第七章 数字调制技术 7.1 概述 7.2 二进制数字调制 7.3 多进制调制系统 7.4 改进型数字调制技术 7.5 键控信号的等效基带法

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1 第七章 数字调制技术 7.1 概述 7.2 二进制数字调制 7.3 多进制调制系统 7.4 改进型数字调制技术 7.5 键控信号的等效基带法
第七章 数字调制技术 7.1 概述 7.2 二进制数字调制 7.3 多进制调制系统 7.4 改进型数字调制技术 7.5 键控信号的等效基带法 7.6 数字调制技术在通信系统中的应用

2 本章教学基本要求： 掌握： 1、二进制数字调制基本原理 2、几种调制方式的特点、性能对比
3、会画2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号波形图 理解： 多进制数字调制的几种方式

3 7.1 概述 对于大多数的数字传输系统来说，由于数 字基带信号往往具有丰富的低频成分，而实际 的通信信道又具有带通特性，有不少信道都不
7.1 概述 对于大多数的数字传输系统来说，由于数 字基带信号往往具有丰富的低频成分，而实际 的通信信道又具有带通特性，有不少信道都不 能直接传送基带信号，而必须用基带信号来控 制高频载波的某些参量，这种把基带数字信号 变换为频带数字信号的过程称为数字调制，反 之，称为数字解调。我们把数字调制与解调合 起来称为数字调制，把包括调制和解调过程的 传输系统叫做数字信号的频带传输系统或数字 调制系统。

4 数字调制可分为二进制调制和多进制调制。在二进制
时有振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、移相键控 （PSK）调制方式。 键控：即数字调制，把数字信息码元的脉冲序列看作“电键”对载波的参数进行控制的意思。 线性调制：已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结 构相同，仅只是频率位置的搬移。 非线性调制：已调信号的频谱结构与基带信号的频谱 结构不同。 相干解调：由接收信号与本地参考载波信号的互相关 运算完成。 非相干解调：一般指的是包络检波解调。

5 7.2 二进制数字调制 7.2.1 二进制振幅键控（2ASK） 用二进制的数字信号去调制等幅的载波。即传“1”
7.2 二进制数字调制 二进制振幅键控（2ASK） 用二进制的数字信号去调制等幅的载波。即传“1” 信号时，发送载波，传“0”信号时，送0电平。 2ASK是用“0”，“1”码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。

6 假设0符号出现的概率为P，1符号出现的概率为1-P。
2ASK信号的时域表达式，式（7-1）。 用模拟相乘法来产生2ASK信号，图7-3。 功率谱密度函数，式（7-5）。 2ASK信号的功率谱，图7-2。 2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。 连续谱取决于s(t)经线性调制后的双边带谱。离散谱 由载波分量决定。（注：s(t)是考虑的单极性脉冲随 机序列）。 2ASK信号的频带宽度是基带脉冲带宽的两倍。这 与模拟AM、DSB一样。 B2ASK=2Bb

7 二进制振幅键控的解调：图7-4 1、非相干解调（包络检波）； 2、相干解调。 7.2.2 2ASK信号的抗噪声性能 1、非相干解调：
率为 式（7-18）。

8 2FSK是用两个不同频率的载波来传送二元数字信号。
2、相干解调 考虑大信噪比及最佳判决门限，最佳判决门限为 A/2，2ASK信号的误码率为 式（7-32）。 二进制频率键控（2FSK） 　 2FSK是用两个不同频率的载波来传送二元数字信号。 传“1”信号时，发送频率为f1的载波; 传“0”信号时，发送频率为f2的载波。 2FSK已调信号的时域表达式，式（7-33）。 可见，2FSK信号由两个2ASK信号相加构成。 2FSK信号的时间波形，图7-7。 2FSK已调信号的频率带宽，式（7-34） 2FSK信号的功率谱，图7-8

9 2FSK信号的功率谱是两个ASK信号功率谱之和，即式
（7-35）。由连续谱和离散谱组成 。 2FSK信号的解调： 1、非相干方式 ，图7-10（a) 2、相干方式，图7-10（b)

