數(shù)字載波調制第三次課new

1、第6章 數(shù)字載波調制 1 v 非相干解調(包絡檢波法) v 相干解調(同步檢測法)。 四、二進制振幅鍵控信號的解調四、二進制振幅鍵控信號的解調 第6章 數(shù)字載波調制 2 v 非相干解調(包絡檢波法) v 相干解調(同步檢測法)。 四、二進制振幅鍵控信號的解調四、二進制振幅鍵控信號的解調 6.2.1 二進制振幅鍵控（二進制振幅鍵控（2ASK, OOK） 第6章 數(shù)字載波調制 3 圖圖 6 .23 ASK非相干解調非相干解調(包絡檢波法包絡檢波法)原理框圖原理框圖 包絡檢波器包絡檢波器 e2ASK(t) 帶通 濾波器 全波 整流器 低通 濾波器 抽樣 判決器 輸出 abcd 定時 脈沖 6.2.1

2、 二進制振幅鍵控（二進制振幅鍵控（2ASK, OOK） 第6章 數(shù)字載波調制 4 帶通濾波器（BPF）恰好使2ASK信號完整地通過， 經包絡檢測后，輸出其包絡。 低通濾波器（LPF）的作用是濾除高頻雜波，使 基帶信號（包絡）通過。 抽樣判決器包括抽樣、判決及碼元形成器。定時 抽樣脈沖（位同步信號）是很窄的脈沖，通常位于 每個碼元的中央位置，其重復周期等于碼元的寬度。 6.2.1 二進制振幅鍵控（二進制振幅鍵控（2ASK, OOK） 圖圖 6.2 -42ASK信號非相干解調過程的時間波形信號非相干解調過程的時間波形 11100000101 a b c d 第6章 數(shù)字載波調制 6 圖圖 6.2

3、5 2ASK相干解調器原理框圖相干解調器原理框圖 相干檢測就是同步解調，要求接收機產生一個與發(fā)送相干檢測就是同步解調，要求接收機產生一個與發(fā)送 載波載波同頻同相同頻同相的本地載波信號，稱其為同步載波或相的本地載波信號，稱其為同步載波或相 干載波。干載波。 e2ASK(t) 帶通 濾波器 相乘器 低通 濾波器 抽樣 判決器 定時 脈沖 輸出 coswct y(t) 6.2.1 二進制振幅鍵控（二進制振幅鍵控（2ASK, OOK） 第6章 數(shù)字載波調制 7 ASKc e(t)s(t)cost w w相干解調 2 ASKcc cccc c y(t)e(t) costs(t)cost 1 s(t)co

4、s(tt)cos(tt) 2 11 s(t)s(t)cos2t 22 1 s(t) 2 w w w w w w w w w w w w w w 低低通通 低通濾波器的低通濾波器的 截止頻率與基截止頻率與基 帶數(shù)字信號的帶數(shù)字信號的 最高頻率相等。最高頻率相等。 6.2.1 二進制振幅鍵控（二進制振幅鍵控（2ASK, OOK） 第6章 數(shù)字載波調制 8 ASK e(t) y(t) c costw w 相干解調過程相干解調過程 6.2.1 二進制振幅鍵控（二進制振幅鍵控（2ASK, OOK） 第6章 數(shù)字載波調制 9 6.2.2 二進制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（2FSK） v 非相干解調法（包絡檢

5、波法） v 相干解調法 v 鑒頻法 v 過零檢測法： v 差分檢測法 三、三、2FSK信號的解調方法信號的解調方法 2FSK特有特有 一路一路2FSK視為視為2路路 2ASK信號的合成。信號的合成。 逆逆 過過 程程 2FSK y1(t) y2(t) 分路2ASK信號解調 s1(t) s2(t) 基帶 信號 圖圖 6.2 9 2FSK非相干解調器非相干解調器(包絡檢波法包絡檢波法)原理圖原理圖 e 2FSK (t) 帶通濾波器 w 1 包絡 檢波器 抽樣 判決器 輸出定時脈沖 帶通濾波器 w 2 包絡 檢波器 v1 v2 s(t) 1、2FSK信號的包絡檢波法信號的包絡檢波法 6.2.2 二進

