数字调制系统
概述,
数字信号在带通信道中传输，需要用数字信号对载波
进行调制
基本调制,
振幅键控 (ASK)、移频即键控 (FSK)、移相键控 (PSK)
注意,
数字调制可以看成模拟线性调制和角度调制的特殊情
况
S y s t e m V ie w
0
0
1 0 0, e -3
1 0 0, e -3
2 0 0, e -3
2 0 0, e -3
3 0 0, e -3
3 0 0, e -3
4 0 0, e -3
4 0 0, e -3
5 0 0, e -3
5 0 0, e -3
-1
- 5 0 0,e - 3
0
5 0 0, e -3
1
A
m
p
li
tu
d
e
T i m e in S e c o n d s
S in k 3
S y s te m V i e w
0
0
5 0,e - 3
5 0,e - 3
1 0 0, e - 3
1 0 0, e - 3
1 5 0, e - 3
1 5 0, e - 3
2 0 0, e - 3
2 0 0, e - 3
2 5 0, e - 3
2 5 0, e - 3
-1
- 5 0 0, e - 3
0
5 0 0, e - 3
1
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m
pl
itu
de
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S i n k 2
S y s te m V i e w
0
0
1 0 0, e - 3
1 0 0, e - 3
2 0 0, e - 3
2 0 0, e - 3
3 0 0, e - 3
3 0 0, e - 3
4 0 0, e - 3
4 0 0, e - 3
5 0 0, e - 3
5 0 0, e - 3
-1
- 5 0 0, e - 3
0
5 0 0, e - 3
1
2DPSK
A
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itu
de
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S i n k 1 2
二进制数字调制原理
调制信号为二进制、对应载波变化只有两种状态
一、二进制振幅键控 (2ASK)
1．基本原理
用数字基带信号进行线性调制,? ??
n csn tnTtgate ?c o s)]([)(0已调信号
性能类似于 DSB-SC
2.OOK(通断键控 )
2ASK中使用最多的最简单的方式
原理：用二进制 1,0控制载波通、断
（ 1）典型波形
S y s t e m V ie w
0
0
1 0 0, e -3
1 0 0, e -3
2 0 0, e -3
2 0 0, e -3
3 0 0, e -3
3 0 0, e -3
4 0 0, e -3
4 0 0, e -3
5 0 0, e -3
5 0 0, e -3
-1
- 5 0 0,e - 3
0
5 0 0, e -3
1
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li
tu
d
e
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S in k 3
（ 2）数学描述
??
?
???? P
PatAats
ncnk 10
1c o s)(
00 ?
3,2ASK的调制解调器
（ 1）调制器
1）线性调制器
×
s(t) e
o
(t)
)co s ( tc?
2） OOK调制器 )c os ( tc? 开关
s(t)
e o (t)
（ 2）解调器
1）非相干解调器 ——整流
B.P.F 整流 L.P.F 抽样判决
定时
输入 输出
全波、半波整流器的作用,
交流电变成直流电，整流 +L.P.F相当于包络提取
2）相干解调
B.P.F L.P.F 抽样判决
定时
输入 输出
×
ω c
原理：类似线性调制的解调
4,2ASK的频谱特性
（ 1）已调信号的功率谱密度
调制信号 ? ??
n sn
nTtgats )()( 功率谱密度为 TSP TTs 2|)(|lim)( ?? ???
)]()([21)()(0 cc SSEte ????? ??????
]
)()()()(
[l im
4
1
)()(
|)(|
l im)(
22
2
T
SSSS
SS
T
E
P
cccc
T
ccTE
????????
????
?
?
???????
?
???
??
??
频谱上没有交叠、，设
0)()( ????? cc SS ????没有交叠?
)]()([41)( cscsE PPP ????? ?????
说明,
已调信号的功率谱密度和调制信号的功率谱密度相关
（ 2）调制信号的功率谱密度
由基带系统的功率谱密度求得
??
???
????????
m
ssss
s
mffmfGPmfPGfTfGfGPPfP )(|)]()1()([|1|)()(|)1()( 221221 ?
设 g(t)为矩形波 (单极性 )
)()(0)( 21 fGfGfG ??,则
??
???
??????
m
ssss mffmfGPffGPPffP )(|)]()1[(||)(|)1()(
22 ?
??
???
??????
m
ssss mffmfGPffGPPffP )(|)]()1[(||)(|)1()(
22 ?
0)(000)(( ?? smfGmfG,，即抽样点为抽样函数）在非且
)(|)0(|)1(|)(|)1()( 2222 fGPffGfPPfP ss ??????
)]()([
4
1)(
ccE ffPffPfP ????
? 输出功率谱
sfTjss TtgefTSaTfG s 是门函数时移了，注其中 )()()( ?? ??
)]()([
16
1
])()([
16
)(
2
1
22
cccsc
s
E ffffTffSaTffSa
T
fP
P
????????
?
