ch数字频率和相位调制PPT课件

1、第5章 频带传输及调制技术 5.2 二进制频率键控调制（2FSK） 5.2.1 2FSK信号的产生 5.2.2 2FSK信号的解调 5.2.3 2FSK所需带宽 5.3 数字相位调制 5.3.1 二相绝对移相调制（2PSK） 5.3.2 二相相对移相调制（2DPSK）第1页/共63页5.2 5.2 二进制频率键控调制（2FSK2FSK） 5.2.1 2FSK信号的产生 5.2.2 2FSK信号的解调 5.2.3 2FSK所需带宽 第2页/共63页5.2.1 2FSK5.2.1 2FSK信号的产生 用数字基带信号去控制正弦载波的频率，使载波信号的频率随基带信号的变化而变化，而载波振幅保持不变。

2、调制方法：直接法和间接法。第3页/共63页1.直接法直接调频法是产生2FSK信号最简单的一种方法，它用数字基带信号直接控制振荡电路的参数（L或C的值）变化以达到改变频率的目的 。直接调制数学表达式：第4页/共63页 式中：A为载波振幅， 0是未调载波频率 0为载波初相位 为频率偏移 d )(cos)(0d0tmtAtSdddd第5页/共63页 基带信号为 0 Tg(t) Tt0 1 g(t) p 0 p)- 1 ( 1 )()(SS其它的矩形脉冲是持续时间为概率为概率为nnSnanTtgatm第6页/共63页 第7页/共63页当an=1时，VD1、VD2截止，振荡频率由L和C决定；第8页/共6

3、3页当an=1时，等效电路；第9页/共63页当an=0时，VD1、VD2导通，频率由L、C、C1决定。 第10页/共63页 波形图第11页/共63页2. 频率选择法 原理：用基带信号去控制开关电路的变换以达到输出频率变化的目的。 适用于数字电路 。 实现电路。 1m(t) if t)Acos(w 0m(t) if t)Acos(w 21 )(tFSKw1m(t)w2第12页/共63页 波形图第13页/共63页 数学表达式)cos()()cos()()(2211tnTtgatnTtgatSnsnsnp-1 1- 1 )()(概率为概率为概率为概率为 psnTtgnatm na其中其中第14页/共

4、63页 频率选择法： 原理图如下：频率选择法是用数字矩形脉冲（基带信号）控制电子开关在两个振荡器进行转换。从而输出不同频率的信号的方法。第15页/共63页第16页/共63页5.2.2 2AFK信号的解调1. 相干解调2.非相干解调第17页/共63页1.相干解调法 相干解调法（1）先S（t)用两个中心频率分别为1和2的带通滤波器把代表“1”和“0”的振荡分离出来，形成两个不同频率的2ASK信号。（2）再通过同步检波器，经抽样判决电路比较两路输出、的大小，最终决定输出是1还是0。若x(t)y(t)，输出0； x(t) y(t)，输出1。 第18页/共63页2.非相干解调 抗干扰性不强，但无需本地相

5、干载波，实现起来比较容易。 分路滤波解调法：用多路检波器代替 鉴频器法 过零检测法 差分检测法 最佳非相干解调法第19页/共63页BPF抽样判决器包络检波器抽样脉冲输入已调信号输出基带信号BPF包络检波器w2w1V1(t)V2(t)两个中心频率分别为f1和f2的窄带滤波器的作用是取出频率为f1或f2的高频信号判决的准则是当抽样值满足v1V2时判为f1频率代表的数字基带信号，当v1v2时判为f2频率代表的数字基带信号包络检波器将各自的包络取出至抽样判决器，抽样判决在抽样脉冲到达时对包络的取值进行判决，BPF抽样判决器包络检波器抽样脉冲输入已调信号输出基带信号BPF包络检波器w2w1(1) (1)

6、 分路滤波解调法分路滤波解调法第20页/共63页第21页/共63页(2)最佳非相干解调法 当已调信号中的两个载频的频差较小时，即时，分路滤波解调法中的带通滤波器不能很好的将信号分离，这时可采用最佳非相干解调法.第22页/共63页 与分路滤波法相比，最佳非相干解调法将带通滤波器换成了匹配滤波器，使它对2FSK信号有良好的分路特性，以消除两个支路之间的相互干扰。( (动态滤波器） 动态滤波器，当输入信号频率与某一路滤波器频率相同时，在码元终止时刻，该路滤波器的输出信号包络将达到最大值，而另一路滤波器的输出信号包络为零。 第23页/共63页第24页/共63页(3) 鉴频器法( (不讲) ) 鉴频器的

