1、1,第5章 數(shù)字信號的頻帶傳輸,胡玉佩,2,目標要求,一、基本要求,1、掌握數(shù)字調制的概念及目的； 2、掌握2ASK信號的調制與解調基本原理； 3、掌握2FSK信號的調制與解調基本原理； 4、掌握2PSK信號的調制與解調基本原理； 5、掌握2DPSK信號的調制與解調基本原理； 6、熟悉二進制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較； 7、了解多進制數(shù)字鍵控的調制與解調基本原理。,3,主要內容,5.1 概述 5.2 二進制振幅鍵控（2ASK） 5.3 二進制頻移鍵控（2FSK） 5.4 二進制相移鍵控（2PSK） 5.5 二進制差分相移鍵控（2DPSK） 5.6 二進制數(shù)字載波傳輸系統(tǒng)性能比較 5.7 多進制數(shù)

2、字調制系統(tǒng) 小結 思考題、習題,4,一、數(shù)字調制的定義： 1. 定義 調制：用來自信源的基帶信號去控制載波的幅度、頻率或者相位的過程，稱為調制。 調制信號：此基帶信號被稱為調制信號。 載波：是一個確知的周期性波形，一般選擇余弦波。 已調信號：經過調制之后形成的頻帶信號稱為已調信號。,5.1 概述,5,2. 組成 調制信號m(t)自信源來的基帶信號 已調信號s(t)調制后的載波稱為已調信號 調制器進行調制的部件,5.1 概述,6,二、調制的分類（按調制器的功能分）： 1. 幅度調制-ASK： 用調制信號去控制載波的振幅。 2. 頻率調制-FSK： 用調制信號去控制載波的頻率。 3. 相位調制-P

3、SK： 用調制信號去控制載波的相位。,5.1 概述,7,從原理上來說，模擬調制和數(shù)字調制是一樣 的，那么這兩者的區(qū)別是什么？ 數(shù)字調制又有什么特征呢？,5.1 概述,8,5.1 概述,三、正弦形載波表達式： 或 式中，A 振幅 (V)； f0 頻率 (Hz)； 0 = 2 f0 角頻率 (rad/s)； 為初始相位 (rad)。,9,5.1 概述,四、3種基本的調制制度： 1、振幅鍵控ASK 2、頻移鍵控FSK 3、相移鍵控PSK,10,一、基本原理 1、時域表示式： 調制信號： 則已調信號為：,5.2 二進制振幅鍵控(2ASK),11,2、調制方法 : 相乘法：直接使用相乘器 開關法：使用雙

4、向選擇開關,5.2 二進制振幅鍵控(2ASK),12,3、 解調方法 相干解調法：需要在接收端恢復出與發(fā)送端載波同頻同相的本地載波,5.2 二進制振幅鍵控(2ASK),作用是什么？如何用?,13,5.2 二進制振幅鍵控(2ASK),抽樣判決器的作用是什么？ 對接收信號先進行“抽樣”，得到在不同的時刻的一些離散的值； 按照判決準則判斷離散值是0還是1，將原來的基帶信號恢復或者再生。 2ASK抽樣判決準則如何制定？ 抽樣離散值0.5為1； 抽樣離散值0.5為0；,14,5.2 二進制振幅鍵控(2ASK),3、 解調方法： 包絡檢波法（非相干解調）:不需要恢復本地載波,15,【例5.1】：設發(fā)送的二

5、進制信息為101011001，采用2ASK方式傳輸。試畫出2ASK信號的時間波形。,5.2 二進制振幅鍵控(2ASK),返回,16,5.3 二進制頻移鍵控(2FSK),一、基本原理 1、時域表示式： 2、產生方法： 調頻法： 相位連續(xù) 開關法： 相位不連續(xù),17,5.3 二進制頻移鍵控(2FSK),如果用相乘器能不能生成2FSK信號？ 如何生成？,18,5.3 二進制頻移鍵控(2FSK),3、解調： 相干解調：,2FSK解調中的抽樣判決器的使用方法和2ASK解調中用的有什么區(qū)別？,19,5.3 二進制頻移鍵控(2FSK),2FSK抽樣判決準則如何制定？ V1-V00為1； V1-V00為0；,

