《通信原理-07数字调制.ppt

1、 调制：将基带信号的频谱搬移到适合于信道传输或便于信道多路复用的的较高的频率范围；用基带信号控制载波参数，使载波参数随基带信号变化的过程。10tttt2ASK2FSK2PSKASK：(Amplitude Shift Keying)FSK：(Frequency Shift Keying)PSK：(Phase Shift Keying)7.1 二进制幅度调制（2ASK）（一）概念调制实现方法：a.模拟法s(t)1001cosct电子开关eo(t)s(t)b.键控法cosct1001 2ASK用二进制数字基带信号控制载波的振幅，使载波的振幅随着数字信号而变化。二进制振幅键控信号时间波形二进制振幅键控

2、信号时间波形载波信号2ASK信号s(t)1011Tb001tttcsnTT cBfnR1B=2fs（二）二进制振幅键控(2ASK)功率谱及带宽)(fPsf0sfsf)(fPecf0fcfscff scff scff scff 带宽 BPF LPF 抽样判决 位同步器 y(t)r(t)cp(t)载波同步 cosct x(t)So(t)（三）二进制振幅键控(2ASK)解调相干解调法非相干解调11100000101abcde2ASK(t)带通滤波器全波整流器低通滤波器抽样判决器输出abcd定时脉冲（四）多进制幅度键控(MASK)OTBtA2A3A2301M进制数字振幅调制系统的误码率Pe性能曲线10

3、110210310410510605101520r/dBPe12530M=2M=4M=8M=167.2 二进制频率调制（2FSK）2FSK用数字基带信号控制载波的频率变化，1符号对应于载频f1,0符号对应于载频f2（一）调制原理与实现方法Tsf2f2f1f1f1t(a)f1f1f1t(b)f2f2t(c)2FSK信号波形分解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。（二）2FSK信号的功率谱及带宽 2FSK信号带宽 B=|f1-f2|+2fsfc=(f1 f2)/2h=(f2 f1)/RBh=0.5h=0.7h=1.5fc1.5 RBfc RBfc

4、0.5 RBfcfc0.5 RBfc RBfc1.5 RBf1.01.5 数字调频信号的解调方法很多，如鉴频数字调频信号的解调方法很多，如鉴频法、法、相干解调法相干解调法、包络检波法包络检波法、过零检测法、过零检测法、差分检测法等。差分检测法等。”判为“，”判为“，012121vvvv（三）2FSK信号解调（1）1.包络检波法非相干解调111000001012FSK非相干解调过程的时间波形 上支路经BPF1滤波整流下支路经BPF2滤波整流（三）2FSK信号解调(2)2.相干解调法（四）多进制频率调制（MFSK）多进制数字频率调制系统误码率性能曲线多进制数字频率调制系统误码率性能曲线101102

5、103104105106107505101520r/dB10243221081 实线实线为采用为采用相干相干解调解调方式，方式，虚线虚线为采用为采用非相干解非相干解调调方式。方式。可以看出：可以看出：l在在M M一定的情况下，信噪比一定的情况下，信噪比r r越大，越大，误码率误码率PePe越小；越小；l在在r r一定的情况下，一定的情况下，M M越大，误码率越大，误码率PePe也越大。也越大。l相干解调和非相干解调的性能差距将随相干解调和非相干解调的性能差距将随M M的增大而减的增大而减小；小；同一同一M M下，随着信噪比下，随着信噪比r r的增加非相干解调性能将的增加非相干解调性能将趋于相干

6、解调性能。趋于相干解调性能。根据控制载波相位的方法不同，数字调相分为绝对调相（PSK）和相对调相（DPSK）两种。7.3 二进制相位调制二进制数字相位调制二进制数字相位调制：用二进制数字基带信号控制正弦载波的相位，使正弦载波的相位随着二进制基带信号的变化而变化。7.3.1 二进制绝对调相（2PSK）1.2PSK信号的产生二进制绝对调相（2PSK）：用数字信息直接控制载波的相位。1：使载波反相（1800）0：载波相位不变0：使载波反相（1800）1：载波相位不变1变0不变0变1不变2PSK信号的波形)(ts)(2tsPSK1011001tttabc1011001td)(tsbT1变0不变2PSK

