第六讲数字信号的频带传输
数字信号的频带传输
0
1
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调幅
2ASK信号的一般表达式：
e2ASK (t ) st cosc t
其中
s(t ) an g (t nTs )
n
Ts － 码元持续时间；
g(t) － 持续时间为Ts的基带脉冲波形，通常假设是高度为1，
宽度等于Ts的矩形脉冲；
an － 第N个符号的电平取值，若取
在相邻码元之间必定有相位突跳。在接收端检测此相位突跳就能确定每个码 元的起止时刻。
2DPSK信号的产生方法
(a)绝对码
(b)相对码
1 0
参考
1 0
0 0
1 1
0 1
1
(c)2DPSK
t
产生方法：
① 将绝对码进行码变换（差分编码）得到相对码（差分码）； 2DPSK ② 然后进行绝对调相。 图中的码变换（绝对码→相对码）规则为：
是利用包络检波器或波形整流器对幅度键控信号进行检 波以恢复基带信号的方法
2ASK信号解调方法
-- 非相干解调(包络检波法) -- 相干解调(同步检测法)
地 载 波 （ 称 为 相 干 载 波 ）
同 步 （ 同 频 同 相 ） 的 本 与 接 收 的 已 调 载 波 严 格
sm ( t ) cosct s( t ) cos2 ct s( t ) / 2 (cos2ct ) / 2
1
(c)2DPSK
t
Note
数字信息与 之间的关系也可定义为
1 0, 表示数字信息“ ” ， 表示数字信息“0”
2DPSK信号的矢量图
参考相位
模块六数字信号的频带传输课件
电话网络
在电话网络中，采用脉冲编码调 制（PCM）等技术将模拟语音信 号转换为数字信号进行传输，提
高通话质量和网络效率。
有线电视网络
在有线电视网络中，采用数字调制 技术将数字视频信号转换为适合同 轴电缆或光纤传输的模拟信号，实 现高清电视节目的传输。
以太网
在以太网等局域网中，利用数字基 带传输技术将数字信号直接传输到 目的地，实现高速数据交换和文件 共享等功能。
光纤通信系统中的数字信号频带传输
波分复用技 术
在光纤通信系统中，采用波分复用（WDM）等技术将多个数字信 号调制到不同波长的光载波上进行传输，提高光纤的传输容量和利 用率。
光放大器
利用光放大器对光纤中传输的数字信号进行放大和补偿，延长光纤 的传输距离和提高信号质量。
光交换技术
在光网络中，采用光交换技术对数字信号进行路由选择和交换，实现 光层上的高速数据传输和灵活组网。
PSK调制原理
调制方式
相移键控（PSK）是一种数字调制方式，通过改变载波的相位来传递数字信息。
调制原理
在PSK调制中，二进制数字信号“0”和“1”分别对应载波的两种不同相位状态。当发送 “1”时，载波相位发生180度的变化；当发送“0”时，载波相位保持不变。
优缺点
PSK调制具有较高的频谱利用率和抗干扰能力，适用于高速率、远距离的数字通信系统。 此外，PSK调制还具有实现简单、成本低的优点。然而，PSK调制对相位噪声和频偏较为 敏感，因此需要采取一定的措施来减小这些影响。
80%
高速化
随着通信技术的不断发展，数字 信号的频带传输速度将不断提高， 满足日益增长的信息传输需求。
100%
宽带化
为了适应多媒体信息的传输需求， 频带宽度将不断拓展，实现更高 速率的信息传输。
周炯盘《通信原理》第3版课后习题(数字信号的频带传输)【圣才出品】
周炯槃《通信原理》第3版课后习题第6章数字信号的频带传输6.1设二进制序列中的各符号之间互相统计独立，且两个二进制符号等概率出现，信息速率R b=1Mbit／s，请画出下列随机信号的平均功率谱密度图（标上频率值）：（1）单极性矩形不归零码序列；（2）单极性矩形不归零码序列通过乘法器后的OOK信号。
图6-1（a）解：（1）所输入的单极性不归零码信号等价于幅度为的双极性不归零信号叠加了一个幅度为的直流，因此该点信号的功率谱密度为故单极性不归零码序列功率谱密度图如图6-1（b）所示。
图6-1（b）（2）OOK信号的功率谱为OOK信号功率谱密度图如图6-1（c）所示。
图6-1（c）6.2二进制OOK数字通信系统OOK信号在信道传输中受到加性白高斯噪声n w（t）的干扰，加性噪声的均值为0，双边功率谱密度为，接收带通滤波器的带宽为B（B足够宽），滤波后的接收信号为（1）请画出相干解调框图（含载波提取电路及时钟提取电路）；（2）请推导出它的平均误比特率计算公式[设s1（t）与s2（t）等概率出现]。
