第六章正弦载波数字调制系统 6引言 数字通信系统中大多采用正弦信号作为载波,因 为正弦信号形式简单、便于产生和接收,从而构成正弦 载波数字调制系统。从原理上说,数字调制与模拟调制 没有什么区别,不过模拟调制是对载波信号的参量进行 连续调制,在接收端对载波信号的调制参量连续地进行 估值;而数字调制却是用载波信号的某些离散状态表征 所传送的信息,在接收端也只要对载波信号的离散调制 参量进行检测。和模拟调制一样,数字调制也有调幅 调频和调相三种基本形式,并可派生出多种其他形式 在二进制调制时有振幅键控(ASK— Amplitude- Shift Keying)、移频键控( FSK--Frequency- Shift Keying 和移相键控(PSK— - Phase- Shift Keying)三种基本形 式,如图6-1所示
第六章 正弦载波数字调制系统 6.1 引 言 数字通信系统中大多采用正弦信号作为载波，因 为正弦信号形式简单、便于产生和接收，从而构成正弦 载波数字调制系统。从原理上说，数字调制与模拟调制 没有什么区别，不过模拟调制是对载波信号的参量进行 连续调制，在接收端对载波信号的调制参量连续地进行 估值；而数字调制却是用载波信号的某些离散状态表征 所传送的信息，在接收端也只要对载波信号的离散调制 参量进行检测。和模拟调制一样，数字调制也有调幅、 调频和调相三种基本形式，并可派生出多种其他形式。 在二进制调制时有振幅键控（ASK——Amplitude-Shift Keying）、移频键控（FSK——Frequency-Shift Keying） 和移相键控（PSK——Phase-Shift Keying）三种基本形 式，如图6-1所示
00 S() S(1) 2ASK 2FSK 2PSK-W 图6-1正弦载波的三种键控波形 6,2二进制数字调制原理 二进制振幅键控(2ASK) 调制方法 2ASK信号可表示为: leo(0)=S()cosO.t=I2a,g(t-nTS )]cos o 式中,g(1)是持续时间为T的矩形脉冲,即:
S(t) 图 6-1 正弦载波的三种键控波形 1 0 0 1 2ASK 1 0 0 1 S(t) 2FSK 1 0 0 1 S(t) 2PSK 6.2 二进制数字调制原理 一、二进制振幅键控（2ASK） 1．调制方法 2ASK信号可表示为： 式中，g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲，即： e t s t t a g t nT t c n 0 ( ) = ( )cosc = [ n ( − s )]cos
≤T/2 g(t) 0其它t 0以概率P出现 1以概率1-P出现 产生2ASK的方法有两种,如图6-2所示 进制键控信号,若一个信号状态始终为“0”, 相当于处于断开状态,此时2ASK信号常称为通断键 控信号(OOK-On- Off Keying
产生2ASK的方法有两种，如图6-2所示。 二进制键控信号，若一个信号状态始终为“0” ， 相当于处于断开状态，此时2ASK信号常称为通断键 控信号（OOK——On-Off Keying） = t t T g t s 0 其它 1 / 2 ( ) − = 以概率 出现 以概率 出现 P P an 1 1 0
开关电路 载波 S()乘法器 eolt coact eo(t) cosa t s(t 图6-22ASK调制原理框图 解调方法 (1)包络检波法:若不计噪声影响,则解调器输入 s(1) cosa t,其包络即为s(1),经抽样、判决后将码元再 生,即可恢复数字序列{an} (2)相干解调法:相乘器输出信号为 其中,第一项是基带信号,第二项是以2o为载频的 分量,二者频谱相差甚远,经低通滤波器后即可输出 基带信号s()2,经抽样、判决后将码元再生,即可恢 复数字序列{an}
. s(t) 图 6-2 2ASK 调制原理框图 cosωc t 乘法器 载波 cosωct e0 (t) s(t) e0 (t) 开关电路 2．解调方法 （1）包络检波法：若不计噪声影响，则解调器输入 s(t)cosωc t，其包络即为s(t)，经抽样、判决后将码元再 生，即可恢复数字序列{an }。 （2）相干解调法：相乘器输出信号为 其中，第一项是基带信号，第二项是以2ωc为载频的 分量，二者频谱相差甚远，经低通滤波器后即可输出 基带信号s(t)/2，经抽样、判决后将码元再生，即可恢 复数字序列{an }
OOK信号有两种基本解调方法:非相干解调(包 络检波法)和相干解调(同步检测法),如图6-3所示 输入 带通 半波或 低通 抽样输出 滤波器」全波整流 滤波器 判决器 (a)包络检波法 定时脉冲 输入 带通 低通 抽样输出 相乘器 滤波器 滤波器 判决器 coSo t 定时脉冲 (b)相干解调法 图6-3OOK解调器原理框图
OOK信号有两种基本解调方法：非相干解调（包 络检波法）和相干解调（同步检测法），如图6-3所示。 . cosωc t (a)包络检波法 图 6-3 OOK 解调器原理框图 带通 滤波器 半波或 全波整流 定时脉冲 低通 滤波器 抽样 判决器 输入 输出 (b)相干解调法 相乘器 定时脉冲 输入 输出 带通 滤波器 低通 滤波器 抽样 判决器