7、作用就是把输入信号的频率变化变换成输出电压瞬时幅度的变化，即鉴频器输出电压的瞬时幅度与输入已调波的瞬时频率偏移成正比。鉴频器可由一个带微分器的包络检波器组成。（参看补充教材P90） )()(0tmAtAd第25页/共63页(4) (4) 过零检测法 过零检测法是根据2FSK信号的过零点数随载频不同而变化，通过检测2FSK信号的过零点数目来实现解调的方法。 第26页/共63页第27页/共63页5.2.3 2FSK5.2.3 2FSK所需带宽 可以把他们当成同时存在的两个频率来研究。此时可以把FSK的频谱当成中心频率分别为fc0和fc1的两个ASK频谱的组合。FSK所要求的带宽等于信号波特率加上频

8、移值（两个载波频率的差值），即 BW=（fc1-fc0）+Nbaud 式中，fc1较高的载波频率，fc0较低的载波频率。Nbaud波特率。 FSK中波特率和带宽的关系如图所示。第28页/共63页第29页/共63页例52一相位不连续的2FSK信号，发“1”码时信号为Acos(2 000t+1)，发“0”码时信号为Acos(8 000 t+2)，码元速率为600 Baud，则系统的频带宽度为多少？传输模式为全双工方式。第30页/共63页 解：根据正弦波角频率与频率之间的关系，=2f,所以两个信号的频率分别为1000Hz和4000Hz。而波特率等于比特速率（即码元速率），所以波特率为600波特。 根

9、据公式(5.24)可知系统的带宽为 BW=（ fc1- fc0）+Nbaud=（4000-1000）+600=3600Hz。 由于系统采用的是全双工模式，所以，传输介质的带宽应为7200Hz。第31页/共63页5.3 数字相位调制 用数字基带信号去控制正弦载波的相位，使载波信号的相位随基带信号的变化而变化，分为： 绝对相位调制(PSK,Phase shift keying) 相对相位调制(D PSK,Differetial Phase shift keying)第32页/共63页5.3 5.3 数字相位调制 5.3.1 二相绝对移相调制（2PSK） 5.3.2 二相相对移相调制（2DPSK）第

10、33页/共63页5.3.1 5.3.1 二相绝对移相调制（2PSK2PSK） 二进制/二相绝对移相调制，用载波相位的不同值表示不同的数字信号，如0相位表示1，相位表示0，它们相位差为 ，固定参考相位为0o所以称为绝对移相. 1. 2PSK信号 2. 2PSK信号的产生 3. 2PSK信号的解调 所需带宽第34页/共63页 1. 2PSK信号 1. 2PSK信号 波形图 矢量图： 参考相位 0 第35页/共63页panTnTtganTtgnTtgnssnsstPSK 1 1- p 1)(cos0wt)cos(w)()t)sin(sin(w-)t)cos(cos(w )( )tcos(w )( 0

11、000000000)(概率为概率为概率为概率为相位）相位）和和有有个码元的载波相位（仅个码元的载波相位（仅为第为第为码元持续时间，为码元持续时间，为载频，为载频，其中，其中， 表达式2PSK信号信号第36页/共63页 2PSK信号的产生： 调相法： 相位选择法：m(t) 码变换2PSKcos(w0t)单极性双极性调相法2. 2PSK信号的产生信号的产生正极性时载波相正极性时载波相位不变，负极性位不变，负极性时载波相位相反时载波相位相反第37页/共63页w0t倒相器1m(t) if )Acos(wt 0m(t) if Acos(wt) )(tPSKm(t)0o相位选择法2PSK信号的产生信号的产

12、生第38页/共63页w0t倒相器1m(t) if )Acos(wt 0m(t) if Acos(wt) )(tPSKm(t)0o相位选择法第39页/共63页 2PSK信号的解调： 相干解调法：3. 2PSK信号的解调信号的解调BPF乘法器抽样判决器LPF定时抽样2PSK信号基带信号相干波发生器acbdfecos(w0t)第40页/共63页2PSK信号BPF乘法器抽样判决器LPF定时抽样基带信号相干波发生器acbdfe11010010cos(w0t)第41页/共63页 相干解调法缺点： 相位模糊。2PSK信号的解调关键是要产生相干载波，由于产生相干载波的相位具有不确定性(由载波提取电路本身引起的

