数字载波调制第三次课new.

1、第6章 数字载波调制1v 非相干解调(包络检波法)v 相干解调(同步检测法)。四、二进制振幅键控信号的解调四、二进制振幅键控信号的解调第6章 数字载波调制2v 非相干解调(包络检波法)v 相干解调(同步检测法)。四、二进制振幅键控信号的解调四、二进制振幅键控信号的解调6.2.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK, OOK）第6章 数字载波调制3图图 6 .23 ASK非相干解调非相干解调(包络检波法包络检波法)原理框图原理框图 包络检波器包络检波器e2ASK(t)带通滤波器全波整流器低通滤波器抽样判决器输出abcd定时脉冲6.2.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK, OOK）

2、第6章 数字载波调制4 带通滤波器（BPF）恰好使2ASK信号完整地通过，经包络检测后，输出其包络。 低通滤波器（LPF）的作用是滤除高频杂波，使基带信号（包络）通过。 抽样判决器包括抽样、判决及码元形成器。定时抽样脉冲（位同步信号）是很窄的脉冲，通常位于每个码元的中央位置，其重复周期等于码元的宽度。6.2.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK, OOK）图图 6.2 -42ASK信号非相干解调过程的时间波形信号非相干解调过程的时间波形11100000101abcd第6章 数字载波调制6图图 6.2 5 2ASK相干解调器原理框图相干解调器原理框图 相干检测就是同步解调，要求接收机产生

3、一个与发送相干检测就是同步解调，要求接收机产生一个与发送载波载波同频同相同频同相的本地载波信号，称其为同步载波或相的本地载波信号，称其为同步载波或相干载波。干载波。e2ASK(t)带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出coswcty(t)6.2.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK, OOK）第6章 数字载波调制7ASKce(t)s(t)cost w w相干解调2ASKcccccccy(t)e(t) costs(t)cost1s(t)cos(tt)cos(tt)211s(t)s(t)cos2t221s(t)2 w w w w w w w w w w w w w w低低通通低通

4、滤波器的低通滤波器的截止频率与基截止频率与基带数字信号的带数字信号的最高频率相等。最高频率相等。6.2.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK, OOK）第6章 数字载波调制8ASKe(t)y(t)ccostw w相干解调过程相干解调过程6.2.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK, OOK）第6章 数字载波调制96.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） v 非相干解调法（包络检波法）v 相干解调法v 鉴频法v 过零检测法：v 差分检测法三、三、2FSK信号的解调方法信号的解调方法2FSK特有特有一路一路2FSK视为视为2路路2ASK信号的合成。信号的合成。逆逆过过

5、程程2FSKy1(t)y2(t)分路2ASK信号解调s1(t)s2(t)基带信号图图 6.2 9 2FSK非相干解调器非相干解调器(包络检波法包络检波法)原理图原理图e2FSK(t)带通滤波器w 1包络检波器抽样判决器输出定时脉冲带通滤波器 w 2包络检波器v1v2s(t)1、2FSK信号的包络检波法信号的包络检波法6.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 第6章 数字载波调制11 两个带通滤波器带宽皆为相应的2ASK信号带宽（中心频率不同，分别为 f1、f2 ），起分路作用，用以分开两路2ASK信号； 包络检测后分别取出它们的包络s(t) 及 ； 抽样判决器起比较器作用，把两路

6、包络信号同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。s(t)6.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 第6章 数字载波调制12若上、下支路 及 的抽样值分别用v1、v2 表示，则抽样判决器的判决准则为：6.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 图图 6.2-102FSK非相干解调过程的时间波形非相干解调过程的时间波形 111000001012FSK信号信号v1下支路全波下支路全波整流整流输出输出v2上支路全波上支路全波整流整流图图 6.2 11 2FSK相干解调器原理图相干解调器原理图2、2FSK信号的相干解调法信号的相干解调法e2FSK(t)带通滤波器w

7、 1低 通滤波器抽样判决器输出定时脉冲带通滤波器w 2低通滤波器相乘器相乘器cosw 1tcosw 2tv1v2012e (t)s(t)costs(t)costwwww核心思想：核心思想：一路一路2FSK视为视为2路路2ASK信号的合成。信号的合成。6.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 第6章 数字载波调制15 图中两个带通滤波器的作用同于包络检波法，起分路作用； 它们的输出分别与相应的同步相干载波相乘，再分别经低通滤波器滤掉二倍频信号，取出含基带数字信息的低频信号； 抽样判决器在抽样脉冲到来时对两个低频信号的抽样值 进行比较判决（判决规则同于包络检波法），即可还原出基带数字

