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天津电子信息职业技术学院1第六章数字调制系统本章重点二进制数字振幅键控2ASK（AmplitudeShiftKeying）二进制数字频移键控2FSK（FrequencyShiftKeying）二进制数字相移键控2PSK（PhaseShiftKeying）多进制数字调制系统的基本原理和特点天津电子信息职业技术学院26.1二进制数字调制原理当使用二进制数字信号来完成调制过程的时候，这种调制方式就被称为二进制数字调制。常见的二进制数字调制方式包括：二进制数字振幅键控2ASK（AmplitudeShiftKeying）、二进制数字频移键控2FSK（FrequencyShiftKeying）、二进制数字相移键控2PSK（PhaseShiftKeying）。天津电子信息职业技术学院3一、二进制幅移键控2ASK:6.1调制1．定义：用数字基带信号对正弦载波的幅度进行控制的方式称为幅移键控。记为2ASK。2.产生方法：（1）模拟法：通过相乘器直接将载波和数字信号相乘得到输出信号，这种直接利用二进制数字信号的振幅来调制正弦载波的方式称为模拟法。（2）键控法：使载波在二进制信号“1”和“0”的控制下分别接通和断开，这种二进制振幅键控方式称为开关键控OOK（On-OffKeying）方式。天津电子信息职业技术学院4001coscos)(2tAttstsccASK设：调制信号为S(t),载波为cosωct,则3．数学表达式：4．波形：与输入序列010010相对应的输出波形如图所示。010010S(t)2ASK信号天津电子信息职业技术学院55．产生框图：开关电路载波~K)(tstccos乘法器)(2tsASK)(ts)(b)(a)(2tsASK图6.22ASK信号的产生（a）模拟法（b）键控法天津电子信息职业技术学院62ASK常见的解调方法分为非相干解调和相干解调两种。（1）非相干解调非相干解调又称为包络检波法，图6-9a）所示为一种采用包络检波法解调器的原理方框图。在图中，接收信号首先通过一个带通滤波器，滤除带外噪声和杂散信号，同时图中的整流器和低通滤波器构成一个包络检波器，与常见的模拟AM信号的解调器相比，该图中增加了一个抽样判决器，它是用来对解调后的有畸变的数字信号进行定时判决，以提高数字信号的接收性能。6．2ASK的解调方法：天津电子信息职业技术学院7（2）相干解调相干解调是一种常见的解调方法，它是在接收端利用本地载波与接收信号进行相乘，得到包含基带信号频率分量的输出信号，然后通过低通滤波器滤除无用频率分量让基带信号通过，并将其送至抽样电路进行判决。其电路原理图如图6-9b）所示，因为在相干解调法中相乘电路需要有相干载波，这个信号是由收信机从接收信号中提取出来的，并且和接收信号的载波同频同相，所以这种方法比包络检波法要复杂些。天津电子信息职业技术学院8图6-9a）非相干解调图6-9b）相干解调定时脉冲输出抽样判决器输入检波整流cosωct输入相乘器抽样判决器输出定时脉冲天津电子信息职业技术学院9由图6-15，可以得出2ASK信号有以下特点：（1）2ASK信号的功率谱密度中包含连续谱和离散谱两部分；连续谱部分决定于基带调制信号的谱，而离散谱部分则决定于载频。（2）2ASK信号的带宽等于基带调制信号带宽的两倍。天津电子信息职业技术学院101．2FSK的定义：二进制数字频移键控信号码元的“1”和“0”分别用两个不同频率的正弦波形来传送，而其振幅不变，所以其表达式为：ttsttste21cos)(cos)()(根据上面公式可以得出：当=1时=,而当=0时=。所以2FSK信号可以看作是由两路频率分别为和的2ASK信号合成的。)(ts)(ts)(tet1cos)(tet2cos12二、二进制数字频移键控(2FSK)天津电子信息职业技术学院112.