13、），即可能出现0或两种相位状态（当本地载波与发端载波同频反相时，相干解调会将“1”判成“0”， “0”判成“1”） ，导致被接受的信号有可能检测出极性完全相反的两种基带脉冲序列相对相移键控3. 2PSK信号的解调信号的解调第42页/共63页2PSK信号的解调(a) 方框图；(b)反向工作波形图； (c)正常工作波形图 BPTLPT第43页/共63页4. PSK4. PSK所需带宽 PSK所需最小带宽的计算与ASK所需最小带宽的计算的原理相同，PSK所需带宽的图形与图相同。 但是，正如我们所了解的，在PSK调制传输系统中的最大比特率要比ASK大得多。因此，尽管在相同的带宽下ASK与PSK的最大波

14、特率相同，但PSK的比特率却可以是ASK的两倍或更多。第44页/共63页例53 设某传输系统的带宽为4000Hz，分别求出2PSK、4PSK和8PSK的波特率和比特率。设数据采用半双工传送方式。第45页/共63页 解：在2PSK系统中，其波特率就等于系统的带宽，因此可知，2PSK的波特率为4000。它的比特率也为4000bps。 在4PSK和8PSK系统中，他们的波特率不变，均为4000，但比特率却是2PSK的2倍和3倍，分别为8000bps和12 000bps.第46页/共63页5.3.2 5.3.2 二相相对移相调制（2DPSK2DPSK） 二相相对移相调制，参考相位是前一个相邻码元的相位

15、，不再是固定的载波0相位. 信号产生 信号解调第47页/共63页an平衡调相法 码变换2DPSK 2PSK调制绝对码相对码1. 2DPSK1. 2DPSK信号产生信号产生既差分码：用比特开始时刻电平的跳变来表示“1”每个脉冲只决定于它所代表的码元的值，前后脉冲之间互不相关。第48页/共63页信号波形：2DPSK信号调制过程波形图绝对码相对码载波DPSK信号101100100第49页/共63页 解调 极性比较法 相位比较法（差分相干解调法） ：直接进行前后码元的相位比较。2PSK信号相干解调码变换m(t)2DPSKLPF抽样判决器m(t)2DPSK延迟Tsy1(t)y2(t)z(t)x(t)2.

16、 2DPSK2. 2DPSK信号解调信号解调相对码绝对码第50页/共63页t10110ant2DPSK信号y1(t)ty2(t)tz(t)tx(t)t抽样脉冲ann波形图t10110第51页/共63页 本 章 小 结 信号经调制后再传输的方式称为频带传输。在数据通信中采用的是数字调制，实现数字调制的方法有幅度调制、频率调制、相位调制等。 幅度调制利用数字基带信号控制载波的幅度来传送信息。常用的幅度调制方式有二进制振幅键控调制（2ASK）、多进制振幅键控调制（MASK）、双边带抑制载波调制（DSBSC）及正交幅度调制（QAM）等。对于幅度调制信号的解调方法有两种，即相干解调和非相干解调。 第52

17、页/共63页 频率调制利用数字基带信号控制载波的频率来传递信息。常用的频率调制方式有二进制频移键控调制（2FSK）、多进制频移键控调制（MFSK）及最小频移键控（MSK）等。对于频率调制信号的解调方法分为相干解调和非相干解调两类。非相干解调又包含最佳非相干解调法、分路滤波法、鉴频器法、过零检测法及差分检波法等多种方法。 第53页/共63页 相位调制利用数字基带信号控制载波的相位变化来传递信息。常用的相位调制方式有绝对移相的相移键控（PSK）和相对移相的相移键控（DPSK）。对于PSK信号采用相干解调方法，而DPSK信号的解调方法有极性比较法和相位比较法两种。 第54页/共63页 为了获得较好的

18、频带利用率和功率利用率，可采用幅度相位混合调制（APK）方式，即对载波的振幅和相位同时进行数字调制的方式，适用于高效率的通信方式中. 第55页/共63页 例1：设发送数字信息为10110010，试分别画出2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK波形示意图。 第56页/共63页第57页/共63页数据和信号的分类 数据分类 模拟数据，例如声音曲线 数字数据，例如整数序列，二进制序列 信号分类 模拟信号 数字信号第58页/共63页数据发送方式分类 模拟数据用模拟信号发送 频谱变换 例如模拟电话 数字数据用数字信号发送 - 编码(近距离通信才用，远距离使用其它三种方式) 模拟数据用数字信号发送 - 采