7.1.2二进制数字调制原理1.二进制报幅键控(2ASK)2ASK是利用载波的报幅变化传递数字信息的，其时域表达式为第7章数字带通传输系统2(0)-(0)00s0,(7.1 1)其中()为单极性非归零信号，其表示式为(o)-Zag(t-n.)学习目标(7.1 2)这里，买，为码元持续时间1g(1)是高度为1，宽度等于T，的矩形脉冲:4。是第a个符号的电平取值，通过对本章的学习，应该掌握以下要点：若敢心民会争部限》数宇调制的基本类型；-6》二进制数字调制原理和调制解调器；(7.1 3)》2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK信号的表示式和时城波形：则相应的2ASK信号就是00K借号。》2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK信号的频谱特性和传输带宽；2ASK信号的时间波形和调制器分别如图7-1和图7-2所示。≥2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK系统的抗噪声性能：》最佳判决门限的概念、物理意义和计算方法：柔法爵r(r)》二进制数字调制系统的性能比较；≥多进制数字调制的基本概念；coso,1》4PSK、4DPSK信号的相位关系和时间波形：(）模拟相象法开关电路4PSK4DPSK信号的调制解调器。找液ac(c)7.1内容提要(n)7.1.1基本概念(b）数字领控法图7-12ASK信号的时间波形（1）数学调：把数字基带信号变换为数字带通信号的过程，由手款波是正弦波，故又可称为图7-22ASK调制器系理框图数字连续波调制，或正弦献波数学润制。2ASK信号有两种解调方法：非相干解遇（包络检波器）和相干解调（同步检测西），其相应的换（2）数字带通传指系统：包括调制和解调过程的数字传输系统。收机组成框图如图7-3所示。（3）数字调制方法：由于数字调制与模拟调制的原理相同，且数字信号有高散取值的特点，所esk(0)纸进d金糕以数字调制技术有以下两种方法。波器输出①模拟调期遇：利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个徽球食快给腹究特例。(a)非相干解调②敏字链轻遇：利用数字信号的高散取值特点，遇过开关键控载波，从而实现数字调制。（4）数字调创的基本类型：对正弦载波的振幅、率或相位进行键控，便可获得报幅键控（ASK）、额移键控（FSK）和相移键控（PSK/DPSK）三种基本的数字调制方式。ex(1)输出货通拍拌相染器（5）二进制调制：载波的幅度、额率或相位只有种变化状态；相应的调制方式有2ASK、2FSK、滤波器刻决器2PSK/2DPSK张鲜cose,r（6）多进制调制：献波的幅度、额率或相位有M种变化状态；相应的调制方式有MASK、MFSK、(6)相干解调MPSK/MDPSK。本章重点是二进创数字调制系统的原理及其抗噪声性能，多进制（尤其是4PSK/4DPSK）数字调图7-32ASK接收机组或相旧制基本原理。1541e4
2.二进移额键控（2FSK）设器格在2FSK中，载波的额率随二进制基带信号在人和两个规率点间变化。故其表达式为物品美鲜Acosa,发送"1"时Sanx(c)(7.1 - 4)Bo,发送0"时纯皮器2FSK信号的时间波形和调制器分别如图7-4和7-5所示。由图可见，2FSK信号可以分解为（）非和干解调两个不同载额的2ASK信号的叠加。固此，2FSK信号的时间表达式又可写成esx(t) =$,(c)cos00,t + 5,(c)co00gt (7.1 -5)[Ea.g(t-n,) Jooo, +[Ea,g(t-nT,) JooBar推狂式中，是的反码即若1,期。，=0。enx(r)c0s 8,/给拍样庆器c0s 0,'(a)2PSK 信号相干游理Cutet一厕华(b)s;(t)eos ),图7-62FSK信号解调原理图过限格Acoso,t概率为PCrmx(t):(c)s,()eos @,(7.1 6)概率为1=PAco8_t由于表示两种码元的信号波形相同、极性相反，所以2PSK信号的时间表达式又可写成图7-42FSK信号的时间波形e(t)-s(0)eo,t=[.g(t-n)losm)(7.1 7)其中（0)为双极性金占空（非归零）矩形脉冲序到：第个符号。，的电平取值为报客器1选通开关板率为P1(7.18)-1概率为1-Pf其巷信号2PSK信号的时间波形和调制器原理图分别如图7-7和图7-8所示。相加器反相器4报照器2选开关国7-5键控法产生2FSK信号的原理因图7-72PSK信号时间波形2FSK信号的常用解调方法有非相于解调（巨络检避）、相干解调和回零检测潜等。图7-6给出开关电路(0)Ek(1)了包络检波和相干解调的原理框图。码型变换oose,r柔法器fo注意：在图7-6中，其解调原理是将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别进行解调。其中的抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限。判决规则应与调制规则相coSa,f180送呼应。例如，若调制时规定"1"→裁频，则接收时应规定：上支路样值>下支路样值一判为“1”：反[s(t)之则判为“0"。（）模抵法（6）键控法3.二进制（绝对）相移键控（2PSK）图7-82PSK评制原理图在2PSK中，通常用初始相位0和元分别表示二进制"1"和"0"故其表达武为157156
像与环业限民相用，艾是新）限不2DPSK信号的产生方法：将绝对码进行码变换（差分组码）摄到相对码（差分码），热后进行绝2PSK信号的解遇方法是扭于解调法其相干接收机原系理框图和各点时间波形如图7-9所示。对调相、耳产生2DPSK值号，2DPSK信号的调制器原理图如图7-11所示。拍拌相聚器开关电路.判决器给出cos a,Ie(0)魔轩180°移相C图7~112DPSK信号测划售原理图图中的码变换(绝对码一相对码)规则为6=4,由6(7.1 10)式中，史为模2加；。-为，的前一码元，最初的6。-，可任意设定。AA在接收增，需要进行码反变换，即差分译码（相对码一→绝对码），即[o. b, @b(7.1 11)2DPSK信号的解调方法之一：相干解调（极性比较法）加玛反变换法。其解调原理是：对2DPSK信号进行相干解调，候复出相对码，再经码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，由于载波相位模制性的形响，使得解调出的相对码也可能有“1"和"0"图7-92PSK相干接收机累理框图和各点时间波形倒置，但经差分译码（码反变换）得到的绝对码不会发生任何倒置的现象，从面解决了裁波相位模韧注意：2PSK方式存在“倒“现象或“反相工作"。愿四是在2PSK信号的载波使复过程中存在性带来的间题。2DPSK来克服这一缺点。着180的相位模。在实际中，常采用一种实用的数字调祖体制一2DPSK的相干接收机原理图和各点波形如图7-12所示。4.二进制差分相移键控（2DPSK）nrfr)禁证相猴器2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传避数字信息的，所以又称相对相移键控。判快器变美器[物出假设当前码元与前一码元的载波相位差为，可定义一种数字信息与之间的关系为定时cosayrb脉冲0-表示数学信息"0(7.19)(a）原理目Amo表示数学信息"1"例如：000101二进制数学信息：1104TC2DPSK信号相位：(0)00TTEA00或(r)0000T1TC1相应的2DPSK信号的典型波形如图7-10所示。(a)给对码1(6)相对码021(相对码）(c) 2DPSK0 (绝对弱)(6）各点时同战形图图7-102DPSK信号的时间被形图7-122DPSK相干接收机原理图和各点时间波形158159
2DPSK信号的另一种解调方法：医分相干解调（相位比较）法。其接收机原理框图和各点时间sin+f,r.sin(-f).PPaus波形如图7-13所示。WG+T-OT(7. 1 15)a[80+1.) + 80 -0)]x(t)带道低通拍拌相装器钻注器知洗器滤波器输出其额谱结构示意图如图7-14所示。TbA()庭路元()原理相图4$-24 f, +$+24,图7-142ASK信号的功率谱出度示意图结论：2ASK信号的帮宽Ba是基带信号带宽的两借，若只计借的主瓣（mainlobe）（第一个谱零点位置）则有[Baux2f.=(Hz)(7.1 16)7=/即2ASK信号的传输带宽是码元速率的2倍。2.2FSK信号的功率谱密度(6）各点时间波形对于相位不连续的2FSK信号（如键控法产生的），其功率谱可以近做表示成中心额率分别为和与的两个2ASK额谱的组合，即图7-132DPSK差分相干接收机原理图和各点时间波形注意：这独解调方法中不需要专门的相于载放。相乘器起着相位比较的作用，相乘的结果反快了PaC-(P,U-f)+P,+J)J+[P,G-)+P,G+f)(7.1-17)前后码元的相位差，经低通滤波和抽样判决后，即可直接恢复原始数字信息，故不需要码反变接器。其中P.(是单极性基带信号()的功率谱密度。7.1.3二进制调制信号的功率谱密度2FSK信号的频谱结构示意图如图7-15所示。12ASK信号的功率诺密度Paopu-+送CPGpGu27-5+h刘P(S0.8/,设二进制单极性基带信号s（）的功率谱密度为P（)，期2ASK信号的功率谱密度为[P+f.)+PG-f)](7.1 - 12)Pa()由此可见，2ASK信号的功率谱Pasx(是基带信号s(c)的功率谱P,（)的线性服移。也就是说，2ASK信号属线性调制。f-2/.o-/Jo+f.fo+2/对于停板连全占空矩形脉冲序列，其功率谱密度表达式为图7-15相位不连续2FSK信号的功率谱示意图(7.1 13)P,(),P(1-P)IC(1+(1-P)IC(0)P8()结论：当UF-F1<F时.2FSK的连续谱出现单峰：因此当U-61>时，2FSK的连续谱出现双峰1,P(1 - P)[1 GU+f.)1 +I G(f-f,)I') +Paask=2FSK信号的带宽（第一个零点）为(7.1 14)Bx 1 -f, 1+2f.(7.1 18)4(1 -P)*1G(0) 1[8UF+f.)+8(f-f)]共中七当概率P=1/2时，并考虑到G(O=TSaT，G(0）=T，则2ASK信号的功率谱密度为160161
1.2ASK系统的抗噪声性能3.2PSK和2DPSK信号的功率谱密度2.ASK信号采用相干解调（同步检测）时，系统的误码率P.为2DPSK的表达式与2PSK信号表示形式完全相同（不同的是在2PSK中，，是绝对码序列；在2DPSK中，应把a，改为相对码序列6,），所以2DPSK和2PSK的频造相回P.- Tere(/?)1月多18年(7. 1 24)2PSK信号的表达与2.4SK信号的表达式形式完全一样（区别仅在于基带信号（1）不同，前者为奠极性，后者为据极性），所以2PSK信号功率谱密度的公式与2ASK相同，即式中，r为厚调器靠人端的信噪田曾了净7，即大信操比时，式(7.1-24)可近似为20双单Prn () -[P,(F+J.) + P,U -J.)](7.1 ~ 19)P.e(n)eat1-25)r往意，这里的P（D是双板性（而不是单极性）基带信号s（）的功率谱。采用包络检波（非相干解调）时，系统的误码率P，为对于双极性全占空矩形随机脉冲序列，其功率谱密度为1-4P,U)=4/P(1-P)/(01+(1-2P)IC(O)1*8(D(7. 1 20)P.--(7. 1 26)肥峰松温因此6#=++m以上公式的条件：P(1)=P(0）时，最佳期决门限6：号：P( =f,P(1 - P)LICF+) P +JG(-J) PI +2.2FSK系统的抗噪声性能(7.1 21)(1-2P)G(0)1[80+)+80-)]2FSK信号采用相干解调（同步检测）时，系镜的误码率P，为等桃（P=1/2)时，并考感到矩形脉冲的频谱C()-T,Sa（#/T）,G(0)=T.，则2PSK信号的功率谱>>1erfe(FP. =间甲640（7.1-27)密度为采用包络检波（非相干解调)时，系统的误码率P.为Panx(O=/P(1-P)LIC+/)+(f-f)12=果港有价足(7.1 22)路界代好优婴八说院Tsin(+TPsinmU-.)Z.P国松酒#+fT元-T其需线如图7-16所示。3.2PSK和2DPSK系统的抗噪声性能Poa()2PSK信号采用相干解调（同步检测）时，系统的误码率P为efe()P,-询(7.1-29)2DPSK信号果用相干解调（极性比较）一码变换法时，系统的误码率为-f+P,-2(1 -P.)P, =[1-(erfe)](7.1 30)图7-162PSK（2DPSK）信号的功率谱客度其中P是码反变换器输人端的误码率，即2PSK系统的误码率。当≤1时，式（7.130）可近似为结论：2PSK/2DPSK信号的频谱特性与2ASK的十分相假，区别仅在于当P=1/2时，其谱中无高放遗（即载放分量），此时2PSK信号实际上相当于押制载波的双边带信号。>>1Pr, ~2P, = erfo(D):(7. 1 31)带宽也是基带信号带宽的2倍，即Bue Bux B -2. -司](7.1 23)2DPSK信号采用整分相干解测时，系统的误码率P，为17.1.4二进制数字调制系航的抗噪声性能P. =(7.1 32)2在数字通信系统中，衡量系统抗噪声性能的重要指标是误码率。因此，分析效字系统的抗噪声以上公式的条件：P1）=P(0），最佳其决门限6°=0。性能，也就是分析在信道操声干犹下系统的误码性能。7.1.5二进制数字调制系统的性能比较分析条件：在假设信道特性是恒参信道，且在信号的飘带范围内具有理想矩形的传输特性；赚声是学均值、方差为。，的加性高斯白噪声；并款认发送"0"和"1”的概率相等的条件下，求得各种二数字通信系统性能的好坏可以从可靠性，有效性、对信道的适应能力、设备的复杂度等方面选行进制调制系统的误码率P,比较。比较的结果，可以为我们在不同的应用场合选择适宜的调制和解调方式提供一定的参考162163