解：（1）最佳相干接收机框图如图6-2（a）所示。
图6-2（a）最佳非相干接收机框图如图6-2（b）所示，其中带通滤波器的复包络和s1（t）除去一个任意的相位外，是匹配关系。
这个任意的相位表明接收机无需已知发送信号的相位，这一点就是非相干的体现。
图6-2（b）（2）最佳相干发送s1（t）时抽样值Z是0均值高斯随机变量，其方差为因此Z～N（0，σ2），故发送s2（t）时同理可得s1（t）与s2（t）等概出现，故最佳门限V T是p1（y）＝p2（y）的解，可得故平均误比特率为最佳非相干s1（t）的复包络是设带通滤波器的冲激响应是h（t），其复包络是h L（t），则带通滤波器的等效基带冲激响应是因此其中θ是体现非相干的一个任意相移。
s1（t）通过带通滤波器后的复包络是在最佳取样时刻的输出是白高斯噪声通过带通滤波器的输出是窄带高斯噪声，其复包络为其方差为包络检波器在采样点的输出是其中，与和的方差是。
第6章数字信号频带传输讲述素材
0
31
2PSK和2DPSK对比分析：
1. 相位与信息代码的关系 2PSK
前后码元相异时，2PSK信号相位变化180，相同时 2PSK信号相位不变，可简称为“异变同不变”。 码元为“1”时，2DPSK信号的相位变化180。码元为 “0”时，2DPSK信号的相位不变，可简称为“1变0不 变”。 举例：假设码元宽度等于载波周期的1.5倍
最简单的形式为通断键控（OOK）。
OOK信号的表达式为：
调制信号 为：
an
1, an 0,
sOOK (t ) an Acos ct
出现概率为 P 出现概率为 1 P
5
OOK信号波形：
一般地，调制信号具有一定波形，可表示为：
B(t )
an g (t nTs )cos ct 所以，2ASK信号为：sASK (t ) n 可见，2ASK为双边带调幅信号。
锁相环恢复载波的问题： 0， 相位不确定 0， 相位模糊度
23
2PSK 相干解调原理框图及各点波形图
24
2PSK调制与解调过程：
信码 an 码元相位 本地载波相位 1 本地载波相位 2 1 极性 2 极性 ˆn1 a ˆn 2 a 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0
原理：在2PSK中，通常用初始相位0和分别表 示二进制“1”和“0”。 时域表达式为
北邮通信原理习题解答第六章 数字信号的频带传输
A2Tb 8N0
1 2
erfc
Eb 2N0
s1 t 的复包络是
s1,L
t
A 0
0 t Tb else
设带通滤波器的冲激响应是 h t ，其复包络是 hL t ，则带通滤波器的等效基带
冲激响应是
因此
heq t
1 2
hL
t
1
2 s1,L Tb
t e j
1 2
Ae j 0
ATb 4
。
P e |
s1
P
ATb 2
Z
ATb 4
P
Z
ATb 4
1
erfc
2
ATb 4 2 N0Tb
4
1 2
erfc
A2Tb 8N0
Pe |
s2
P
Z
ATb 4
P
Z
ATb 4
1 2
erfc
故平均误比特率为
A2Tb 8N0
Pe |
s1
最佳非相干：
Pe
1 2
erfc
0 t Tb else
h t Re hL t e j2 fct
A
cos
2
fct
0
0 t Tb else
其中 是体现非相干的一个任意相移。 s1 t 通过带通滤波器后的复包络是
h eq
s1,L
t
d
Tb
0
Ae j 2
s1,L
t
d
在最佳取样时刻的输出是
Tb Ae j
Eb 。
P e | s1 P nc Tb Eb
1 2
erfc
Eb 2 N0 Eb
1 2
通信原理第六章 数字信号的频带传输
通信原理ICommunication Theory安建伟北京科技大学通信工程系第六章 数字信号的频带传输6.1 引言 6.2 二进制数字信号正弦型载波调制 6.3 四相移相键控 6.4 M进制数字调制 6.5 恒包络连续相位调制第6章数字信号的频带传输6.1 引言1.数字信号的正弦型载波调制数字信号 d(t) 调制 频带信号 带通信道s ( t ) = A c o s ( 2 π ft + ϕ ) = F ( d ( t ))用数字基带信号去控制正弦型载波的某参量： ¾ 控制载波的幅度，称为振幅键控(ASK)； ¾ 控制载波的频率，称为频率键控(FSK)； ¾ 控制载波的相位，称为相位键控(PSK)。
