通信原理韩庆文第五章调制与解调(2)

1、CCEE第五章第五章 数字调制与解调数字调制与解调数字通信原理数字通信原理重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理主要内容主要内容5.1 引引 言言 5.2 移幅键控移幅键控5.3 移相键控移相键控5.5 二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较5.6 键控信号的复包络法键控信号的复包络法5.7 宽带通信中的调制技术宽带通信中的调制技术5.4 移频键控移频键控重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理5.4 5.4 移频键控移频键控1234重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理 二进制频移键控（二进制频移键

2、控（2FSK2FSK）二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）调制）调制二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）解调）解调 若正弦载波的频率随二进制基带信号在若正弦载波的频率随二进制基带信号在f f1 1和和f f2 2两个频率点间变化，则产生二进制移频键两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号（控信号（2FSK2FSK）重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）调制）调制2FSK2FSK调制是数字通信中用得较广得一种方式，调制是数字通信中用得较广得一种方式，用于话音通信（频率低于用于话音通信（频率低

3、于1200bps1200bps）、衰落）、衰落信道中传输数据等情况。信道中传输数据等情况。二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）信号）信号二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）信号的频谱）信号的频谱重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制二进制频移频移键控（键控（2FSK2FSK）信号信号2FSK2FSK信号的产生信号的产生二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制二进制移幅移幅键控信号的叠加。若二进制基带信号键控信号的叠加。若二进制基带信号的的1 1符号对应于载波频率符号对应于载波频率f f

4、1 1，0 0符号对应于载波频符号对应于载波频率率f f2 2，则二进制移频键控信号的时域表达式为，则二进制移频键控信号的时域表达式为212( )() cos()() cos()FSKnsnnsnnneta g tnTta g tnTtPPan110概率为概率为PPan概率为概率为110g(t)g(t)为单个矩形脉冲，脉宽为单个矩形脉冲，脉宽为为T Ts sn n，n n分别是第分别是第n n个信号码个信号码元的初相位元的初相位其中其中 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制二进制频移频移键控（键控（2FSK2FSK）信号信号2FSK2FSK信号产生的两种调制方

5、法：信号产生的两种调制方法：模拟调频模拟调频数字键控数字键控通过基带信号控制振荡器中的某一元件数值通过基带信号控制振荡器中的某一元件数值( (例如电例如电容量的大小容量的大小) )来得到不同频率的信号，它产生的两个来得到不同频率的信号，它产生的两个频率频率f f1 1和和f f2 2在转换时刻的相位是连续的，故这种在转换时刻的相位是连续的，故这种2FSK2FSK信号称为信号称为相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号信号。模拟调频模拟调频 模拟模拟调频器调频器二进制不归二进制不归零信号零信号( )s t oet重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制二进制频移频移

6、键控（键控（2FSK2FSK）信号信号由于两个频率来自两个振荡源，所以在由于两个频率来自两个振荡源，所以在f f1 1与与f f2 2之间的之间的转换瞬间相位不连续。这种方法产生的转换瞬间相位不连续。这种方法产生的2FSK2FSK信号称为信号称为相位不连续的相位不连续的2FSK2FSK信号，或相位离散的信号，或相位离散的2FSK2FSK信号信号。数字键控数字键控 反相器反相器 2FSKet振荡器振荡器1 1f f1 1振荡器振荡器2 2f f2 2选通开关选通开关选通开关选通开关相加器相加器基带信号基带信号重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移频键控信号的时间

7、波形二进制移频键控信号的时间波形输入序列输入序列s(t)s(t)载波载波f f1 1e e1 1(t)(t)e e2 2(t)(t)调制信号调制信号1 11 10 01 11 11 10 00 00 0/s(t)/s(t)载波载波f f2 2重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制二进制频移频移键控（键控（2FSK2FSK）调制）调制二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）信号）信号二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）信号的频谱）信号的频谱重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制频移键控（二进制频移键控（2FS

