1、第九章 数字调制第九章第九章 数字调制数字调制9.1 概述概述9.2 二进制幅度键控二进制幅度键控9.3 二进制移频键控二进制移频键控9.4 二进制移相键控二进制移相键控第九章 数字调制9.1 概述概述大多数的数字基带信号,在许多类型的信道中并不能直接进行基带传输,必须进行数 字频带调制。所谓数字调制,就是将数字基带信号变换为频带信号的过程,其实质是把数 字基带信号的功率谱搬移到载频附近。实现数字调制的方法是用数字基带信号分别单独控 制载波的幅度、频率和相位,从而实现三种基本数字频带调制方法,即幅度键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK),它们的波形如图9.1所示。第九章 数字调
2、制大多数的数字基带信号,在许多类型的信道中并不能直接进行基带传输,必须进行数 字频带调制。所谓数字调制,就是将数字基带信号变换为频带信号的过程,其实质是把数 字基带信号的功率谱搬移到载频附近。实现数字调制的方法是用数字基带信号分别单独控 制载波的幅度、频率和相位,从而实现三种基本数字频带调制方法,即幅度键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK),它们的波形如图9.1所示。第九章 数字调制图9.1 ASK、FSK、PSK 波形第九章 数字调制数字基带调制可分为二进制数字频带调制和多进制数字频带调制。通常将数字调制和 数字解调统称为数字调制。此外,数字调制的目的还在于实现多路复用,实现
3、频率分配和 减少噪声干扰。第九章 数字调制数字基带调制可分为二进制数字频带调制和多进制数字频带调制。通常将数字调制和 数字解调统称为数字调制。此外,数字调制的目的还在于实现多路复用,实现频率分配和 减少噪声干扰。第九章 数字调制9.2 二进制幅度键控二进制幅度键控9.2.1 二进制幅度键控二进制幅度键控2ASK(BASK)2ASK 信号是利用载波幅度的变化来表征被传输信息状态的,被调载波的幅度随二进 制信号序列的1、0 状态变化,即用载波幅度的有无来代表传 1 或传0。第九章 数字调制第九章 数字调制1.通断键控法通断键控法 通断键控法用数字基带信号 S(t)来控制载波信号fc(t),如图9.
4、2所示。当数字基带 信号S(t)=1时,开关S接通载波信号fc(t),输出为正弦载波;当数字基带信号S(t)=0时,开关S接地,则输出为零。例如,当数字基带信号为10110时,产生的2ASK 信号波 形如图9.3所示。第九章 数字调制图 9.2 通断键控法产生 2ASK 信号原理第九章 数字调制图 9.3 2ASK 信号波形第九章 数字调制 2.乘积法乘积法 乘积法是采用模拟乘法器实现幅度键控的,其原理模型如图 9.4所示。将载波 fc(t)和数字基带信号S(t)输入乘法器中,乘法器输出即是2ASK 信号波形,如图 9.5所示。第九章 数字调制图 9.4 乘积法产生 2ASK 信号原理模型第九
5、章 数字调制图 9.5 乘积法产生 2ASK 信号波形第九章 数字调制第九章 数字调制图 9.6 所示为 2ASK 信号的单边功率谱示意图。对 2ASK 信号进行频域分析的主要目的之一就 是确定信号的带宽。在不同应用场合,信号带宽有多种度量定义,但最常用和最简单的带 宽定义是以功率谱主瓣宽度为度量的“谱零点带宽”,这种带宽定义特别适用于功率谱主瓣 包含大部分功率信号的情况。显然,2ASK 信号的谱零点带宽为第九章 数字调制图 9.6 2ASK 信号的单边功率谱示意图第九章 数字调制9.2.2 二进制幅度键控二进制幅度键控2ASK 解调 2ASK 信号的解调通常有两种方式,即非相干解调和相干解调
6、,现分述如下。1.非相干解调非相干解调(包络检波包络检波)2ASK 信号经过带通滤波滤除带外噪声,经包络检波取出包络再经低通滤波平滑恢复 出基带信号,又经取样判决得到标准基带信号,此过程如图 9.7 所示。第九章 数字调制图 9.7 2ASK 信号非相干解调第九章 数字调制2.相干解调相干解调(同步检波同步检波)相干解调在接收端要采用与发送端载波同频、同相的本地信号 A0cosct。解调过程 如图 9.8 所示。图 9.8 2ASK 信号相干解调第九章 数字调制已调2ASK 信号为S(t)A0cosct,接收端将相干载波 A0cosct与接收已调波相乘,得到第九章 数字调制经过低通滤波滤除2c
