課題1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制課件

1、課題1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制課件課題1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制課件本模塊學(xué)習(xí)要求：掌握：二進(jìn)制幅度鍵控2ASK、頻率鍵控2FSK和相位鍵控2PSK三種基本調(diào)制方式的原理、調(diào)制和解調(diào)電路形式掌握：相干調(diào)制和鍵控調(diào)制兩種方法掌握：相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方法了解：相位連續(xù)的移頻鍵控CPFSK、最小移頻鍵控MSK、高斯最小移頻鍵控GMSK等掌握：相位鍵控有絕對(duì)移相和相對(duì)移相兩種方案，其中相對(duì)移相可以克服傳輸過程中可能出現(xiàn)的相位模糊現(xiàn)象了解：為什么要采用多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制掌握:定時(shí)和同步的有關(guān)概念模塊四 數(shù)字頻帶傳輸技術(shù)2022/9/142本模塊學(xué)習(xí)要求：模塊四 數(shù)字頻帶傳輸技術(shù)2022/9/104模塊四 數(shù)字頻帶傳輸技術(shù)

2、任務(wù)引入 在上一章節(jié)中，我們比較詳細(xì)地討論了數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。而在實(shí)際通信中，絕大部分情況下的信道都不能直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)，而必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波波形的某些參量進(jìn)行調(diào)制，使載波信號(hào)的這些參量隨該數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化，這就是數(shù)字調(diào)制傳輸。也稱為數(shù)字頻帶傳輸。 因?yàn)閿?shù)字基帶信號(hào)具有豐富的低頻成分，只適合在低通型信道中傳輸（比如雙絞線），但是在通信系統(tǒng)中實(shí)際使用的信道多為帶通型，例如各個(gè)頻段的無(wú)線信道、限定頻率范圍的同軸電纜等。為了使數(shù)字信號(hào)能在帶通信道中傳輸，必須采用數(shù)字調(diào)制方式。2022/9/143模塊四 數(shù)字頻帶傳輸技術(shù)任務(wù)引入2022/9/105模塊四 數(shù)字頻帶傳輸技術(shù)1. 主要原

3、因是帶通型信道比低通型信道帶寬大得多，可以采用頻分復(fù)用技術(shù)傳輸多路信號(hào) 2.若要利用無(wú)線電信道，必須把低頻信號(hào)“變”成射頻信號(hào)。 那么為什么一定要在帶通型信道中傳輸數(shù)字信號(hào)呢？ 2022/9/144模塊四 數(shù)字頻帶傳輸技術(shù)1. 主要原因是帶通型信道比低通型信一、調(diào)制概述 1、基帶信號(hào)的調(diào)制過程和作用課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信息源語(yǔ)言音樂圖像直接轉(zhuǎn)換頻率很低的電信號(hào)包括（或不包括）直流分量的低通頻譜最高頻率和最低頻率之比遠(yuǎn)大于1基帶信號(hào)如電話信號(hào)的頻率范圍在3003400Hz圖4-1-1 信號(hào)變換過程2022/9/145一、調(diào)制概述課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信息源語(yǔ)言音樂圖像直接轉(zhuǎn)換在實(shí)際通信中，多數(shù)

4、信道（無(wú)線、有線）不能直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)。對(duì)于有線信道:一方面，傳統(tǒng)的通信網(wǎng)為模擬信號(hào)傳輸而設(shè)計(jì)，數(shù)字基帶信號(hào)不能直接進(jìn)入該通信網(wǎng)；另一方面，傳輸線路中存在大量的電容、變壓器等隔直設(shè)備，不利于數(shù)字基帶信號(hào)（富含低頻或直流分量）的傳輸。課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制對(duì)于無(wú)線信道，由于數(shù)字基帶信號(hào)的頻率較低，不能通過有限尺寸的天線進(jìn)行有效輻射。2022/9/146在實(shí)際通信中，多數(shù)信道（無(wú)線、有線）不能直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制調(diào)制器原始信號(hào)調(diào)制：發(fā)送端把基帶信號(hào)頻譜搬移到給定信道通帶內(nèi)的過程解調(diào)器原始信號(hào)解調(diào)：在接收端把已搬到給定信道通帶內(nèi)的頻譜還原為基帶信號(hào)的過程圖4-1-2 調(diào)制解

