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1、第6章 数字信号的频带传输 目的：将数字基带信号变成适于信道传输的数字频带信号，用载波调制方式进行传输。 载波选取：高频正弦波。 调制信号：数字、离散。 原理：同于模拟，高频载波的离散状态携带信息。数字调制可以看成是模拟线性调制和角调制的特殊情况。 分类：数字幅度调制幅度键控（ASK）； 数字频率调制频移键控（FSK）； 数字相位调制相移键控（PSK）。 分别对应于用正弦波的幅度、频率和相位来传递数字基带信号。,二进制数字幅度调制,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。 一般原理与实现方法 数字幅度调制又称幅度键控（
2、ASK），二进制幅度键控记作2ASK。 1. 定义：2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。 OOK,2. 2ASK信号时域表达式：,其中，s(t)为单极性NRZ矩形脉冲序列：,3. 2ASK信号的产生方法（调制方法） 模拟法；键控法。,问：2ASK调制属于DSB调制？,（2）相干检测法:,4. 2ASK信号解调AM 常用方法主要有两种： （1）包络检波法：,2ASK信号非相干解调过程的时间波形,2ASK 相 干 解 调 波 形,二进制数字频率调制,调制原理与实现方法 1.定义:
3、数字频率调制又称频移键控（FSK），是用载波的频率不同来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。 二进制频移键控记作2FSK，此时 “1” f1 “0” f2,（1）波形: “1” f1 ; “0” f2 特点：基带信号s(t)为单极性NRZ信号； 一路2FSK信号可视为两路2ASK信号的之合成！,2. 波形与表达式,（2）时域表达式,其中: 基带信号表达式（单极性NRZ）,模拟法：如图a所示。 键控法：如图b所示。,3.调制方法,4. 2FSK信号的实现方法,核心思想：一路2FSK视为两路2ASK信号的合成。,二进制移频键控信号的时间波形,相干检测法：一路2FSK视为两路2ASK信
4、号的合成。 包络检波法：一路2FSK视为两路2ASK信号的合成。 鉴 频 法：模拟法：FM解调。 过零检测法：2FSK特有。,2FSK信号的解调,1.包络检波法,核心思想：一路2FSK视为两路2ASK信号的合成。,问：BPF1、BPF2的带宽？,2FSK非相干解调过程的时间波形,2. 相干检测法,核心思想：一路2FSK视为两路2ASK信号之合成。,2FSK 相 干 解 调 波 形,. 过零检测法,常识：单位时间内信号经过零点的次数多少，可以用来衡量频率的高低。,二进制数字相位调制,数字相位调制又称相移键控（PSK），是利用高频载波相位的变化来传送数字信息的。二进制相移键控记作2PSK。 根据载
5、波相位表示数字信息的方式不同，数字调相分为绝对相移（PSK）和相对相移（DPSK）两种。 二进制相移键控（2PSK） 1. 一般原理及实现方法 （1）定义 绝对相移是利用载波的相位（初相）直接表示数字信号的相移方式。 相位选择原则：易于实现；相位间距尽可能大。二进制相移键控中: A方式：0和；B方式： /2和-/2。,（2）时域表达式 A方式2PSK已调信号的时域表达式为,其中：与2ASK及2FSK时不同， s(t)为双极性数字基带信号:,在某一个码元持续时间Tb内观察时，有,（4）2PSK信号的调制方框图,（3）2PSK信号的波形,（a）模拟调制法，（b）键控法,就模拟调制法而言，与产生2A
6、SK信号比较，只是对s(t)要求不同，因此，2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。,不考虑噪声时，带通滤波器输出可表示为：,（5）2PSK信号的解调,2PSK信号相干解调各点时间波形,2PSK接收系统各点波形如图所示：,相位模糊：相干载波的锁相环技术，它稳定工作在n点上，它输出的载波可能和接收信号载波相同，也可能相差相位。这种相位的不确定性在工程将会影响到数字信号的正确接收。这种现象叫做相位模糊。,二进制差分相移键控（2DPSK） 1. 一般原理及实现方法 2DPSK不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。所谓相对载波相位是指本
