数字频带传输系统1

《数字频带传输系统1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字频带传输系统1（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、17.1二进制数字调制与解调原理二进制数字调制与解调原理7.2二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能 7.3二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较 7.4多进制数字调制系统多进制数字调制系统第第 7 章数字频带传输系统章数字频带传输系统 返回主目录2第第7章数字频带传输系统 章数字频带传输系统 7.1二进制数字调制与解调原理 二进制数字调制与解调原理 7.1.1二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK） 振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键 控。 设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0

2、符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立。该二进制符号序列可表示为3s(t)= )(S nnnTtga其中: an= 0, 发送概率为P 1, 发送概率为1-P Ts是二进制基带信号时间间隔，g(t)是持续时间为Ts的 矩形脉冲:g(t)=10 其他0stT 4则二进制振幅键控信号可表示为e2ASK(t)=twnTtgacS nncos)( 二进制振幅键控信号时间波型如图 7 - 2 所示。 由图 7 - 2 可以看出，2ASK信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号s(t)通断变化，所以又称为通断键控信号（OOK信号）。 二进制振幅键控信号的产生方法如图 7 - 3 所示，

3、图(a)是采用模拟相乘的方法实现， 图(b)是采用数字键控的方法实现。由图 7 - 2 可以看出，2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似。所以，对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)，其相应原理方框图如图7 -2 4 所示。2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图 7 - 5 所示。5图 7 2 二进制振幅键控信号时间波型载波信号2ASK信号s(t)1011Tb001ttt6图 7-3 二进制振幅键控信号调制器原理框图乘法器coscte2ASK(t)(a)cosct开关电路s(t)e2ASK(t)(b)s(t)7图 7 4 二进制振幅键控信号解调器原理框图e2

4、ASK(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(a)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cosct(b)8图 7 - 5 2ASK信号非相干解调过程的时间波形11100000101abcd97.1.2二进制移频键控（二进制移频键控（2FSK） 在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号（2FSK信号）。二进制移频键控信号的时间波形如图7 - 6 所示，图中波形g可分解为波形e和波形f，即二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。若二进

5、制基带信号的1符号对应于载波频率f1，0符号对应于载波频率f2，则二进制移频键控信号的时域表达式为e2FSK(t)= )cos()()cos()(21n nSnnS nntwnTtgbtwTntga10图 7- 6 二进制移频键控信号的时间波形aak1011001ts(t)ts(t)bttcdettfgt2FSK信号11an= 0, 发送概率为P 1, 发送概率为1-P (7.1 - 6) bn= 0, 发送概率为1-P 1, 发送概率为P由图 7 - 6 可看出，bn是an的反码，即若an=1，则bn=0，若an=0，则bn=1。n和n分别代表第n个信号码元的初始相位。在二进制移频键控信号中

6、，n和n不携带信息，通常可令n和n为零。因此，二进制移频键控信号的时域表达 式可简化为12e2FSK(t)=twnTtgatwnTtgaS nnS nn21cos)(cos)(二进制移频键控信号的产生，可以采用模拟调频电路来 实现，也可以采用数字键控的方法来实现。 图 7 - 7 是数字键 控法实现二进制移频键控信号的原理图, 图中两个振荡器的输 出载波受输入的二进制基带信号控制，在一个码元Ts期间输 出f1或f2两个载波之一。 二进制移频键控信号的解调方法很多，有模拟鉴频法和 数字检测法，有非相干解调方法也有相干解调方法。 采用非 相干解调和相干解调两种方法的原理图如图7 - 8 所示。 其

7、解 调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅 键控信号，分别进行解调，通过对上下两路的抽样值进行比 较最终判决出输出信号。非相干解调过程的时间波形如图 7 - 9 所示。13图 7 7 数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图振荡器1 f1选通开关反相器基带信 号选通开关振荡器2 f2相加器e2FSK(t)14图 7 8 二进制移频键控信号解调器原理图 (a) 非相干解调; (b) 相干解调e2FSK(t)带通滤波器 1包络 检波器抽样 判决器输出定时脉冲带通滤波器包络 检波器(a)e2FSK(t)带通滤波器 1低 通 滤波器抽样 判决器输出定时脉冲带通滤波器 低通 滤波器相乘器相

