通信原理第五章 基本的数字调制系统

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《数字通信(1)》 第五章
基本的数字调制系统
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5.3 二进制频移键控(2FSK)

power spectral density
2FSK 信号的功率谱密度

一个 2FSK 信号可表示成两个 2ASK 信号之和
������2FSK ������ = ������1 ������ + ������0 ������
������ 低通 滤波
������ 输出
《数字通信(1)》 第五章
基本的数字调制系统
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5.3 二进制频移键控(2FSK)

monostable trigger
2FSK 过零检测法各点的波形
������
������ ������ ������
������
������
《数字通信(1)》 第五章
基本的数字调制系统
1 ������e = erfc 4
������ 1 −������ + ������ 4 2 2
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基本的数字调制系统
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5.2 二进制振幅键控(2ASK)

signal-to-noise ratio
误码率曲线
1
10 1 10 2 ������e 10 3 10 4

2ASK信号的码元“1 ”和“0 ”分别用两个不同的振幅 A
和 0 表示。

2ASK信号的频率和初始相位保持不变。
2ASK信号的时域表达式 ������ cos ������0 ������ + ������ ������2ASK ������ = 0 通常称为通断键控(OOK)。
发送“1”时 发送“0”时
数字通信(1)
第五章 基本的数字调制系统
本章提要

digital modulation
二进制振幅键控(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) 二进制数字键控传输系统性能比较 多进制数字键控
《数字通信(1)》 第五章
基本的数字调制系统
《数字通信(1)》 第五章
基本的数字调制系统
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5.2 二进制振幅键控(2ASK)

bandwidth
0-1 等概率 2ASK 信号的功率谱密度 ������ 1 2 ������������ ������ = sinc ������������������ + ������ ������ 4 4 1 ������2ASK ������ = ������������ ������ + ������0 + ������������ ������ − ������0 4 ������ = sinc 2 ������������������ + ������������0 ������ + sinc 2 ������������������ − ������������0 ������ 16 1 + ������ ������ + ������0 + ������ ������ − ������0 16

envelope detect
包络检波器各点的波形
输入
t
全波 整流
低通 滤波 1 输出 0 1 0 1 1 0 0 1 0
t
t
t
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5.2 二进制振幅键控(2ASK)

full-wave rectify
2ASK 信号的相干解调
输入 ������ASK ������
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基本的数字调制系统
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5.2 二进制振幅键控(2ASK)

On-Off Keying (OOK)
2ASK 信号的典型波形
数字基 带信号
1
0
1
0
1
1
0
0
1
0
t
2ASK 信号
t
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基本的数字调制系统
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5.2 二进制振幅键控(2ASK)

binary ASK (BASK)
带通 滤波
本地载波 cos ������0 ������
低通 滤波
抽样 判决
输出 ������(������)
定时脉冲
《数字通信(1)》 第五章
基本的数字调制系统
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5.2 二进制振幅键控(2ASK)

coherent demodulation
相干解调器各点的波形
输入 本地 载波
������
������
开关法(选频法)
开关电路 cos ������0 ������ cos ������1 ������ 基带信号 ������ ������ 2FSK信号
������2FSK ������
《数字通信(1)》 第五章
基本的数字调制系统
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5.3 二进制频移键控(2FSK)

lowpass filter (LPF)
相干ASK 非相干ASK
10 5
10 6 10 7 6 3 0 3 6 9 12 15 18
信噪比 ������ (dB)
《数字通信(1)》 第五章 基本的数字调制系统 16
5.3 二进制频移键控(2FSK)

frequency-shift keying (FSK)
2FSK 原理

2FSK信号的码元 “0” 和“1”分别用两个不同频率的正
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5.3 二进制频移键控(2FSK)

signal resolution
2FSK 信号的分解
2FSK 信号
������
������1 ������ ������
������0 ������ ������ ������1 ������0 ������0 ������1 ������0 ������1 ������1
相乘 低通 滤波 1 输出 ������ 0 1 0 1 1 0 0 1 0 ������ ������
《数字通信(1)》 第五章
基本的数字调制系统
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5.2 二进制振幅键控(2ASK)

local carrier
2ASK 信号的功率谱密度 设二进制序列 ������(������) 的功率谱为 ������������ ������ ,则 2ASK 信号的
2ASK信号的调制

相乘法
基带信号 ������ ������ 载波信号 cos(������0������) 2ASK信号 ������ASK ������

开关法
载波信号 cos(������0������) 2ASK信号 ������ASK ������ 基带信号������(������)
《数字通信(1)》 第五章 基本的数字调制系统 8