3北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输2. 数字信号的分类 （1）二进制及M进制(M>2)； （2）按是否满足叠加原理分类： 线性调制及非线性调制； （3）按已调符号约束关系分类 无记忆调制及有记忆调制。
4北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输6.2 二进制数字信号的正弦载波调制1. 二进制通断键控（OOK或2ASK） 2. 二进制移频键控（2FSK） 3. 二进制移相键控（2PSK或BPSK） 4. 2PSK的载波同步 5. 差分移相键控（DPSK）5北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输 (OOK) 6.2.1 二进制通断键控二进制通断键控(OOK： On-Off Keying) 又名二进制振幅键(2ASK)，它是以单极性 不归零码序列来控制正弦载波的导通与关 闭。
即正弦载波的幅度随数字基带信号而 变化。
6北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输1. OOK信号的产生a) 模拟法n = −∞∑+∞a nδ ( t − nTb )b (t ) =a n = 0 或1脉冲成形 滤波器 冲激响应 g T ( t )n = −∞∑+∞a n g T ( t − nTb )sO O K (t ) A cos(2π f c t )b) 键控法载波 cosωct开关电路1 0KSOOK(t)b(t)7北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输¾时域表示b( t ) =n = −∞∑a∞ngT ( t − nTb )其中b(t)为单极性矩形不归零脉冲序列。
《数字通信电子教案》第六章数字信号的频带传输技术习题及答案
第六章数字信号的频带传输技术习题6-l已知二进制数字序列10011010，设：载频为码元速率的2倍(对于2FSK来说，f 2＝2 f 1，)；请画出以上情况的2ASK、2FSK和2PSK、2DPSK波形：解：载频为码元速率的2倍(对于2FSK来说，f2＝2 f1，)1010已知二进制数字序列10016-2 已知数字信息{a n }=1011010，设：(1)码元速率为1200Baud，载波频率为1200Hz；(2)码元速率为1200Baud，载波频率为1800Hz。
分别画出上述两种情况的2PSK、2DPSK及相对码{b n}的波形(假定起始参考码元为1)。
解：(1)码元速率为1200Baud，载波频率为1200Hz；则载频与码元速率相等。
178179解、(2)码元速率为1200Baud ，载波频率为1800Hz 。
载频与码元速率为1：1.56-3 设某2FSK 调制系统的码元传输速率为1000Baud ，已调信号的载频为1000Hz 和2000Hz ．(1)若发送数字信息为101011，试画出相应的2FSK 信号波形；(2)试讨论这时的2FSK 信号应选择怎样的解调器解调?(3)若发送数字信息是等概率的，试画出它的功率谱密度草图。
解：(1) 若发送数字信息为101011，试画出相应的2FSK 信号波形；180解 (2)试讨论这时的2FSK 信号应选择怎样的解调器解调?答 ：选择相干解调和非相干解调器解调均可。
解 (3)若发送数字信息是等概率的，试画出它的功率谱密度草图。
6-4 设传码率为200Baud ，若是采用八进制ASK 系统，求系统的带宽和信息速率？若是采用二进制ASK 系统，其带宽和信息速率又为多少?解 ：已知八进制ASK 系统传码率Baud R B 200=,系统的带宽:：Hz R B B B 200==, 信息速率： s bit R R B b /60032008log 2=⨯=⨯=二进制ASK 系统：系统的带宽:：Hz R B B B 200==，信息速率： s bit R R B b /20012002log 2=⨯=⨯=6-5 传码率为200Baud ，试比较8ASK 、8FSK 、8PSK 系统的带宽、信息速率及频带利用率。