产生方法（1）直接调频法直接调频法是采用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，使其能够输出两个不同频率的二进制码元，其基本电路图如图6-4所示。（2）键控法键控法是采用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡信号作为输出，如图6-8所示。为数字脉冲基带信号，起到键控的作用。当=1的时候，开关电路选择载波（或），当=0的时候，开关电路选择载波（或）。)(ts)(ts)(ts1f1f2f2f天津电子信息职业技术学院12调频器模拟)(FSK2ts)(ts振荡器）（二进信息NRZ倒相振荡器门相加门2f1f)(b)(a)(FSK2ts图6.42FSK调制器（a）模拟信号调频电路（b）键控法天津电子信息职业技术学院133．波形：S(t)2FSK信号天津电子信息职业技术学院144．2FSK的解调方法2FSK的解调方法与2ASK一样2FSK信号的接收也分为相干和非相干接收两类。（1）相干解调相干接收法的原理方框图如图6-10所示。图中接收信号通过并联的两路带通滤波器滤波，与接收机电路产生的本地相干载波相乘并经过包络检波后，在本地的定时脉冲的控制下进行抽样判决。判决的准则是比较两路信号包络的大小。在判决过程中需要的本地相干载波也必须从接收信号中提取出来，并且要保持和信号码元同频同相，所以按照这种方式设计出来的接收机都比较复杂。天津电子信息职业技术学院15cosω1t输入带通滤波f1包络检波抽样判决输出定时脉冲包络检波相乘器带通滤波f0相乘器cosω0t0()1()图6-102FSK相干解调电路原理图（2）非相干解调常见的2FSK信号的非相干解调方式包括两种：包络检波法和过零点检测法。天津电子信息职业技术学院16包络检测法的电路原理图如图4-10所示。这个电路同相干解调的电路很相似，它也是通过检测两个支路信号包络的大小。1()0()带通滤波f0包络检波定时脉冲输出抽样判决包络检波带通滤波f1输入图6-112FSK非相干解调电路原理图天津电子信息职业技术学院17图4-11是过零点检测法的原理方框图，由于在2FSK这种调制方式下，两种信号码元的频率不同，所以通过计算单位时间内码元中信号波形的过零点数目的多少，就能区分这两种不同频率的码元，这个过程的波形图如图4-12所示。fedcba低通脉冲展宽带通滤波放大、限幅微分整流图6-12过零点检测法原理方框图由于2FSK信号可以采用非相干接收方式，接受时不必利用信号的相位信息，所以在条件恶劣的无线信道中这种信号就特别适用。天津电子信息职业技术学院18图6-12过零点检测法波形图天津电子信息职业技术学院19三、二进制数字相移键控(2PSK)常见的相移键控方式包括二进制数字相移键控(2PSK)和差分相移键控DPSK两种。1．2PSK（1）2PSK基本原理在二进制相移键控(2PSK)中，以二元数字信号“1”或“0”去控制载波相位改变，通常载波信号用相位0和分别代表“1”和“0”，而其振幅和频率保持不变。所以2PSK信号表达式为：tAteccos)(天津电子信息职业技术学院20在该公式中，当发送“0”时，=0；当发送“1”时=发送“0”时发送“1”时这个信号可以通过键控的方式得到，其公式为:2PSK信号是以载波的不同相位直接表示相应的数字码元，这种调制方式称为绝对相移键控。其信号的波形图如图6-14所示:)cos()cos()(tAtAteccttsteccos)()(天津电子信息职业技术学院21相对码{bn}(参考)2DPSK信号波形2PSK信号波形载波信号二进制序列波形绝对码{an}数字信息110100011011100图6-142PSK与2DPSK示意图天津电子信息职业技术学院222）调制解调方式2PSK信号的产生方式主要有两种。