2ASK的带宽 ������2ASK = 2������������
《数字通信(1)》 第五章 基本的数字调制系统 14
5.2 二进制振幅键控(2ASK)

error probability
2ASK 信号的误码率

假设 0-1 等概率


设 ������ 为信噪比
相干解调器的信噪比与误码率
1 ������ ������e = erfc 2 2 包络检波器的信噪比与误码率
《数字通信(1)》 第五章 基本的数字调制系统 3
5.1 概述

bandpass transmission
三种基本数字调制方式的典型波形
1 0 1 0
振幅键控ASK
t
频移键控FSK
t
相移键控PSK
t
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基本的数字调制系统
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5.1 概述

analog modulation
数字调制与模拟调制的比较 数字调制 模拟调制
数字信号 0 对应于载波频率 ������0
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5.3 二进制频移键控(2FSK)

binary FSK (BFSK)
2FSK 信号的波形
1 0 0 1 0 1 1
数字基 带信号
������
2FSK 信号
������
������1
������0
������0
1 + ������ ������ + ������1 + ������ ������ − ������1 16
������1
������0
������1
������1
《数字通信(1)》 第五章
基本的数字调制系统
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5.3 二进制频移键控(2FSK)

frequency selection
2FSK 信号的调制

调频法
基带信号 ������ ������
调频器
2FSK信号 ������2FSK ������

2FSK 信号的非相干解调——包络检波
带通滤波 ������0
包络 检波器
抽样 判决器
输入
定时脉冲
输出
带通滤波 ������1
包络 检波器
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5.3 二进制频移键控(2FSK)

bandpass filter (BPF)
2FSK 信号的相干解调
cos ������0 ������ 带通滤波 ������0 输入 定时脉冲 低通 滤波 抽样 判决器 输出
= ������ cos ������1 ������ + ������ cos ������0 ������

一个 2FSK 信号的功率谱密度为两个 2ASK 信号的功率谱 密度之和 ������2FSK 1 ������ = ������������1 ������ + ������1 + ������������1 ������ − ������1 4 1 + ������������0 ������ + ������0 + ������������0 ������ − ������0 4
带通滤波 ������1 cos ������1 ������
低通 滤波
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5.3 二进制频移键控(2FSK)

amplitude limiter
2FSK 信号的非相干解调——过零点检测法
������ 输入 限幅
������ 微分
������ 整流
������ 单稳态 触发器
功率谱密度为
1 ������2ASK ������ = ������������ ������ + ������0 + ������������ ������ − ������0 4 2ASK 信号的功率谱为基带信号功率谱的线性搬移。

0-1等概率单极性 NRZ 码的功率谱密度 ������ 1 2 ������������ ������ = sinc ������������������ + ������ ������ 4 4
载波
调制信号 幅度调制方式 频率调制方式 相位调制方式
正弦信号
数字基带信号 ASK FSK PSK
正弦信号
模拟信号 AM FM PM
调制性能
误码率
信噪比
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5.2 二进制振幅键控(2ASK)

amplitude-shift keying (ASK)
2ASK原理
2
5.1 概述

digital modulation


数字基带信号的局限 数字基带信号的功率谱集中于低频段,所以只适合在低 通信道中传输,而不适合在频率较高的带通信道中传输。 数字调制的目的 为使数字信号能在带通信道中传输,必须将数字基带信 号的功率谱从低频段搬移到较高的频率。 实现频率搬移的方法就是调制,即用数字基带信号对载 波进行调制。 三种基本数字调制方式 振幅键控(ASK) 频移键控(FSK) 相移键控(PSK)
弦波传输。

2FSK信号的振幅和初始相位保持不变。 2FSK信号的时域表达式 ������2FSK ������ cos ������1 ������ + ������1 ������ = ������ cos ������0 ������ + ������0 发送“1”时 发送“0”时
数字信号 1 对应于载波频率 ������1
5.2 二进制振幅键控(2ASK)

noncoherent demodulation
2ASK 信号的非相干解调——包络检波
输入 ������ASK ������
带通 滤波
全波 整流
低通 滤波
抽样 判决
输出 ������(������)
定时脉冲
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5.2 二进制振幅键控(2ASK)
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5.3 二进制频移键控(2FSK)

sinc function
2FSK 信号的功率谱密度 ������2FSK ������ ������ = sinc 2 ������������������ + ������������1 ������ + sinc 2 ������������������ − ������������1 ������ 16 ������ + sinc 2 ������������������ + ������������0 ������ + sinc 2 ������������������ − ������������0 ������ 16
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