7、信号的调制方框图s(t)码型变换双极性不归零乘法器e2PSK(t)cosct(a)cosct0开关电路e2PSK(t)180 移相s(t)(b)图6.4.3 波形产生器的输入/输出波形ab11110001变0不变0变1不变例：例：画出数字信息1100101的2PSK信号的波形。（调制规则自定）（1）设码元周期是载波周期的整数倍（）（2）设码元周期不是载波周期的整数倍（）csTT2csTT5.111)(ts01001tttcdettfg(a)(b)例6.4.1 图 2 P S K 波形图(a)cbTT2(b)cbTT5.12.2PSK信号的功率谱和带宽 对于双极性NRZ码，由于不存在直流成分，因

8、此，2PSK信号功率谱示意图如图所示：)(fPecf0fcfscff scff scff scff 2PSK信号带宽 B=2fs 2PSK信号解调通常采用相干解调3.二进制绝对调相(2PSK)的解调“倒”现象相位模糊1,0,0信息信息设相邻码元的载波相位差为用相邻码元的载波相位的相对变化来表示数字信息7.3.2 二进制相对(差分)相位调制(2DPSK)1,00,信息信息1变0不变0变1不变)(ts1011001tttab图6.4.10 2DPSK波形参考信号参考信号信息bT变化规律一样，携带相同的信息1 12DPSK2DPSK信号的产生信号的产生 差分编码器2PSK调制器na二进制信息nb2D

9、PSK信号1011001tttad的2PSK信号参考信号10110t101nanb载波nbbcna的2DPSK信号te2PSK的调制规则是“1”变“0”不变规则2DPSK的调制规则是“1”变“0”不变规则sDPSKfB22 2DPSK的解调有两种，一种是极性比较法，另一种是相位比较法（差分相干解调）。（1）极性比较法 （2）差分相干解调法2、二进制相对相移键控(2DPSK)的解调2PSK解调器差分译码器na2DPSK信号nb2DPSK差分相干解调1011001ta10110t101nanbb1001001t02PSK解调器反向工作时的差分码c1011001tdna图6.4.12 2DPSK克服

10、反向工作波形示意图2DPSK克服反向工作误码率比较2PSK相干解调 2DPSK相干解调（极性比较法）2DPSK非相干解调（差分相干解调）低高低高2PSK2DPSK2FSK2ASK二相二相四相四相八相八相星座图星座图A方方式式B方方式式MDPSK系统的误码率性能曲线81632322 41680510152025301051041031021011差分解调相干解调M=M=Per/dB247.3.4 7.3.4 二进制数字调制技术的性能比较二进制数字调制技术的性能比较l带宽带宽l误码率误码率l设备的复杂程度设备的复杂程度l应用情况应用情况sT2sT2sTff2|122,1ffsLMTff2|MfLf

11、sT2sT2sT2sT2为最高载波频率；Ts为M进制码元时间宽度MDPSKTs为二进制码元时间宽度2DPSKTs为M进制码元时间宽度MPSKTs为二进制码元时间宽度2PSK 为最低载波频率；Ts为M进制码元时间宽度。MFSK 为载波频率；Ts为二进制码元时间宽度。2FSKTs为M进制码元时间宽度MASKTs为二进制码元时间宽度2ASK备注备注带宽带宽调制方式调制方式110 110 210 310 410 510 610 7 8 6 4 20246810 12 1416非相干 FSK，ASK相干 FSK，ASK相干PSK相干解调差分编码 PSK差分相干解调差分编码 PSK香农限(1.6 dB)误

12、比特率Ebn0/dB三种数字调制系统的三种数字调制系统的Per关系曲线关系曲线 误码率误码率（1 1）对于同一种调制方式，采用相干解调）对于同一种调制方式，采用相干解调比非相干解调性能好些比非相干解调性能好些（2 2）对于不同的调制方式，）对于不同的调制方式，PSKPSK性能最好，性能最好，FSKFSK次之，次之，ASKASK最差最差相干相干 PSK相干相干DPSK 差差 分分DPSK相干相干FSK 非相非相 干干FSK相相 干干ASK非相非相 干干ASK设备的复杂程度设备的复杂程度（1）发送端：设备复杂程度不相上下；）发送端：设备复杂程度不相上下；（2）接收端：相干比非相干复杂；）接收端：相

