。网格编 码调制（TCM）一般由三部分组成：第一部分是差分 编码，它与第三部分的合理结合可以解决接收端解 调时信号集相位的混淆问题。第二部分是卷积编织 器，将m比特编码成m+1比特。第三部分叫分集映射 （mapping by set partitioning），其任务将一个 （m+1）比特组对应为一个调制符号输出。（m+1） 比特组有2m+1种可能的组合，调制后的信号集星座 （constellation）想要与之一一对应，显然必须是 2m+1点的星座。
第三章 数字调制
§3.1 数字调制概述 简单数字调制 2ASK 2FSK BPSK DBPSK等 多进制调制 相移键控 QPSK 8PSK 正交幅度调制 16QAM 256QAM等
.
1
§3.1 数字调制概述
QPSK（4PSK） 信号星座图
01
01
00 11
10 11
.
00
10
4状态8PSK TCM码结构
以4状态8PSK网格编码调制为例，如图6-2，它是 Ungerboeck 1975研究出的第一种TCM码。
第一部分 差分编码
第二部分 卷积编码
第三部分 分集映射
.
19
§3.3 TCM网格编码调制
网格编码调制器的一般构成法
把4状态8PSK TCM码的概念推广到一般。网格编 码调制（TCM）一般由三部分组成：第一部分是差分 编码，它与第三部分的合理结合可以解决接收端解 调时信号集相位的混淆问题。第二部分是卷积编织 器，将m比特编码成m+1比特。第三部分叫分集映射 （mapping by set partitioning），其任务将一个 （m+1）比特组对应为一个调制符号输出。（m+1） 比特组有2m+1种可能的组合，调制后的信号集星座 （constellation）想要与之一一对应，显然必须是 2m+1点的星座。
第三章 数字调制
§3.1 数字调制概述 简单数字调制 2ASK 2FSK BPSK DBPSK等 多进制调制 相移键控 QPSK 8PSK 正交幅度调制 16QAM 256QAM等
.
1
§3.1 数字调制概述
QPSK（4PSK） 信号星座图
01
01
00 11
10 11
.
00
10
二进制数字调制原理《通信原理》
二进制数字调制原理数字带通传输系统：包括数字调制和数字解调过程的数字传输系统。
数字调制：利用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程。
数字解调：通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程。
二进制数字调制：调制信号是二进制数字基带信号的调制，其载波的幅度、频率和相位只有两种变化状态。
1．二进制振幅键控（1）2ASK的表达式2ASK信号的一般表达式其中若取则相应的2ASK信号就是OOK信号，其表达式为（2）2ASK的波形图7-1 2ASK/OOK信号时间波形（3）2ASK的产生方法①模拟调制法（相乘器法）图7-2 模拟调制法原理框图②键控法图7-3 键控法原理框图（4）2ASK的解调方法①非相干解调（包络检波法）图7-4 非相干解调法原理框图非相干解调过程的波形分析图7-5 非相干解调过程的时间波形②相干解调（同步检测法）图7-6 相干解调法原理框图（5）2ASK的功率谱密度①表达式②示意图图7-7 2ASK信号的功率谱密度示意图③特性a．2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成；连续谱取决于g(t)经线性调制后的双边带谱，而离散谱由载波分量确定。
b．2ASK信号的带宽B2ASK是基带信号带宽的2倍，即其中，（码元速率）。
2．二进制频移键控（1）2FSK的表达式2FSK信号的一般表达式为式中，和分别是第n个信号码元的初始相位，在频移键控中，和不携带信息，通常令和均为0。
所以可简化为（2）2FSK的波形图7-8 2FSK信号的时间波形（3）2FSK的产生方法①模拟调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的，称为连续相位FSK（CPFSK）。
②键控法图7-9 键控法产生2FSK信号的原理图产生的2FSK信号相邻码元之间的相位不一定连续。
（4）2FSK的解调方法①非相干解调图7-10 非相干解调法原理框图②相干解调图7-11 相干解调法原理框图（5）2FSK的功率谱密度①表达式②示意图图7-12 相位不连续2FSK信号的功率谱示意图③特性a．相位不连续2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成；连续谱由两个中心位于f1和f2处的双边谱叠加，离散谱位于两个载频f1和f2处。
通信原理第7版第6章PPT课件(樊昌信版)
系统的传递函数
描述线性时不变系统的数 学模型，表示输入和输出 之间的关系。
03
CATALOGUE
模拟调制系统
调制的定义与分类
调制的定义
调制是一种将低频信号加载到高 频载波上的技术，以便通过信道 传输。
调制的分类
调制可以分为模拟调制和数字调 制两大类。模拟调制是指用连续 变化的模拟信号去调制载波的幅 度、频率或相位。
章节概述
本章将介绍数字调制的基本原理和技术，包括振幅调制、频 率调制和相位调制等。
通过学习本章，学生将能够了解数字调制的基本概念、原理 和技术，掌握数字调制系统的性能分析和设计方法，为进一 步学习通信系统的其他相关内容打下基础。
02
CATALOGUE
信号与系统
信号的分类与特性
01
02
ห้องสมุดไป่ตู้
03
周期信号
线性调制系统（AM、FM）
AM（调幅）调制
AM调制是通过改变载波的幅度来传 递信息的一种调制方式。在AM调制 中，低频信息信号叠加在载波上，并 通过信道传输。
FM（调频）调制
FM调制是通过改变载波的频率来传递 信息的一种调制方式。在FM调制中， 低频信息信号用来控制载波的频率变 化，从而实现信息的传输。
有效性
衡量通信系统传输有效信息的 能力，通常用传输速率或频谱
效率来表示。
可靠性
衡量通信系统传输信息的可靠 程度，通常用误码率（BER） 或信噪比（SNR）来表示。
实时性
衡量通信系统传输实时信号的 能力，通常用延迟时间来表示
。
安全性
衡量通信系统保护信息传输安 全的能力，通常用加密和认证
技术来表示。
误码率（BER）计算
通信原理第7版第7章PPT课件(樊昌信版)
基准 ——2PSK 前一 ——2DPSK
/2
参考相位
/ 2 B方式
课件制作：曹丽娜
示例: 波形: 差分编码规则：
西安电子科技大学 通信工程学院
⊕为模2加
bn-1为 bn的前一码元 最初bn-1可任意设定
课件制作：曹丽娜
2DPSK 产生
构思 模型
2DPSK 解调
西安电子科技大学 通信工程学院
Power Spectral Density
分析目的：B 和 fc
分析方法：借助于基带信号的功率谱
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
1 2ASK信号的功率谱密度
e2ASK (t) s(t) cosct
单极性
设
Ps (f) —— s(t) 的PSD
P2ASK (f) —— 2ASK信号的PSD
课件制作：曹丽娜
概述
数字调制：用数字基带信号控制载波某个参数的过程。 数字带通传输系统：包括调制/解调过程的数字传输系统。
方法
模拟调制法
数字键控法
分类
二进制和多进制调制
基本调制和新型调制
1
0
1
1
0
1
1
0
1
t
t
t
振幅键控
频移键控
相移键控
Amplitude Shift Keying
FSK
Phase Shift Keying
课件制作：曹丽娜
2 2PSK/2DPSK信号的功率谱密度
e2PSK (t) s t cosct
双极性
➢ 2PSK信号的频谱与2ASK的十分相似； ➢ 带宽也是基带信号带宽的两倍：
➢ 区别仅在于当P=1/2时，谱中无离散谱（即载波分量）。
通信原理课件——数字调制系统
② 2DPSK信号的解调
——
极性比较—码变换法即是2PSK解调加差分译码，其方框图如（a） 原理：2DPSK解调器将输入的2DPSK信号还原成相对码{bn}，再由差分译码器把 相对码转换成绝对码，输出{an}，从而恢复发送的信息。在次过程中，若相干
载波产生1800模糊，会发生“反向工作”现象。但是经过码反变换器后，输出的 绝对码不会发生任何倒置现象。
根据题中已知条件，码元传输速率为1000B，“1”码元的载 波频率为3000Hz，“0”码元的载波频率为2000Hz。因此， 在2FSK信号的时间波形中，每个“1”码元时间内共有3个 周期的载波，每个“0”码元时间内共有两个周期的载波。
数字基带信号s(t)和2FSK信号的时间波形如图：
（2）2FSK信号是一种非线性调制信号，其功率谱结构可以近似看成是两 个2ASK信号频谱的叠加。
n
n
n1
（2） 2PSK和2DPSK信号的调制
模拟调相法：原理框图如图所示，码变换器（即差分编码器）是用来完成绝
对码波形到相对码波形变换的，去掉码变换器，则可进行2PSK信号的调制。
（3） 2PSK和2DPSK信号的解调 ① 2PSK信号的解调
——
2PSK信号的解调只能采用相干解调的方法，其方框图及波形如图所示。
2. 二进制频移键控（2FSK）
数字频率调制又称频移键控，记作FSK（Frequency Shift Keying）， 二进制频移键控记作2FSK。
（1） 2FSK信号的调制方法：
前面已提到，2FSK信号可以采用模拟调频法和数字键控法来产生。
模拟调频法：用数字基带矩形脉冲控制一个振荡器的某些参数（例如电
3. 二进制相移键控及二进制差分相位键控
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(t
nTs
)
cos(1t
n
)
n
ang(t nTs ) cos(2t n )
其中
0 an 1
0 an 1
概率为P 概率为1 P 概率为1 P 概率为P
g(t)为单个矩形脉冲，脉宽 为Ts
ψn，θn分别是第n个信号码 元的初相位
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二进制频移键控（2FSK）信号
数字通信原理
相干解调(同步检测法)方式的接收系统框图
e2 ASK (t)
带通 滤波器
相乘器
低通 滤波器
抽样 输出 判决器
c(t)
定时
脉冲
解调原理：将已调信号e(t)与相干载波c(t)在相乘 器中相乘，然后由低通滤波器输出所需的基带波 形。
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数字通信原理
假设
输入信号：e2ASK (t) s(t) cos(ct c ),
数字通信原理
2FSK信号产生的两种调制方法：
模拟调频 数字键控
模拟调频
二进制不归 零信号
s (t )
模拟 eo t
调频器
通过基带信号控制振荡器中的某一元件数值(例如电 容量的大小)来得到不同频率的信号，它产生的两个 频率f1和f2在转换时刻的相位是连续的，故这种2FSK 信号称为相位连续的2FSK信号。
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二进制振幅键控（2ASK）信号的频谱
数字通信原理
2ASK调制信号 e2ASK (t) an g(t nTs ) cosct s(t) cosct
n
频谱
E2 ASK
()
1 2
[S (
c
)
S (
c
)]
e2ASK(t)的功率谱密度为P2ASK(f)
s(t)的功率谱密度为Ps(f)
2ASK信号产生的两种调制方法：模拟相乘 与数字键控
二进制不归 零信号
s (t )
模拟相乘
e2 ASK (t)
乘法器
数字键控
cosωct
开关电路
e2ASK t
cos ct
s(t)
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二进制振幅键控（2ASK）调制
数字通信原理
二进制振幅键控（2ASK）信号 二进制振幅键控（2ASK）信号的频谱
cos[(c
L
)t
(c
L
)]
相干条件
c L及c＝L
满足相干条件下，相干检测器的输出为
s0
(t)
1 2
kc s(t )
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相干解调
数字通信原理
e2 ASK (t)
带通 滤波器
相乘器 e(t)
低通 滤波器
抽样 判决器
定时 脉冲
输出
相干解调条件：接收端必须提供一个与2ASK信 号的载波保持同频同相的相干载波，否则将会造 成解调后的波形失真。
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二进制移频键控信号的时间波形
数字通信原理
输入序列s(t)
1 0 1 1 0 01 01
/s(t)
载波f1 载波f2
e1(t) e2(t)
调制信号
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二进制频移键控（2FSK）调制
数字通信原理
二进制频移键控（2FSK）信号 二进制频移键控（2FSK）信号的频谱
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数字通信原理
相位离散的2FSK调制信号
e2FSK
(t)
n
an
g
(t
nTs
)
cos(1t
n
)
n
ang(t nTs ) cos(2t n )
ψn和θn分别代表第n个信号码元的初始相位。通常可令ψn和θn为零
e2FSK
(t)
n
an
g
(t
nTs
)
cos(1t
功率谱密度
P2 ASK ( f
)
1 4
[
P
s
(
f
fc ) Ps ( f
fc )]
推导Ps(f)
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数字通信原理
二进制基带信号s(t)是单极性随机矩形脉冲，其功率谱密度Ps(f)为
P（s f） fsP(1 P) G( f ) 2 fs 1 PG(mfs ) 2 ( f mfs )
数字通信原理
单极性矩形 脉冲序列
1 1 0 0 1 0 00 1 0 1
调制信号
整流信号
