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1、第第5章章 频带传输及调制技术频带传输及调制技术5.2 5.2 二进制频率键控调制（二进制频率键控调制（2FSK2FSK） 5.2.1 2FSK5.2.1 2FSK信号的产生信号的产生 5.2.2 2FSK5.2.2 2FSK信号的解调信号的解调 5.2.3 2FSK5.2.3 2FSK所需带宽所需带宽 5.3 5.3 数字相位调制数字相位调制 5.3.1 5.3.1 二相绝对移相调制（二相绝对移相调制（2PSK2PSK） 5.3.2 5.3.2 二相相对移相调制（二相相对移相调制（2DPSK2DPSK）5.2 5.2 二进制频率键控调制（二进制频率键控调制（2FSK2FSK） 5.2.1 2
2、FSK5.2.1 2FSK信号的产生信号的产生 5.2.2 2FSK5.2.2 2FSK信号的解调信号的解调 5.2.3 2FSK5.2.3 2FSK所需带宽所需带宽 5.2.1 2FSK5.2.1 2FSK信号的产生信号的产生用数字基带信号去控制正弦载波的频率，使载波用数字基带信号去控制正弦载波的频率，使载波信号的频率随基带信号的变化而变化，而载波振信号的频率随基带信号的变化而变化，而载波振幅保持不变。幅保持不变。调制方法：直接法和间接法。调制方法：直接法和间接法。1.直接法直接法直接调频法是产生直接调频法是产生2FSK2FSK信号最简单的一种方法，它信号最简单的一种方法，它用数字基带信号直
3、接控制振荡电路的参数（用数字基带信号直接控制振荡电路的参数（L L或或C C的值）变化以达到改变频率的目的的值）变化以达到改变频率的目的 。直接调制数学表达式：直接调制数学表达式： 式中：式中：A为载波振幅，为载波振幅， 0是未调载波频率是未调载波频率 0为载波初相位为载波初相位 为频率偏移为频率偏移 基带信号为基带信号为 当an=1时，VD1、VD2截止，振荡频率由L和C决定；当an=1时，等效电路；当an=0时，VD1、VD2导通，频率由L、C、C1决定。 波形图波形图2. 频率选择法频率选择法原理：原理：用基带信号去控制开关电路的变换以达到输出频率变化的目的。适用于数字电路 。实现电路。
4、实现电路。 w1m(t)w2波形图波形图数学表达式数学表达式频率选择法：频率选择法：原理图如下：原理图如下：频率选择法是用数字矩形脉冲（基带信频率选择法是用数字矩形脉冲（基带信号）控制电子开关在两个振荡器进行转号）控制电子开关在两个振荡器进行转换。从而输出不同频率的信号的方法换。从而输出不同频率的信号的方法。5.2.2 2AFK信号的解调信号的解调1. 相干解调相干解调2.非相干解调非相干解调1.相干解调法相干解调法相干解调法相干解调法（1）先S（t)用两个中心频率分别为1和2的带通滤波器把代表“1”和“0”的振荡分离出来，形成两个不同频率的2ASK信号。（2）再通过同步检波器，经抽样判决电路
5、比较两路输出、的大小，最终决定输出是1还是0。若x(t)y(t)，输出0； x(t) y(t)，输出1。 2.非相干解调非相干解调抗干扰性不强，但无需本地相干载波，实抗干扰性不强，但无需本地相干载波，实现起来比较容易。现起来比较容易。分路滤波解调法：用多路检波器代替分路滤波解调法：用多路检波器代替鉴频器法鉴频器法过零检测法过零检测法差分检测法差分检测法最佳非相干解调法最佳非相干解调法BPF抽样判决器包络检波器抽样脉冲抽样脉冲输入已调信号输入已调信号输出基带信号输出基带信号BPF包络检波器w2w1V1(t)V2(t)两个中心频率分别为f1和f2的窄带滤波器的作用是取出频率为f1或f2的高频信号判
6、决的准则是当抽样值满足v1V2时判为f1频率代表的数字基带信号，当v1v2时判为f2频率代表的数字基带信号包络检波器将各自的包络取出至抽样判决器，抽样判决在抽样脉冲到达时对包络的取值进行判决，BPF抽样判决器包络检波器抽样脉冲抽样脉冲输入已调信号输入已调信号输出基带信号输出基带信号BPF包络检波器w2w1(1) (1) 分路滤波解调法分路滤波解调法(2)最佳非相干解调法最佳非相干解调法 当已调信号中的两个载频的频差较小时，即时，分路滤波解调法中的带通滤波器不能很好的将信号分离，这时可采用最佳非相干解调法. 与分路滤波法相比，最佳非相干解调法将带通滤波器与分路滤波法相比，最佳非相干解调法将带通滤