8、K2FSK）信号的频谱）信号的频谱相位离散的相位离散的2FSK2FSK信号信号相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号信号重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理相位离散的相位离散的2FSK2FSK信号信号相位离散的二进制移频键控信号，可以看成相位离散的二进制移频键控信号，可以看成由两个不同载波的二进制移幅键控信号的叠由两个不同载波的二进制移幅键控信号的叠加加功率谱密度可以近似表示成两个不同载波的功率谱密度可以近似表示成两个不同载波的二进制移幅键控信号功率谱密度的叠加。二进制移幅键控信号功率谱密度的叠加。推导推导2FSK2FSK信号的信号的频谱频谱重庆大学通信工程学院重

9、庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理212( )() cos()() cos()FSKnsnnsnnneta g tnTta g tnTtn n和和n n分别代表第分别代表第n n个信号码元的初始相位。通常可令个信号码元的初始相位。通常可令n n和和n n为零为零212( )() cos()() cos()FSKnsnsnneta g tnTta g tnTt相位离散的相位离散的2FSK2FSK调制信号调制信号令令12( )()( )()nsnnsns ta g tnTs ta g tnT两路二进制数字基带信号两路二进制数字基带信号21122( )( )cos()( )cos()FSKe

10、ts tts tt重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理根据根据2ASK2ASK信号功率谱密度的表示式，可得信号功率谱密度的表示式，可得2FSK2FSK信号功率谱密度的表示式信号功率谱密度的表示式22211222112222222221( )(1)()() 41(1)(0) ()()41(1)()() 41(1)(0) ()()4FSKssssPff PPG ffG fffPGfffff PPG ffG fffPGffff11222112211( )()()()()44FSKssssPfPffP ffPffP ff重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数

11、字通信原理假设假设P P1/21/2，则，则2222211222211221( )()()()() 161(0) ()()()()16FSKssPffG ffG ffG ffG fffGffffffffg(t)g(t)的频谱的频谱sin( )sssfTG fTfT因此因此22112112222221122sin()sin()( )16()()sin()sin()()()1()()()()16sssFSKssssssTff Tff TPfff Tff Tff Tff Tff Tff Tffffffff 连续谱连续谱 离散谱离散谱重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理频谱

12、分析频谱分析图中图中a a曲线对应的曲线对应的f f1 1f f0 0+f+fs s，f f2 2f f0 0-f-fs s，曲，曲线线b b对应的对应的f f1 1= f= f0 0+0.4f+0.4fs s，f f2 2f f0 0-0.4f-0.4fs s。f f0 0= =（f f1 1+ f+ f2 2）/2/22f2fs s0.8f0.8fs sf ff f0 0f f0 0f fs sf f0 0-f-fs sf f0 02f2fs sf f0 0-2f-2fs sP Pe e(f)(f)（单边谱）（单边谱）a ab b重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信

13、原理频谱分析频谱分析2FSK2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。其中，连续谱由两上双边谱叠加而成，而离其中，连续谱由两上双边谱叠加而成，而离散谱出现在两个载频位置上；散谱出现在两个载频位置上；若若f f1 1和和f f2 2之差较小（如小于之差较小（如小于f fs s）则连续谱出）则连续谱出现单峰，若现单峰，若f f1 1和和f f2 2之差较大出现双蜂。之差较大出现双蜂。传输传输2FSK2FSK信号所需的频带为信号所需的频带为sffff221重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK

14、）信号的频谱）信号的频谱相位离散的相位离散的2FSK2FSK信号信号相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号信号重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号信号相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号是利用基带信号对一信号是利用基带信号对一个振荡器进行频率调制而产生的。在理想情个振荡器进行频率调制而产生的。在理想情况下，振荡器产生的频率随基带信号线性变况下，振荡器产生的频率随基带信号线性变化。化。调频信号调频信号: : ctdct dtsftfAte22cos载波振幅载波振幅未调制时振荡器产生未调制时振荡器产生的固有载波频率的固有载波

15、频率频偏因子频偏因子初始相位初始相位重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号信号a an n是码元脉冲的振幅，其可能取值为是码元脉冲的振幅，其可能取值为1 1。 snnnTtgats发送的二进制符号序列发送的二进制符号序列 ssTf1ssdTffffh212调频指数调频指数 cos 2tcse tAf tf hs t dt0c化简化简 tAttfAteccos2cos重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号信号 tAttfAteccos2cost t0 0f fc c

