二进制数字调制与解调原理

6.1二进制数字调制与解调原理6.2二进制数字调制系统的抗噪声性能6.3二进制数字调制系统的性能比较6.4多进制数字调制系统第6章数字频带传输系统返回主目录第6章6.16.1.1二进制振幅键控（2ASK）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，则为二进制振幅键控。设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立。该二进制符号序列可表示为()()nSnstagtnT=-å其中:发送概率为P发送概率为1-PTs是二进制基带信号时间间隔，g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲:0TS其他£01na1()0gt则二进制振幅键控信号可表示为2()cosASKnScneagtnTwt2ASK信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号s(t)通断变化，所以又称为通断键控信号（OOK信号）。对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)。图6–2二进制振幅键控信号时间波型载波信号2ASK信号s(t)1011Tb001ttt图6-3二进制振幅键控信号调制器原理框图乘法器coscte2ASK(t)(a)cosct开关电路s(t)e2ASK(t)(b)s(t)图6–4二进制振幅键控信号解调器原理框图e2ASK(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(a)e2ASK(t)带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出cosct(b)图6-52ASK信号非相干解调过程的时间波形11100000101abcd6.1.2二进制移频键控（2FSK）在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号（2FSK信号）。二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1，0符号对应于载波频率f2，则二进制移频键控信号的时域表达式为212()[()]cos()[()]cos()FSKnSnnSnnnetagtnTwtbgtnTwtq=-+F+-+邋图6-6二进制移频键控信号的时间波形aak1011001ts(t)ts(t)bttcdettfgt2FSK信号an=0,发送概率为P1,发送概率为1-P(6.1-6)bn=0,发送概率为1-P1,发送概率为Pbn是an的反码，即若an=1，则bn=0，若an=0，则bn=1。φn和θn分别代表第n个信号码元的初始相位。在二进制移频键控信号中，φn和θn不携带信息，通常可令φn和θn为零。因此，二进制移频键控信号的时域表达式可简化为212()[()cos[()]cosFSKnSnSnnetagtnTwtagtnTwt=-+-邋二进制移频键控信号的解调方法很多，有模拟鉴频法和数字检测法，有非相干解调方法也有相干解调方法。其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号，分别进行解调，通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号。图6–7数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图振荡器1f1选通开关反相器基带信号选通开关振荡器2f2相加器e2FSK(t)图6–8(a)非相干解调;(b)相干解调e2FSK(t)带通滤波器1包络检波器抽样判决器输出定时脉冲带通滤波器包络检波器(a)e2FSK(t)带通滤波器1低通滤波器抽样判决器输出定时脉冲带通滤波器低通滤波器相乘器相乘器cos1tcos2t(b)111000001012FSK信号图6-92FSK非相干解调过程的时间波形图6–10过零检测法原理图和各点时间波形限幅e2FSK(t)ab微分c整流d脉冲形成低通ef输出(a)abcde6.1.3二进制移相键控（2PSK）在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。通常用已调信号载波的0°和180°分别表示二进制数字基带信号的1和0。二进制移相键控信号的时域表达式为(6.1-9)其中,an与2ASK和2FSK时的不同，在2PSK调制中，an应选择双极性，即an=2()[()]cosPSKnscnetagtnTtw=-å1,发送概率为P-1,发送概率为1-P若g(t)是脉宽为Ts,高度为1的矩形脉冲时，则有e2PSK(t)=cosωct,发送概率为P-cosωct,发送概率为1-P当发送二进制符号1时，已调信号e2PSK(t)取0°相位，发送二进制符号0时，e2PSK(t)取180°相位。若用φn表示第n个符号的绝对相位，则有φn=0°,发送1180°,发送0符号这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对移相方式。图6–11二进制移相键控信号的时间波形A－ATstO图6-122PSK信号的调制原理图s(t)码型变换双极性不归零乘法器e2PSK(t)cosct(a)cosct0°开关电路e2PSK(t)180°移相s(t)(b)带通滤波器e2PSK(t)a相乘器c低通滤波器dbe抽样判决器输出cosct定时脉冲图6-132PSK信号的解调原理图图6-142PSK信号相干解调各点时间波形10a110100bcde当恢复的相干载波产生180°倒相时，解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反，解调器输出数字基带信号全部出错。这种现象通常称为“倒π”现象。由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180°的相位模糊，所以2PSK信号的相干解调存在随机的“倒π”现象，从而使得2PSK方式在实际中很少采用。为了解决2PSK信号解调过程的反向工作问题，提出了二进制差分相位键控(2DPSK)。6.1.4二进制差分相位键控（2DPSK）在2PSK信号中，信号相位的变化是以未调正弦载波的相位作为参考，用载波相位的绝对数值表示数字信息的，所以称为绝对移相。2DPSK方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。假设前后相邻码元的载波相位差为Δφ，可定义一种数字信息与Δφ之间的关系为Δφ=0,表示数字信息“0”π,表示数字信息“1”