5、調(diào)信號(hào)變換過程2022/9/147課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制調(diào)制器原始信號(hào)調(diào)制：發(fā)送端把基帶信號(hào)頻調(diào)制在通信中的作用：（1）調(diào)制把基帶信號(hào)頻譜搬移到一定的頻帶范圍以適應(yīng)信道 的要求。課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制（2）經(jīng)過調(diào)制后的頻帶信號(hào)更容易輻射，從而滿足無(wú)線通信的要求。（3）實(shí)現(xiàn)頻率分配。（4）實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。（5）減少噪聲和干擾的影響，提高系統(tǒng)抗干擾能力。2022/9/148調(diào)制在通信中的作用：課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制（2）經(jīng)過調(diào)制后的2、調(diào)制的類型 課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制調(diào)制器輸入信號(hào)S（t）輸出信號(hào)Sm（t）載波信號(hào)c（t）2022/9/1492、調(diào)制的類型 課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制調(diào)制器輸入信號(hào)S2

6、、調(diào)制的類型 課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制sm (f )頻譜之間呈線性搬移關(guān)系：AM、ASK線性調(diào)制非線性調(diào)制s (f )sm (f )頻譜之間沒有線性對(duì)應(yīng)關(guān)系：FM、PM、FSK 調(diào)制器s (t )sm (t )C (t )m(t)改變載波信號(hào)C(t)的不同參數(shù)幅度調(diào)制：AM、PAM、ASK 頻率調(diào)制：FM、FSK相位調(diào)制：PM、PPM、PSK原始信號(hào)頻譜2022/9/14102、調(diào)制的類型 課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制sm (f )頻課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 在調(diào)制器中選擇不同的參數(shù)，可以把調(diào)制分成不同的類型。（1）輸入信號(hào)的不同-模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制；（2）載波信號(hào)的不同-脈沖載波調(diào)制和連續(xù)載波調(diào)制。（

7、3）調(diào)制后的頻譜和原始信號(hào)頻譜呈線性搬移關(guān)系-線性調(diào)制，如AM、ASK。否則為非線性調(diào)制，如FM、PM、FSK。我們重點(diǎn)研究調(diào)制信號(hào)為數(shù)字基帶信號(hào)、載波為正弦波的數(shù)字調(diào)制。其他調(diào)制只做概念性介紹。3、數(shù)字調(diào)制的種類2022/9/1411課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 在調(diào)制器中選擇不同的參數(shù)，可課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 和模擬調(diào)制相似，數(shù)字調(diào)制所用的載波一般也是連續(xù)的正弦型信號(hào)，但調(diào)制信號(hào)則為數(shù)字基帶信號(hào)。理論上講，載波形式可以是任意的（比如三角波、方波等），只要適合在帶通信道中傳輸即可。之所以在實(shí)際通信中多選用正弦型信號(hào)，是因?yàn)樗哂行问胶?jiǎn)單、便于產(chǎn)生和接收等特點(diǎn)。與模擬調(diào)制中的幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相

8、位調(diào)制相對(duì)應(yīng)，數(shù)字調(diào)制也分為三種基本方式：幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。 但是請(qǐng)大家注意，實(shí)際應(yīng)用中的調(diào)制非常復(fù)雜，如GMSK（高斯濾波最小頻移鍵控）、QPSK（四相絕對(duì)相移鍵控）、QAM（正交幅度調(diào)制）、OFDM（正交頻分復(fù)用技術(shù)，多載波調(diào)制（MCM）的一種）等在實(shí)際應(yīng)用中比較多。2022/9/1412課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 和模擬調(diào)制相似，數(shù)字調(diào)制所用的課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制幅移鍵控調(diào)制因?yàn)閭鬏斝实停趯?shí)際應(yīng)用中已經(jīng)很少采用，但它是研究數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)。先了解ASK調(diào)制，就比較容易理解頻移鍵控（FSK）調(diào)制和相移鍵控（PSK）調(diào)制的原理。二、二進(jìn)制幅移鍵控（2

9、ASK）用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波幅度進(jìn)行調(diào)制的方式稱為幅移鍵控，幅移鍵控（也稱振幅調(diào)制）記作ASK，或稱其為開關(guān)鍵控（通斷鍵控），記作OOK（On Off Keying）；二進(jìn)制幅移鍵控通常記作2ASK。1、基本原理及其形成 2ASK的原理是“0、1”碼去鍵控一個(gè)連續(xù)的載波，使載波時(shí)斷時(shí)續(xù)地輸出，有載波輸出時(shí)表示發(fā)送“1”碼，無(wú)載波輸出時(shí)表示發(fā)送“0”碼。 2022/9/1413課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制幅移鍵控調(diào)制因?yàn)閭鬏斝实?，在?shí)際應(yīng)用課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制基帶信號(hào)圖4-1-6 2ASK信號(hào)波形示意圖 2ASK信號(hào)可以表示成一個(gè)單極性矩形脈沖序列（單極性不歸零碼）與一個(gè)正弦載波的乘積。2022/

