二进制数字调制原理ppt.ppt

为什么采用数字信号的调制传输为什么采用数字信号的调制传输n数字基带信号是低频信号，只适宜在低数字基带信号是低频信号，只适宜在低通信道中传输，但常见的实际信道都是通信道中传输，但常见的实际信道都是带通型的，所以必须对基带数字信号进带通型的，所以必须对基带数字信号进行调制，将它搬移到高频段，称为数字行调制，将它搬移到高频段，称为数字调制，相应调制信号的传输称为数字信调制，相应调制信号的传输称为数字信号调制传输号调制传输。第六章第六章 数字信号的调制传输数字信号的调制传输 数字调制的过程就象用数字信息数字调制的过程就象用数字信息去控制开关，从几个具有不同参量的去控制开关，从几个具有不同参量的独立振荡源中选择所需参量，所以把独立振荡源中选择所需参量，所以把数字调制称为数字调制称为“键控键控”。高频载波的一般形式：高频载波的一般形式：n n改变三参数对应三种不同的调制：改变三参数对应三种不同的调制：幅度幅度 Uc:振幅键控振幅键控(ASK:ASK:Amplitude_Shift Keying)Amplitude_Shift Keying)频率频率 Wc：频移键控频移键控(FSK:FrequencyFSK:Frequency_Shift Keying)_Shift Keying)相位相位 0:相移键控相移键控(PSK:PhasePSK:Phase_Shift Keying)_Shift Keying)数字调制，载波的参数改变只能取有限个取值，称键值6.1 二进制数字调制原理二进制数字调制原理 2 2ASKASK，2FSK2FSK，2PSK2PSK（2DPSK2DPSK）6.1.1 6.1.1 二进制幅度键控（二进制幅度键控（2 2ASKASK）振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。为二进制振幅键控。为二进制振幅键控。为二进制振幅键控。载载波波幅幅度度随随数数字字调调制制信信号号载载波波幅幅度度随随数数字字调调制制信信号号(1 1(1 1和和和和0 0)0 0)而而在在两两个个电电平平而而在在两两个个电电平平之之间间变变化化。其其最最简简单单的的形形式式称称为为通通之之间间变变化化。其其最最简简单单的的形形式式称称为为通通-断断键键控控断断键键控控(O OO OK K)O OO OK K)，即即 载载 波波 在在 数数 字字 信信 号号即即 载载 波波 在在 数数 字字 信信 号号1 1 1 1或或或或 0 0 0 0的的 控控 制制 下下 通通 或或 断断。的的 控控 制制 下下 通通 或或 断断。1 12ASK调制原理调制原理 载波载波载波载波(b)b)(a)a)(c)c)1 0 0 1 1 0 0 17.1.1 27.1.1 27.1.1 27.1.1 2ASKASKASKASK系统原理系统原理系统原理系统原理一般时域表达式一般时域表达式一般时域表达式一般时域表达式 1 0 0 1 1 0 0 1是表示二进制数字信息幅度为是表示二进制数字信息幅度为是表示二进制数字信息幅度为是表示二进制数字信息幅度为脉宽为脉宽为脉宽为脉宽为 的矩形脉冲，的矩形脉冲，的矩形脉冲，的矩形脉冲，7.1.1 27.1.1 27.1.1 27.1.1 2ASKASKASKASK系统原理系统原理系统原理系统原理2.解调原理解调原理 有两种基本解调方法：有两种基本解调方法：非相干解调非相干解调非相干解调非相干解调(包络检测包络检测)和和相干解调相干解调相干解调相干解调:判决判决LPFBPFBPF定时脉冲定时脉冲定时脉冲定时脉冲(b)b)相干解调相干解调相干解调相干解调定时脉冲定时脉冲定时脉冲定时脉冲整流器整流器整流器整流器判决判决LPFBPFBPF(a)a)非相干解调非相干解调非相干解调非相干解调7.1.1 27.1.1 27.1.1 27.1.1 2ASKASKASKASK系统原理系统原理系统原理系统原理 图 2ASK信号非相干解调过程的时间波形所以，所以，所以所以，2 2 2 2ASKASKASKASK信号的功率谱密度为信号的功率谱密度为信号的功率谱密度为信号的功率谱密度为 3、频谱特性、频谱特性幅度键控信号的功率谱是基带信号功率谱的线性幅度键控信号的功率谱是基带信号功率谱的线性幅度键控信号的功率谱是基带信号功率谱的线性幅度键控信号的功率谱是基带信号功率谱的线性搬移，频谱宽度是二进制基带信号频谱搬移，频谱宽度是二进制基带信号频谱搬移，频谱宽度是二进制基带信号频谱搬移，频谱宽度是二进制基带信号频谱 的的的的2 2 2 2倍。