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二进制数字调制系统基本原理、功率谱密度,通信原理第二十一讲,第七章二进制数字调制系统,二进制数字调制与解调原理ASK、FSK、PSK、DPSK二进制数字调制系统的抗噪声性能分析二进制数字调制系统的性能比较,二进制数字调制与解调原理,某些信道不适合于基带传输、只能传输调制信号数字调制的载波为正弦信号，调制信号是数字，对于二进制信号，称为键控。三种二进制调制2ASK（振幅键控），2FSK（频率键控），2PSK（相位键控）数字调制也分为线性调制与非线性调制关于数字调制系统的两种分析思路使用数字信息调制载波，形成数字调制信号选择某种波形代替数字信号，改变其频域特性，形成数字“调制”信号,二进制振幅调制2ASK,振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号变化而变化的数字调制时域表达式g(t)是宽为TS的矩形脉冲。an为取值,二进制振幅调制2ASK,2ASK信号的产生乘法器开关通断（On-OffKeying）,二进制振幅调制2ASK,2ASK信号的解调相干解调非相干解调（包络检波）,二进制振幅调制2ASK,2ASK信号的解调,二进制振幅调制2ASK,2ASK信号的功率谱密度基带信号s（t）功率谱密度为：,二进制振幅调制2ASK,基带信号的功率谱密度g（t）是矩形波，并假定0，1出现概率为1/2,NRZ码的功率谱密度,二进制振幅调制2ASK,2ASK信号的功率谱密度PASK由连续和离散两部分组成2ASK信号带宽为基带波形带宽的两倍（等同DSB）2ASK为线性调制,连续谱,离散谱,二进制振幅调制2ASK,2ASK信号的功率谱密度,二进制频率调制2FSK,频率键控是正弦载波的频率随数字基带信号变化而变化的数字调制时域表达式：,二进制频率调制2FSK,二进制频率调制2FSK,2FSK的产生：模拟调频法移频键控法,二进制频率调制2FSK,2FSK的解调：非相干解调相干解调,二进制频率调制2FSK,非相干解调示意图,二进制频率调制2FSK,2FSK的解调：过零检测,二进制频率调制2FSK,2FSK系统的应用：2FSK调制一般用于1200bit/s以下CCITT推荐标准，“1”“0”300bit/s980Hz1180Hz600bit/s1300Hz1700Hz1200bit/s1300Hz2100Hz,二进制频率调制2FSK,2FSK的功率谱密度：2FSK属非线性调制，直接导出其频谱特性困难，近似把2FSK分解成两个2ASK信号的叠加（相位不连续分析）相位不连续时，两个2ASK频谱得2FSK频谱特性,二进制频率调制2FSK,2FSK的功率谱密度：g(t)为矩形波，且0，1的概率为1/2时：,二进制频率调制2FSK,2FSK功率谱密度特点：功率谱密度P2FSK（f）由连续和离散两部分组成，连续谱由两个双边谱叠加而成，离散谱出现在两个载频位置。,如两个载频差f1-f2fS则连续谱出现单峰；f1、f2距离加大出现双峰。2FSK信号带宽约为f=f1-f2+2fS,二进制频率调制2FSK,相位不连续2FSK功率谱密度,二进制相位调制2PSK,相位调制是正弦载波的相位随数字基带信号变化而变化的数字调制时域表达式与ASK不同，2PSK的an取值为+1，-1表示相位为0，或p,二进制相位调制2PSK,如果g(t)为脉冲宽度为Ts，幅度为1的脉冲，2PSK可表示为：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n表示第n个符号的绝对相位n=0,发送符号1180,发送符号0,二进制相位调制2PSK,2PSK信号的产生,二进制相位调制2PSK,2PSK信号的解调,二进制相位调制2PSK,2PSK信号的解调,二进制相位调制2PSK,2PSK信号的解调的主要问题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”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”现象，从而使得2PSK方式在实际中很少采用。,相位模糊问题是绝对相位调制的主要问题,二进制差分相位调制2DPSK,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=数字信息“1”，或反之=0数字信息“0”，或反之编码实例数字信息：00111001012PSK(“0”为0相):000002DPSK(“0”为=0)0000002DPSK(“0”为=)00000分析表明：2DPSK的抗白噪声能力比2PSK差,二进制差分相位调制2DPSK,CCITT建议使用的相为分：A方式和B方式。A方式的基准相位为:0、B方式的基准相位为:/2,二进制差分相位调制2DPSK,绝对码与相对码之间的转换,二进制差分相位调制2DPSK,2DPSK的产生与解调码型变换（消除相位模糊度）,绝对码,变换,相对码,PSK调制,二进制差分相位调制2DPSK,2DPSK的产生与解调,2PSK与2DPSK的功率谱密度,2PSK的功率谱密度基带信号功率谱密度对于2PSK，假定0，1的概率为1/2,2PSK与2DPSK的功率谱密度,2PSK的功率谱密度调制后的功率谱密度,二进制差分相位调制2DPSK,二相绝对移相信号的功率谱密度，同样有连续和离散二部分组成，当等概出现且P=1/2时，无离散谱连续谱部分2PSK与2ASK基本相同（仅差一常因子），带宽也相同2DPSK与2PSK功率谱相同,小结,ASKFSKPSKDPSK,关于数字调制问题,在数字信息经过信道传输的过程中，调制器是接口器件，它将数字信息映射成与信道特性相匹配的模拟波形。映射一般是这样进行的：先从信息序列an中一次提取k=log2M个二进制数字波形分组，再从M=2k个确定的有限能量波形中选择其中之一送往信道传输。调制器将二进制数字序列映射成为一组信号波形，这些波形的差别在于幅度、相位、频率或两个或多个信号参数的组合。,关于数字调制问题,关于信号空间的概念,关于正交：在某区间上a，b上的一组信号。两个一般的复信号x1(t)x2(t)，如果它们的内积为0：则两个信号是正交的信号的