16、f f1 1f f2 22 2f fc ct t(t)(t)(t)(t)(t)(t)t t重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号信号分析分析FSKFSK信号时，常用到归一化相关系数信号时，常用到归一化相关系数 2 2FSKFSK信号在一个码元期间内波形为信号在一个码元期间内波形为sTEdttstss021)()(ssTttAteTttAtete0cos)(0cos)()(2211212021212121coscossin()sin()()()sTsssssAttdtTTETTssscscTTTT)()sin(22sin12122

17、21c重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号信号选选22c cT Ts s1,1,或或22c cT Ts sKK，因此有：，因此有：ssTT1212sin0 0-0.2-0.21 12 23 31.431.43( (2 2- -1 1)T)Ts s讨论讨论 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理讨论讨论当当( (2 2-1 1)T)Ts sK(kK(k1)1)时，时， 为零，为零，两信号具有正交特性。两信号具有正交特性。在在K Kl l时，相应的时，相应的h=0.5h=0.5，这是满足正交条，这是满足正

18、交条件的最小调制指数。因这种信号占带最小。件的最小调制指数。因这种信号占带最小。称之为最小频移键控称之为最小频移键控(MSK)(MSK)信号。信号。 当当(2 2-1 1)T)Ts s1.431.43时时,h=0.75 ,h=0.75 =-=-2/(3),2/(3),为最小值为最小值, ,这种情况两信号之间具这种情况两信号之间具有超正交特性。有超正交特性。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度相位连续的相位连续的FSKFSK信号功率谱密度的计算很复信号功率谱密度的计算很复杂杂只讨论二元等概信码只讨论二

19、元等概信码单边谱密度表达式：单边谱密度表达式：2222122122222122122sin/2 sin/211( )12coscoscos2sin/2 sin/21112coscoscosssessssssssssATTP fTTTTATTTTTT 式中式中21212112122sccfff hf载波频率远大于频偏，载波频率远大于频偏，此项可忽略此项可忽略重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度功率谱密度仍然是功率谱密度仍然是X X的偶的偶函数函数调制指数调制指数h h0.50.5时，功时，功率谱密度曲

20、线呈现单峰。率谱密度曲线呈现单峰。在在h h0.7150.715时，曲线呈时，曲线呈现双峰。现双峰。在在h h趋近于趋近于1 1时曲线的双时曲线的双峰变得非常尖锐。峰变得非常尖锐。当当h hl l时，曲线的双峰时，曲线的双峰变成了两条线状谱每条变成了两条线状谱每条线谱所占的功率都是信线谱所占的功率都是信号功率的号功率的1/41/4两条共占两条共占信号总功率的信号总功率的1/21/2。h h1 1之后，双峰的距离之后，双峰的距离将逐渐增大。将逐渐增大。h=0.5h=0.5h=0.715h=0.7150.80.80.40.4P Pe e(x)(x)1.01.0 x x0.50.5-1.0-1.0-

21、0.5-0.5重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理带宽带宽以包含以包含9090的功率来计算信号所占的带宽可得的功率来计算信号所占的带宽可得不同调制指数时的信号带宽不同调制指数时的信号带宽1.5f1.5fs s2.5f2.5fs s3f3fs s(2+h)f(2+h)fs s(2+h)f(2+h)fs s(2+h)f(2+h)fs s(2+h)f(2+h)fs s(2+h)f(2+h)fs s2f2fs s2f2fs s2f2fs s2f2fs s2f2fs s2f2fs s2f2fs s2f2fs s相位连续相位连续FSKFSK相位离散相位离散FSKFSKASKAS

22、KPSKPSK0.60.60.70.70.80.81.01.01.51.522频带频带f fh h重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理结论结论h h2 2时，相位连续的时，相位连续的FSKFSK信号与相位离散的信号与相位离散的FSKFSK信信号的带宽基本相同号的带宽基本相同当当h h1 1时时, ,信号的能量大部分都集中在信号的能量大部分都集中在x x0.50.5的范围以内，的范围以内，在在h h为为0.60.60.70.7时，时， 相位连续的相位连续的FSKFSK信号的带宽信号的带宽约为约为1.5f1.5fs s比比ASKASK信号和信号和PSKPSK信号的带宽还