低通滤波器 输出信号 抽样判决器 输出信号
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二、二进制振幅键控（2ASK）解调
数字通信原理
非相干解调(包络检波法) 相干解调(同步检测法)
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相干解调
P2FSK (
f
)
1 4
P s1 (
f
f1)
Ps1 (
f
f1)
1 4
P s2 (
f
f2)
Ps2 (
f
f 2 )
P2FSK (
f
)
1 4
fs P(1 P)[ G(
f
f1) 2
G(
f
f1) 2 ]
1 4
fs2 (1 P)2
G(0) 2 [ (
f
f1) ( f
f1)]
1 4
fs P(1 P)[ G(
CCEE
第五章 数字调制与解调
数字通信原理
主要内容
数字通信原理
5.1 引 言 5.2 二进制数字调制与解调原理 5.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能 5.4 二进制数字调制系统的性能比较
5.5 多进制数字调制与解调原理 5.6 现代数字调制解调技术
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5.2 二进制数字调制与解调原理
相干载波一般可通过窄带滤波或锁相环路来提取。
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5.2 二进制数字调制与解调原理
数字通信原理
1 二进制振幅键控（2ASK） 2 二进制频移键控（2FSK） 3 二进制相移键控（2PSK）
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5.2.2 二进制频移键控（2FSK）
数字通信原理
相干载波：ct cosLt L
相乘器输出
e2ASK (t) c(t) s(t) cos(ct c ) cos(Lt L )
1 2
s(t)
cos[(c
L
)t
(c
L
)]
1 2
s(t)
cos[(c
L
)t
(c
L
)]
KC为低通滤波器的电压传输系数
低通滤波器滤除
低通滤波器输出
s0 (t)
1 2
kc s(t )
f
f1) ( f
f1) (
f
f2) (
f
f2 )]
g(t)的频谱
G( f )
Ts
sin fTs fTs
因此
P2FSK (
f
)
Ts
16
sin ( f f1)Ts ( f f1)Ts
2
sin ( (f
f
fc )]
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数字通信原理
假设P＝1/2，则
P2 ASK
f
1 16
fs
G
f
2
fc
G
f
f
c
2
1 16
fs2
G(0) 2
f
fc
f
fc
g(t)的频谱
G
f
Ts
sin fTs fTs
e
j
fTs
因此
P2 ASK (
f
)
Ts 16
sin ( f fc )Ts ( f fc )Ts
数字通信原理
二进制振幅键控（2ASK）调制 二进制振幅键控（2ASK）解调
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二进制振幅键控（2ASK）解调
数字通信原理
非相干解调(包络检波法) 相干解调(同步检测法)
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非相干解调
数字通信原理
非相干解调(包络检波法)方式的接收系统框图
docin/sundae_meng
二进制频移键控（2FSK）信号
数字通信原理
2FSK信号的产生
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式为
e2FSK
(t
)
n
an
g
n
0
发送概率为P
an 1
发送概率为1 P
结论：二进制
其中
Ts是二进制基带信号时间间隔
振幅键控 （2ASK）信号
1 g(t) 0
0 t Ts 其它t
表示为一个单 极性矩形脉冲 序列与一个正
2ASK信号
e2ASK (t) an g(t nTs ) cosct 弦型载波相乘
n
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2
sin ( f fc )Ts ( f fc )Ts
2
1 ( f
16
fc) (
f
fc )
离散谱
连续谱
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二进制振幅键控（2ASK）信号的频谱