8、信号。6.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 第6章 数字载波调制16图图 6.2 12 鉴频法解调原理图鉴频法解调原理图3、2FSK信号的鉴频法信号的鉴频法原理原理：鉴频器：鉴频器输出电压与输入信号频率偏移成正比输出电压与输入信号频率偏移成正比。带通滤波器带通滤波器鉴频器鉴频器 低通滤波器低通滤波器抽样判决抽样判决6.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 第6章 数字载波调制170fV2V1fcf1f212fv11ffv20 数数字字系系统统发发“”发发“”判决门限判决门限dddv1v 2v2vv1vv0 判判 为为 “ ”判判 为为 “”6.2.2 二进制频移

9、键控（二进制频移键控（2FSK） 第6章 数字载波调制184、2FSK信号的过零检测法信号的过零检测法（1）原理 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。1B21fT0f “ ” 在在持持续续时时间间内内，过过零零数数目目不不同同“ ” 想法：想法：把过零数目不同转换为电压不同。把过零数目不同转换为电压不同。6.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 图图 6.2 13 过零检测法原理图和各点时间波形过零检测法原理图和各点时间波形（2）时间波形限 幅e2FSK(t)ab微 分c整 流d脉 冲 形成低 通ef输 出(a)abcdef0 0 1 1 0 0第6章 数字

10、载波调制20 2FSK输入信号经放大限幅后产生矩形脉冲序列； 微分及全波整流形成与频率变化相应的尖脉冲序列，这个序列就代表着调频波的过零点； 尖脉冲触发一宽脉冲发生器，变换成具有一定宽度的矩形波，该矩形波的直流分量便代表着信号的频率，脉冲越密，直流分量越大，反映着输入信号的频率越高； 低通滤波器就可得到脉冲波的直流分量。这样就完成了频率幅度变换，从而再根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号“1”和“0”。6.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 图图 6.2 14 差分检波法原理图差分检波法原理图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 时延时延抽样抽样判决判决

11、器器0Acos()tw ww w5、2FSK信号的差分检波法信号的差分检波法（1）模型输入信号经带通滤波器滤除带外无用信号后被分成两路，一路直接送乘法器，另一路经时延后送乘法器，相乘后再经低通滤波器去除高频成分即可提取基带信号。第6章 数字载波调制22差分检波法基于输入信号与其延迟 的信号相比较，信道上的失真将同时影响相邻信号，故不影响最终鉴频结果。实践表明，当延迟失真为0时，这种方法的检测性能不如普通鉴频法，但当信道有较严重延迟失真时，其检测性能优于鉴频法。（2）核心 只需证明v w w6.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 第6章 数字载波调制230Acos()tw ww

12、w将2FSK信号表示为：则角频率偏移有两种取值：010210w w w w w ww w w w w w发发送送“ ”发发送送“ ”0022000Acos()t Acos()(t)AAcos()cos2()t() 22w ww w w ww w w w w w w w w w w w w w 乘法器输出 ：1cos x cos ycos(xy)cos(xy)2cos(xy)cos x cos ysin x sin y 附附 公公 式式 ：略去倍频分量，输出：20200AVcos()2A(coscossinsin)2w w w w w ww ww ww wv与t无关，是角频偏的函数，但不是一个简

13、单的函数。第6章 数字载波调制24选择适当的，使：0cos0w w 0sin1w w 则则故有：20022002022AV(coscossinsin)2Asinsin1A2sinsin2Asinsin12A21A2w ww ww ww w ww ww w w w w ww ww ww ww ww 当当当当当当v w w得得证证第6章 数字载波调制25输出电压v与角频偏呈线性关系，实现近似线性的频幅转换特性，这正是鉴频特性所要求的。针对的两种取值，经抽样判决器可检测出“1”和“0”。当角频偏较小时， 即1ww6.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 第6章 数字载波调制26 2PS

14、K信号的解调通常都是采用相干解调。在相干解调过程中需要用到与接收的2PSK信号同频同相的相干载波。2、解调、解调6.2.3 二进制移相键控二进制移相键控不考虑噪声时，带通滤波器输出可表示为：)cos()(ncttyw)2cos(21cos21cos)cos()(ncncncttttzwww时，时，nnntx2/102/1cos21)(图图 6.2 182PSK信号的解调原理图信号的解调原理图图图 6.2 -192PSK信号相干解调各点时间波形信号相干解调各点时间波形 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 12PSK2PSK本地载波本地载波( (虚虚 线线) )定时脉冲定时脉冲判别