23、窄。信号的带宽还窄。在调制指数在调制指数h h较小的条件下，相位连续的较小的条件下，相位连续的FSKFSK信号信号具有能量集中，包络恒定，抗干扰能力强的特具有能量集中，包络恒定，抗干扰能力强的特 点，点，目前用得较多的是目前用得较多的是h h0.50.5的相位连续的的相位连续的FSKFSK方式方式, ,即最小移频键控方式即最小移频键控方式(MSK)(MSK)。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理5.2.2 5.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）调制）调制二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK

24、2FSK）解调）解调重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移频键控（二进制移频键控（2FSK2FSK）解调）解调常用解调方法：常用解调方法：非相干解调非相干解调相干解调相干解调其它解调方法其它解调方法鉴频法鉴频法过零检测法过零检测法差分检波法差分检波法重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理非相干解调非相干解调抽样判决器：判定哪一抽样判决器：判定哪一个输入样值大，此时可个输入样值大，此时可以不专门设置门限电平以不专门设置门限电平包络包络检波器检波器包络包络检波器检波器抽样抽样判决器判决器 2FSKet带通滤波器带通滤波器1 1带通滤波器带

25、通滤波器2 2定时脉冲定时脉冲输出输出最佳非相干解调最佳非相干解调 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理最佳非相干解调最佳非相干解调在每个匹配滤波器后面接有一个包络检波器在每个匹配滤波器后面接有一个包络检波器匹配滤波器的输出信号经包络检波后，再进匹配滤波器的输出信号经包络检波后，再进行取样判决，因而取样值与接收信号的相位行取样判决，因而取样值与接收信号的相位无关。无关。没有利用信号的相位信息，这种解调方法与没有利用信号的相位信息，这种解调方法与相干解调相比，在同样误码率的条件下，所相干解调相比，在同样误码率的条件下，所需的信噪比略高一些需的信噪比略高一些解调时不需要

26、提取载波，可对随机起始相位解调时不需要提取载波，可对随机起始相位的信号进行解调，所以用起来比较方便。的信号进行解调，所以用起来比较方便。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理最佳非相干解调最佳非相干解调 11cossh tATt包络包络检波器检波器包络包络检波器检波器 2FSKet匹配滤波器匹配滤波器1 1匹配滤波器匹配滤波器2 2输出输出清洗脉冲清洗脉冲 22cosshtATtssTttAteTttAte0cos)(0cos)(22112FSK2FSK信号在某一码元持续时间传送信号信号在某一码元持续时间传送信号匹配滤波器的冲击响应匹配滤波器的冲击响应ssssTttT

27、AthTttTAth0)(cos)(0)(cos)(2211a ab bc cd de ef fg g比较比较判决判决重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理最佳非相干解调最佳非相干解调设设T Ts s为为T T1 11/f1/f1 1及及T T2 21/f1/f2 2的整数倍，即的整数倍，即T Ts s=K=Kl lT Tl l及及T Ts sK K2 2T T2 2(K(Kl l，K K2 2分别为整数分别为整数) )则则2FSK2FSK两个频率信号的匹配滤波器其冲激响应与输两个频率信号的匹配滤波器其冲激响应与输入信号相同入信号相同ssssTttAtkAtTAthT

28、ttAtkAtTAth0cos)2cos)(cos)(0cos)2cos)(cos)(2222211111重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理最佳非相干解调最佳非相干解调soTttAth0cos)(siTttAte0)cos()()()()(thteteio输入信号输入信号匹配滤波器冲击响应匹配滤波器冲击响应匹配滤波器输出信号匹配滤波器输出信号eo(t)ei(t)h(t)costcoso(tt)dttA22cos(o)totcos(o)t(ot)dt0tA22sin(o)totsin(ot)oA22sin(o)t(ot)sin(ot)o第一项振幅远大于第二项，第一项

29、振幅远大于第二项，略去第二项略去第二项重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理最佳非相干解调最佳非相干解调sin() sin()( )2()()sincos2222sin2cos222ooooooooootttAe ttttAtAttt化简化简o式中式中sooTttttAte0)(cos)()( 2/2/sin2ttAttA 2tt式中式中重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理最佳非相干解调最佳非相干解调讨论讨论=0 0 ，=o osooTtttAte0)cos()()(2)(AttA振幅随时间线性增长振幅随时间线性增长)(t相位等于初相相位等