6、制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（2FSK） 第6章 數(shù)字載波調制 11 兩個帶通濾波器帶寬皆為相應的2ASK信號帶寬 （中心頻率不同，分別為 f1、f2 ），起分路作用， 用以分開兩路2ASK信號； 包絡檢測后分別取出它們的包絡s(t) 及 ； 抽樣判決器起比較器作用，把兩路包絡信號同時 送到抽樣判決器進行比較，從而判決輸出基帶數(shù) 字信號。 s(t) 6.2.2 二進制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（2FSK） 第6章 數(shù)字載波調制 12 若上、下支路 及 的抽樣值分別用v1、v2 表示， 則抽樣判決器的判決準則為： 6.2.2 二進制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（2FSK） 圖圖 6.2-102FSK非相

7、干解調過程的時間波形非相干解調過程的時間波形 11100000101 2FSK信號信號 v1 下支路全波下支路全波 整流整流 輸出輸出 v2 上支路全波上支路全波 整流整流 圖圖 6.2 11 2FSK相干解調器原理圖相干解調器原理圖 2、2FSK信號的相干解調法信號的相干解調法 e2FSK(t) 帶通濾波器 w 1 低 通 濾波器 抽樣 判決器 輸出定時脈沖 帶通濾波器 w 2 低通 濾波器 相乘器 相乘器 cosw 1t cosw 2t v1 v2 012 e (t)s(t)costs(t)costwwww 核心思想：核心思想：一路一路2FSK視為視為2路路2ASK信號的合成。信號的合成。

8、 6.2.2 二進制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（2FSK） 第6章 數(shù)字載波調制 15 圖中兩個帶通濾波器的作用同于包絡檢波法，起 分路作用； 它們的輸出分別與相應的同步相干載波相乘，再 分別經低通濾波器濾掉二倍頻信號，取出含基帶數(shù) 字信息的低頻信號； 抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號的 抽樣值 進行比較判決（判決規(guī)則同于包絡檢波法）， 即可還原出基帶數(shù)字信號。 6.2.2 二進制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（2FSK） 第6章 數(shù)字載波調制 16 圖圖 6.2 12 鑒頻法解調原理圖鑒頻法解調原理圖 3、2FSK信號的鑒頻法信號的鑒頻法 原理原理：鑒頻器：鑒頻器輸出電壓與輸入信號頻率偏移成

9、正比輸出電壓與輸入信號頻率偏移成正比。 帶通濾波器帶通濾波器鑒頻器鑒頻器 低通濾波器低通濾波器 抽樣判決抽樣判決 6.2.2 二進制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（2FSK） 第6章 數(shù)字載波調制 17 0f V2 V1 fc f1 f2 1 2 fv11 f fv20 數(shù)數(shù)字字系系統(tǒng)統(tǒng) 發(fā)發(fā)“” 發(fā)發(fā)“” 判決門限判決門限 d d d v1v 2 v 2 vv1 vv0 判判 為為 “ ” 判判 為為 “” 6.2.2 二進制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（2FSK） 第6章 數(shù)字載波調制 18 4、2FSK信號的過零檢測法信號的過零檢測法 （1）原理 單位時間內信號經過零點的次數(shù)多少，可以 用來衡量頻

10、率的高低。 1 B 2 1f T 0f “ ” 在在持持續(xù)續(xù)時時間間內內，過過零零數(shù)數(shù)目目不不同同 “ ” 想法：想法：把過零數(shù)目不同轉換為電壓不同。把過零數(shù)目不同轉換為電壓不同。 6.2.2 二進制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（2FSK） 圖圖 6.2 13 過零檢測法原理圖和各點時間波形過零檢測法原理圖和各點時間波形 （2）時間波形 限 幅 e2FSK(t) ab 微 分 c 整 流 d 脈 沖 形 成 低 通 ef 輸 出 (a) a b c d e f 0 0 1 1 0 0 第6章 數(shù)字載波調制 20 2FSK輸入信號經放大限幅后產生矩形脈沖序列； 微分及全波整流形成與頻率變化相應的尖脈