数字信号的频带传输详解
Amplitude Shift Keying
一、数字幅度调制
二进制幅移键控(2ASK) OOK
基本思想：利用数字基带信号键控载波幅度的变化，即传
送“1;φc)，传送“0”信号 无载波输出。
以概率 P 发送“ 1”时 Acos(c t c ), 2 ASK信号波形：eOOK (t ) 0， 以概率1 P 发送“0”时
t
(c) s2 t cos 2t
1
t
2FSK实现方法（一）
相位连续的2FSK信号
压控振 荡器
21
2FSK实现方法（二）
22
相位连续性
23
三、数字调相
概念 —— 以基带数据信号控制载波的相位，称为数
字调相，又称相移键控，简写为PSK。
Phase Shift Keying
基本思想：
利用基带数字信号控制载波相位的变化来传输数字信息“1”和“0”
数字基带调制信号 以2ωc为载波频率 的高频信号
将此信号通过低通滤波器就可以滤除第二项，只输出第一项，从 而得到原调制信号。
二、数字调频
概念 —— 以基带数据信号控制载波的频率，称为数
字调频，又称频移键控，简写为FSK。 Frequency Shift Keying
二进制频移键控(2FSK)
基本原理
数字信号的频带传输
1
基带和频带传输模型
数字信号 码型生成器 数字信道 接收 滤波器 抽样判决器
噪声
数字基带传输模型
数字基带 信号 调 制 器 信道 接收 滤波器 解 调 器 抽 样 判 决 器
噪声
频带传输模型
2
基本概念
通信原理第6章数字频带传输系统-简
影响因素
误码率受到多种因素的影 响，包括信噪比、信号功 率、信道特性等。
降低方法
为了降低误码率，可以采 用差错控制编码、信道优 化、提高信号功率等方法。
频带利用率
频带利用率
是指数字频带传输系统在单位频 带内的数据传输速率，是衡量数 字频带传输系统性能的重要指标
之一。
影响因素
频带利用率受到多种因素的影响， 包括信号调制方式、信道带宽、数 据传输速率等。
提高信号的抗干扰能力，减少信号失真和畸变，提高通信系统的性 能。
频谱效率优化
频谱效率优化
01
通过提高频谱利用效率和降低频谱占用率，实现通信系统的节
能和高效运行。
频谱效率优化方法
02
采用高效调制技术、频谱压缩技术、频谱共享技术等，提高频
谱利用效率。
频谱效率优化的优势
03
降低通信系统的能耗和成本，提高通信系统的容量和覆盖范围，
有线电视网络
移动通信网络
利用数字频带传输系统，实现高质量的视 频传输和交互式电视服务。
利用数字频带传输系统，实现手机、平板 电脑等移动终端的高速数据传输和语音通 话。
02
数字频带传输系统的基本 原理
数字信号的调制和解调
数字信号的调制
将数字信号转换为适合在信道中 传输的信号形式，常用的调制方 式有振幅键控、频率键控和相位 键控等。
数字信号的频谱特性
数字信号的频谱
数字信号的频谱由离散谱和连续谱两部分组成，离散谱对应于信号的频率分量， 连续谱对应于信号的过渡频率分量。
数字信号的功率谱密度
描述数字信号能量在各频率分量上的分布情况，是评估数字信号频带利用率的 重要参数。
03
数字频带传输系统的性能 指标
第6章 数字信号的频带传输
2ASK信号的功率谱PS
PS(f)
PFSK(f) PFSK(f)
f
fc-fs fc fc+fs
f1-fs f1 f2 f2+fs
|f2-f1|<fs
f
f1-fs f1
f2 f2+fs
|f2-f1|≥fs
f
PFSK(f)
f1-fs f1
f2 f2+fs
|f2-f1|≥2fs
f
2FSK信号可视为两个2ASK信号的合成， 则2FSK信号功率谱为两个2ASK功率谱之和。
载波发生器
载
波 0相载波
发 生
相载波
2PSK信号
器
信源码序列{ak}
（b) 相位选择法
PSK特点 •与ASK有相同的频带利用率 •无离散载波分量 • 解调时存在相位模糊
2ASK信号的功率谱
P2ASK(f)
f fc-fs fc fc+fs
2PSK信号的功率谱
P2PSK(f)
f fc-fs fc fc+fs
的统计特性为 1, 概率为 P
an 1, 概率为1 P
2PSK的实现方式 S 2PSK(t) s(t) cosct
双极性矩形脉冲序列与正弦载波相乘
{ak}
1
0