30、于初相可利用此特性对可利用此特性对2FSK2FSK信信号进行解调。号进行解调。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理最佳非相干解调最佳非相干解调0 0 =2k/=2k/T Ts s（k k为整数）为整数）sTtttAttA02/)2/sin(2)(t= Tt= Ts s处处t t/2=/2=kk0)(tAk=1时= 2 (f1- f2）= 2/Ts= 2 fsf f1 1和和f f2 2相差相差f fs s 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理最佳非相干解调最佳非相干解调包络包络A(t)A(t)与与t t及及A(t,)A(t,)与与的关系曲

31、线的关系曲线利用其包络特性可分开两路信号利用其包络特性可分开两路信号能对能对2FSK2FSK信号解调信号解调t tT TS ST TS S/2/2ATATS S/2/2A(t)A(t)=0=0=2=2/T/TS S=4=4/T/TS S0 0A(t,A(t,) )2ST4ST6ST8ST2ST4ST6ST8ST重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理2FSK2FSK信号解调的各点波形图信号解调的各点波形图t tA(t)A(t)f f1 1f f2 2f f1 1t ta at tb bt tc ct td dt te et tf ft tg g重庆大学通信工程学院重庆大

32、学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移频键控（二进制移频键控（2FSK2FSK）解调）解调常用解调方法：常用解调方法：非相干解调非相干解调相干解调相干解调其它解调方法其它解调方法鉴频法鉴频法过零检测法过零检测法差分检波法差分检波法重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理相干解调相干解调低通低通滤波器滤波器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器 2FSKet带通滤波器带通滤波器1 1带通滤波器带通滤波器2 2定时脉冲定时脉冲输出输出相乘器相乘器相乘器相乘器2cos() t1cos() t重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移频键

33、控（二进制移频键控（2FSK2FSK）解调）解调常用解调方法：常用解调方法：非相干解调非相干解调相干解调相干解调其它解调方法其它解调方法鉴频法鉴频法过零检测法过零检测法差分检波法差分检波法重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理其它解调方法其它解调方法鉴频法鉴频法限幅器：消除接收信号在幅度上可能出现的限幅器：消除接收信号在幅度上可能出现的畸变畸变鉴频器：有多种电路，性能较好的是锁相鉴鉴频器：有多种电路，性能较好的是锁相鉴频，即利用锁相环实现鉴频频，即利用锁相环实现鉴频前置带通前置带通滤波器滤波器限幅器限幅器鉴频器鉴频器整形器整形器FSKFSK信号输入信号输入数据基带数据

34、基带信号输出信号输出重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移频键控（二进制移频键控（2FSK2FSK）解调）解调常用解调方法：常用解调方法：非相干解调非相干解调相干解调相干解调其它解调方法其它解调方法鉴频法鉴频法过零检测法过零检测法差分检波法差分检波法重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理其它解调方法其它解调方法过零检测法过零检测法该序列与频率变化相对应，代该序列与频率变化相对应，代表着调频波的过零点表着调频波的过零点低通滤波器滤除高次谐波得到低通滤波器滤除高次谐波得到带通滤波器带通滤波器限幅限幅微分微分整流整流u ui i(t)(t)

35、a a宽脉冲发宽脉冲发低通低通b bc cd de ef f基本思想：数字调频波的过零点数随不同载频而基本思想：数字调频波的过零点数随不同载频而异，故检出零点数可以得到关于频率的差异异，故检出零点数可以得到关于频率的差异a ab bc cd de ef f重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制移频键控（二进制移频键控（2FSK2FSK）解调）解调常用解调方法：常用解调方法：非相干解调非相干解调相干解调相干解调其它解调方法其它解调方法鉴频法鉴频法过零检测法过零检测法差分检波法差分检波法重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理其它解调方法其它