7、 等高频分量后,输出为再经取样判决就可恢复出标准基带信号。第九章 数字调制9.3 二进制移频键控二进制移频键控9.3.1 二进制移频键控二进制移频键控2FSK(BFSK)数字信号的移频键控是利用载波的频率变化来传递数字信息的。在二进制情况下,利 用两个不同频率1 与2分别代表数字二进制码的“1”与“0”来传输信息,其时域表达式为第九章 数字调制由于二进制移频键控信号如同两个交替的2ASK 信号的叠加,根据式(9-1)可得式中,S(t)为数字基带信号,且第九章 数字调制1.键控法键控法 键控法产生2FSK 信号时使用数字基带信号S(t)来控制载波信号f1 与f2,如图 9.9(a)所示。当数字基
8、带信号 S(t)=0时,开关S接通载波信号f1,输出频率为 f1 的正 弦载波;当数字基带信号S(t)=1时,开关S接通载波信号f2,输出频率为f2的正弦载 波。例如,当数字基带信号为 10110时,产生的2FSK 信号波形如图9.9(b)所示。第九章 数字调制图 9.9-键控法产生 FSK 信号的工作原理第九章 数字调制 2.调频法调频法 调频法利用数字基带信号控制正弦振荡器的谐振回路参数,其工作原理如图 9.10 所示。图 9.10 调频法产生 FSK 信号的工作原理第九章 数字调制为了深入了解2FSK 信号的性质,除时域分析外,还应进行频域分析。由于二进制序 列为随机序列,因此其频域分析
9、的对象为信号功率谱密度。2FSK 功率谱密度的示意图如 图 9.11所示。第九章 数字调制图 9.11 2FSK 功率谱密度的示意图第九章 数字调制图 9.11中,从图9.11可看出:(1)2FSK 信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。其中,连续谱由两个双边谱叠加而 成,而离散谱出现在两个载频位置上。(2)若两个载频之差较小,比如小于fs,则连续谱出现单峰;若载频之差逐步增大,即f1 与f2的距离增加,则连续谱将出现双峰。第九章 数字调制(3)由上面两个特点看到,传输2FSK 信号所需的第一零点带宽 B 约为第九章 数字调制9.3.2 二进制移频键控二进制移频键控2FSK 解调解调 2FSK 信
10、号同样有相干解调和非相干解调两种方式,如图 9.12(a)、(b)所示,其解调 原理与2ASK 信号基本相同,只是使用了两套电路。另外,目前许多具有2FSK 解调功能 的集 成 芯 片 几 乎 都 是 利 用 锁 相 环 路 的 鉴 频 功 能 进 行 非 相 干 解 调 的,其 基 本 原 理 如 图 9.12(c)所示。第九章 数字调制图9.12 2FSK 信号的解调方式第九章 数字调制9.4 二进制移相键控二进制移相键控9.4.1 二进制移相键控二进制移相键控2PSK(BPSK)所谓数字信号移相键控,就是指用数字“1”和“0”控制载波的相位。若“1”码对应载波 的零相位,“0”码对应载波
11、的相位,则 PSK 信号时域波形如图9.13所示。第九章 数字调制由此可写出二 进制移相键控信号的时域表示式第九章 数字调制图9.13 PSK 信号的典型时域波形第九章 数字调制由式(9-5)和式(9-6)不难得到移相键控信号的产生框图,如图 9.14 所示。图 9.14 移相键控信号的产生第九章 数字调制 2PSK 信号是一种双边带调制信号,其功率谱表达式与 2ASK 的近似相同,因此,2PSK 信号的谱零点带宽(Hz)与 2ASK 的相同,即第九章 数字调制9.4.2 二进制移相键控二进制移相键控2PSK 解调 2PSK 信号为抑制载波的双边带调制信号,因此其解调应该采用相干解调方式,相干 解调的前提是在接收端首先获得同步信号。图 9.15 所示为 2PSK 信号相干解调器组成 框图。第九章 数字调制图 9.15 2PSK 相干解调器组成框图