10 二进制移相键控（2PSK）方式是受键控的载波相 位按基带脉冲而改变的一种数字调制方式。 传“1”信号时，发起始相位为π的载波；传“0”信号
3、过零检测法：图7-11 FSK信号的抗噪声性能 1、相干解调的FSK系统 图7-12 大信噪比情况，误码率为式（7-44）。 1、非相干解调FSK系统 误码率为式（7-49）。 二进制相位健控（2PSK） 二进制移相键控（2PSK）方式是受键控的载波相 位按基带脉冲而改变的一种数字调制方式。 传“1”信号时，发起始相位为π的载波；传“0”信号 时，发起始相位为0的载波。 (或取相反的形式) 。

11 二进制移相键控（2PSK）的时域表达式，式（7-50）。
时域波形为图7-13。 图 PSK调制 图 PSK相干解调 2PSK信号只能采用相干接收，而且在相干接收时 由于本地载波的载波相位是不确定的，因此，解调后所 得的数字信号的符号也容易发生颠倒，会出现“倒π现 象”，这种现象称为相位模糊，因此这种方式在实际中 已很少采用。 解决办法：在实际应用中使用较多的是相 对(差分)相移键控(2DPSK)。

12 7.2.6 二进制差分相位健控（2DPSK） 传“0”信号时，载波的起始相位与前一码元载波的
起始相位相同（即Δφ＝0）； 传“1”信号时，载波的 起始相位与前一码元载波的起始相位相差π（即Δφ ＝π）。 故一定要有参考相位。 图 DPSK调制器

13 2DPSK信号的解调： 1、2DPSK信号的相干解调 图7-18 2、 2DPSK信号的差分相干解调 图7-19 由于二进制相移键控系统在抗噪声性能及信道利 用率等方面比二进制频移键控及二进制振幅键控优越， 因而被广泛应用于数字通信中。

14 7.2.7 2PSK及2DPSK系统的抗噪声性能 7.2.8 二进制数字调制的性能比较 2PSK系统的误码率为，式（7-58）
二进制数字调制的性能比较

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17 7.3 多进制调制系统 制载波的振幅、频率或相位。相应地有多进制数字振 幅调制、多进制数字频率调制、多进制数字相位调制
7.3 多进制调制系统 多进制数字调制是利用多进制数字基带信号去调 制载波的振幅、频率或相位。相应地有多进制数字振 幅调制、多进制数字频率调制、多进制数字相位调制 三种基本方式。与二进制相比，多进制数字调制系统 有以下特点：（1）在相同的码元传输速率下，多进制 数字调制系统的信息速率是二进制系统Log2L。（2） 在相同的信息速率下，多进制数字调制系统的码元传 输速率比二进制系统的低。（3）在相同的噪声下，多 进制系统的抗噪声性能低于二进制系统。

18 7.3.1 多进制振幅调制（MASK）和多进制频率调制（MFSK）
(以四进制为例) 传“0”信号时，发0电平； 传“1”信号时，发幅度为1的载波； 传“2”信号时，发幅度为2的载波； 传“3”信号时，发幅度为3的载波。 MASK信号，式（7-72）。 误码率公式，式（7-74）。 ∵ MASK信号可以分解成若干个2ASK信号相加 ，∴其带宽与 2ASK信号的带宽相同 。

19 2、多进制频率调制（MASK） (以4FSK为例) 传“0”信号(或00)时，发送频率为f1的载波； 传“1”信号(或10)时，发送频率为f2的载波； 传“2”信号(或11)时，发送频率为f3的载波； 传“3”信号(或01)时，发送频率为f4的载波。 MFSK信号，式（7-75）。 MFSK信号的带宽，式（7-77）。 MFSK信号的误码率，式（7-78）。

20 当传双比特码元00时，发送起始相位为0的载波； 当传双比特码元10时，发送起始相位为π/2的载波；
多进制相位调制（MPSK） 多进制相位调制又称多相制，它是利用载波的多 种不同相位来表征数字信息的调制方式。 1、QPSK和QDPSK调制 当传双比特码元00时，发送起始相位为0的载波； 当传双比特码元10时，发送起始相位为π/2的载波； 当传双比特码元11时，发送起始相位为π的载波； 当传双比特码元01时，发送起始相位为3π/2的载波。 按这种定义方式定义的4PSK系统称π/2系统(也 称A方式)。 2、QPSK解调 图7-26

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22 7.4 改进型数字调制技术

23 7.5 键控信号的等效基带法

24 7.6 数字调制技术在通信系统中的应用