13、干比非相干复杂；（3）同为相干解调时，）同为相干解调时，2DPSK设备最为复杂。设备最为复杂。应用情况应用情况（1）相干）相干2DPSK，常用于高速数据传输；，常用于高速数据传输；（2）非相干）非相干2FSK，常用于中、低速数据传输。常用于中、低速数据传输。7.4 现代数字调制技术7.4.1 正交振幅调制（QAM）47.012minMd39.0)sin(2minMd MQAM信号的星座图信号的星座图 7.4.2 高斯最小频移键控（GMSK）1、MSK的概念的概念 MSKMSK（MinimumMinimum FrequencyFrequency ShiftShift KeyingKeying）是

14、）是调频指数调频指数0.5h 的频移键控方式，的频移键控方式，是是FSKFSK方式的方式的一种改进形式。一种改进形式。前置滤波器 MSK调制器输入输出2、GMSK的概念的概念 7.4.3 正交频分复用（正交频分复用（OFDM）OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）是一种，正交频分复用）是一种无线环无线环境下的高速传输技术境下的高速传输技术，是未来无线宽带接入，是未来无线宽带接入系统下一代蜂窝移动系统的关键技术之一，系统下一代蜂窝移动系统的关键技术之一，适合在多径传播和多普勒频移的无线移动信适合在多径传播和多普勒频移的无线移

15、动信道中传输高速数据。它能有效道中传输高速数据。它能有效对抗多径效应对抗多径效应，消除码间干扰消除码间干扰，对抗频率选择性衰落对抗频率选择性衰落，而且，而且信道利用率高信道利用率高。OFDM是一种高效的数据传输方式，其是一种高效的数据传输方式，其基基本思想本思想是在频域内将给定信道分成许多是在频域内将给定信道分成许多正正交子信道交子信道，在每个子信道上使用一个，在每个子信道上使用一个子载子载波波进行调制，并且各子载波并行传输。进行调制，并且各子载波并行传输。本章小结1、数字调制的定义及功能2、各种数字调制的原理及实现，包括时域波形、带宽、解调 ASK、FSK、PSK（DPSK）3、各种调制技术

16、性能比较（误码率、带宽）4、数字调制新技术练习1.相同码元速率、信号功率、噪声功率情况下，分别采用2ASK、2FSK、2PSK、4 PSK调制方式，误码率最低的是2PSK。（）2DPSK解调时存在相位模糊现象，PSK可以解决这个问题。（）1、在误码率相同的条件下，三种数字调制方式之间抗干扰性能好坏的关系为（）。A2ASK2FSK2PSK B2PSK2FSK2ASKC2FSK2PSK2ASK D2PSK2ASK2FSK 2、克服载波同步中载波相位模糊对信号传输产生影响方法是（）。A将基带信号编成CMI码 B对基带信号进行相关编码C将基带信号编成HDB3码 D对基带信号进行差分编码 BD3对101

17、101进行2ASK调制、2FSK调制、2PSK和2DPSK调制，分别画出调制后波形。4、已知基带信号序列如图所示，试画出二进制相对调相波形。假设：（1）相对调相的第一个码元相位为“0”（2）数据信号为“1”时载波相位不变，数据信号为“0”时，载波相位改变180。5、设数字信号为1011010，分别画出下列两种情况下2PSK、2DPSK的波形。（1）码元速率为1200B，载波频率为1200Hz。（2）码元速率为1200B，载波频率为2400Hz。6、已知某2ASK系统码元传输速率为100波特，所用载波信号为 ，（1）设所传送的数字信息为011001，试画出相应的2ASK信号的波形。（2）求2ASK信号的带宽。)104cos(2t7、2FSK信号，发“1”时载波为 ，发“0”时载波为 ，码元传输速率为600波特，系统的带宽为多少？)2000cos(t)8000cos(t