15、规则：正判别规则：正-“0”-“0”；负；负-“1”-“1”)(ty)(tz)(txs(t)na第6章 数字载波调制292PSK信号相干解调的过程实际上是输入已调信号与本地载波信号进行极性比较的过程，故常称为极性比较法解调。极性相同 -0极性不同 -16.2.3 二进制移相键控二进制移相键控第6章 数字载波调制30图图 6.2 202PSK信号的解调原理图信号的解调原理图带通滤波器e2PSK(t)鉴相器抽样判决器输出cosw ct定时脉冲可以将相乘器和低通滤波器用鉴相器代替。6.2.3 二进制移相键控二进制移相键控第6章 数字载波调制31 由于发送端是以某个相位为基准的，在接收端移必须有这样一

16、个固定基准的相位作参考。如果参考的同步载波相位发生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，从而使得2PSK方式在实际中很少采用。一次课6.2.3 二进制移相键控二进制移相键控第6章 数字载波调制32三、二进制相对三、二进制相对(差分差分)相位键控（相位键控（2DPSK） 在2PSK信号中，信号相位的变化是以未调正弦载波的相位作为参考，用载波相位的绝对数值表示数字信息的，所以称为绝对移相。但相干载波恢复中载波相位的180相位模糊，导致解调出的二进制基

17、带信号出现反向现象，从而难以实际应用。为了解决2PSK信号解调过程的反向工作问题，提出了二进制差分相位键控(2DPSK)。6.2.3 二进制移相键控二进制移相键控第6章 数字载波调制332DPSK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。即本码元初相与前一码元初相之差。 假设前后相邻码元的载波相位差为，可定义一种数字信息与之间的关系为：”表示数字信息“”表示数字信息“1,0, 06.2.3 二进制移相键控二进制移相键控第6章 数字载波调制34则一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的载波相位关系如下所示:二进制数字信息： 1 1 0 1 0 0 1 1 1 02DPSK信号相位

18、： 0 0 0 0 0 0或 0 0 0 0 0 由于由于初始参考相位初始参考相位有两种可能，因此有两种可能，因此2DPSK信号的波形可信号的波形可以有两种。以有两种。6.2.3 二进制移相键控二进制移相键控第6章 数字载波调制35v 与2PSK的波形不同，2DPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元的相对相位才唯一确定信息符号。v 解调2DPSK信号时，并不依赖于某一固定的载波相位参考值，只要前后码元的相对相位关系不破坏，则鉴别这个相位关系就可正确恢复数字信息。这就避免了2PSK方式中的“倒 ”现象发生。说明6.2.3 二进制移相键控二进制移相键控第6章 数字载波调制36v

19、 单从波形上看，2DPSK与2PSK是无法分辩的，比如图6-20中2DPSK也可以是另一符号序列（见图中的序列bn，称为相对码，而将原符号序列an 称为绝对码）经绝对移相而形成的。只有已知移相键控方式是绝对的还是相对的，才能正确判定原信息；相对移相信号可以看作是把数字信息序列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对移相而形成。这就为2DPSK信号的调制与解调指出了一种借助绝对移相途径实现的方法。6.2.3 二进制移相键控二进制移相键控第6章 数字载波调制37 相对相移本质上就是对差分码信号的绝对相移。那么，2DPSK信号的表达式与2PSK的形式应完全相同，所不同的只是此时式中的s(t)

20、 信号表示的是差分码数字序列。即: 2( )( )cosDPSKcsts ttw( )()nBns tb g tnT6.2.3 二进制移相键控二进制移相键控第6章 数字载波调制382、解调方法解调方法v 相干解调法（同步检测法）v 非相干解调法（差分相干解调法）6.2.3 二进制移相键控二进制移相键控(a)abcdef(b)带通滤波器e2DPSK(t)a相乘器c低通滤波器dbe抽样判决器输出cosw ct定时脉冲码反变换器f1011000图图6.224 2DPSK信号相干解调器原理、解调各点时间波形信号相干解调器原理、解调各点时间波形 nnn 1abb nb绝对码： 0 0 1 0 1 1 0

21、2DPSK判别规则：正0负-1图图 6.2 25 2DPSK信号差分相干解调器原理图和各点时间波形信号差分相干解调器原理图和各点时间波形带通滤波器a相乘器c低通滤波器dbe抽样判决器定时脉冲延迟TBDPSK信号1 0 1 1 0 0 1样值判别规则：正-“0”；负-“1”s2DPSK(t)y1(t)y2(t)z(t)x(t)定时脉冲(虚线)xna第6章 数字载波调制41差分相干接收的工作原理: 6.2.3 二进制移相键控二进制移相键控第6章 数字载波调制42判判 决决 规规 则则k k 1 cos(k -k -1)判决后的数字信号判决后的数字信号 0 0+10 0-11 0 -11 +106.