倍。倍。倍。根据根据根据根据6.26.26.26.2节数字基带信号功率谱的分析可知，节数字基带信号功率谱的分析可知，节数字基带信号功率谱的分析可知，节数字基带信号功率谱的分析可知，当当当当g(t)g(t)g(t)g(t)为单极性矩形脉冲，且为单极性矩形脉冲，且为单极性矩形脉冲，且为单极性矩形脉冲，且 7.1.1 27.1.1 27.1.1 27.1.1 2ASKASKASKASK系统原理系统原理系统原理系统原理2 2ASK ASK 信号频谱信号频谱7.1.1 27.1.1 27.1.1 27.1.1 2ASKASKASKASK系统原理系统原理系统原理系统原理2ASK2ASK信号的带宽是码元速率的信号的带宽是码元速率的2 2倍。倍。7.1.1 27.1.1 27.1.1 27.1.1 2ASKASKASKASK系统原理系统原理系统原理系统原理2 2ASK ASK 信号频谱信号频谱B2ASK在功率谱密度的第一过零点之间集中在功率谱密度的第一过零点之间集中在功率谱密度的第一过零点之间集中在功率谱密度的第一过零点之间集中了信号的主要功率，因此常取第一对过零点的带宽作了信号的主要功率，因此常取第一对过零点的带宽作了信号的主要功率，因此常取第一对过零点的带宽作了信号的主要功率，因此常取第一对过零点的带宽作为传输带宽。为传输带宽。为传输带宽。为传输带宽。谱零点带宽谱零点带宽 6.1.2 二进制频移键控原理二进制频移键控原理(2FSK)频移键控频移键控是利用载波的频率变化来是利用载波的频率变化来传递数字信息传递数字信息。对于二进制，载波频率随着数字调制对于二进制，载波频率随着数字调制信号不同在两个频率之间变化。信号不同在两个频率之间变化。如如“1 1”对应于载波频率对应于载波频率 ，则，则“0 0”对应于另一载波频率对应于另一载波频率 。1 12FSK调制原理调制原理 1 10 00 0(b)b)(a)a)1 17.1.2 27.1.2 27.1.2 27.1.2 2FSKFSKFSKFSK系统的原理系统的原理系统的原理系统的原理载波载波载波载波载波载波载波载波 图 二进制移频键控信号的时间波形 1 10 00 0 1 1一一般般时时域域表表达达式式：2.解调原理解调原理非相干非相干 (包络包络)检测，检测，相干解调相干解调，过零，过零点检测和差分检测法。点检测和差分检测法。分析可知，分析可知，分析可知，分析可知，2 2 2 2FSKFSKFSKFSK信号可以信号可以信号可以信号可以看作两路看作两路看作两路看作两路2 2 2 2ASKASKASKASK信号的叠加。信号的叠加。信号的叠加。信号的叠加。其解调也可用两路其解调也可用两路其解调也可用两路其解调也可用两路2 2 2 2ASKASKASKASK解解解解调来实现。调来实现。调来实现。调来实现。(1)相干和非相干解调相干和非相干解调 1 10 00 01 17.1.2 27.1.2 27.1.2 27.1.2 2FSKFSKFSKFSK系统的原理系统的原理系统的原理系统的原理比较判决比较判决(a)a)非相干解调非相干解调非相干解调非相干解调包络检波器包络检波器包络检波器包络检波器2 2包络检波器包络检波器包络检波器包络检波器1 1BPF2BPF2BPF1BPF1定时脉冲定时脉冲定时脉冲定时脉冲相干解调器相干解调器相干解调器相干解调器1 1相干解调器相干解调器相干解调器相干解调器2 2(b)相干解调相干解调7.1.2 27.1.2 27.1.2 27.1.2 2FSKFSKFSKFSK系统的原理系统的原理系统的原理系统的原理 图 二进制移频键控信号解调器原理图 (a)非相干解调;(b)相干解调 图 2FSK非相干解调过程的时间波形 一种常用而简便的解调方法。