11、沖序 列，這個序列就代表著調頻波的過零點； 尖脈沖觸發(fā)一寬脈沖發(fā)生器，變換成具有一定寬 度的矩形波，該矩形波的直流分量便代表著信號的 頻率，脈沖越密，直流分量越大，反映著輸入信號 的頻率越高； 低通濾波器就可得到脈沖波的直流分量。這樣就 完成了頻率幅度變換，從而再根據(jù)直流分量幅度 上的區(qū)別還原出數(shù)字信號“1”和“0”。 6.2.2 二進制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（2FSK） 圖圖 6.2 14 差分檢波法原理圖差分檢波法原理圖 帶通濾波器帶通濾波器 輸入輸入 低通濾波器低通濾波器 輸出輸出 時延時延 抽樣抽樣 判決判決 器器 0 Acos()tw ww w 5、2FSK信號的差分檢波法信號的差

12、分檢波法 （1）模型 輸入信號經帶通濾波器濾除帶外無用信號后被分 成兩路，一路直接送乘法器，另一路經時延后 送乘法器，相乘后再經低通濾波器去除高頻成分 即可提取基帶信號。 第6章 數(shù)字載波調制 22 差分檢波法基于輸入信號與其延遲 的信號 相比較，信道上的失真將同時影響相鄰信號， 故不影響最終鑒頻結果。 實踐表明，當延遲失真為0時，這種方法的檢 測性能不如普通鑒頻法，但當信道有較嚴重 延遲失真時，其檢測性能優(yōu)于鑒頻法。 （2）核心 只需證明 v w w 6.2.2 二進制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（2FSK） 第6章 數(shù)字載波調制 23 0 Acos()tw ww w將2FSK信號表示為： 則角

13、頻率偏移有兩種取值： 01 02 1 0 w w w w w w w w w w w w 發(fā)發(fā)送送“ ” 發(fā)發(fā)送送“ ” 00 22 000 Acos()t Acos()(t) AA cos()cos2()t() 22 w ww w w ww w w w w w w w w w w w w w 乘法器輸出 ： 1 cos x cos ycos(xy)cos(xy) 2 cos(xy)cos x cos ysin x sin y 附附 公公 式式 ： 略去倍頻分量，輸出： 2 0 2 00 A Vcos() 2 A (coscossinsin) 2 w w w w w ww ww ww w v與

14、t無關，是角頻偏的 函數(shù)，但不是一個簡單 的函數(shù)。 第6章 數(shù)字載波調制 24 選擇適當?shù)?，使? cos0w w 0 sin1w w 則則 故有： 2 00 2 2 0 0 2 0 2 2 A V(coscossinsin) 2 A sinsin1 A 2 sinsin 2 A sinsin1 2 A 2 1 A 2 w ww ww ww w ww ww w w w w ww ww ww ww ww 當當 當當 當當 v w w得得證證 第6章 數(shù)字載波調制 25 輸出電壓v與角頻偏呈線性關系，實現(xiàn)近似線性的 頻幅轉換特性，這正是鑒頻特性所要求的。 針對的兩種取值，經抽樣判決器可檢測出“1”

15、和 “0”。 當角頻偏較小時， 即1ww 6.2.2 二進制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（2FSK） 第6章 數(shù)字載波調制 26 2PSK信號的解調通常都是采用相干解調。 在相干解調過程中需要用到與接收的2PSK信號同頻 同相的相干載波。 2、解調、解調 6.2.3 二進制移相鍵控二進制移相鍵控 不考慮噪聲時，帶通濾波器輸出可表示為： )cos()( nct tyw )2cos( 2 1 cos 2 1 cos)cos()( ncncnc ttttzwww 時， 時， n n n tx 2/1 02/1 cos 2 1 )( 圖圖 6.2 182PSK信號的解調原理圖信號的解調原理圖 圖圖 6.2