7、码元初相与前一码元初相之差。,关键：基带信号“1”、“0”与初相之间不存在一一对应关系,基带信号“1”、“0”与初相之间不存在一一对应关系（绝对关系），而是相对关系解决“倒”现象。 单从波形上看，2DPSK与2PSK是无法分辩的，比如图中2DPSK也可以是另一符号序列 bn（称为相对码）经绝对移相而形成的。 重要结论：相对移相信号可以看作是把数字信息序列an （绝对码）变换成相对码bn ，然后再根据相对码进行绝对移相而形成。 绝对码变相对码：绝对码为“0”码时，相对码不变； 绝对码为“1”码时，相对码变化。,2DPSK信号调制过程波形图,2DPSK 波 形,2DPSK信号的调制与解调借助绝对移
8、相途径实现的方法:,绝对码和相对码是可以互相转换的，其转换关系为：,关于绝对码和相对码的相互转换：,2DPSK实现方法：,相对相移本质上就是对差分(相对)码信号的绝对相移。 2DPSK表达式,（a）模拟调制法，（b）键控法,（2）差分相干解调法。,2DPSK信号的解调 有两种方法：相干解调-码变换法；差分相干解调。 （1）相干解调-码变换法。,模型,波形,原理：直接比较前后码元的相位差而构成的。 特点：不需要码变换器，也不需要专门的相干载波发生器，因此设备比较简单、实用。,2DPSK 相 干 解 调 波 形,2DPSK 差 分 相 干 解 调 波 形,2. 2PSK与2DPSK系统的比较 （1
9、）检测这两种信号时判决器均可工作在最佳门限电平（零电平）。 （2）2DPSK抗噪声性能不及2PSK。 （3）2PSK系统存在“反向工作”问题，而2DPSK系统不存在“反向工作”问题。 因此在实际应用中，真正作为传输用的数字调相信号几乎都是DPSK信号。,二进制数字调制系统的性能比较 内容:系统的误码率、频带宽度及频带利用率、对信道的适应能力、设备的复杂度等。,1. 误码率 对二进制数字调制系统的抗噪声性能做如下两个方面的比较： （1）同一调制方式不同检测方法的比较 对于同一调制方式不同检测方法，相干检测的抗噪声性能优于非相干检测。,三种数字调制系统的误码率曲线图,、频带宽度：2FSK调制系统最
10、差。 、对信道特性变化的敏感性 ：信道特性变化的灵敏度对最佳判决门限有影响。 2ASK系统最差、2FSK系统和2PSK系统较好。 、设备的复杂程度:发送设备相当，接收设备中，相干解调比非相干解调大，2DPSK的设备复杂度最大,2ASK最简单。,多进制数字调制 目的：提高频带利用率，实现信息高效传输。 定义：利用多进制数字基带信号去调制高频载波的某个参量，如幅度、频率或相位的过程。 分类：根据被调参量的不同，多进制数字调制可分为： 多进制幅度键控（MASK）； 多进制频移键控（MFSK）； 多进制相移键控（MPSK）。,特点: 与二进制数字调制相比，多进制数字调制有以下几个特点： （1） RbM
11、=kRBM， M=2k 在码元速率（传码率）相同条件下，可以提高信息速率（传信率），使系统频带利用率增大。 （2）RBM=RB2/k（信息速率不变时） 减小带宽、增加码元能量（能减小码干影响）。 正是基于这些特点，使多进制数字调制方式得到了广泛的使用。 代价:信号功率需求增加和实现复杂度加大。,多进制数字振幅调制系统,进制数字振幅调制信号的时间波形,多进制数字频率调制系统,4FSK信号频率关系,多进制数字频率调制系统的组成方框图,多进制数字相位调制系统 1. 多进制数字相位调制(MPSK)信号的表示形式,4PSK,2PSK,8PSK,(Constellation),信号矢量图,2. 4PSK信
12、号的产生与解调,双比特ab与载波相位的关系,相位选择法产生4PSK信号原理图,4PSK正交调制器,4PSK信号相干解调原理图,4PSK信号相干解调也会产生相位模糊问题，并且是0、 90、180和270四个相位模糊。,4DPSK信号产生原理图,3. 4DPSK信号的产生与解调,4DPSK信号相干解调加码反变换器方式原理图,4DPSK信号差分相干解调方式原理图,多进制正交幅度调制(MQAM)系统,星座图,QAM的星座图,课堂测验,1.已知某数字信息序列为1001101，分别以下列两种情况画出2PSK和2DPSK以及相对码波形。 （1）码元速率为1200B，载波频率为1200Hz，工作方式为A方式。 （2）码元速率为1200B，载波频率为1800Hz，工作方式为B方式。,2.一个相位不连续的2FSK信号，发1及0时的波形分别为 和 码元速率为1200Baud 。 采用普通分路滤波器进行检测，计算系统所需的最小带宽。,