相乘法:使用二进制基带不归零矩形脉冲信号与载波相乘，得到相位互为反相的两种码元选择法:采用二进制数字基带信号去控制一个开关电路，以选择输入信号，开关电路的两个输入端分别输入相位相差的同频载波2PSK信号的解调方法通常采用相干接收法，其具体电路框图如图6-15所示，图中经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在对得到的信号进行抽样判决。天津电子信息职业技术学院23“倒”现象：这种现象是由于在接收电路中在提取本地载波过程中会出现“0”相位和“”相位模糊造成的，其结果就是解调得到的数字信号可能与实际的信号的极性恰好相反。所以，在实际通信中2PSK这种调制方式并不常用，我们一般采用DPSK方式图6-152PSK解调框图天津电子信息职业技术学院242．DPSK（1）DPSK基本原理与2PSK调制方式不同，DPSK的调制规则是利用前后相邻码元的相对相位变化来表示所传送的数字信息“0”和“1”的，这种调制方式称为相对相移方式。现在用表示载波的初始相位。设为当前码元和前一码元的相位之差：发送“0”时发送“1”时则信号码元可以表示为：0)cos()(ttecTt0天津电子信息职业技术学院252PSK和DPSK信号的比较通过比较可以看出，对于2PSK信号来讲，只要有一个相位发生错误，随后的解调信息将全部倒相；但对于DPSK信号来讲，只要其相对相位关系正确，解调就不会出错。因此采用DPSK方式既可以保持2PSK方式下良好的误码率性能，又可以克服2PSK的“倒”现象。数字信息初始11100102PSK信号相位：0000DPSK信号相位：0000DPSK信号相位：0000天津电子信息职业技术学院26（2）DPSK调制和解调DPSK信号可以通过将绝对码输入码变换器得到相对码来实现。该电路原理框图如图6-18所示。DPSK信号的解调，主要有两种方法。第一种方法称为相位比较法，是通过直接比较相邻码元的相位，从而判决接收码元是“1”还是“0”。为此，需要将前一码元延迟1码元的时间，然后将当前码元的相位与前一码元的相位作比较。该解调方法的原理方框图如图6-19所示。这种方法对于延迟单元的延时精度要求很高，很难做到，所以实际中应用较少。第二种方法称为极性比较法，该电路原理框图如图6-20所示。码变换器（双稳态触发器）绝对码相对码天津电子信息职业技术学院27移相π载波(t)码变换S(t)图6-19相位比较法cosωcte(t)带通滤波器低通滤波器抽样判决(t)kTs图6-20极性比较法天津电子信息职业技术学院286.2二进制数字调制信号的频谱特性一、ASK信号的功率谱:2ASK随机信号序列的一般表示式为：tnTtgattstecnnccos])([cos)()(根据该公式可以得到2ASK信号的功率谱密度表达式：)]()([41)(cscsEffPffPfP由此获得2ASK信号的功率谱密度曲线如图6-15所示天津电子信息职业技术学院29-fc+2fs-fc+fs-fc-fs-fc-2fsfc-2fsfc-fsfc+2fsfc+fs-fcfc0fPs(f)-2fs2fs-fsfs0基带信号频谱P(f)已调信号频谱已调信号频谱图6-152ASK频谱特性天津电子信息职业技术学院30由图可见，传输2ASK信号的带宽是基带脉冲波形带宽的两倍BsRfBB222ASK2基)(Hz天津电子信息职业技术学院31使用键控方式得到的2FSK信号的码元序列可以看作两个不同频率的2ASK信号的叠加，因此其功率谱密度可以比较容易的从2ASK信号的功率谱密度推导出来。已知2FSK信号表示为：2FSK信号应该的功率谱密度，应该是两个不同频率的2ASK信号的功率之和：ttsttste21cos)(cos)()()]()([41)]()([41)(2211ffPffPffPffPfPssssE二、FSK信号的功率谱:天津电子信息职业技术学院32根据这个公式我们可以得出2FSK信号功率谱的特点：（1）2FSK功率谱由连续谱和离散谱共同构成，离散谱出现在和两个载频位置上。（2）当2FSK信号的两个载频间距不同的时候，它的连续谱的功率曲线有所变化：时，曲线为单峰；时，曲线为双峰，时，曲