《通信原理》——数字调制信号

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,8,章 数字调制信号,数字信号分为基带信号和带通信号（调制信号）。,在实际应用中，远距离的传输信道往往是带通型的，必须如模拟信号调制一样，用数字基带信号,f(t,),去调制载波，得到数字调制信号,s(t,),，然后通过带通信道进行传输。这称为数字信号的调制传输。,用数字信号,fn,去改变载波的幅度、频率和相位以进行调制，得到数字的调幅、调频和调相信号。,数字信号调制中的载波,c(t,),，也是模拟载波（通常是正弦波）。已调信号可表达为,s(t,)=,A(t)cos,c,t+(t,),用数字信号调制模拟载波，一种方法是直接把数字信号波形当作模拟信号波形，采用模拟调制的方法进行调制；另一种方法则是利用数字信号在时间和取值上的离散特性，对载波的振幅,A(t,),、瞬时频率偏移,d(t)/dt,和瞬时相位偏移,(t,),进行键位控制。键控可用数字电路来实现，具有变换速率快，调整方便，设备通用性和可靠性高等优点。,对载波的幅度、频率和相位进行调制得到的信号，分别称为幅度键控（,ASK,）、频移键控,(FSK),和相移键控,(PSK),等。,二进制键控可分为二进制幅度键控,(2ASK),，二进制频率键控,(2FSK),和二进制相位键控,(2PSK),等。,8.1,二进制幅度键控,8.1.1,二进制幅度键控（,2ASK,）的概念,用单极性的二进制信号对载波进行通断的开关调制。,8.1.2 2ASK,信号的调制,直接调制法和键控法,二进制幅度键控波形示意图,8.1.3 2ASK,的频谱分析,方波二进制信号的,2ASK,功率密度,8.1.4 2ASK,的解调,分为相干解调和非相干解调,二者均需要进行采样和判决,2ASK,信号的包络检波解调模型,8.2,二进制频移键控（,2FSK,）,8.2.1,二进制频移键控的概念,用二进制基带信号去调制载波信号的频率，产生,2FSK,信号。,已调制信号用两个不同频率对应码元,0,和,1,。,离散相位的,2FSK,（,DP-FSK,）和连续相位的,FSk,（,CP-FSK,）。,2FSK,信号可以看作两个,2ASK,的叠加。,相位连续和相位不连续的,2FSK,信号波形及分解,8.2.2 2FSK,的调制,直接调制法，产生连续相位的,2FSK,键控法，产生离散相位的,2FSK,直接调制法生成的,2FSK,信号,8.2.3 2FSK,的频谱分析,离散相位,2FSK,信号，频谱等于两个,2ASK,信号相加，功率谱和带宽分别为,连续相位,2FSK,，因其相位连续，情况,更加复杂，带宽小于同等情况下的离,散相位,2FSK,。,。,8.2.4 2FSK,的解调,用滤波器分离两路,2ASK,信号后，分别进行解调。,解调可采用相干解调与非相干解调。,解调后的两路基带二进制信号进行比较以判定原码元。,2FSK,信号相干解调模型,2FSK,信号非相干解调模型,8.3,二进制相移键控和二进制差分相移键控,8.3.1,二进制相移键控的时域和频域特点,2PSK,的功率谱图,如图所示为,2PSK,的时域波形图。,8.3.2,二进制相移键控的调制和解调,直接调制法：用双极性码乘以载波。,键控法：用,f(t,),控制双向开关。,解调：因信号不含载波分量，故只能用相干解调法。需要从接收到的信号中恢复出本地载波用于解调。,巨大风险：恢复本地载波如果发生反相，则会因为“相位模糊”，而造成解调出来的码元与原信号完全相反。,直接调制法生成,2PSK,键控法生成,2PSK,2PSK,相干解调模型,8.3.3,二进制差分相移键控（,DPSK,）,DPSK,，用相对相移键控，传输的信号，用于表达原信号码元是否发生变化。如此，可解决接收到信号完全反相的问题。,传号差分码和空号差分码,差分译码,差分相干解调：直接用接收到的信号差分自乘。如下图所示为,2DPSK,差分相干解调模型。,传号差分码和空号差分码的编码器模型,8.4,二进制数字调制信号的抗噪声性能,8.4.1 2ASK,相干解调抗噪声性能,2ASK,相干解调抗噪声模型,2ASK,相干解调的概率密度函数,8.4.2 2ASK,非相干解调的误比特率,2,非相干解调抗噪声模型,非相干解调的误码区,8.4.3 2FSK,解调的误比特率,2FSK,解调与,2ASK,解调存在区别，两路的误比特率完全对称。,2FSK,的相干解调抗噪声模型,8.4.4 2FSK,非相干解调的误比特率,FSK,非相干解调抗噪声模型,8.4.5 2PSK,及,2DPSK,的抗噪声性能,2PSK,相干解调抗噪声模型,8.4.6,几种二进制数字调制系统的性能比较,8.5,多进制数字调制,二进制数字调制，信道利用率较低。,M,进制数字信号，一位可表示,n,比特信息，相当于,n,位二进制。,M,进制数字调制分为,M,进制幅度键控，,M,进制频移键控和,M,进制相移键控等。解调得到的可能是,M,进制数字信号，也可将其转换为二进制信号。,高速二进制码元序列与低速,M,进制码元序列的相互转换：串联并联。,8.5.1,多进制幅度键控（,MASK,）,用,M,个幅度电平表示,M,个码元取值,可以看作多个,2ASK,信号叠加，带宽,与,2ASK,信号相同，而信息量增大。但因,门限之间差距减小，故误码概率增大。,调制也用直接调制和键控法,解调也用相干解调和包络检波,4ASK,的基带信号图和波形图,8.5.2,多进制频移键控（,MFSK,）,原理与,2FSK,类似，有,M,种不同的频率,也有直接调制法和键控法两种方式产生,也是将各个频率的分量分离后分别进行解调然后比较判决,带宽利用率较低,四进制频移调制的相干解调和非相干解调,8.5.3,多进制相移键控,MPSK,正交调制模型,MPSK,信号的相位选择法调制,MPSK,信号的正交相干解调法,本章小结,数字信号的调制就是基带数字信号对载波信号的幅度、频率和相位进行调制，生成的已调制信号携带数字基带信号的信息。,二进制调制是最基本的数字调制，具有结构简单、抗噪声系能高的特点，但是它的带宽利用率不高。,多进制调制信号是在二进制调制基础上拓展的，包括,MASK,、,MFSK,、,MPSK,等。,