1
1
0
1
0
0
双极性码
+1
+1
+1
+1
-1
-1
-1
-1
载波
2PSK信号
信源码序列{ak} 双极性变换
×
2PSK信号
（a) 相乘器实现2PSK信号
（1）相干解调法的抗噪声性能
数字信号的频带传输
此时，误比特率近似等于
02
若P(s1)=P(s2)，且 ，经近似可得最佳判决门限
01
非相干解调
6.2.1 二进制启闭键控（OOK）
6.2.1 二进制启闭键控（OOK）
6.2.2 二进制移频键控（2FSK）
相位关系：
相位不连续
01
03
02
04
05
06
6.2.2 二进制移频键控（2FSK） 相位不连续的2FSK 产生框图 数字电子开关，选择两个载波信号（这里b(t)为矩形波） 数学表达式
数字信号频带传输系统
基带传输的基本理论同样适用于频带传输
6.1 引言
数字调制
壹
贰
数字信号通过正弦载波调制成频带信号
叁
数字信号控制正弦载波的某个参量
肆
键控信号：对载波参量的离散调制
伍
数字调制的分类
6.1 引言
所调制的载波参量
1
振幅键控（ASK），频率键控（FSK），相位键控（PSK），正交幅度调制（QAM）
04
对时钟要求不高
6.2.1 二进制启闭键控（OOK）
具有低通滤波器的相干解调（a.宽带和加性白噪下的相干解调）
抽样后的信号为
nc为高斯变量，均值方差已知，可知y分布
用5.3中一样的方法，得到最佳判决门限为
01
02
03
04
6.2.1 二进制启闭键控（OOK）
6.2.1 二进制启闭键控（OOK）
具有低通滤波器的相干解调（a.宽带和加性白噪下的相干解调） 计算误比特率（SNR与Eb/N0的关系）
06
6.2.1 二进制启闭键控（OOK）
6.2.1 二进制启闭键控（OOK）
第6章数字信号的频带传输
第6章数字信号的频带传输教学目的：1、掌握2ASK、2FSK的原理、实现方法及解调方法。
2、掌握2PSK、2DPSK的原理、实现方法及解调方法。
3、理解2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK信号的频谱图。
4、2PSK和2DPSK的相互转换关系及相对码与绝对码的关系。
教学重难点：1、2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK的原理，实现方法与解调方法。
2、2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK的频谱图。
3、2PSK和2DPSK的相互转换关系及相对码与绝对码的关系。
课时安排：2节教学方式：讲授教学过程：引言：大多数用于通信的传输媒质，其适合于传输的速率窗口不在基带，而在高频的某个频段，因此必须将数字基带信号经过调制后才能进行可靠传输。
为了实现数字信号的频带传输，必须用数字信号对载波进行调制。
传输数字信号有三种基本的调制方式，即振幅键控(ASK)、频移键控(FSK) 和相移键控(PSK) 。
6.1 二进制数字调制与解调原理6.1.1 二进制振幅键控调制(2ASK)1、2ASK的时域表达式及波形（1）表达式：（2）信号波形：2、2ASK信号的产生与解调（1）产生方法一：相乘电路法方法二：键控法：（2）解调方法一：非相干解调法(包络检波法)方法二：相干解调法(同步检波法)3、频谱特性2ASK信号的功率谱的特点：2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成2ASK信号的带宽是基带脉冲波形带宽的两倍6.1.2 二进制频移键控调制（2FSK）定义：当传送“1”码时送出一个频率，传送“0”码时送出另一个频率，称为二元移频键控（2FSK）。
1、2FSK的时域表达式及波形（1）表达式：t t s t t s t S FSK 212cos )(cos )()(ωω+=（2）波形2FSK 信号波形可看作两个2ASK 信号波形的合成。
下图是相位连续的2FSK 信号波形。
2、2FSK 信号的产生与解调 （1）产生方法一：用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频。
第6章数字信号的频带传输剖析
第6章 数字信号的频带传输
4. 2ASK信号解调----2ASK属于100%的AM调制!