8、乘器cos1tcos2t(b)15111000001012FSK信号图 7-9 2FSK非相干解调过程的时间波形16过零检测法解调器的原理图和各点时间波形如图 7 - 10 所示。其基本原理是，二进制移频键控信号的过零点数随载 波频率不同而异，通过检测过零点数从而得到频率的变化。在图 7 - 10 中，输入信号经过限幅后产生矩形波，经微分、整流、波形整形，形成与频率变化相关的矩形脉冲波，经低通滤波器滤除高次谐波，便恢复出与原数字信号对应的基带 数字信号。 17图 7 10 过零检测法原理图和各点时间波形限幅e2FSK(t)ab 微分c 整流d脉冲形 成低通ef输出(a)abcde187.1.3

9、二进制移相键控（二进制移相键控（2PSK） 在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字 基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。 通常用已调信号载波的 0和 180分别表示二进制数字基带 信号的 1 和 0。 二进制移相键控信号的时域表达式为e2PSK(t)= g(t-nTs)cosct(7.1 - 9)其中, an与2ASK和2FSK时的不同，在2PSK调制中，an应选择双极性，即an= nna1, 发送概率为P -1, 发送概率为1-P 19若g(t)是脉宽为Ts, 高度为1的矩形脉冲时，则有e2PSK(t)= cosct, 发送概率为P -cosct, 发送概率为

10、1-P由式(7.1 - 11)可看出，当发送二进制符号1时，已调信号 e2PSK(t)取0相位，发送二进制符号0时，e2PSK(t)取180相 位。若用n表示第n个符号的绝对相位，则有n= 0, 发送 1 符号 180, 发送 0 符号这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的 调制方式，称为二进制绝对移相方式。二进制移相键控信号 的典型时间波形如图 7 - 11 所示。20图 7 11 二进制移相键控信号的时间波形AATstO21二进制移相键控信号的调制原理图如图 7 - 12 所示。 其 中图(a)是采用模拟调制的方法产生2PSK信号，图(b)是采用数 字键控的方法产生2PSK信号。

11、2PSK信号的解调通常都是采用相干解调， 解调器原理图 如图 7 - 13 所示。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，有关相干载波的恢复问题将在第 11 章同步原理中介绍。2PSK信号相干解调各点时间波形如图 7 - 14 所示。 当恢 复的相干载波产生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。 22图 7- 12 2PSK信号的调制原理图s(t)码型变换双极性不归 零 乘法器e2PSK(t)cosct (a)cosct0开关电路e2PSK(t)180移相s(t)(b)23图 7 - 13 2PSK信号的

12、解调原理图带通 滤波器e2PSK(t)a相乘器c低通 滤波器dbe抽样 判决器输出 cosct定时脉冲24图 7 -14 2PSK信号相干解调各点时间波形10a110100bcde25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，所以2PSK信号的相干解调存在随机的“倒”现象，从而使得2PSK方式在实际中很少采用。 267.1.4二进制差分相位键控（二进制差分相位键控（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。由图 7 - 14 所示2PSK信号的解调波形可

13、以看 出， 由于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)。 2DPSK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。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27= 0, 表示数字信息“0” , 表示数字信息“1”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：00 000 0 规则：或00 0 0 0bn=an

14、 模二加 bn-1 数字信息与之间的关系也可以定义为= 0, 表示数字信息“1” , 表示数字信息“0”282DPSK 信号调制过程波形如图 7 - 15 所示。 可以看出， 2DPSK信号的实现方法可以采用：首先对二进制数字基带信号进行差分编码，将绝对码表示二进制信息变换为用相对码表示 二进制信息，然后再进行绝对调相，从而产生二进制差分相位 键控信号。 2DPSK信号调制器原理图如图 7 - 16 所示2DPSK信号可以采用相干解调方式(极性比较法)， 解调器 原理图和解调过程各点时间波形如图 7 - 17 所示。其解调原理 是：对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反 变换器

15、变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。 在 解调过程中，若相干载波产生180相位模糊， 解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不 会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊度的问题。 。29图 7 - 15 2DPSK信号调制过程波形图绝对码相对码载波DPSK信号1011001030图 7 - 16 2DPSK 信号调制器原理图cosct0开关电路e2DPSK(t)180移相s(t)码变换31图 7 -17 2DPSK 信号相干解调器原理图和解调过程各点时间波形(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 cosct定时脉冲码反 变换器f1011000322DPSK信号也可以采用差分相干解调方式(相位比较法)， 解调器原理图和解调过程各点时间波形如图 7 - 18 所示。 其解调原理是直接比较前后码元的相位差，从而恢复发送的二进制数