10、9/1414課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制基帶信號(hào)圖4-1-6 2AS課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 二進(jìn)制幅移鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法有兩種，即模擬振幅調(diào)制法和數(shù)字鍵控法。（1）模擬振幅調(diào)制法BPFA coscts (t) SASK (t) a)數(shù)字基帶信號(hào)（單極性NRZ）SASK (t) A coscts (t) b)數(shù)字基帶信號(hào)（單極性NRZ）圖4-1-7 2ASK波形產(chǎn)生器方框圖a) 模擬調(diào)制法 b）數(shù)字鍵控法2022/9/1415課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 二進(jìn)制幅移鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法有課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 這里的模擬幅度調(diào)制和模擬通信系統(tǒng)中的調(diào)幅（AM）框圖是一樣的，屬于相干調(diào)制。但不同的是調(diào)制信號(hào)為為數(shù)

11、字信號(hào)（單極性不歸零碼）。 （2）數(shù)字鍵控法 由二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去控制一個(gè)開關(guān)電路，當(dāng)信碼為“1”時(shí)，開關(guān)接通，有高頻載波輸出；當(dāng)信碼為“0”時(shí)，開關(guān)斷開，無(wú)高頻載波輸出。 2ASK信號(hào)由于始終有一個(gè)信號(hào)的狀態(tài)為零，即處于斷開狀態(tài)，故常稱之為通斷鍵控（OOK）信號(hào)。 實(shí)際電路說明：在實(shí)際應(yīng)用中，高頻載波經(jīng)過分頻送到與非門，與非門在基帶信號(hào)的控制下工作，當(dāng)基帶信號(hào)為高電平“1”時(shí)，門打開，高頻方波信號(hào)通過與非門，送到三極管的基極，2022/9/1416課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 這里的模擬幅度調(diào)制和模擬通信系課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 由三極管的發(fā)射極輸出，經(jīng)過帶通濾波器后輸出高頻載波；當(dāng)基帶信號(hào)為低

12、電平“0”時(shí)，與非門被封鎖，載波信號(hào)不能通過與非門，無(wú)高頻載波輸出。圖4-1-8 2ASK信號(hào)的產(chǎn)生方法（數(shù)字鍵控法）2ASK產(chǎn)生動(dòng)畫【例4-1-1】已知一信碼為100，試畫出它的2ASK信號(hào)的波形（載波信號(hào)為余弦信號(hào)）。2022/9/1417課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 由三極管的發(fā)射極輸出，經(jīng)過帶通課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制2、2ASK信號(hào)的頻譜分析 信號(hào)的頻譜分析非常復(fù)雜，這里我們補(bǔ)充介紹一些基本概念。信號(hào)的波形，我們通常稱為時(shí)域波形，指信號(hào)隨時(shí)間變化的波形，任何一個(gè)時(shí)域波形都有一個(gè)頻域波形對(duì)應(yīng)，但分析頻域波形往往要用到傅立葉變換。 在對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析的時(shí)候，有時(shí)講頻譜，有時(shí)講功率譜，這兩者是有

13、些區(qū)別的。 頻譜分為幅度頻譜和相位頻譜。所謂幅度頻譜是指信號(hào)的幅度隨頻率變化的情況；所謂相位頻譜是指信號(hào)的相位隨頻率變化的情況。 對(duì)功率有限的頻帶信號(hào)的頻譜分析通常用其功率譜來(lái)表示，而不分析其相位頻譜。2022/9/1418課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制2、2ASK信號(hào)的頻譜分析2022/9課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 所謂功率譜是指單位頻帶內(nèi)信號(hào)的功率隨頻率變化的情況。保留頻譜的幅度信息，但是丟掉了相位信息，所以頻譜不同的信號(hào)其功率譜是可能相同的。有一個(gè)重要區(qū)別： 功率譜是隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)平均概念，平穩(wěn)隨機(jī)過程的功率譜是一個(gè)確定函數(shù)；而頻譜是隨機(jī)過程樣本的傅立葉變換，對(duì)于一個(gè)隨機(jī)過程而言，頻譜也是一個(gè)“隨機(jī)