一种常用而简便的解调方法。(2)过零点检测法过零点检测法7.1.2 27.1.2 27.1.2 27.1.2 2FSKFSKFSKFSK系统的原理系统的原理系统的原理系统的原理基本思想：基本思想：数字调频波的过零点数随不同数字调频波的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数可以得到关于载频而异，故检出过零点数可以得到关于频率的差异。频率的差异。(3)差分检波差分检波法法C C：LPF:LPF:（频偏频偏频偏频偏 的函数）的函数）的函数）的函数）(V(V与频偏与频偏与频偏与频偏 呈线性关系呈线性关系呈线性关系呈线性关系鉴频鉴频鉴频鉴频！)（11）LPF判决判决定时脉冲定时脉冲定时脉冲定时脉冲BPFBPF延时延时延时延时 a aC Cb bV V原理：原理：7.1.2 27.1.2 27.1.2 27.1.2 2FSKFSKFSKFSK系统的原理系统的原理系统的原理系统的原理2 2FSKFSK信号可看作两个不同频率交替发送的信号可看作两个不同频率交替发送的2 2ASKASK信号的叠加，其功率谱信号的叠加，其功率谱3、频谱特性、频谱特性7.1.2 27.1.2 27.1.2 27.1.2 2FSKFSKFSKFSK系统的原理系统的原理系统的原理系统的原理是将基带信号频谱经两次线性搬移（分别搬移是将基带信号频谱经两次线性搬移（分别搬移到到f fC1C1和和f fC2C2处）后的叠加。处）后的叠加。7.1.2 27.1.2 27.1.2 27.1.2 2FSKFSKFSKFSK系统的原理系统的原理系统的原理系统的原理2 2FSK FSK 信号频谱信号频谱受键控的载波相位按基带脉冲受键控的载波相位按基带脉冲而改变的数字调制方式。而改变的数字调制方式。6.1.3 二进制相移键控二进制相移键控1、2PSK(绝对移相绝对移相)当基带数字信号采用幅度为当基带数字信号采用幅度为1 1宽度为宽度为T TS S的矩形的矩形脉冲的双极性非归零码表示时，时域表示式为脉冲的双极性非归零码表示时，时域表示式为由于绝对移相方式是以某一相位作为基准的，由于绝对移相方式是以某一相位作为基准的，由于绝对移相方式是以某一相位作为基准的，由于绝对移相方式是以某一相位作为基准的，因此解调时在接收端也必须有同样一个固定基准相因此解调时在接收端也必须有同样一个固定基准相因此解调时在接收端也必须有同样一个固定基准相因此解调时在接收端也必须有同样一个固定基准相位作为参考。一旦接收端参考相位发生变化，则恢位作为参考。一旦接收端参考相位发生变化，则恢位作为参考。一旦接收端参考相位发生变化，则恢位作为参考。一旦接收端参考相位发生变化，则恢复出的数字信息也会出现复出的数字信息也会出现复出的数字信息也会出现复出的数字信息也会出现0 0和和和和1 1的反转，从而导致接的反转，从而导致接的反转，从而导致接的反转，从而导致接收端错误接收。收端错误接收。收端错误接收。收端错误接收。这种用载波不同相位直接去表示相应这种用载波不同相位直接去表示相应数字信息的相位键控，常称为数字信息的相位键控，常称为绝对移相。绝对移相。这种现象通常称为这种现象通常称为2PSK的的“倒倒”现象现象或或“反向工作反向工作”现象。现象。7.1.37.1.37.1.37.1.3 2PSK 2PSK 2PSK 2PSK系统的原理系统的原理系统的原理系统的原理令为当前码元初相与前一码元初令为当前码元初相与前一码元初相之差，则相之差，则2 2DPSKDPSK调制规则为调制规则为2、2DPSK（差分相移键控（差分相移键控）利利用用前前后后相相邻邻码码元元载载波波的的相相对对相相位位表表示示数数字字信信息息的的调调制制方方式式。即即用用载载波波相相位位相相对对变变化化传传送送数数字字信信息息，所所以以又又称称为为相相对对调调相相。