36、解调方法差分检波法差分检波法时延时延输入信号经接收滤波器滤除带外无用信号后输入信号经接收滤波器滤除带外无用信号后被分成两路，一路直接送到乘法器（平衡调被分成两路，一路直接送到乘法器（平衡调制器），制器），另一路经时延另一路经时延送到乘送到乘法器，相乘法器，相乘后再经低通滤波器提取信号。后再经低通滤波器提取信号。带通滤波器带通滤波器输入输入低通滤波器低通滤波器输出输出重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理输入信号输入信号tA)cos(00022000cos()cos()()cos()cos2()() 22At AtAAtt t t相乘输出相乘输出 低通滤波器滤除低通滤波

37、器滤除低通滤波器输出低通滤波器输出t)cos(202AV V V是角频率频是角频率频移移的的函数，函数，但不是简单的函数关系但不是简单的函数关系适当选择适当选择，使使0cos0t1sin0t重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理2020sin22sin22AVAt tt t 当当若角频率偏移若角频率偏移较较小小22220202tttt当当AAV1t结论：当满足结论：当满足coscos0 0 0 0及及 l l时，输出电压时，输出电压V V与角频率偏移与角频率偏移成线成线性关系。这样，性关系。这样，因因的的大小不同，大小不同，输出的电压不同便可实现鉴频的作用。输出的电压

38、不同便可实现鉴频的作用。 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理其它解调方法其它解调方法差分检波法差分检波法差分检波法与鉴频法差分检波法与鉴频法差分检波法基于输入信号与差分检波法基于输入信号与其延迟其延迟的的信号相比信号相比较，信道上的延迟失真将同时影响相邻信号，故较，信道上的延迟失真将同时影响相邻信号，故不影响最终的鉴频效果。不影响最终的鉴频效果。实践表明，当延迟失真为零时，这种方法的检测实践表明，当延迟失真为零时，这种方法的检测性能不如一般普通的鉴频法，但当有较严重延迟性能不如一般普通的鉴频法，但当有较严重延迟失真时，它的性能要比鉴领法优越。但差分检波失真时，它的

39、性能要比鉴领法优越。但差分检波法的实现将要受法的实现将要受cos cos 0 0的条件限制。的条件限制。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理5.4 5.4 移频键控移频键控2134重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）系统的抗噪声性能）系统的抗噪声性能相干相干检测法的系统性能检测法的系统性能包络检波法的系统性能包络检波法的系统性能重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理相干相干检测法的系统性能检测法的系统性能低通低通滤波器滤波器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器

40、带通带通滤波器滤波器1 1带通带通滤波器滤波器2 2定时脉冲定时脉冲输出输出相乘器相乘器相乘器相乘器22cos() t12cos() t( )Ts t发送端发送端1( )y t信道信道( )in t( )iy t2( )x teP1( )x t2 2F FSKSK信号信号相干相干检测法的系统性能分析模型检测法的系统性能分析模型分析其抗噪声性能分析其抗噪声性能重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理码元时间间隔码元时间间隔T Ts s内，发送端输出的内，发送端输出的2FSK2FSK信号信号其中其中11cos,( )0,tTAtuts0tT其它l1 1发送发送“1”符号的载

41、波角频符号的载波角频率率l2 2发送发送“0”符号的载波角频符号的载波角频率率( )1( )00TTutst发送“”符号发送“ ”符号20cos,( )0,tTAtuts0t1）条件下）条件下重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）系统的抗噪声性能）系统的抗噪声性能相干相干检测法的系统性能检测法的系统性能包络检波法的系统性能包络检波法的系统性能重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理包络包络检测法的系统性能检测法的系统性能2 2F FSKSK信号信号包络包络检测法的系统性能分析模型检测法的系统性能

42、分析模型分析其抗噪声性能分析其抗噪声性能包络包络检波器检波器包络包络检波器检波器抽样抽样判决器判决器带通带通滤波器滤波器1 1带通带通滤波器滤波器2 2定时脉冲定时脉冲输出输出( )Ts t发送端发送端1( )y t信道信道( )in t( )iy t2( )V teP1( )V t2( )y t重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理图中图中111111111( ) cos( )sin1( )( )cos( )sin0cscsanttntty tnttntt发送“”符号发送“ ”符号222222222( )cos( )sin1( )( ) cos( )sin0cscs