6、20,3、解調： 非相干解調： （1）包絡檢波法：,5.3 二進制頻移鍵控(2FSK),21,（2）過零點檢測法,a,b,c,e,d,f,5.3 二進制頻移鍵控(2FSK),a,c,b,d,e,f,22,【例5.2】：設發(fā)送的二進制信息為101011001，采用2FSK方式傳輸。試畫出2FSK信號的時間波形。,5.3 二進制頻移鍵控(2FSK),返回,23,一、基本原理 1.表示式： 式中， 或,5.4 二進制相移鍵控(2PSK),24,2.例：波形“1 0 1” 整數(shù)個周期：圖a和c相位不連續(xù)； 多半個周期：圖b和d相位連續(xù)； 上述例子說明，相鄰碼元的相位是否連續(xù)與相鄰碼元的初始相位是否相同

7、不可混為一談。 只有當一個碼元中包含有整數(shù)個載波周期時，相鄰碼元邊界處的相位跳變才是由調制引起的相位變化。,5.4 二進制相移鍵控(2PSK),25,5.4 二進制相移鍵控(2PSK),3.產生方法 （1）相乘法： 用二進制基帶不歸零矩形脈沖信號A(t)去和載波相乘。,26,3.產生方法 （2）選擇法： 用開關電路去選擇相位相差的同頻載波。,5.4 二進制相移鍵控(2PSK),27,4.解調方法 必須采用相干解調。,5.4 二進制相移鍵控(2PSK),28,5.4 二進制相移鍵控(2PSK),2PSK抽樣判決準則如何制定？ V0為1； V0為0；,29,【例5.3】：設發(fā)送的二進制信息為111

8、010011，采用2PSK方式傳輸。 （1）試畫出2PSK信號的時間波形； （2）若采用相干解調方式進行解調，試畫出各點時間波形。,5.4 二進制相移鍵控(2PSK),30,5.4 二進制相移鍵控(2PSK),上一題，如果要實現(xiàn)正確判決，對本地載波有什么要求？ 本地載波必須和發(fā)送端使用的載波同頻同相。 否則會出現(xiàn)倒現(xiàn)象。,31,5.4 二進制相移鍵控(2PSK),什么是倒現(xiàn)象？ 由于BPSK信號實際上是以一個固定初相的未調載波為參考的，因此，解調時必須有與此同頻同相的本地載波。如果本地載波的相位發(fā)生變化，如0相位變?yōu)橄辔换蛳辔蛔優(yōu)?相位，則恢復的數(shù)字信息就會發(fā)生“0”變“1”或“1”變“0”，

9、從而造成錯誤的恢復。這種因為本地參考載波倒相，而在接收端發(fā)生錯誤恢復的現(xiàn)象稱為“倒”現(xiàn)象或“反向工作”現(xiàn)象。 倒現(xiàn)象如何解決？ 2DPSK方式是利用前后相鄰碼元的相對載波相位值去表示數(shù)字信息的一種方式。即用前后兩個碼元之間相差來表示碼元的值“0”和“1”。例如，假設相差值“”表示符號“1”，相差為“0”表示符號“0”。,32,一、基本原理 2DPSK-相對相移鍵控 2PSK-絕對相移鍵控 1.表示式 設為當前碼元和前一碼元的相位之差： 則，信號可以表示為 式中，02f0為載波的角頻率； 為前一碼元的相位。,5.5 二進制差分相移鍵控(2DPSK),33,2.直接法產生2DPSK信號 可以看出：

10、初相不同，相同的基帶碼元序列的相位 也可不同，即，碼元的相位并不直接代表基帶信號； 相鄰碼元的相位差才代表基帶信號。,5.5 二進制差分相移鍵控(2DPSK),34,【例5.4】：設發(fā)送的二進制信息為101011001，采用2DPSK方式傳輸。試畫出2DPSK信號的時間波形。,5.5 二進制差分相移鍵控(2DPSK),返回,35,3.間接法產生2DPSK信號 若將待發(fā)送的序列A，先進行差分編碼變成序列B，再用B對載波進行2PSK調制，結果和用A直接進行2DPSK調制一樣: 基帶序列： A = 1 1 1 0 0 1 1 0 1（絕對碼） 變換后序列：B = (0)1 0 1 1 1 0 1 1