7.1.37.1.37.1.37.1.3 2PSK 2PSK 2PSK 2PSK系统的原理系统的原理系统的原理系统的原理2DPSK10011101001110绝绝对对码码绝绝对对码码2P S K00010110001011相相对对码码相相对对码码载载载载 波波波波0 0相位相位相位相位 0 07.1.37.1.37.1.37.1.3 2PSK 2PSK 2PSK 2PSK系统的原理系统的原理系统的原理系统的原理数字信号（码）和已调载波的相位关系数字信号（码）和已调载波的相位关系数字信号（码）和已调载波的相位关系数字信号（码）和已调载波的相位关系 相相对对调调相相信信号号的的 产产 生生 过过 程程双极性双极性双极性双极性 不归零不归零不归零不归零a.2PSKa.2PSK模拟调制模拟调制模拟调制模拟调制载波载波载波载波移相移相移相移相b.2PSKb.2PSK键控调制键控调制键控调制键控调制7.1.37.1.37.1.37.1.3 2PSK 2PSK 2PSK 2PSK系统的原理系统的原理系统的原理系统的原理b.2DPSKb.2DPSK键控调制键控调制键控调制键控调制差分码变换差分码变换差分码变换差分码变换差分差分差分差分 码码码码变换变换变换变换双极性双极性双极性双极性 差分码差分码差分码差分码a.2DPSKa.2DPSK模拟调制模拟调制模拟调制模拟调制 首先对数字基带信号进行差首先对数字基带信号进行差首先对数字基带信号进行差首先对数字基带信号进行差分编码，即由绝对码变为相对码，分编码，即由绝对码变为相对码，分编码，即由绝对码变为相对码，分编码，即由绝对码变为相对码，然后再进行绝对调相。然后再进行绝对调相。然后再进行绝对调相。然后再进行绝对调相。3、2DPSK信号解调信号解调判决判决LPFBPFBPF定时脉冲定时脉冲定时脉冲定时脉冲延迟延迟延迟延迟T TS S数据数据数据数据输出输出输出输出(b)b)差分差分差分差分相干解调相干解调相干解调相干解调(a)a)相干解调（极性比较法）相干解调（极性比较法）相干解调（极性比较法）相干解调（极性比较法）判决判决LPFBPFBPF定时脉冲定时脉冲定时脉冲定时脉冲数据数据数据数据输出输出输出输出相对码相对码相对码相对码数据数据数据数据输出输出输出输出本地载波本地载波本地载波本地载波码码(反反)变换变换鉴相器鉴相器鉴相器鉴相器可采用可采用相干解调相干解调相干解调相干解调和和差分相干解调法差分相干解调法差分相干解调法差分相干解调法 7.1.37.1.37.1.37.1.3 2PSK 2PSK 2PSK 2PSK系统的原理系统的原理系统的原理系统的原理4、2 2PSKPSK频谱特性频谱特性数学表达式形式上完全一样，只是数学表达式形式上完全一样，只是an的取值不同。的取值不同。因此，参照因此，参照2ASK功率谱可得到功率谱可得到2PSK信号频谱信号频谱也只是基带数字信号频谱的线性搬移。也只是基带数字信号频谱的线性搬移。7.1.37.1.37.1.37.1.3 2PSK 2PSK 2PSK 2PSK系统的原理系统的原理系统的原理系统的原理当当当当“0 0”和和和和“1 1”独立等概独立等概独立等概独立等概 ，且，且，且，且g(t)g(t)为不归零双为不归零双为不归零双为不归零双极性矩形脉冲时，基带信号频谱极性矩形脉冲时，基带信号频谱极性矩形脉冲时，基带信号频谱极性矩形脉冲时，基带信号频谱7.1.37.1.37.1.37.1.3 2PSK 2PSK 2PSK 2PSK系统的原理系统的原理系统的原理系统的原理2PSK频谱特性频谱特性而而而而2 2 2 2DPSKDPSKDPSKDPSK与与与与2 2 2 2PSKPSKPSKPSK信号在波形上并没有任何不同，信号在波形上并没有任何不同，信号在波形上并没有任何不同，信号在波形上并没有任何不同，因此，其频谱结构也完全一样。且其带宽为因此，其频谱结构也完全一样。且其带宽为因此，其频谱结构也完全一样。且其带宽为因此，其频谱结构也完全一样。且其带宽为