7、波器换成了匹配滤波器，使它对换成了匹配滤波器，使它对2FSK信号有良好的分路特信号有良好的分路特性，以消除两个支路之间的相互干扰。性，以消除两个支路之间的相互干扰。( (动态滤波器）动态滤波器） 动态滤波器，当输入信号频率与某一路滤波动态滤波器，当输入信号频率与某一路滤波器频率相同时，在码元终止时刻，该路滤波器频率相同时，在码元终止时刻，该路滤波器的输出信号包络将达到最大值，而另一路器的输出信号包络将达到最大值，而另一路滤波器的输出信号包络为零。滤波器的输出信号包络为零。 (3) 鉴频器法鉴频器法( (不讲不讲) )鉴频器的作用就是把输入信号的频率变化变换成输出电压瞬时幅度的变化，即鉴频器输出
8、电压的瞬时幅度与输入已调波的瞬时频率偏移成正比。鉴频器可由一个带微分器的包络检波器组成。（参看补充教材P90） (4) (4) 过零检测法过零检测法过零检测法是根据2FSK信号的过零点数随载频不同而变化，通过检测2FSK信号的过零点数目来实现解调的方法。 5.2.3 2FSK5.2.3 2FSK所需带宽所需带宽 可可以以把把他他们们当当成成同同时时存存在在的的两两个个频频率率来来研研究究。此此时时可可以以把把FSKFSK的的频频谱谱当当成成中中心心频频率率分分别别为为f fc0c0和和f fc1c1的的两两个个ASKASK频频谱谱的的组组合合。FSKFSK所所要要求求的的带带宽宽等等于于信信号
9、号波波特特率率加加上上频频移移值值（两个载波频率的差值），即（两个载波频率的差值），即BW=BW=（f fc1c1-f-fc0c0）+ +N Nbaudbaud 式式中中，f fc1c1较较高高的的载载波波频频率率，f fc0c0较较低低的的载载波波频频率。率。N Nbaudbaud波特率。波特率。FSKFSK中波特率和带宽的关系如图中波特率和带宽的关系如图所示。所示。例例5 52 2一相位不连续的一相位不连续的2FSK2FSK信号，发信号，发“1”“1”码时信号为码时信号为A Acos(2 000cos(2 000t+1) )，发，发“0”“0”码时信号为码时信号为A Acos(8 000
10、cos(8 000 t+2) )，码元速率为，码元速率为600 Baud600 Baud，则系，则系统的频带宽度为多少？传输模式为全统的频带宽度为多少？传输模式为全双工方式。双工方式。解解：根根据据正正弦弦波波角角频频率率与与频频率率之之间间的的关关系系，=2f,=2f,所所 以以 两两 个个 信信 号号 的的 频频 率率 分分 别别 为为1000Hz1000Hz和和4000Hz4000Hz。而而波波特特率率等等于于比比特特速速率率（即码元速率），所以波特率为（即码元速率），所以波特率为600600波特。波特。根据公式根据公式(5.24)(5.24)可知系统的带宽为可知系统的带宽为BW=BW=
11、（ f fc1c1- - f fc0c0） + +N Nbaudbaud= =（ 4000-4000-10001000）+600=3600Hz+600=3600Hz。由由于于系系统统采采用用的的是是全全双双工工模模式式，所所以以，传传输介质的带宽应为输介质的带宽应为7200Hz7200Hz。5.3 数字相位调制数字相位调制用数字基带信号去控制正弦载波的相位，用数字基带信号去控制正弦载波的相位，使载波信号的相位随基带信号的变化而变使载波信号的相位随基带信号的变化而变化，分为：化，分为： 绝对相位调制(PSK,Phase shift keying)相对相位调制(D PSK,Differetial