11、 0（相對碼） 2PSK調制后的相位: (0) 0 0 0 變換規(guī)律： 絕對碼元“1” 使相對碼元改變； 絕對碼元“0” 使相對碼元不變。,5.5 二進制差分相移鍵控基本原理,36,變換方法：用一個雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 間接法2DPSK信號調制器原理方框圖,5.5 二進制差分相移鍵控(2DPSK),37,【例5.5】：設發(fā)送的二進制信息為101011001，采用2DPSK方式傳輸。試畫出2DPSK信號的時間波形。,5.5 二進制差分相移鍵控(2DPSK),返回,38,4.2DPSK信號的解調 （1）相位比較法： 缺點：對于延遲單元的延時精度要求很高，較難作到。,5.5 二進制差分相移鍵控(2DPSK)

12、,39,5.5 二進制差分相移鍵控(2DPSK),（2）相干解調法： 先把接收信號當作絕對相移信號進行相干解調，解調后是相對碼，再將此相對碼作逆碼變換，還原成絕對碼。,40,逆碼變換器,5.5 二進制差分相移鍵控(2DPSK),41,5.6 二進制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較,1.誤碼率曲線,42,誤碼率公式,5.6 二進制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較,43,1. 多進制振幅鍵控(MASK) 多電平單極性不歸零信號 MASK信號 （圖a 圖b） 多電平雙極性不歸零信號 抑制載波MASK信號 （圖c 圖d） 圖示為4ASK信號： 每碼元含2比特,5.7 多進制數(shù)字鍵控,44,2. 多進制頻移鍵控(MFS

13、K) 基本原理 MFSK的碼元采用M個不同頻率的載波。,5.7 多進制數(shù)字鍵控,45,3. 多進制頻移鍵控(MPSK) 基本原理 MPSK的碼元采用M個不同相位的載波。,5.7 多進制數(shù)字鍵控,46,正交相移鍵控(QPSK) （1）相位配置規(guī)則：A和B兩種方式,5.7 多進制數(shù)字鍵控,47,正交相移鍵控(QPSK) （2）碼元與相位對應規(guī)則,5.7 多進制數(shù)字鍵控,48,（3）產生方法 第一種方法：相乘法 二進制碼元“1” 雙極性脈沖“+1” 二進制碼元“0” 雙極性脈沖“-1” 對應A相位配置方式,5.7 多進制數(shù)字鍵控,49,5.7 多進制數(shù)字鍵控,50,第二種方法：選擇法,5.7 多進制

14、數(shù)字鍵控,51,（4）解調方法 相干解調,5.7 多進制數(shù)字鍵控,52,基本原理 以4進制DPSK(QDPSK )信號為例 表中k是相對于前一相鄰碼元的相位變化,5.7 多進制數(shù)字鍵控,53,產生方法 相乘的信號應該是不歸零二進制雙極性矩形脈沖“+1”和“-1”， 對應關系是： 二進制碼元“0” “1” 二進制碼元“1” “1”,A方式編碼,5.7 多進制數(shù)字鍵控,54,QDPSK碼變換關系:,55,5.7 多進制數(shù)字鍵控,4. 振幅相位聯(lián)合鍵控(APK) APK信號的振幅和相位獨立地同時受到調制 ： 式中，k = 整數(shù)；Ak和k分別可以取多個離散值。 上式可以展開為 令 Xk = Akcosk Yk = -Aksink 從上式看出，sk(t)可以看作是兩個正交的振幅鍵控信號之和,代入上式，得到,56,若k值取0和90，Ak值取+A和-A，則 APK信號 QPSK信號 4QAM信號,5.7 多進制數(shù)字鍵控,57,MQAM 又稱星座調制,5.7 多進制數(shù)字鍵控,58,16QAM信號的產生方法 正交調幅法 復合相移法,5.7 多進制數(shù)字鍵控,59,目標要求,重點、難點,1、重