数字带通传输系统

选通开关1
e2FSK (t )
相加器
图 7-8 键控法产生2FSK信号的原理图
16
2FSK信号的解调方法——非相干解调法
非相干解调 、相干解调、过零检测法、鉴频法、差分检测法等
包络 检波器 定时脉冲 带通滤波器
带通滤波器
e2FSK (t )
1
2
抽样 输出 判决器
包络 检波器
解调原理：将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别进 行解调，然后进行判决。 判决规则：调制时，若规定“1‖符号对应载波频率 f1，则 接收时上支路的样值较大，则判为“1‖；反之则判为“0‖。
12
1 P2ASK ( f ) [ Ps ( f f c ) Ps ( f f c )] 4
Ts 2 1 2 P2 ASK ( f ) S a [ ( f f c )Ts S a [ ( f f c )Ts ]} [ ( f f c ) ( f f c )] 16 16
若s(t)是单极性不归零矩形脉冲序列，且 ―0‖、“1‖等概出现， 则其功率谱密度Ps( f ) 为：（见6.1.2节）
Ts 1 2 Ps ( f ) Sa (fTs ) ( f ) 4 4 1 (P ) 2
P2 ASK ( f )
Ts 2 1 S a [ ( f f c )Ts S 2 a [ ( f f c )Ts ]} [ ( f f c ) ( f f c )] 16 16
内蒙古大学电子信息工程学院 《通信原理》
大多数信道具有带通传输特性 ，而数字基带信号往往具有 丰富的低频分量，不适合直接在带通信道中进行传输，而必须 用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号 。 通常把包括调制和解调过程的数字传输系统称为数字带通 传输系统 或 数字频带传输系统
可以用数字基带信号改变 正弦型载波 的 幅度、频率 或 相 位中的某个参数，产生相应的 数字振幅调制、数字频率调制 和 数字相位调制。
在 2FSK 中，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。其表达式为
A cos(1t n ) e2FSK ( t ) A cos(2 t n )
发送 “1‖ 时 发送 “0‖ 时
其中， n 和 n 分别是第n个码元(1或0)的初始相位。 在频移键控中， n 和 n 不携带信息，通常假设 n 和 n 为零。
2
1 ( f ) 4
1 1 2 Ts Sa ( f Ts ) ( f ) 4 4
单极性NRZ序列的功率谱密度
Ps ( f )
Bs = 1/τ = fs
单极性（不归零）信号
0
fs
3 fs
f
单极性NRZ序列的 离散谱只有直流 分量，其带宽取 决于连续谱，第 一个零点在 f = fs 。
输出
e2ASK(t)
a
b
c
d
9
图7-4 2ASK/ OOK信号解调器原理框图
定时脉冲
输入
带通 滤波器
e2ASK(t)
a
半波或全 波整流器
b
低通 滤波器
c
抽样 判决器
输出
d
定时脉冲
1
数字基带信号
1
0
0
1
0
0
0
1
0
a b c d
1 1 0 0 1 0 0 0 1 0
10
图 7-5 2ASK 信号 非相干解调过程的时间波形
通信原理
第7章 数字带通传输系统
1
第7章 数字带通传输系统
内蒙古大学电子信息工程学院 《通信原理》
7.1 二进制数字调制原理
7.2 二进制数字调制系统的抗噪声性能
7.3 二进制数字调制系统的性能比较
7.4 多进制数字调制原理（了解）
7.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能（×）
2
第7章 数字带通传输系统
2ASK信号的带宽B2ASK是基带信号带宽的2倍，若只计算谱的主瓣， 则有B2ASK =
2fs = 2/Ts ，Ts 是基带信号码元周期。
13
7.1 二进制数字调制原理
内蒙古大学电子信息工程学院 《通信原理》
7.1.2 二进制频移键控（2FSK） 1. 2FSK基本原理 频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。
11