12、Phase shift keying)5.3 5.3 数字相位调制数字相位调制 5.3.1 5.3.1 二相绝对移相调制（二相绝对移相调制（2PSK2PSK） 5.3.2 5.3.2 二相相对移相调制（二相相对移相调制（2DPSK2DPSK）5.3.1 5.3.1 二相绝对移相调制二相绝对移相调制（2PSK2PSK）二进制二进制/二相绝对移相调制，用载波相位的二相绝对移相调制，用载波相位的不同值表示不同的数字信号，如不同值表示不同的数字信号，如0相位表示相位表示1，相位表示相位表示0，它们相位差为，它们相位差为 ，固定，固定参考相位为参考相位为0o所以称为绝对移相所以称为绝对移相. 1. 2P
13、SK信号信号 2. 2PSK信号的产生 3. 2PSK信号的解调信号的解调 所需带宽所需带宽 1. 2PSK信号信号1. 2PSK信号信号波形图波形图矢量图：矢量图： 参考相位参考相位 0 表达式2PSK信号信号2PSK信号的产生：信号的产生：调相法：调相法：相位选择法：相位选择法：m(t) 码变换2PSKcos(w0t)单极性双极性调相法调相法2. 2PSK信号的产生信号的产生正极性时载波相正极性时载波相位不变，负极性位不变，负极性时载波相位相反时载波相位相反w0t倒相器m(t)0o相位选择法相位选择法2PSK信号的产生信号的产生w0t倒相器m(t)0o相位选择法相位选择法2PSK信号的解调
14、：信号的解调：相干解调法：3. 2PSK信号的解调信号的解调BPF乘法器乘法器抽样判决器LPF定时抽样定时抽样2PSK信号信号基带信号基带信号相干波发生器相干波发生器acbdfecos(w0t)2PSK信号信号BPF乘法器乘法器抽样判决器LPF定时抽样定时抽样基带基带信号信号相干波发生器相干波发生器acbdfe11010010cos(w0t)相干解调法缺点：相位模糊。相位模糊。2PSK信号的解调关键是要产信号的解调关键是要产生相干载波，由于产生生相干载波，由于产生相干载波的相位具相干载波的相位具有不确定性有不确定性(由载波提取电路本身引起的由载波提取电路本身引起的），即可能出现即可能出现0或或
15、两种相位状态（两种相位状态（当本地当本地载波与发端载波同频反相时，相干解调会载波与发端载波同频反相时，相干解调会将将“1”判成判成“0”， “0”判成判成“1”） ，导致被接受的信号有可能检测出极性完，导致被接受的信号有可能检测出极性完全相反的两种基带脉冲序列全相反的两种基带脉冲序列相对相移键相对相移键控控3. 2PSK信号的解调信号的解调2PSK信号的解调(a) 方框图；(b)反向工作波形图； (c)正常工作波形图 BPTLPT4. PSK4. PSK所需带宽所需带宽PSKPSK所需最小带宽的计算与所需最小带宽的计算与ASKASK所需最小带所需最小带宽的计算的原理相同，宽的计算的原理相同，P
16、SKPSK所需带宽的图形所需带宽的图形与与图图相同。相同。但是，正如我们所了解的，在但是，正如我们所了解的，在PSKPSK调制传输调制传输系统中的最大比特率要比系统中的最大比特率要比ASKASK大得多。因此，大得多。因此，尽管在相同的带宽下尽管在相同的带宽下ASKASK与与PSKPSK的最大波特的最大波特率相同，但率相同，但PSKPSK的比特率却可以是的比特率却可以是ASKASK的两的两倍或更多。倍或更多。例例5 53 3 设某传输系统的带宽为设某传输系统的带宽为4000Hz4000Hz，分别求出，分别求出2PSK2PSK、4PSK4PSK和和8PSK8PSK的波特的波特率和比特率。设数据采用
17、半双工传送率和比特率。设数据采用半双工传送方式。方式。解解：在在2PSK2PSK系系统统中中，其其波波特特率率就就等等于于系系统统的的带带宽宽，因因此此可可知知，2PSK2PSK的的波波特特率率为为40004000。它的比特率也为它的比特率也为4000bps4000bps。在在4PSK4PSK和和8PSK8PSK系系统统中中，他他们们的的波波特特率率不不变变，均均为为40004000，但但比比特特率率却却是是2PSK2PSK的的2 2倍倍和和3 3倍倍，分别为分别为8000bps8000bps和和12 000bps.12 000bps.5.3.2 5.3.2 二相相对移相调制（二相相对移相调制