－－常用方法主要有两种： （1）包络检波法
s2ASK (t) s(t)cosct
s2ASK (t)
BPF
y (t )
半波或全 波整流
抽 样 {an}
LPF
判决器
s (t )
包检器
定时脉冲
BPF：保证信号顺利通图 6过-2 2，AS滤K图除图 带图 图外图噪图 图声。输出：s2ASK(t)。 包检器：检测已调信号，输出其包络：s (t) 。
1、相干解调时2ASK系统的误码率
分析模型：
s2ASK (t) n(t)
y (t )
s2ASK (t)
BPF
ni (t)
z (t )
x(t )
LPF
2cosc t
解调器
抽 样 {an }
判决器 s(t)
定时脉冲
假定：信道噪声n(t)为加性高斯白噪声，其均值为0、双边功率
谱密度为n0/2；
接收的2ASK信号（任一码元Tb内）为：
2020/9/22
通信原理 9
第6章 数字信号的频带传输
Pe ( f )
1 4
(Ps
(
f
fc)
Ps ( f
fc )
Pe ( f
) Tb {Sa2[ ( f
16
fc )Tb ] Sa2[ ( f
fc
)Tb
]}
1 16
[
(
f
fc) ( f
fc )]
功率谱：
Ps ( f )
fb 0 f b
f
其中， s (t)为单极性NRZ信号，引用例5.1的结果
第6章 数字信号的频带传输190410
其中， s (t)为单极性NRZ信号，引用例5.1的结果
Ps
(
f
)
1 4
TbSa
2
(
fTb
)
1
4
(
f
)
代入式（6.2-5）得，2ASK信号功率谱
Pe ( f
) Tb {Sa2[ ( f
16
fc )Tb ] Sa2[ ( f
fc )Tb ]}
1 [ ( f
16
fc) ( f
fc )]
（6.2-7）
可以证明最佳门限：
U
d
a
/
2
误码率：
Pe
1
e
r 4
2
适用条件：等概、大信噪比、最佳门限。
其中
2020/6/8
a2
r
2
2 n
－－包检器输入信噪比。
通信原理 20
第6章 数字信号的频带传输
讨论： ● 在大信噪比情况下，相干解调2ASK系统的抗噪声性能优
于非相干解调系统。
Pe包检
1 2
r
e4
Pe相干
必须注意，式（6.2-24）、式（6.2-25）的适用条件是等概、 最佳门限。
2020/6/8
通信原理 16
第6章 数字信号的频带传输
2、 包络检测时2ASK系统的误码率
分析模型：
s2ASK (t)
n(t)
y (t )
s2ASK (t)
BPF
ni (t)
半波或全 波整流
LPF
包检器
抽 样 {an}
sR
(t
)
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问题：为什么要引入数字调制？
数字调制的学习要点
数字信息的加载——调制 数字信号如何控制载波的变化 表达式 调制框图 频谱特性 数字信息的提取——解调 如何有效的从被噪声污染的信号中恢复数字信号 滤波器的设计 解调框图 误码率分析
二进制数字调制
二进制数字调制 调制信号为二进制数字信号时，这种调制称为二进制数 字调制。在二进制数字调制中，载波的幅度、频率或相 位只有两种变化状态； 二进制调制的种类 二进制幅度键控(2ASK) 二进制频移键控(2FSK) 二进制相移键控(2PSK) 二进制差分相移键控(2DPSK)
二进制幅度键控（2ASK）
如果基带信号采用了升余弦滚降成形，则调制信号的功 率谱是什么样？
二进制幅度键控（2ASK）
2ASK的解调 OOK解调最直观的方法 针对采用能量检测的方法，有信号能量的码元时间 内判为1，没有信号能量的码元时间内判为0 这种方法无需本地同频同相的载波，故称“非相干 解调”（Non-coherent Demodulation）
多进制正交幅度调制（MQAM）
