调制解调基本原理解析

CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银14.1概述信源输出的消息信号一般具有从零频开始的较宽频谱，而且在频谱的低端分布较大能量，所以称为基带信号，不宜直接在信道中传输。为便于传输、提高抗干扰能力和有效利用带宽，通常需要通过调制将信号的频谱搬移到适合信道和噪声特性的频率范围内进行传输。在通信系统的接收端对已调信号进行解调，恢复出原来的消息。4调制解调原理CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银2（2）调制的必要性/目的?A.便于发送10l对无线传输信号而言，信号需要通过发射天线发送出去。根据天线理论，发射天线的尺度与信号的波长满足一定的关系式时，信号才能得到有效的发射。即如：mlmMHzfmlmKHzfc1,10103103,3010,10103103,3784538fcB.提高信道的利用率CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银3B.提高信道的利用率以无线电广播的中波波段为例：可用波段范围为530KHz~1600KHz，而语音信号的频率范围为300~3400Hz，经调制后每一个广播电台频道的带宽为9K。530KHz1600KHz3009000这一中波波段中就均匀分布着多个电台!!!上述即为频分复用，它是通过采用不同载波频率的调制完成的。只传输一路信号。浪费！！3.调制的分类CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银4（3）调制的分类调制原理调制方式用途举例正弦波调制模拟调制常规双边带调幅AM广播单边带调制SSB载波通信、短波无线电话通信双边带调制DSB立体声广播残留边带调制VSB电视广播、传真频率调制FM微波中继、卫星通信、广播相位调制PM中间调制方式数字调制振幅键控ASK数据传输频移键控FSK数据传输相移键控PSK、DPSK数据传输其他高效调制QAM、MSK等数字微波、空间通信脉冲调制脉冲模拟调制脉幅调制PAM中间调制方式、遥测脉宽调制PDM中间调制方式脉位调制PPM遥测、光纤传输脉冲数字调制脉码调制PCM市话中继线、卫星、空间通信增量调制DM军用、民用数字电话差分脉码调制DPCM电视电话、图像编码ADPCM等其他方式中继数字电话CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银5tttAtScMcos如果为φ(t)常数，A(t)随m(t)成比例变化，则称为幅度调制。根据基带信号不同分为模拟幅度调制和数字幅度调制（振幅键控ASK），如图4-1所示。ttttt10110t模拟调制数字调制相位调制CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银6tttAtScMcos如果已调信号的瞬时相位偏移随基带信号比例变化时，我们称之为相位调制。即tmKtptmKttSpcPMcos分为模拟相位调制PM和数字相位调制（相移键控PSK、DPSK），如图4-2所示。(a)PM1100100数字信号2PSK(b)2PSKttmttSPM频率调制CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银7tttAtScMcos已调信号的瞬时频率偏移随基带信号比例变化时，我们称之为频率调制。即根据基带信号m(t)不同分为模拟相位调制FM和数字频率调制（频移键控FSK），如图所示。dttmKttmKttdff或,tfcFMdmKttScos(a)FM(b)2FSKttmttSFM11001数字信号t2FSK幅度调制CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银81）2PSK调制原理4.3.3二进制相移键控tmKtcostSpcPSK2当相移常数Kp=π时，P1,0,0P,1,1概率为概率为nnsnaanTtgatmP1,0,cosP,1,cos2以概率以概率ncncPSKatattS表达式P10P1以概率以概率,a,tcos,a,KtcosncnpcCommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银9当基带数字信号采用幅度为1宽度为TS的矩形脉冲的双极性非归零码表示时，时域表示式为tnTtgatScnsnPSKcos)()(2相发相发101coscosttccP,P,111以以na波形CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银101001110绝对码2PSK载波0相位受键控的载波相位按基带脉冲而改变的数字调制方式。”“”“如，相位相位010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，常称为绝对移相。调制CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银112PSK信号的产生过程可以直接采用模拟调制方法。tCcostS双极性不归零tSPSK2tSPSK2tS载波移相0a.2PSK模拟调制b.2PSK键控调制2PSK系统的原理解调CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银12鉴相器2PSK信号相干解调判决LPFBPF定时脉冲数据输出tSPSK2本地载波2PSK系统的原理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位作为参考。即采用相干解调图CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银13相乘输出1001110发送数据2PSK1001110判决输出2PSK系统的原理载波低通输出低通输出载波反相CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银14相乘输出1001110发送数据2PSK0110001判决输出2PSK系统的原理载波低通输出反向工作现象CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银15一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0和1的反转，从而导致接收端错误接收。这种现象通常称为2PSK的“倒”现象或“反向工作”现象。4.3.32PSK系统的原理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位作为参考。2DPSKCommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银16令为当前码元初相与前一码元初相之差，则2DPSK调制的一种规则为2）2DPSK（差分相移键控）利用前后相邻码元载波的相对相位表示数字信息的调制方式。即用载波相位相对变化传送数字信息，所以又称为相对调相。001数字信息数字信息相位变化：4.3.32PSK系统的原理波形CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银172DPSK1001110绝对码2PSK载波0相位04.3.32PSK系统的原理调制过程CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银182DPSK1001110绝对码0001011相对码载波0相位0”相对码“”相对码“规则进行调对相对码按相位相位0102PSK调制方法CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银19相对调相信号的产生过程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，然后再进行绝对调相。也可以直接采用模拟调制方法。tCcostS双极性不归零tSPSK2差分码变换双极性差分码tSa.2PSK模拟调制tSPSK2tS载波移相0b.2PSK键控调制a’.2DPSK模拟调制b’.2DPSK键控调制tSDPSK2差分码变换tSDPSK24.3.32PSK系统的原理解调CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银203）2DPSK信号解调判决LPFBPF定时脉冲(a)相干解调数据输出tSPSK2相对码数据输出本地载波tSDPSK2码(反)变换判决LPFBPF定时脉冲tSDPSK2延迟TS数据输出(b)差分相干解调鉴相器可采用相干解调和差分相干解调法2DPSK系统的原理相干解调波形CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银21相乘输出0101001发送数据2DPSK1001110判决输出2DPSK系统的原理载波低通输出低通输出101001差分输出载波反向时CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银22相乘输出0101001发送数据2DPSK0110001判决输出2PSK系统的原理载波低通输出101001差分输出功率谱CommunicationCh4调制解调2009Copyright中国矿业大学李世银234）2PSK功率谱特性tnTtgatScnsnPSKcos)()(2P1,1P,1以以natnTtgatScnsnASKcos)()(2P1,0P,1以以na数学表达式形式上完全一样，只是an的取值不同。因此，参照2ASK功率谱可得到2PSK信号功率谱也只是基带数字信号频谱的线性搬移。2PSK系统的原理sDPSKPSKfBB222FDM