18、（2DPSK2DPSK）二相相对移相调制，参考相位是前一个相二相相对移相调制，参考相位是前一个相邻码元的相位，不再是固定的载波邻码元的相位，不再是固定的载波0相位相位. 信号产生 信号解调an平衡调相法平衡调相法 码变换2DPSK 2PSK调制绝对码绝对码相对码相对码1. 2DPSK1. 2DPSK信号产生信号产生既差分码：用比特开始时刻电平的跳变来表示“1”每个脉冲只决定于它所代表的码元的值，前后脉冲之间互不相关。信号波形：2DPSK信号调制过程波形图绝对码相对码载波DPSK信号101100100解调解调极性比较法极性比较法相位比较法（差分相干解调法）相位比较法（差分相干解调法） ：直接进行
19、直接进行前后码元的相位比较。前后码元的相位比较。2PSK信号信号相干解调相干解调码变换码变换m(t)2DPSKLPF抽样判决器抽样判决器m(t)2DPSK延迟延迟Tsy1(t)y2(t)z(t)x(t)2. 2DPSK2. 2DPSK信号解调信号解调相对码绝对码t10110ant2DPSK信号y1(t)ty2(t)tz(t)tx(t)t抽样脉冲ann波形图t10110 本本 章章 小小 结结 信号经调制后再传输的方式称为频带传输。在数据通信中采用的是数字调制，实现数字调制的方法有幅度调制、频率调制、相位调制等。幅度调制利用数字基带信号控制载波的幅度来传送信息。常用的幅度调制方式有二进制振幅键控
20、调制（2ASK）、多进制振幅键控调制（MASK）、双边带抑制载波调制（DSBSC）及正交幅度调制（QAM）等。对于幅度调制信号的解调方法有两种，即相干解调和非相干解调。 频率调制利用数字基带信号控制载波的频率来传递信息。常用的频率调制方式有二进制频移键控调制（2FSK）、多进制频移键控调制（MFSK）及最小频移键控（MSK）等。对于频率调制信号的解调方法分为相干解调和非相干解调两类。非相干解调又包含最佳非相干解调法、分路滤波法、鉴频器法、过零检测法及差分检波法等多种方法。 相位调制利用数字基带信号控制载波的相位变化来传递信息。常用的相位调制方式有绝对移相的相移键控（PSK）和相对移相的相移键控
21、（DPSK）。对于PSK信号采用相干解调方法，而DPSK信号的解调方法有极性比较法和相位比较法两种。 为了获得较好的频带利用率和功率利用率，可采用幅度相位混合调制（APK）方式，即对载波的振幅和相位同时进行数字调制的方式，适用于高效率的通信方式中. 例例1：设发送数字信息为设发送数字信息为10110010，试分别，试分别画出画出2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK波形示意图。波形示意图。 数据和信号的分类数据和信号的分类数据分类数据分类模拟数据，例如声音曲线模拟数据，例如声音曲线数字数据，例如整数序列，二进制序列数字数据，例如整数序列，二进制序列信号分类信号分类模拟信号模拟信号数字信号数字
22、信号数据发送方式分类模拟数据用模拟信号发送 频谱变换例如模拟电话数字数据用数字信号发送 - 编码(近距离通信才用，远距离使用其它三种方式)模拟数据用数字信号发送 - 采样例如IP电话数字数据用模拟信号发送 - 调制例如电话拨号模拟数据 - 模拟信号模拟数据模拟数据频谱频谱模拟信号模拟信号频谱频谱载波频率载波频率数字数据 - 数字信号二进制编码二进制编码不归零制编码不归零制编码曼彻斯特编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码模拟数据 - 数字信号采样采样编码编码模拟数据模拟数据数字信号数字信号时间量化时间量化幅值量化幅值量化采样间隔采样间隔Ts 2 fc数字数字信道信道解码解码恢复恢复模拟数据模拟数据数字信号数字信号数字信号数字信号模拟数据模拟数据数字数据 - 模拟信号载波f(t) = Am Cos(Wmt + m)调制方法调幅，用两个幅度不同的载波信号表示二进制(ASK）调频，用两个频率不同的载波信号表示二进制(FSK)调相，用两个相位不同的载波信号表示二进制(PSK)调制调制数字数据数字数据模拟信号模拟信号模拟模拟信道信道解调解调模拟信号模拟信号数字数据数字数据