回顾MASK和MPSK MASK只利用了幅度信息，分布在星座图的I轴上； MPSK只利用了相位信息，分布在星座图的圆周上； 能否同时利用幅度信息与相位信息？——构建更复杂的 星座图 复平面上可以构建任意的星座图（离散的复数集合） 构建星座图需要考虑的因素 平均功率——所有复数的模平方的均值 峰值功率——所有复数最大的模平方 符号间距——邻近符号对应复数的几何距离
表达式
MPSK可以看成对两个正交载波的MASK叠加，带宽与MASK 相同，为基带信号带宽的两倍！
多进制相位键控（MPSK）
MPSK的调制 MPSK的信号的另一种表示 同相分量 I (t ) cosn g (t nTs )
n
正交分量
Q(t ) sin n g (t nTs )
MASK的解调 非相干解调：与2ASK类似，需要多个能量判决门限；
相干解调：与2ASK类似，需要多个幅度判决门限；
多进制幅度键控（MASK）
MASK符号集合的选择 最简单的符号集（0，1，2，…M）——单极性符号 存在的问题： 在相同的符号距离下，峰值功率大； 在相同的符号距离下，平均功率大； 改良的方案——双极性符号 M为偶数 M为奇数
现代通信原理
2010.9~2011.1
第六讲 数字信号的载波传输
主要内容
数字调制的概念 数字调制和解调 最佳接收 误码分析 恒包络调制
数字调制与模拟调制的异同？
数字调制要关注哪些参数？
为什么要采用高阶调制？ 有哪些常用的高阶调制？ 如何实现数字信号的最佳接收？ 数字调制的误码率如何推导？
问题：此时还可以采用非相干解调吗？
多进制相位键控（MPSK）
回顾2PSK
S BPSK (t ) an g (t nTs ) cos ct n
1 an - 1 发送“1”时 发送“0”时
多进制相位键控 载波相位的变化有多种取值
多进制相位键控（MPSK）
S BPSK (t ) an g (t nTs ) cos ct n
1 an - 1
发送“1”时 发送“0”时
与2ASK的区别： 基带码型不同：2ASK是单极性非归零码；BPSK是双极性非归 零码； 功率谱：连续谱相同，2ASK有离散谱，BPSK没有离散谱； 带宽：相同，都是基带带宽的两倍
Ts
ci bi bi 1
bi 1
ci
0相
相
ci ai bi 1 bi 1 ai
ci bi bi 1 ai bi 1 bi 1
二进制差分相移键控（2DPSK）
实用二进制差分相移键控的解调
无需相干载波， 简化系统
二进制频移键控（2FSK）
发动机功率大了，路面好了，可是受限于 车辆的容积，无法进一步提高乘客数量！
高阶调制
提高信息传输速率的办法 造双层汽车，在不改变路面宽度的情况下，提高载客的 数量 付出的代价：更大功率的发动机，改善路面的状况 高阶调制 在每个符号间隔内，发送的符号有多种选择，每个符号 携带的信息加大； MASK MPSK MFSK MQAM
二进制调制是数字调制的最简单形式，其分析方 法、原理框图等是学习其他调制方法的基础！
二进制幅度键控（2ASK）
幅度键控——Amplitude Shift Keying (ASK) 通过控制载波的幅度变化，传递数字信号 二进制幅度键控（2ASK） 最简单的方式——通-断键控（On Off Keying） 时域表达式 SOOK(t ) an A cos ct A ——载波幅度 c ——载波频率 a n ——二进制数字信号
多进制相位键控（MPSK）
MPSK的复函数表示 根据复数的表示
其中表征数字信息的信号为
多进制相位键控（MPSK）
星座图 以上表示称为等效基带模型 等效的基带信号表示将信号集合对应于复平面上的离散 点的集合，这些离散点集合的几何表示称为星座图
QILeabharlann 4PSKd 216PSK
d 2 sin 16
载波传输的基本原理
傅立叶变换的基本性质
通过与载波相乘，可以搬移频谱！！
数字调制的基本概念