16、 -192PSK信號相干解調各點時間波形信號相干解調各點時間波形 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 2PSK2PSK 本地載波本地載波 ( (虛虛 線線) ) 定時脈沖定時脈沖 判別規(guī)則：正判別規(guī)則：正-“0”-“0”；負；負-“1”-“1” )(t y )(tz )(tx s(t) n a 第6章 數(shù)字載波調制 29 2PSK信號相干解調的過程實際上是輸入已調信 號與本地載波信號進行極性比較的過程，故常稱 為極性比較法解調。 極性相同 -0 極性不同 -1 6.2.3 二進制移相鍵控二進制移相鍵控 第6章 數(shù)字載波調制 30 圖圖 6.2 202PSK信號的解調原理圖信

17、號的解調原理圖 帶通 濾波器 e2PSK(t) 鑒相器 抽樣 判決器 輸出 cosw ct 定時脈沖 可以將相乘器和低通濾波器用鑒相器代替。 6.2.3 二進制移相鍵控二進制移相鍵控 第6章 數(shù)字載波調制 31 由于發(fā)送端是以某個相位為基準的，在接收端 移必須有這樣一個固定基準的相位作參考。如果參 考的同步載波相位發(fā)生180倒相時，解調出的數(shù) 字基帶信號將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好是相反， 解調器輸出數(shù)字基帶信號全部出錯。這種現(xiàn)象通常 稱為“倒”現(xiàn)象。 由于在2PSK信號的載波恢復過程中存在著180 的相位模糊，從而使得2PSK方式在實際中很少采用。 一次課 6.2.3 二進制移相鍵控二進制移相

18、鍵控 第6章 數(shù)字載波調制 32 三、二進制相對三、二進制相對(差分差分)相位鍵控（相位鍵控（2DPSK） 在2PSK信號中，信號相位的變化是以未調正弦載 波的相位作為參考，用載波相位的絕對數(shù)值表示數(shù) 字信息的，所以稱為絕對移相。但相干載波恢復中 載波相位的180相位模糊，導致解調出的二進制 基帶信號出現(xiàn)反向現(xiàn)象，從而難以實際應用。 為了解決2PSK信號解調過程的反向工作問題，提 出了二進制差分相位鍵控(2DPSK)。 6.2.3 二進制移相鍵控二進制移相鍵控 第6章 數(shù)字載波調制 33 2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對相位變 化來表示數(shù)字信息。即本碼元初相與前一碼元初 相之差。 假設

19、前后相鄰碼元的載波相位差為，可定義一 種數(shù)字信息與之間的關系為： ”表示數(shù)字信息“ ”表示數(shù)字信息“ 1, 0, 0 6.2.3 二進制移相鍵控二進制移相鍵控 第6章 數(shù)字載波調制 34 則一組二進制數(shù)字信息與其對應的2DPSK信號的 載波相位關系如下所示: 二進制數(shù)字信息： 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 2DPSK信號相位： 0 0 0 0 0 0 或 0 0 0 0 0 由于由于初始參考相位初始參考相位有兩種可能，因此有兩種可能，因此2DPSK信號的波形可信號的波形可 以有兩種。以有兩種。 6.2.3 二進制移相鍵控二進制移相鍵控 第6章 數(shù)字載波調制 35 v 與2PSK的波形

20、不同，2DPSK波形的同一相位 并不對應相同的數(shù)字信息符號，而前后碼元的相 對相位才唯一確定信息符號。 v 解調2DPSK信號時，并不依賴于某一固定的載 波相位參考值，只要前后碼元的相對相位關系不 破壞，則鑒別這個相位關系就可正確恢復數(shù)字信 息。這就避免了2PSK方式中的“倒 ”現(xiàn)象發(fā)生。 說明 6.2.3 二進制移相鍵控二進制移相鍵控 第6章 數(shù)字載波調制 36 v 單從波形上看，2DPSK與2PSK是無法分辯的，比如 圖6-20中2DPSK也可以是另一符號序列（見圖中的序 列bn，稱為相對碼，而將原符號序列an 稱為絕對碼） 經絕對移相而形成的。 只有已知移相鍵控方式是絕對的還是相對的，