????
时当
1） OOK信号的功率谱
特点,
理论上频谱宽度为无穷大，但接收滤波器的带宽一般为码元速
率的 2倍（ B≈2R B）
2）升余弦滚降信号
特点,
频带限制
二、二进制移频键控 2FSK
1．基本原理
概述：用数字基带信号控制载波的不同频率 1→ f1,2→ f2
CCITT推荐低于 1200bit/s的数据率时使用 FSK
2．二进制频移键控原理
（ 1）数学表达式
tnTtgatnTtgatS
n snn snF S K 212
c o s])([c o s])([)( ?? ?? ????
?
?
? ??
?
?
?
?
?
??
P
P
a
P
P
a
aaff
nn
nn
，
，
，
，
，
的反码为
1
10
11
0
,2,2 2211 ????
（ 2）波形
S y s te m V i e w
0
0
5 0,e - 3
5 0,e - 3
1 0 0, e - 3
1 0 0, e - 3
1 5 0, e - 3
1 5 0, e - 3
2 0 0, e - 3
2 0 0, e - 3
2 5 0, e - 3
2 5 0, e - 3
-1
- 5 0 0, e - 3
0
5 0 0, e - 3
1
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（ 3）功率谱
2FSK可以看成 2个不同频的幅度键控已调信号的和
2FSK=2ASK1+2ASK2
2ASK的功率谱（没有画出冲激 0->fc）
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8
0
0, 2
0, 4
0, 6
0, 8
1
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8
0
0, 2
0, 4
0, 6
0, 8
1
1, 2
1, 4
带宽
=2B+|f2-f1|
=2fs +|f2-f1|
B(B=fs)是基带信号的带宽
（ 4）调制和解调器
1）调制器
f1
f2
s(t)
2FSK
w1
w2
倒相
门
门
二进制 +
2FSK
2）解调器
(a)非相干解调器
B.P.F
B.P.F
包络
检波
包络
检波
抽样
判决
抽样脉冲
w1
w2
r1
r2
二进制
包络检波器
在 2FSK中功能类似于整流器
r1>r2——判, 1”
r1<r2——判, 0”
(b)相干解调器
B.P.F
B.P.F
L.P.F
L.P.F
抽样
判决
抽样脉冲
w1
w2
二进制
×
×
w1
w2
(c)过零检测法
限幅 微分 整流 宽脉冲发生 LPF
a b c d e f
三、二进制移相键控 2PSK
1.基本原理
载波相位随调制信号 1或 0改变，一般使用相位 0和 180度
表示 1和 0即 2PSK
时域数学表达式,
tnTtgatS c
n
snB PS K ?c o s)]([)( ? ??
?
?
?
??
?
?
P
P
a
F S KA S Ka
n
n
1,1
,1
、不同于
?????,
的矩形脉冲、宽度为一般为幅度是
0),c o s (c o s)(
1)(
?????? iiccB P S K
s
tttS
Ttg
S y s te m V i e w
0
0
1 0 0, e - 3
1 0 0, e - 3
2 0 0, e - 3
2 0 0, e - 3
3 0 0, e - 3
3 0 0, e - 3
4 0 0, e - 3
4 0 0, e - 3
5 0 0, e - 3
5 0 0, e - 3
-1
- 5 0 0, e - 3
0
5 0 0, e - 3
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2 0 0, e - 3
2 0 0, e - 3
3 0 0, e - 3
3 0 0, e - 3
4 0 0, e - 3
4 0 0, e - 3
5 0 0, e - 3
5 0 0, e - 3
-1
- 5 0 0, e - 3
0
5 0 0, e - 3
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2．调制和解调器
（ 1）调制器
相乘法,
电平转换器 ×
载波发生器
二进制
单极N R Z
双极N R Z 已调信号
Acos2 π f
c
t
数字选相器,
选相开关
移相器
载波发生器
二元基带信号
0 π
已调信号
（ 2）解调器
相干解调,(极性比较法 )
PSK信号不含有载波，而且对载波相位要求准确
一般只能从信号中提取 ——PLL
B.P.F × L.P.F 抽样判决
载波
已调信号
非相干解调,(相位比较法 )
B.P.F 鉴相器 抽样判决
载波
已调信号
3,2DPSK
实际中常常采用的都是差分方式的调相
(1)调制
nnn abb ?? ? 1
(2)解调
相干解调
差分相干解调器
4．功率谱密度
类似 ASK的分析
)]()([41)( cscsE ffPffPfP ????
2/1?P波，且基带信号是双极性矩形
])()([
4
]|)(||)([|
4
1
)(
22
22
scsc
s
ccsE
TffSaTffSa
T
ffGffGffP
????
????
??
则：
图形和 FSK类似
总结,
ASK,PSK中当等概时，不存在离散谱部分（稳态波功率谱）
ASK,PSK功率谱结构基本相同
所以 PSK,ASK的带宽也相同。