14、過程”。（隨機(jī)的頻域序列）2022/9/1419課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 所謂功率譜是指單位頻帶內(nèi)信號(hào)的課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制離散譜：由載波分量確定 連續(xù)譜：由基帶信號(hào)波形確定 第一旁瓣峰值比主峰衰減14dB B2ASK是基帶信號(hào)波形帶寬的兩倍 圖4-1-9 2ASK信號(hào)的功率譜2022/9/1420課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制離散譜：由載波分量確定 連續(xù)譜：由基帶課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 由圖中可以看出，幅度鍵控信號(hào)的功率譜是基帶信號(hào)功系譜的線性搬移，所以其頻譜寬度是二進(jìn)制基帶信號(hào)的兩倍。由于基帶信號(hào)是矩形波，其頻譜寬度從理論上來(lái)說為無(wú)窮大，以載波c為中心頻率，在功率譜密度的第一對(duì)過零點(diǎn)之間集中了信號(hào)

15、的主要功率，因此,通常取第一對(duì)過零點(diǎn)的帶寬作為傳輸帶寬，稱之為譜零點(diǎn)帶寬。2022/9/1421課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 由圖中可以看出，幅度鍵控信號(hào)的課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 2ASK的功率譜具有以下特點(diǎn)：（1）2ASK信號(hào)的功率密度是相應(yīng)的單極性數(shù)字基帶信號(hào)功率密度形狀不變的平移至fc（fc為載波信號(hào)頻率）處形成的，即2ASK信號(hào)的功率譜密度由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成。（2）2ASK信號(hào)的帶寬B2ASK是單極性數(shù)字基帶信號(hào)帶寬fs的兩倍。 fS是基帶信號(hào)的頻率，RB=1/Ts是基帶信號(hào)碼元傳輸速率。（3）2ASK的頻帶利用率只有直接傳輸基帶信號(hào)的一半。B增加一倍，頻帶利用率下降一半。2022/

16、9/1422課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 2ASK的功率譜具有以下特點(diǎn)：2課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 【例4-1-2】假設(shè)電話信道具有理想的帶通特性，頻率范圍為300-3400Hz，試問該信道在單向傳輸2ASK信號(hào)時(shí)最大的傳輸碼率為多少？【例4-1-2】解答：電話信道帶寬B=3400-300=3100（Hz），也就是說B2ASK=3100Hz。 該信道在傳送2ASK信號(hào)時(shí)，由于2ASK信號(hào)的帶寬是基帶信號(hào)的2倍，因此該信道的等效基帶帶寬為B2ASK/2=1550Hz。 根據(jù)無(wú)碼間串?dāng)_條件（奈奎斯特第一準(zhǔn)則），基帶帶寬為1550Hz信道最高碼元傳輸速率為RB=21550=3100波特2022/9/1423

17、課題一 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 【例4-1-2】假設(shè)電話信道具有2ASK信號(hào)的解調(diào)方法3、2ASK信號(hào)的解調(diào)方法 從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)基帶信號(hào)的過程稱為解調(diào)，是調(diào)制的逆過程。包括非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢波法）。簡(jiǎn)單的說，非相干解調(diào)是指接收端不需要恢復(fù)載波信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)解調(diào)，而相干解調(diào)則是在接收端必須恢復(fù)與發(fā)送端一致的載波才能實(shí)現(xiàn)解調(diào)。（1）2ASK信號(hào)的非相干解調(diào) 非相干解調(diào)又稱為包絡(luò)檢波法。帶通濾波器的作用是使2ASK信號(hào)完整地通過，經(jīng)包絡(luò)檢波器后，輸出其包絡(luò)。低通濾波器（LPF）的作用是濾除高頻雜波，使基帶信號(hào)（包絡(luò)）通過。2022/9/14242ASK信號(hào)的解調(diào)方法3、2ASK信號(hào)的

18、解調(diào)方法2022/92ASK信號(hào)的解調(diào)方法 抽樣判決器包括抽樣、判決及碼元形成，經(jīng)抽樣、判決后將碼元再生，即可恢復(fù)出數(shù)字序列。定時(shí)抽樣脈沖（位同步信號(hào)）是很窄的脈沖，通常位于每個(gè)碼元的中央位置，其重復(fù)周期等于碼元的寬度。 2ASK非相干解調(diào)和模擬調(diào)幅AM信號(hào)的解調(diào)一樣，但不同的是2ASK解調(diào)增加了一個(gè)“抽樣判決器”，這對(duì)于提高數(shù)字信號(hào)的接收性能是十分必要的。 包絡(luò)檢波動(dòng)畫2022/9/14252ASK信號(hào)的解調(diào)方法 抽樣判決器包括抽樣、判決及碼元2ASK信號(hào)的解調(diào)方法包絡(luò)檢波器各點(diǎn)波形請(qǐng)大家利用以前所學(xué)知識(shí)理解這些波形2022/9/14262ASK信號(hào)的解調(diào)方法包絡(luò)檢波器各點(diǎn)波形請(qǐng)大家利用以前

