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第6章数字信号的频带传输目的 将数字基带信号变成适于信道传输的数字频带信号 用载波调制方式进行传输 载波选取 高频正弦波 调制信号 数字 离散 原理 同于模拟 高频载波的离散状态携带信息 数字调制可以看成是模拟线性调制和角调制的特殊情况 分类 数字幅度调制 幅度键控 ask 数字频率调制 频移键控 fsk 数字相位调制 相移键控 psk 分别对应于用正弦波的幅度 频率和相位来传递数字基带信号 二进制数字幅度调制 调制信号为二进制数字信号时 这种调制称为二进制数字调制 在二进制数字调制中 载波的幅度 频率或相位只有两种变化状态 一般原理与实现方法数字幅度调制又称幅度键控 ask 二进制幅度键控记作2ask 1 定义 2ask是利用代表数字信息 0 或 1 的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波 使载波时断时续地输出 有载波输出时表示发送 1 无载波输出时表示发送 0 ook 2 2ask信号时域表达式 其中 s t 为单极性nrz矩形脉冲序列 3 2ask信号的产生方法 调制方法 模拟法 键控法 问 2ask调制属于dsb调制 2 相干检测法 4 2ask信号解调 am 常用方法主要有两种 1 包络检波法 2ask信号非相干解调过程的时间波形 2ask相干解调波形 二进制数字频率调制 调制原理与实现方法1 定义 数字频率调制又称频移键控 fsk 是用载波的频率不同来传送数字消息 即用所传送的数字消息控制载波的频率 二进制频移键控记作2fsk 此时 1 f1 0 f2 1 波形 1 f1 0 f2特点 基带信号s t 为单极性nrz信号 一路2fsk信号可视为两路2ask信号的之合成 2 波形与表达式 2 时域表达式 其中 基带信号表达式 单极性nrz 模拟法 如图a所示 键控法 如图b所示 3 调制方法 4 2fsk信号的实现方法 核心思想 一路2fsk视为两路2ask信号的合成 二进制移频键控信号的时间波形 相干检测法 一路2fsk视为两路2ask信号的合成 包络检波法 一路2fsk视为两路2ask信号的合成 鉴频法 模拟法 fm解调 过零检测法 2fsk特有 2fsk信号的解调 1 包络检波法 核心思想 一路2fsk视为两路2ask信号的合成 问 bpf1 bpf2的带宽 2fsk非相干解调过程的时间波形 2 相干检测法 核心思想 一路2fsk视为两路2ask信号之合成 2fsk相干解调波形 过零检测法 常识 单位时间内信号经过零点的次数多少 可以用来衡量频率的高低 二进制数字相位调制 数字相位调制又称相移键控 psk 是利用高频载波相位的变化来传送数字信息的 二进制相移键控记作2psk 根据载波相位表示数字信息的方式不同 数字调相分为绝对相移 psk 和相对相移 dpsk 两种 二进制相移键控 2psk 1 一般原理及实现方法 1 定义绝对相移是利用载波的相位 初相 直接表示数字信号的相移方式 相位选择原则 易于实现 相位间距尽可能大 二进制相移键控中 a方式 0和 b方式 2和 2 2 时域表达式a方式2psk已调信号的时域表达式为 其中 与2ask及2fsk时不同 s t 为双极性数字基带信号 在某一个码元持续时间tb内观察时 有 4 2psk信号的调制方框图 3 2psk信号的波形 a 模拟调制法 b 键控法 就模拟调制法而言 与产生2ask信号比较 只是对s t 要求不同 因此 2psk信号可以看作是双极性基带信号作用下的dsb调幅信号 不考虑噪声时 带通滤波器输出可表示为 5 2psk信号的解调 2psk信号相干解调各点时间波形 2psk接收系统各点波形如图所示 相位模糊 相干载波的锁相环技术 它稳定工作在n 点上 它输出的载波可能和接收信号载波相同 也可能相差相位 这种相位的不确定性在工程将会影响到数字信号的正确接收 这种现象叫做相位模糊 二进制差分相移键控 2dpsk 1 