回忆模拟调制 模拟信号与载波信号相乘，实现频谱的搬移； 利用载波信号的幅度、相位、频率携带模拟信息 数字调制 调制信号是数字信号 键控—— Shift keying , ASK FSK PSK
Phase Shift Keying (PSK) 载波的相位随调制信号变化， 传递数字信息 二进制相移键控（BPSK） 发送1时，载波相位为0； 发送0时，载波相位为 ；
cos(ct )
cos(ct )
以码元起点为时间零 点！
二进制相移键控（BPSK）
二进制相移键控的表达式
抽样判决，也称为再生，这是 数字通信必不可少的，它能消 除噪声积累！
二进制幅度键控（2ASK）
相干解调（Coherent Demodulation）
相干解调需要恢复相 干载波！！载波同步
二进制幅度键控（2ASK）
相干解调的频域解释 将频谱搬移回去，再将不需要的频谱进行滤除
二进制相移键控（BPSK）
S MASK
an g (t nTs ) cos ct n
an (0,1,2,....M )
多进制幅度键控（MASK）
MASK的调制 与2ASK相同的方法，调制之前需要将比特映射成符号； 幅度取值多，且完全由幅度携带信息，调制器的线性度要求高
多进制幅度键控（MASK）
为什么要采用恒包络调制？
研究对象
研究对象在数字通信系统中的位臵
消息码元 信源 格式化 信源 编码 加密 信道 编码 多路 复用 脉冲 调制 带通 调制 频率 扩展 复用 多址 接入
数字输入 消息码元
比特流
同步
数字基带波形 数字频带波形
信 道
数字输出 消息码元 信宿 格式化 信源 译码 消息码元 解密 信道 译码 多路 分接 检测 解调 采样 频率 解扩 复用 多址 接入
多进制幅度键控（MASK）
回顾2ASK
S 2 ASK
an g (t nTs ) cos ct n
an (0,1)
多进制幅度键控MASK 信号的表达式不变，只是数字符号的取值集合变大了 随着符号集合的变大，每个符号携带的信息量变大 n log2 M 符号集合有M个取值，则称为M进制键控 携带信息的是载波幅度的变化，称为M进制幅度键控 功率谱与2ASK相同，带宽为基带信号带宽的两倍
？
g(t)有什么影响？ 矩形有什么问题？
二进制幅度键控（2ASK）
功率谱密度
S ASK an g (t nTs ) cos ct n
1 ASK ( ) B ( c ) B ( c ) 4
由图可见
它是基带信号功率谱向fc和 -fc两边平移； 功率谱宽度是基带的二倍；
二进制幅度键控（2ASK）
一般形式的2ASK
n
B(t ) a n g (t nTs )
an g (t nTs ) cos ct n
S ASK
Ts ——基带信号间隔 g(t)——基带信号的时间波形 一般形式与OOK的比较 OOK的成形脉冲是简单的矩形
高频分量
Q路信息的提取
S MPSK (t ) sin c t I (t ) cosct sin c t Q(t ) sin ct sin ct 1 1 Q(t )[1 cos 2ct ] I (t ) sin 2ct 2 2
高频分量
多进制相位键控（MPSK）
MPSK的解调框图
an 是an的反码
二进制频移键控（2FSK）
功率谱 由表达式，二进制频移键控信号可以看成两个不同载频的幅 度调制信号2ASK之和，带宽展宽 幅值恒定；
f 2B f 2 f1
二进制频移键控（2FSK）
2FSK的调制
二进制频移键控（2FSK）
2FSK的解调——借鉴2ASK的解调
二进制频移键控（2FSK）
2FSK的实用解调方法——过零检测法
高阶调制
2ASK、2PSK、2FSK的优缺点 优点：实现简单、分析容易； 缺点：信息的传输速率低，一个码元周期内只能传送1比特 回顾香农信道容量定理
S C B log(1 ) Bn0
信噪比提高可增大信道容量，但二进制调制却限定了传输速率的 提高