1 1 2 2 2 PS ( f ) f S G( f ) f S G( mf S ) ( f mf S ) 4 4 m
sin fTS G( f ) TS Sa( fTS ) TS fTS
这时
1 2 sin f TS Ps ( f ) f s TS 4 f TS
15
2FSK信号的产生方法
模拟调频电路：信号在相邻码元之间的相位是连续变化的。
键控法：相邻码元之间的相位不一定连续。即输出波形在开 关转换时刻是不连续的，称为相位不连续2FSK。
基带信号 模拟 调频器 2FSK信号
模拟调频法产生2FSK信号的原理图
振荡器 1 f1 基带信号 反相器 振荡器 2 f2 选通开关2
2. 2ASK信号的功率谱密度
2ASK 信号的时域表达式为： e2ASK (t ) s( t ) cos c t
Reo ( ) eo (t )eo (t ) s(t ) cos c (t ) s(t ) cos c (t ) s(t ) s(t ) cos c t cos c (t ) 1 1 Rs ( ) cos c Rs ( )[e jc e jc ] 2 4 设s(t)的功率谱密度为Ps( f ) 1 P (f) [ Ps ( f f c ) Ps ( f f c )] 则2ASK的功率谱密度为： 2ASK 4
A cos c t eOOK ( t ) 0
以概率 P 发送 “1‖ 时 以概率 1－P 发送 “0‖ 时
6
在OOK中用电压的有和无来表示二进制符号。
2ASK信号的一般表达式可以写为
e2ASK (t ) s(t ) cos c t
其中 s( t ) an g( t nTs )
21
2. 2FSK信号的功率谱密度
对相位不连续的 2FSK信号，可看成由两个不同载频的 2ASK信号的叠加 。因此，2FSK信号功率谱密度可近似表示成 中心频率分别为 f1 和 f2 的两个 2ASK信号 功率谱密度的组合 。
相位不连续 的 2FSK信号 的 时域表达式 为：
e2FSK (t ) s1(t )cos 1t s2 (t )cos 2t
19
2FSK信号的解调方法——过零检测法
a
e2FSK (t )
限幅
b
微分
c
整流
d
脉冲 e 形成
低通
f
输出
解调原理 ：
2FSK信号的过零点数随不同频率而异，通过检测过零点数目的多少， 从而区分两个不同频率的信号码元。 经限幅、微分、整流后形成尖脉冲序列，这些尖脉冲序列的密度程 度反映了信号频率的高低，尖脉冲的个数就是过零点数。 把这些尖脉冲变换成较宽的矩形脉冲，以增大其直流分量，该直流 分量的大小和信号频率的高低成正比。
5
7.1 二进制数字调制原理
内蒙古大学电子信息工程学院 《通信原理》
7.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
1. 2ASK基本原理
振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率 和初始相位保持不变。 在 2ASK 中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应 二进制信息 “0‖和“1‖。最为常用的是一种称为 通-断键控 (OOK)的方式，其表达式为:
然后经低通滤波器取出此直流分量，这样就完成了频率—幅度变换， 从而根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号“1‖和“0‖。
20
a
e2FSK (t )
限幅
b
微分
c
整流
d
脉冲 e 形成
低通
f
输出
过零检测法解调器的 各点时间波形 如下图所示 ：
1 1 0 0 1 1
a b c d e f
1 1 0 0 1 1
其中 s1(t) 和 s2(t) 为 两路二进制数字基带信号
相乘器
低通 滤波器
定时脉冲 抽样 输出 判决器
e2FSK (t )
1
cos 1t cos 2 t
相乘器
2
带通 滤波器
低通 滤波器
解调原理： 是将 2FSK 信号分解为上下两路 2ASK 信号 ； 分别进行相干解调 ；通过对上下两路的抽样值进行比较最终判 决出输出信号 。判决准则与非相干解调时一致。
4
第7章 数字带通传输系统
内蒙古大学电子信息工程学院 《通信原理》
1
0
1
1
0
1
1
0
1
t
t
t
(a) 振幅键控
(b) 频移键控
图7-1 正弦载波的三种键控波形
(c) 相移键控
数字信息有二进制和多进制之分，因此数字调制可以分为 二进制调制和多进制调制。在二进制调制中，信号参量只有两 种可能的取值；而在多进制调制中，信号参量可能有M (M>2) 种取值。 本章主要讨论二进制数字调制系统的原理和抗噪声性能。
7
2ASK/OOK信号的产生方法
模拟调制法（相乘器法） 键控法 二进制 不归零信号
s(t)
乘法器
cos c t
开关电路
e2ASK(t)
(a) 模拟相乘法
cos c t
e2ASK(t)
s(t)
(b) 数字键控法
图7-3 2ASK/ OOK信号调制器原理框图
8
2ASK/OOK信号的解调方法
n
Ts 为码元持续时间；
g(t) 为持续时间为Ts 的基带脉冲波形。
为分析方便，通常假设g(t)是高度为1、宽度等于Ts的矩形脉冲； an是第n个符号的电平取值。 1 0 0 1
s(t)
若
1 an 0
概率 为P 概率为 1－P
载波
Ts
t
t
则2ASK信号就是OOK信号。
2ASK
t
图7-2 2ASK / OOK 信号时间波形
2ASK信号与模拟调制中的 AM 信号类似。所以，2ASK 信号能够采用非相干解调 ( 包络检波法 ) 和 相干解调 ( 同步检 测法 ) 。 a. 相干解调——同步解调
输入
e2ASK(t)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
带通 滤波器
乘法器
Cos wct
低通 滤波器
抽样 判决器
输出
定时脉冲
b. 非相干解调——包络检波
输入
带通 滤波器 半波或全 波整流器 低通 滤波器 抽样 判决器
14
1
0
1
0
(a) 2FSK信号 (b) s1 (t )cos 1t (c) s2 (t )cos 2 t
图7-7 2FSK信号的时间波形
t
t t
2FSK信号的波 形可以看成是两个 不同载频的2ASK信 号的叠加。
故 2FSK信号的时域表达式又可以写成：
e2FSK ( t ) an g( t nTs ) cos 1t an g( t nTs ) cos 2 t n n 其中 an是an 的反码， 若an 1 ， an 0 ； an 0 ， an 1 ；
17
2FSK信号的解调方法——非相干解调法
带通滤波器
e2FSK (t )
y(t )
1 2
y1 ( t )
包络 v1 ( t ) 检波器
定时脉冲 带通滤波器
y2 ( t )
抽样 输出 s(t ) 判决器
包络 v 2 ( t ) 检波器
18
2FSK信号的解调方法——相干解调法
带通 滤波器
图7-6 2ASK信号的功率谱密度示 意图
P2ASK f


fc

f c -2f s
fc f s
fc
fc f s
f c 2f s
f
2ASK信号的功率谱密度是基带信号功率谱密度 Ps( f ) 的线性搬移。
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谱，而离散谱由载波分量确定。
也可用数字基带信号同时改变载波幅度、频率或相位中的 某几个参数，产生 新型的数字调制。
3
第7章 数字带通传输系统
内蒙古大学电子信息工程学院 《通信原理》
一般来说，数字调制与模拟调制的 基本原理相同，但是数 字信号有离散取值的特点。因此数字调制技术有两种方法： 利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看 成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特 殊情况处理。 利用数字信号离散取值的特点通过开关键控载波，从而实 现数字调制。这种方法通常称为键控方法，比如对载波的振幅、 频率和相位进行键控，便可获得振幅键控、频移键控和相移键 控三种基本的数字调制方式。