一般原理及实现方法2dpsk不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息 而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息 所谓相对载波相位是指本码元初相与前一码元初相之差 关键 基带信号 1 0 与初相之间不存在一一对应关系 基带信号 1 0 与初相之间不存在一一对应关系 绝对关系 而是相对关系 解决 倒 现象 单从波形上看 2dpsk与2psk是无法分辩的 比如图中2dpsk也可以是另一符号序列 bn 称为相对码 经绝对移相而形成的 重要结论 相对移相信号可以看作是把数字信息序列 an 绝对码 变换成相对码 bn 然后再根据相对码进行绝对移相而形成 绝对码变相对码 绝对码为 0 码时 相对码不变 绝对码为 1 码时 相对码变化 2dpsk信号调制过程波形图 2dpsk波形 2dpsk信号的调制与解调借助绝对移相途径实现的方法 绝对码和相对码是可以互相转换的 其转换关系为 关于绝对码和相对码的相互转换 2dpsk实现方法 相对相移本质上就是对差分 相对 码信号的绝对相移 2dpsk表达式 a 模拟调制法 b 键控法 2 差分相干解调法 2dpsk信号的解调有两种方法 相干解调 码变换法 差分相干解调 1 相干解调 码变换法 模型 波形 原理 直接比较前后码元的相位差而构成的 特点 不需要码变换器 也不需要专门的相干载波发生器 因此设备比较简单 实用 2dpsk相干解调波形 2dpsk差分相干解调波形 2 2psk与2dpsk系统的比较 1 检测这两种信号时判决器均可工作在最佳门限电平 零电平 2 2dpsk抗噪声性能不及2psk 3 2psk系统存在 反向工作 问题 而2dpsk系统不存在 反向工作 问题 因此在实际应用中 真正作为传输用的数字调相信号几乎都是dpsk信号 二进制数字调制系统的性能比较内容 系统的误码率 频带宽度及频带利用率 对信道的适应能力 设备的复杂度等 1 误码率对二进制数字调制系统的抗噪声性能做如下两个方面的比较 1 同一调制方式不同检测方法的比较对于同一调制方式不同检测方法 相干检测的抗噪声性能优于非相干检测 三种数字调制系统的误码率曲线图 频带宽度 2fsk调制系统最差 对信道特性变化的敏感性 信道特性变化的灵敏度对最佳判决门限有影响 2ask系统最差 2fsk系统和2psk系统较好 设备的复杂程度 发送设备相当 接收设备中 相干解调比非相干解调大 2dpsk的设备复杂度最大 2ask最简单 多进制数字调制目的 提高频带利用率 实现信息高效传输 定义 利用多进制数字基带信号去调制高频载波的某个参量 如幅度 频率或相位的过程 分类 根据被调参量的不同 多进制数字调制可分为 多进制幅度键控 mask 多进制频移键控 mfsk 多进制相移键控 mpsk 特点 与二进制数字调制相比 多进制数字调制有以下几个特点 1 rbm krbm m 2k 在码元速率 传码率 相同条件下 可以提高信息速率 传信率 使系统频带利用率增大 2 rbm rb2 k 信息速率不变时 减小带宽 增加码元能量 能减小码干影响 正是基于这些特点 使多进制数字调制方式得到了广泛的使用 代价 信号功率需求增加和实现复杂度加大 多进制数字振幅调制系统 进制数字振幅调制信号的时间波形 多进制数字频率调制系统 4fsk信号频率关系 多进制数字频率调制系统的组成方框图 多进制数字相位调制系统1 多进制数字相位调制 mpsk 信号的表示形式 4psk 2psk 8psk constellation 信号矢量图 2 4psk信号的产生与解调 双比特ab与载波相位的关系 相位选择法产生4psk信号原理图 4psk正交调制器 4psk信号相干解调原理图 4psk信号相干解调也会产生相位模糊问题 并且是0 90 180 和270四个相位模糊 4dpsk信号产生原理图 3 4dpsk信号的产生与解调 4dpsk信号相干解调加码反变换器方式原理图 4dpsk信号差分相干解调方式原理图 多进制正交幅度调制 mqam 系统 星座图 qam的星座图 课堂测验 1 已知某数字信息序列