19、所學(xué)知2ASK信號(hào)的解調(diào)方法（2）2ASK信號(hào)的相干解調(diào) 相干解調(diào)也稱為同步解調(diào)，要求接收機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)送載波同頻、同相的本地載波信號(hào)，稱其為同步載波或相干載波。 相干解調(diào)是一種常見的解調(diào)方法，它是在接收端利用相干載波與接收信號(hào)進(jìn)行相乘，得到包含基帶信號(hào)頻率分量的輸出信號(hào)，然后通過低通濾波器濾除無(wú)用頻率分量，讓基帶信號(hào)通過，并將其送至抽樣電路進(jìn)行判決。圖4-1-10 2ASK信號(hào)的相干解調(diào)2022/9/14272ASK信號(hào)的解調(diào)方法（2）2ASK信號(hào)的相干解調(diào)圖4-1-2ASK信號(hào)的解調(diào)方法圖4-1-13 2ASK信號(hào)的相干解調(diào)框圖中各點(diǎn)波形2ASK相干解調(diào)動(dòng)畫2022/9/14282ASK信

20、號(hào)的解調(diào)方法圖4-1-13 2ASK信號(hào)的相2ASK信號(hào)的解調(diào)方法 采用相干解調(diào)（同步檢波法），接收端必須提供一個(gè)與2ASK信號(hào)載波保持同頻、同相的相干載波信號(hào)，可以通過窄帶濾波器或鎖相環(huán)來(lái)提取同步載波。顯然，提取本地同步載波會(huì)導(dǎo)致設(shè)備復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)困難。 對(duì)于2ASK信號(hào)，通常使用包絡(luò)檢波法。包絡(luò)檢波法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、可靠性高、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。2022/9/14292ASK信號(hào)的解調(diào)方法 采用相干解調(diào)（同步檢波法），接二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）三、二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK） 用基帶數(shù)字信號(hào)對(duì)載波頻率進(jìn)行調(diào)制的方式稱為頻移鍵控，頻移鍵控也稱為頻率調(diào)制，記作FSK，二進(jìn)制數(shù)字頻移鍵控通常記作

21、2FSK。1、基本原理及其形成 2FSK的原理是用載波的頻率變化傳送數(shù)字信號(hào)，即用所傳送的數(shù)字信號(hào)控制載波的頻率變化，而載波的幅度則保持不變。信碼為“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)的2FSK信號(hào)是一個(gè)頻率為f1的載波，信碼為“0”時(shí)，2FSK信號(hào)是一個(gè)頻率為f2的載波， f1 和f2的大小由收發(fā)雙方通信協(xié)議確定。2022/9/1430二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）三、二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）20二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）數(shù)字基帶信號(hào)單極性NRZ2FSK信號(hào)波形 基帶信號(hào)起到開關(guān)控制作用，當(dāng)基帶信號(hào)為“1”碼時(shí)，輸出頻率為f1的載頻；當(dāng)基帶信號(hào)為“0”碼時(shí)，輸出頻率為f2的載頻。 一般將fc=（f1+f2）/2稱為

22、標(biāo)稱載頻，將f=|f2- f1|稱為頻移寬度，簡(jiǎn)稱頻移。 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生方法有模擬調(diào)頻法和頻率選擇法。前者產(chǎn)生相位連續(xù)的2FSK信號(hào)，后者產(chǎn)生相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)。2022/9/1431二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）數(shù)字基帶信號(hào)2FSK信號(hào)波形 2ASK信號(hào)的解調(diào)方法（1）模擬調(diào)頻法 所謂模擬調(diào)頻法就是將輸入的基帶脈沖去控制一個(gè)振蕩器的某種參數(shù)而達(dá)到改變振蕩器頻率的目的。這種方法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)相位是連續(xù)的，簡(jiǎn)單易行，但由于頻率穩(wěn)定度較差，所以實(shí)際應(yīng)用范圍不廣。2022/9/14322ASK信號(hào)的解調(diào)方法（1）模擬調(diào)頻法2022/9/1034二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）（2）頻率選擇法 頻