1.频谱特性 若s()为0、1等概率出现的单极性矩形随机脉冲序 列,则其功率谱密度为: p()= Ts sin I(f+f)T, sin I(-fST f)7 ,[O(+f2)+(-f) 161x(f+f)r 频带宽度:B=2 2.抗噪性能 1)包络检波法接收系统的总误码率 采用包络检波法的接收系统通常工作在大信噪比 的情况下,若1、0是等概率出现的,即P(1)=P(0),则 系统总误码率为:
1．频谱特性 若s(t)为0、1等概率出现的单极性矩形随机脉冲序 列，则其功率谱密度为： 频带宽度： 2．抗噪性能 （1）包络检波法接收系统的总误码率： 采用包络检波法的接收系统通常工作在大信噪比 的情况下，若1、0是等概率出现的，即P(1)= P(0)，则 系统总误码率为： [ ( ) ( )] 16 1 ( ) sin ( ) ( ) sin ( ) 16 ( ) 2 2 c c c c s c s c s E f f f f f f T f f T f f T T f f T p f + + + − − − + + + = s B = 2 f / 4 2 1 r e P e − =
式中,匚2,为带通滤波器输出信噪比:a为解调器 输入有用信号的幅度,a为噪声的均方差 (2)同步检测法接收系统的总误码率: 在最佳门限下,同步检测法接收系统的总误码 率为: 2 er4(当r>>l时 在相同的信噪比下,OOK同步检测法的误码率 总是低于包络检波法的误码率,但相差并不太大 然而,包络检波法不需要本地载波信号,故在电路 上要比同步检测法简单
式中， ，为带通滤波器输出信噪比；a为解调器 输入有用信号的幅度，σn为噪声的均方差。 2 2 2 n a r = （2）同步检测法接收系统的总误码率： 在最佳门限下，同步检测法接收系统的总误码 率为： 在相同的信噪比下，OOK同步检测法的误码率 总是低于包络检波法的误码率，但相差并不太大。 然而，包络检波法不需要本地载波信号，故在电路 上要比同步检测法简单。 （当 1时） 1 ( / 2) 2 1 / 4 = = − e r r P erfc r r e
二进制频移键控(2FSK) 1.调制方法 2FSK信号可表示为: eo()=S,()cos(a, t+n)S2(t)cos(a t+0n) ∑a8(-m,)cos(ot+gn)+∑ang(t-m7)cos(o2t+On 式中,g()是持续时间为的矩形脉冲,即 <T/2 g() 0其它t 0以概率P出现 0以概率1-P出现 为an的反码 以概率1-P出现 以概率P出现 n、On分别是第n个码元的初相位
二、二进制频移键控（2FSK） 1．调制方法 2FSK信号可表示为： 式中，g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲，即： [ ( )]cos( ) [ ( )]cos( ) ( ) ( ) cos( ) ( ) cos( ) 1 2 0 1 1 2 1 n n n n s n n s n n a g t nT t a g t nT t e t s t t s t t = − + + − + = + + + = t t T g t s 0 其它 1 / 2 ( ) − = 以概率 出现 以概率 出现 P P an 1 1 0 为 的反码 以概率 出现 以概率 出现 n an P P a − = 1 0 1 φn、θn分别是第n个码元的初相位
生2FSK的方法有两种,如图6-4所示。 般说来,键控法得到的φ、θ,是与序列n无关 的,反映在e(1)上,仅表现为ω1与ω2改变时其相位不 是连续的;而用模拟调频法,由于当o1与ω2改变时 eo()相位是连续的,故φn、On不仅与第n个信号码元有 关,而且on与On之间也应保持一定的关系。 开关电路 s() eo(t 模拟调频器 载波 eo(t COsac s(t 图6-42FSK调制原理框图
产生2FSK的方法有两种，如图6-4所示。 一般说来，键控法得到的φn、θn是与序列n无关 的，反映在e0 (t)上，仅表现为ω1与ω2改变时其相位不 是连续的；而用模拟调频法，由于当ω1与ω2改变时 e0 (t) 相位是连续的，故φn、θn不仅与第n个信号码元有 关，而且φn与θn之间也应保持一定的关系。 s(t) 图 6-4 2FSK 调制原理框图 cosωc t 模拟调频器 ~f 1 e0 (t) s(t) 载波 e0 (t) 开关电路 ~f 2
2.解调方法 2FSK信号有两种基本解调方法:非相干解调和 相干解调,此外,还有鉴频法、过零检测法和差分 检波法,如图6-5所示 (1)包络检波法:用两个窄带分路滤波器分别滤 出频率为o1和ω2的高频脉冲,分别检出其包络,然 后同时送到抽样判决器进行比较,经抽样、判决后 将码元再生,即可恢复数字序列{an} 若o代表数字1,对应的包络检波器输出为v1() O2代表数字0,对应的包络检波器输出为v2)判决 规则是: 判为l v<1 判为0
2．解调方法 2FSK信号有两种基本解调方法：非相干解调和 相干解调，此外，还有鉴频法、过零检测法和差分 检波法，如图6-5所示。 （1）包络检波法：用两个窄带分路滤波器分别滤 出频率为ω1和ω2的高频脉冲，分别检出其包络，然 后同时送到抽样判决器进行比较，经抽样、判决后 将码元再生，即可恢复数字序列{an }。 若ω1代表数字1，对应的包络检波器输出为v1 (t) ；ω2代表数字0，对应的包络检波器输出为v2 (t)判决 规则是： 0 1 1 2 1 2 判为 判为 v v v v