21、才能正確判定原信息； 相對移相信號可以看作是把數(shù)字信息序列（絕 對碼）變換成相對碼，然后再根據(jù)相對碼進行絕 對移相而形成。這就為2DPSK信號的調制與解調 指出了一種借助絕對移相途徑實現(xiàn)的方法。 6.2.3 二進制移相鍵控二進制移相鍵控 第6章 數(shù)字載波調制 37 相對相移本質上就是對差分碼信號的絕對相移。 那么，2DPSK信號的表達式與2PSK的形式應完全相 同，所不同的只是此時式中的s(t) 信號表示的是差 分碼數(shù)字序列。即: 2 ( )( )cos DPSKc sts ttw ( )() nB n s tb g tnT 6.2.3 二進制移相鍵控二進制移相鍵控 第6章 數(shù)字載波調制 38

22、 2、解調方法解調方法 v 相干解調法（同步檢測法） v 非相干解調法（差分相干解調法） 6.2.3 二進制移相鍵控二進制移相鍵控 (a) a b c d e f (b) 帶通 濾波器 e2DPSK(t) a 相乘器 c 低通 濾波器 d b e 抽樣 判決器 輸出 cosw ct 定時脈沖 碼反 變換器 f 1011000 圖圖6.224 2DPSK信號相干解調器原理、解調各點時間波形信號相干解調器原理、解調各點時間波形 nnn 1 abb n b 絕對碼： 0 0 1 0 1 1 0 2DPSK 判別規(guī)則： 正0 負-1 圖圖 6.2 25 2DPSK信號差分相干解調器原理圖和各點時間波形

23、信號差分相干解調器原理圖和各點時間波形 帶通 濾波器 a 相乘器 c低通 濾波器 d b e抽樣 判決器 定時脈沖 延遲T B DPSK信號 1 0 1 1 0 0 1 樣值 判別規(guī)則：正-“0”；負- “1” s2DPSK(t) y1(t) y2(t) z(t) x(t) 定時脈沖 (虛 線) x n a 第6章 數(shù)字載波調制 41 差分相干接收的工作原理: 6.2.3 二進制移相鍵控二進制移相鍵控 第6章 數(shù)字載波調制 42 判判 決決 規(guī)規(guī) 則則 k k 1 cos(k -k -1)判決后的數(shù)字信號判決后的數(shù)字信號 0 0+10 0-11 0 -11 +10 6.2.3 二進制移相鍵控二

24、進制移相鍵控 第6章 數(shù)字載波調制 43 v 由于差分相干解調方式在解調的同時完成了 碼反變換作用，故解調器中不需要碼反變換器。 v 差分相干解調方式不需要專門的相干載波， 因此是一種非相干解調方法。 v 2DPSK系統(tǒng)是一種實用的數(shù)字調相系統(tǒng)， 但 其抗加性白噪聲性能比2PSK的要差。 6.2.3 二進制移相鍵控二進制移相鍵控 第6章 數(shù)字載波調制 44 五、五、2ASK信號的功率譜密度信號的功率譜密度 22 sBBBB m P (f)f P(1 P) G(f)f (1 P)G(mf )(fmf ) 0c e (t)s(t)cost w w 若二進制基帶信號s(t)的功率譜密度為（p95-5

25、.2-26) OOK信號 s(t)代表信息的隨機 單極性矩形脈沖序列 BaB G(f )T S ( fT ) 6.2.1 二進制振幅鍵控（二進制振幅鍵控（2ASK, OOK） 第6章 數(shù)字載波調制 45 顯然Ps( f )只在G（0）處有離散譜，且G（0）=TB， 所以有： 22 22 sBB 2 2 B P (f)f P(1 P) G(f)f (1 P) G(0)(f) f P(1 P) G(f)(1 P)(f) (6.2 - 5) 2b b T11 Sa ( fT )(f)P 442 設設 6.2.1 二進制振幅鍵控（二進制振幅鍵控（2ASK, OOK） 第6章 數(shù)字載波調制 46 s s

26、(t)P(f) 離散分量告訴我們信號中離散分量告訴我們信號中 有無特殊頻率成份；有無特殊頻率成份； 連續(xù)分量可以看出信號帶連續(xù)分量可以看出信號帶 寬，第一零點寬，第一零點fb。 6.2.1 二進制振幅鍵控（二進制振幅鍵控（2ASK, OOK） 第6章 數(shù)字載波調制 47 圖圖 6.2-62ASK信號的功率譜密度示意圖信號的功率譜密度示意圖 -2 fb fc fb fc fc fb fc+2fbOfc-2 fbfc fbfc+2fbfc fbfcf 0 dB P2ASK( f ) 連續(xù)譜經傳號波形連續(xù)譜經傳號波形 線性調制后決定線性調制后決定 離散譜由載波分量決定離散譜由載波分量決定 OOk信號

27、e0(t)的功率譜密度為： G(f)后-左移右移 第6章 數(shù)字載波調制 48 22 bcBcB cBcB cc Tsin(ff )Tsin(ff )T 16(ff )T(ff )T 1 (ff )(ff ) 16 Escsc 222 2 sccscc 1 P (f)P(ff ) P(ff ) 4 11 fG(ff )G(ff )f G(0)(ff )(ff ) 1616 OOk信號e0(t)的功率譜密度為： (6.2 - 6) 22 b acBacB cc T S(ff )TS(ff )T 16 1 (ff )(ff ) 16 第6章 數(shù)字載波調制 49 v 二進制振幅鍵控信號的功率譜密度由離

28、散譜和連 續(xù)譜兩部分組成。 v 離散譜由載波分量確定，連續(xù)譜由基帶信號波形 g(t)確定。 v 二進制振幅鍵控信號的帶寬B2ASK是基帶信號波形 帶寬的兩倍, 即B2ASK=2B=2fB。 v 因為系統(tǒng)的傳碼率RB=fB(Baud)，故2ASK系統(tǒng)的頻 帶利用率為 BB 2ASKB Rf1 Baud/Hz) B2f2 （ 6.2.1 二進制振幅鍵控（二進制振幅鍵控（2ASK, OOK） 第6章 數(shù)字載波調制 50 對相位不連續(xù)的二進制移頻鍵控信號，可以 看成由兩個不同載波的二進制振幅鍵控信號的疊 加，其中一個頻率為f1，另一個頻率為f2。因此， 相位不連續(xù)的二進制移頻鍵控信號的功率譜密度 可以

29、近似表示成兩個不同載波的二進制振幅鍵控 信號功率譜密度的疊加。 四、四、 2FSK信號的功率譜密度（略）信號的功率譜密度（略） 6.2.2 二進制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（2FSK） 第6章 數(shù)字載波調制 51 相位不連續(xù)的二進制移頻鍵控信號的時域表達式為： ttsttste ASK22112 cos)(cos)()(ww 根據(jù)二進制振幅鍵控信號的功率譜密度（6.2-6）， 可以得到如下所示公式： 6.2.2 二進制頻移鍵控（二進制頻移鍵控（2FSK） 1122 2FSKscscscsc 11 P(f)P (ff ) P (ff )P (ff ) P (ff ) 44 第6章 數(shù)字載波調制 5

30、2 1122 2FSKscscscsc 11 P(f)P (ff ) P (ff )P (ff ) P (ff ) 44 22 22 s1BB 2 2 B P (f)f P(1 P) G(f)f (1 P) G(0)(f) f P(1 P) G(f)(1 P)(f) 1nB n s (t)a g(tnT ) nn 2 2 s2B 1P ba 01P P (f)f P(1P) G(f)P(f) 概概率率為為為為空空號號 概概率率為為為為傳傳號號 第6章 數(shù)字載波調制 53 令概率P=1/2，則有 22 S 2FSKa1Ba1B 22 S a2Ba2B 1122 T P(f)S(ff )TS(ff )T 16 T S(ff )TS(ff )T 16 1 (ff )(ff )(ff )(ff ) 16 6.2.2 二進制頻移鍵