23、率選擇法利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。當(dāng)基帶信號(hào)為“1”時(shí)，開關(guān)電路選擇載波f1，基帶信號(hào)為“0”時(shí)，開關(guān)電路選擇載波f2。 該方法可用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)換速度快、波形好，頻率穩(wěn)定度高，電路不復(fù)雜，故得到廣泛的應(yīng)用。 但由于f1和f2是兩個(gè)獨(dú)立的振蕩，因而使所輸出的信號(hào)失去了相位的連續(xù)性，相位不連續(xù)，可能對(duì)鄰道造成干擾。2、2FSK信號(hào)的頻譜分析 以相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。2022/9/1433二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）（2）頻率選擇法2022/9/10二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）2022/9/1434二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）2022/9/1036

24、二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK） 設(shè)P（f）為單極性矩形脈沖序列s（t）的功率譜密度，P2FSK（f）為已調(diào)信號(hào)S2FSK（t）的功率譜密度，2FSK功率譜具有以下特點(diǎn)： （1）2FSK信號(hào)的功率譜密度同樣由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成。連續(xù)譜由兩個(gè)雙邊譜疊加而成，離散譜出現(xiàn)在兩個(gè)載頻位置f1、f2上。 （2）若頻移小于fb，則連續(xù)譜出現(xiàn)單峰，峰值對(duì)應(yīng)于標(biāo)稱載頻fC；否則，連續(xù)譜出現(xiàn)雙峰，峰值對(duì)應(yīng)于兩個(gè)載頻位置f1、f2。 （3）2FSK信號(hào)的帶寬B2FSK=2B基+|f2- f1|= 2R基+|f2- f1| ，R基為基帶信號(hào)的碼元速率，數(shù)值上和帶寬一樣。所以我們說，2FSK調(diào)制比2ASK調(diào)制，頻帶利

25、用率下降|f2- f1| 2022/9/1435二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK） 設(shè)P（f）為單極性矩形脈二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）設(shè)h為頻移指數(shù)，圖4-1-19 2FSK信號(hào)的功率譜2022/9/1436二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）設(shè)h為頻移指數(shù)，圖4-1-19 二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK） 為了便于接收端解調(diào)，要求2FSK信號(hào)的兩個(gè)頻率f1, f2間要有足夠的間隔。對(duì)于采用帶通濾波器來(lái)分路的解調(diào)方法，通常取于是，2FSK信號(hào)的帶寬為相應(yīng)地，這時(shí) 2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率為2022/9/1437 二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK） 為了便于接收端解調(diào)，要求2F二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）3、2FSK信號(hào)的解調(diào)

26、2FSK解調(diào)方法也有相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩類。但實(shí)際應(yīng)用中由于從2FSK信號(hào)中提取相干載波比較困難，所以實(shí)際應(yīng)用中多數(shù)采用非相干解調(diào)。 非相干解調(diào)有鑒頻法、過零檢測(cè)法、包絡(luò)檢波法等。（1）相干解調(diào)2022/9/1438二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）3、2FSK信號(hào)的解調(diào)2022/9二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK） 圖中的主要部分和前面講過的2ASK相干解調(diào)一樣，關(guān)鍵是判決，判決的準(zhǔn)則是比較兩路信號(hào)包絡(luò)的大小。（2）非相干解調(diào)-分路包絡(luò)檢波法 這個(gè)電路同相干解調(diào)的電路很相似，判決的準(zhǔn)則也是比較兩路信號(hào)包絡(luò)的大小。分路濾波包絡(luò)檢波法非相干解調(diào)的缺點(diǎn)是頻帶利用率低，但實(shí)現(xiàn)比較容易，主要用于解調(diào)相位不連續(xù)的FS

27、K信號(hào)。分路包絡(luò)檢波法2022/9/1439二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK） 圖中的主要部二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）（3）非相干解調(diào)-過零檢測(cè)法 過零檢測(cè)法是一種常用而簡(jiǎn)便的解調(diào)方法。2FSK信號(hào)的過零點(diǎn)數(shù)隨載頻的變化而不同，因此，檢測(cè)出過零點(diǎn)數(shù)就可以得到載頻的差異，從而進(jìn)一步得到調(diào)制信號(hào)的信息。2FSK信號(hào)經(jīng)限幅、微分、整流后形成與頻率變化相對(duì)應(yīng)的脈沖序列，由此再形成相同寬度的矩形波。此矩形波的低頻分量與數(shù)字信號(hào)相對(duì)應(yīng)，由低通濾波器濾出低頻分量，然后經(jīng)抽樣判決，即可得到原始的數(shù)字調(diào)制信號(hào)。 2022/9/1440二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）（3）非相干解調(diào)-過零檢測(cè)法二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）202