43、nttnttytanttntt发送“”符号发送“ ”符号假设在假设在(0,T(0,Ts s) )发发送送“1 1”信号信号11111221111( )( ) cos( )sin( )( ) cos( )cscsy tanttnttantntttV V1 1(t)(t)V V2 2(t)(t)22222222222( )( )cos( )sin( )( )cos( )cscsy tnttnttntnttt重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理在在kTs时刻包络检波器时刻包络检波器输出波形的抽样值输出波形的抽样值22111csVann服从广义瑞利分布22212111022

44、naVnnVaVf VIe（）错误概率错误概率21121221022111012220V2exp2VVnnnPPVf Vf VdVdVVaVVaIdV（0 1）令令12,2nnVatz22222csVnn服从瑞利分布2222222nVnVf Ve重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理22122222211100n2200222122212nnVannnnnzztVVVaPIeedetIzt edt（0 1）根据根据Q函数性质函数性质 22200,01ztQ ztIztedt2/221122zrPee（0 1）222nar式中，为信噪比同理可得同理可得2121V2rPP

45、Ve（1 0）总错误概率总错误概率21(1) (0/1)(0) (1/0)2rePPPPPe重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理包络包络检测法的系统性能检测法的系统性能包络包络检测法检测法与相干检测法与相干检测法系统性能系统性能比较比较在大信噪比条件下，在大信噪比条件下，2FSK2FSK信号采用包络检波法解信号采用包络检波法解调性能与相干检测法解调性能接近，相干检测法调性能与相干检测法解调性能接近，相干检测法性能较好性能较好但采用相干检测时设备更为复杂，因此，在能够但采用相干检测时设备更为复杂，因此，在能够满足信噪比要求的场合，包络满足信噪比要求的场合，包络检测法检

46、测法比相干检测比相干检测法更为常用法更为常用2()12rePe包络2()12rePer相干重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理5.4 5.4 移频键控移频键控1234重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理最小移频键控（最小移频键控（MSKMSK）由于一般移频键控信号相位不连续、频偏较由于一般移频键控信号相位不连续、频偏较大等原因，使其频谱利用率较低大等原因，使其频谱利用率较低本节讨论的本节讨论的MSK MSK (Minimum Frequency(Minimum Frequencyshift-shift-keying)keying)是二进制

47、连续相位是二进制连续相位FSKFSK的一种特殊形式的一种特殊形式MSKMSK称为最小移频键控，有时也称为快速移频称为最小移频键控，有时也称为快速移频键控键控(FFSK)(FFSK)所谓所谓“最小最小”是指这种调制方式能以最小的调制指是指这种调制方式能以最小的调制指数数(0.5)(0.5)获得正交信号获得正交信号而而“快速快速”是指在给定同样的频带内，是指在给定同样的频带内，MSKMSK能比能比2PSK2PSK传输更高的数据速率，且在带外的频谱分量要比传输更高的数据速率，且在带外的频谱分量要比2PSK2PSK衰减的快衰减的快重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理最小移频

48、键控（最小移频键控（MSKMSK）MSKMSK的基本原理的基本原理MSKMSK调制解调原理调制解调原理MSKMSK的性能的性能重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理MSKMSK的基本原理的基本原理MSKMSK是恒定包络连续相位频率调制是恒定包络连续相位频率调制，其信号的，其信号的表示式为表示式为( )cos(1),0,1,2kMSKcksssastttkTtkT kT令令( )(1)2kKksssattkTtkTT( )cos( )MSKckstttl k k(t)(t)称为附加相位函数称为附加相位函数l c c为载波角频率为载波角频率l T Ts s为码元宽度为码元

49、宽度l a ak k为输入第为输入第k k个码元，取值为个码元，取值为1 1l ?k k为第为第k k个码元的相位常数，在时间个码元的相位常数，在时间kTkTs st(k+1)Tt(k+1)Ts s中保持不变，中保持不变，其作用是其作用是保证在保证在t=kTt=kTs s时刻信号相位连续时刻信号相位连续重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理MSKMSK的基本原理的基本原理( )cos(1),0,1,2kMSKcksssastttkTtkT kT令令( )2kKcksatttT,12( )2,12ckskKcscksaTadtdtTaT 121414cscsffTffT