22、2.3 二进制移相键控二进制移相键控第6章 数字载波调制43v 由于差分相干解调方式在解调的同时完成了码反变换作用，故解调器中不需要码反变换器。v 差分相干解调方式不需要专门的相干载波，因此是一种非相干解调方法。 v 2DPSK系统是一种实用的数字调相系统， 但其抗加性白噪声性能比2PSK的要差。 6.2.3 二进制移相键控二进制移相键控第6章 数字载波调制44五、五、2ASK信号的功率谱密度信号的功率谱密度 22sBBBBmP (f)f P(1 P) G(f)f (1 P)G(mf )(fmf ) 0ce (t)s(t)cost w w若二进制基带信号s(t)的功率谱密度为（p95-5.2-

23、26)OOK信号s(t)代表信息的随机单极性矩形脉冲序列BaBG(f )T S ( fT ) 6.2.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK, OOK）第6章 数字载波调制45显然Ps( f )只在G（0）处有离散谱，且G（0）=TB，所以有： 2222sBB22BP (f)f P(1 P) G(f)f (1 P) G(0)(f)f P(1 P) G(f)(1 P)(f) (6.2 - 5)2bbT11Sa ( fT )(f)P442 设设6.2.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK, OOK）第6章 数字载波调制46ss(t)P(f) 离散分量告诉我们信号中离散分量告诉我们信号

24、中有无特殊频率成份；有无特殊频率成份；连续分量可以看出信号带连续分量可以看出信号带宽，第一零点宽，第一零点fb。6.2.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK, OOK）第6章 数字载波调制47图图 6.2-62ASK信号的功率谱密度示意图信号的功率谱密度示意图 -2 fb fc fb fc fc fb fc+2fbOfc-2 fbfc fbfc+2fbfc fbfcf0 dBP2ASK( f )连续谱经传号波形连续谱经传号波形线性调制后决定线性调制后决定离散谱由载波分量决定离散谱由载波分量决定OOk信号e0(t)的功率谱密度为：G(f)后-左移右移第6章 数字载波调制48 22bcBc

25、BcBcBccTsin(ff )Tsin(ff )T16(ff )T(ff )T1(ff )(ff )16 Escsc2222sccscc1P (f)P(ff ) P(ff )411fG(ff )G(ff )f G(0)(ff )(ff )1616 OOk信号e0(t)的功率谱密度为：(6.2 - 6)22bacBacBccTS(ff )TS(ff )T161(ff )(ff )16 第6章 数字载波调制49v 二进制振幅键控信号的功率谱密度由离散谱和连续谱两部分组成。v 离散谱由载波分量确定，连续谱由基带信号波形g(t)确定。v 二进制振幅键控信号的带宽B2ASK是基带信号波形带宽的两倍,

26、即B2ASK=2B=2fB。v 因为系统的传码率RB=fB(Baud)，故2ASK系统的频带利用率为BB2ASKBRf1Baud/Hz)B2f2 （6.2.1 二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK, OOK）第6章 数字载波调制50 对相位不连续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振幅键控信号的叠加，其中一个频率为f1，另一个频率为f2。因此，相位不连续的二进制移频键控信号的功率谱密度可以近似表示成两个不同载波的二进制振幅键控信号功率谱密度的叠加。 四、四、 2FSK信号的功率谱密度（略）信号的功率谱密度（略）6.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 第6章

27、数字载波调制51 相位不连续的二进制移频键控信号的时域表达式为：ttsttsteASK22112cos)(cos)()(ww根据二进制振幅键控信号的功率谱密度（6.2-6），可以得到如下所示公式：6.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK） 11222FSKscscscsc11P(f)P (ff ) P (ff )P (ff ) P (ff )44 第6章 数字载波调制5211222FSKscscscsc11P(f)P (ff ) P (ff )P (ff ) P (ff )44 2222s1BB22BP (f)f P(1 P) G(f)f (1 P) G(0)(f)f P(1 P) G(f)(1 P)(f) 1nBns (t)a g(tnT ) nn22s2B1Pba01PP (f)f P(1P) G(f)P(f) 概概率率为为为为空空号号概概率率为为为为传传号号第6章 数字载波调制53令概率P=1/2，则有22S2FSKa1Ba1B22Sa2Ba2B1122TP(f)S(ff )TS(ff )T16TS(ff )TS(ff )T161(ff )(ff )(ff )(ff )16 6.2.2 二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK