数字通信原理 二进制数字调制与解调原理PPT

-2fs -fs 0 fs 2fs PE(f)
－fc
0
fc fc＋fs
结论：二进制振幅键控信号的功率谱密度由离散谱和连续谱两 部分组成。离散谱由载波分量确定，连续谱由基带信号波形 g(t)确定，带宽则是基带波形的两倍， B2ASK=2B。
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5.2.1 二进制振幅键控（2ASK）
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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
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二进制振幅键控（2ASK）信号
数字通信原理
2ASK信号的产生
发送的二进制符号序列 s(t) an g(t nTs )
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） 二进制频移键控（2FSK）调制 二进制频移键控（2FSK）解调
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二进制频移键控（2FSK）调制
数字通信原理
2FSK调制是数字通信中用得较广得一种方 式，用于话音通信（频率低于1200bps）、 衰落信道中传输数据等情况。 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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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
二进制振幅键控（2ASK）信号
数字通信原理
2ASK信号的时域波形
1 0 11 0 01
单极性矩形 脉冲序列
s(t)
t
载波信号
t
2ASK信号
t
2ASK信号的时间波形随二进制基带信号通断变化， 所以又称为通断键控信号（OOK信号）
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二进制振幅键控（2ASK）信号
数字通信原理
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
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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
Biblioteka Baidu
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
e2 ASK (t)
带通 滤波器
全波 整流器
包络检波器
低通 滤波器
抽样 判决器
定时 脉冲
输出
半波或全波整流器：包络检波器
低通滤波器：输出信号是恢复后的基带信号
抽样判决器：通过积分，抽样和判决，再生成 基带信号，去掉传输中叠加的干扰和噪声
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2ASK信号非相干解调过程的时间波形
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
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 )
m
式中
G（f） g(t)
矩形波频谱：对于所有的m≠0的整数，有G(mfs)=0
Ps f fsP1 PG f 2 fs21 P2 G0 2 f
因此
P2 ASK (
f
)
1 4
fs P(1 P)[ G(
f
fc ) 2
G( f
fc) 2]
1 4
fs2 (1 P)2
G(0) 2 [ ( f
fc) (
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
若调制信号是二进制数字基带信号时，这 种调制称为二进制数字调制。
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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5.2.1 二进制振幅键控（2ASK）
数字通信原理
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。 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
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
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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二进制频移键控（2FSK）信号
数字通信原理
数字键控
基带信号
振荡器1 f1
反相器
振荡器2 f2
选通开关
e2FSK t
相加器
选通开关
由于两个频率来自两个振荡源，所以在f1与f2之间的 转换瞬间相位不连续。这种方法产生的2FSK信号称 为相位不连续的2FSK信号，或相位离散的2FSK信号。
(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
)
n
an
g
(t
nTs
)
cos(2t
)
令
s1(t) ang(t nTs )
n
两路二进制数字基带信号
s2 (t) an g(t nTs )
n
e2FSK (t) s1(t) cos(1t) s2(t) cos(2t)
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数字通信原理
根据2ASK信号功率谱密度的表示式，可得2FSK信号功率谱密度的表示式
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
f
f2) 2
G(
f
f2 )
2]
1 4
fs2 (1 P)2
G(0) 2 [ (
f
f2) (
f
f2 )]
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数字通信原理
假设P＝1/2，则
P2FSK (
f
)
1 16
fs[ G( f
f1) 2
G(
f
f1) 2
G( f
f2) 2
G( f
f2) 2]
1 16
fs2
G(0) 2 [ (
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
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(
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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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。
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
数字通信原理
二进制振幅键控（2ASK）信号的频谱
传输2ASK信号所需频带
Ps(f)
B2ASK 2B
fs-f0
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二进制频移键控（2FSK）信号的频 谱
数字通信原理
相位离散的2FSK信号 相位连续的2FSK信号
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相位离散的2FSK信号
数字通信原理
相位离散的二进制移频键控信号，可以看成 由两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠 加 功率谱密度可以近似表示成两个不同载波的 二进制振幅键控信号功率谱密度的叠加。 推导2FSK信号的频谱
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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)
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
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 )