28、2/9/1441二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）2022/9/1043二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK） 過零檢測(cè)法廣泛應(yīng)用于數(shù)字調(diào)頻系統(tǒng)中，可用于解調(diào)相位連續(xù)或相位不連續(xù)的FSK信號(hào)。 由于2FSK信號(hào)可以采用非相干接收方式，接收時(shí)不必利用信號(hào)的相位信息，所以在條件惡劣的無(wú)線信道中FSK信號(hào)就特別適用。（4）2FSK應(yīng)用 2FSK在數(shù)字通信中應(yīng)用廣泛，尤其在衰落信道中傳輸數(shù)據(jù)時(shí)。在語(yǔ)音頻帶內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)（傳真機(jī)是典型應(yīng)用），CCITT建議當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率低于1200bit/s時(shí)使用FSK方式。 ITU-T的V.21就是2FSK技術(shù)在傳真機(jī)上的應(yīng)用。主要技術(shù)規(guī)范：速率300bit/s，主叫頻率1270Hz（

29、1碼）/1070Hz（0碼），被叫頻率2225Hz（1碼）/2025Hz（0碼）。2022/9/1442二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK） 過零檢測(cè)法廣泛應(yīng)用于數(shù)字調(diào)二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）傳真機(jī)上的應(yīng)用，利用電話線進(jìn)行傳真。電力系統(tǒng)低速遠(yuǎn)動(dòng)，300、600、1200波特遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)傳輸。GSM系統(tǒng)中GMSK調(diào)制方式的原形就是FSK?！纠?-1-3】已知數(shù)字基帶信號(hào)s（t）為，試畫出其2FSK波形。【例4-1-4】 假設(shè)電話信道具有理想傳輸特性，如果在電話信道中接入基于 V.21標(biāo)準(zhǔn)的Modem（速率為300b/s），主叫與被叫的信號(hào)頻率分別為1070Hz、1270Hz、2025 Hz、2225Hz，要

30、求電話信道的帶寬為多少？解：根據(jù)V.21標(biāo)準(zhǔn)，四個(gè)頻率中取最小和最大的兩個(gè)作為f1和f2，則電話信道的帶寬應(yīng)為：2022/9/1443二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）傳真機(jī)上的應(yīng)用，利用電話線進(jìn)行傳真二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）四、二進(jìn)制相移鍵控（2PSK） 用基帶數(shù)字信號(hào)對(duì)載波相位進(jìn)行調(diào)制的方式稱為數(shù)字相位調(diào)制。相位調(diào)制也稱為相移鍵控，記作PSK。二進(jìn)制相移鍵控通常記作2PSK。 二進(jìn)制相移鍵控是用一個(gè)載波的兩種不同相位來(lái)代表數(shù)字信號(hào)的兩種電平。PSK系統(tǒng)抗噪聲性能優(yōu)于ASK和FSK，且頻帶利用率高，廣泛應(yīng)用于中、高速數(shù)字通信中。 二進(jìn)制相移鍵控根據(jù)相位變化參考對(duì)象不同，分為絕對(duì)相移鍵控（一般用PS

31、K表示）和相對(duì)相移鍵控（一般用DPSK表示）兩種工作方式。相對(duì)相移鍵控又稱為差分相移鍵控，相對(duì)相移鍵控優(yōu)點(diǎn)特出，所以相移鍵控調(diào)制方式一般均采用DPSK。 2022/9/1444二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）四、二進(jìn)制相移鍵控（2PSK） 二進(jìn)制相移鍵控（2PSK） 1、基本原理及其形式 絕對(duì)相移鍵控就是利用不同的載波的不同相位去直接傳送數(shù)字信號(hào)的一種方法，而載波振幅和頻率保持不變。如0相位代表“0”碼，相位代表“1”碼。也可以做相反的規(guī)定。 例如，若規(guī)定基準(zhǔn)相位為未調(diào)載波初相，則已調(diào)載波與未調(diào)載波同相可以表示數(shù)字基帶信號(hào)“0”，與未調(diào)載波反相可以表示數(shù)字基帶信號(hào)“1”。2022/9/1445二進(jìn)制