50、MSK信号信号的两个频的两个频率分别为率分别为中心中心频率频率1,2,4csnfnTMSK信号在每一码信号在每一码元周期内必须包元周期内必须包含四分之一载波含四分之一载波周期的整数倍周期的整数倍重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理MSKMSK的基本原理的基本原理f fc c还可以表示为还可以表示为121114411144csscssmffNTTmffNTT相应的相应的MSK信信号的两个频率号的两个频率表示为表示为频率频率间隔间隔1m01 2 34csmfNNT为正整数；， ，2112sfffTMSK信号的信号的调制指数调制指数10.52ssshfTTT 重庆大学通信

51、工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理MSKMSK的基本原理的基本原理当取当取N N1 1，m m0 0时时，MSKMSK信号的时间波形信号的时间波形 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理MSKMSK的基本原理的基本原理附加相位函数附加相位函数k k(t)(t)的波形图的波形图( )(1)2kKksssattkTtkTT1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1u uk k0 02 2 -3-3 -3-3-3-3 4 4 -4-4x xk kt t0 0-2-2-5-5/

52、2/2T Tb b2T2Tb b3T3Tb b4T4Tb b5T5Tb b6T6Tb b7T7Tb b8T8Tb b9T9Tb b(t)(t)3 3/2/2/2/2- -/2/2- -3-3/2/2-3-3重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理MSKMSK的基本原理的基本原理对于各种可能的输入信号序列对于各种可能的输入信号序列k k(t)(t)的所有的所有可能路径是一个从可能路径是一个从22到到22的网格图的网格图。t t0 0-2-2T Tb b2T2Tb b3T3Tb b4T4Tb b5T5Tb b6T6Tb b7T7Tb b8T8Tb b9T9Tb b(t)(t

53、)2 2- -重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理MSKMSK的基本原理的基本原理结论结论：MSKMSK信号具有以下特点信号具有以下特点: :MSKMSK信号是恒定包络信号信号是恒定包络信号; ;在码元转换时刻信号的相位是连续的，以载波相在码元转换时刻信号的相位是连续的，以载波相位为基准的信号相位在一个码元期间内线性地变位为基准的信号相位在一个码元期间内线性地变化化/2;/2;在一个码元期间内，信号应包括四分之一载波周在一个码元期间内，信号应包括四分之一载波周期的整数倍，信号的频率偏移等于期的整数倍，信号的频率偏移等于1/(4T1/(4Ts s) )，相，相应的调制

54、指数应的调制指数h=0.5h=0.5。重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理最小移频键控（最小移频键控（MSKMSK）MSKMSK的基本原理的基本原理MSKMSK调制解调原理调制解调原理MSKMSK的性能的性能重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理MSKMSK调制解调原理调制解调原理图图cos/ 2stTsin/ 2stTa ak k输入输入数据数据差分差分编码编码串串/ /并并变换变换c ck k振荡振荡f=1/4Tf=1/4Ts s振荡振荡f=ff=fc c相移相移9090MSKMSK信号信号带通带通滤波器滤波器延迟延迟T TS SI I

55、k kQ Qk kcos/ 2ksItTsin/ 2ksQtTcos/ 2coskscItTtsin/ 2sinkscQtTt重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理MSKMSK调制解调原理调制解调原理MSKMSK信号属于数字频率调制信号，因此可以采信号属于数字频率调制信号，因此可以采用一般鉴频器方式进行解调用一般鉴频器方式进行解调鉴频器解调方式结构简单，容易实现。鉴频器解调方式结构简单，容易实现。输入输入BPFBPF鉴频鉴频LPFLPF抽样抽样判决判决输出输出重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院数字通信原理数字通信原理MSKMSK调制解调原理调制解调原理由于由于MSKMSK信号调制指数较小，采用一般鉴频器信号调制指数较小，采用一般鉴频器方式进行解调误码率性能不太好，因此在对方式进行解调误码率性能不太好，因此在对误码率有较高要求时大多采用相干解调方式误码率有较高要求时大多采用相干解调方式输入输入BPFBPFcosctsinct载波