32、相移鍵控（2PSK） 1、基本原理及其形式2022二進(jìn)制相移鍵控（2PSK） 2PSK是發(fā)送端以某一個(gè)相位作基準(zhǔn)的，因而在接收系統(tǒng)中也必須有這樣一個(gè)固定基準(zhǔn)相位作參考。如果這個(gè)參考相位發(fā)生變化，則恢復(fù)的數(shù)字信息就會(huì)發(fā)生變化，造成錯(cuò)誤。（這種現(xiàn)象稱為相位模糊或倒現(xiàn)象） 二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種：模擬調(diào)相法和相移鍵控法。 2PSK已調(diào)信號(hào)可以表示為一個(gè)雙極性矩形脈沖序列s（t）與一個(gè)余弦載波的乘積。2022/9/1446二進(jìn)制相移鍵控（2PSK） 2PSK是發(fā)送端以某一二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）（2）相對(duì)相移鍵控（DPSK） 相對(duì)相移鍵控也稱差分相移鍵控，它用載波相位的相對(duì)變化來(lái)傳送

33、數(shù)字信號(hào)，即數(shù)字1和0信號(hào)的相位不是以某個(gè)固定的相位（如載波的相位）做基準(zhǔn)，而是以相鄰的前一碼元的相位為基準(zhǔn)。 例如，若某碼元相移信號(hào)相位與相鄰前一碼元相移信號(hào)同相可以表示數(shù)字信號(hào)“0”碼，與相鄰前一碼元相移信號(hào)反相可以表示數(shù)字信號(hào)“1”碼，也可作相反的規(guī)定。2022/9/1447二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）（2）相對(duì)相移鍵控（DPSK） 二進(jìn)制相移鍵控（2PSK） 在畫DPSK信號(hào)波形時(shí)要用到參考相位，參考相位的不同，波形也不一樣。 2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生也有模擬調(diào)相法和相移鍵控法，一般采用相移鍵控法，即首先將絕對(duì)碼轉(zhuǎn)換為相對(duì)碼，然后使用該相對(duì)碼進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相。2022/9/1448二進(jìn)制相移鍵控

34、（2PSK） 在畫DPSK信號(hào)波形時(shí)二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）3、相移鍵控解調(diào) 對(duì)于相移鍵控信號(hào)，相位本身攜帶信息，在識(shí)別它們時(shí)必須依據(jù)相位，因此，必須使用相干解調(diào)法。（1）絕對(duì)相移鍵控的解調(diào) 2PSK信號(hào)相干解調(diào)的過程實(shí)際上是輸入信號(hào)與本地載波信號(hào)進(jìn)行極性比較的過程，這種解調(diào)方法通常稱為極性比較法。 2022/9/1449二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）3、相移鍵控解調(diào) 2PSK信二進(jìn)制相移鍵控（2PSK） 由于2PSK信號(hào)是以一個(gè)固定初相位的未調(diào)載波為參考的，因此，解調(diào)時(shí)必須有與此同頻、同相的本地同步載波。頻率為fc的本地相干載波的相位由于干擾、同步誤差等原因，存在相位模糊問題，即其相位是不確定

35、的。如果這個(gè)參考相位發(fā)生變化(0 或0)，則恢復(fù)的數(shù)字信號(hào)也就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤(“1” “0”或“0”“1”)。這種現(xiàn)象通常稱為2PSK方式的“倒現(xiàn)象”或“反相工作現(xiàn)象”。因?yàn)榇嬖谶@種現(xiàn)象，在實(shí)際中一般不采用2PSK方式，而采用相對(duì)調(diào)相的2DPSK方式。倍頻-分頻法提取相干載波法框圖2022/9/1450二進(jìn)制相移鍵控（2PSK） 由于2PSK信號(hào)是以一個(gè)二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）（2）相對(duì)相移鍵控的解調(diào) 在2DPSK信號(hào)的解調(diào)有兩種方式，一種是極性比較法解調(diào)，另一種是相位比較法解調(diào)。4相移鍵控信號(hào)的頻譜分析（1）2PSK信號(hào)的頻譜分析連續(xù)譜由基帶信號(hào)的波形決定B2PSK是基帶信號(hào)波形帶寬的兩倍 2022/9/1451二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）（2）相對(duì)相移鍵控的解調(diào) 二進(jìn)制相移鍵控（2PSK） 2PSK信號(hào)與2ASK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式在形式上基本相同的，所不同的只是兩者基帶信號(hào)的構(gòu)成不同，2PSK信號(hào)的基帶信號(hào)由雙極性不歸零（NRZ）碼組成，如果信碼中“1”和“0”出現(xiàn)的概率相同，則基帶信號(hào)中不含有直流分量，已調(diào)波（2PSK）中就沒有載波分量，功率譜中也就沒有離散譜。 2ASK信號(hào)的基帶信號(hào)由單極性不歸零（NRZ）碼組成?；鶐盘?hào)含有直流分量，所以已調(diào)波（2ASK）中含有載波分量，功率譜中有離散譜。所以，相移鍵控與幅