2009/8/21 海南大学 信息学院一、二进制振幅键控( 2ASK)
6.2 二进制数字调制原理
1.调制方法
2ASK信号可表示为:
式中,g(t)是持续时间为 Ts的矩形脉冲,即:
Return Next
tnTtgattste c
n
snc c o s])([c o s)()(0

t
Tt
tg s
其它0
2/1
)(
出现以概率出现以概率
P
Pa
n 11
0
2009/8/21 海南大学 信息学院二进制键控信号,若一个信号状态始终为,0”,
相当于处于断开状态,此时 2ASK信号常称为通断键控信号( OOK—— On-Off Keying)
产生 2ASK的方法有两种,如图所示。
NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理,
s ( t )
2A S K 调制原理框图
c os ω c t
乘法器载波
c os ω c t
e 0 ( t )
s ( t )
e 0 ( t )
开关电路
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
2.解调方法
( 1) 包络检波法,若不计噪声影响,则解调器输入 s(t)cosωct,其包络即为 s(t),经抽样、判决后将码元再生,即可恢复数字序列 {an}。
6.2 二进制数字调制原理
,
包络检波法带通滤波器半波或全波整流定时脉冲低通滤波器抽样判决器输入 输出
2009/8/21 海南大学 信息学院第一项是基带信号,第二项是以 2ωc为载频的分量,经低通滤波器后即可输出基带信号 s(t)/2,经抽样、判决后将码元再生,即可恢复数字序列 {an}。
NextBackReturn
( 2) 相干解调法,
6.2 二进制数字调制原理相乘器输出信号为:
,
c os ω c t
相干解调法相乘器定时脉冲输入 输出带通滤波器低通滤波器抽样判决器
ttststttstz ccc 2c o s)(21)(21c o sc o s)()(
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
频带宽度:
若 s(t)为 0,1等概率出现的单极性矩形随机脉冲序列,则 OOK信号的功率谱密度为:
3,频谱特性
6.2 二进制数字调制原理
)]()([
16
1
)(
)(s i n
)(
)(s i n
16
)(
22
cc
c
sc
c
scs
E
ffff
Tff
Tff
Tff
TffT
fp

sfB 2?
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理
2ASK信号功率谱密度的特点:由连续谱和离散谱两部分构成;连续谱由传号的波形 g(t)经线性调制后决定,离散谱由载波分量决定。
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
( 1)包络检波法接收系统的总误码率:
采用包络检波法的接收系统通常工作在大信噪比的情况下,若 1,0是等概率出现的,即 P(1)= P(0)
,则系统总误码率为:
4,抗噪性能
6.2 二进制数字调制原理
4/
2
1 r
e eP

式中,,为带通滤波器输出信噪比; a为解调器输入有用信号的幅度,σn为噪声的均方差。
2
2
2 n
ar

2009/8/21 海南大学 信息学院在相同的信噪比下,OOK同步检测法的误码率总是低于包络检波法的误码率,但相差并不太大。
然而,包络检波法不需要本地载波信号,故在电路上要比同步检测法简单。
NextBackReturn
在最佳门限下,同步检测法接收系统的总误码率为:
( 2) 同步检测法接收系统的总误码率
6.2 二进制数字调制原理时)(当 1
1
)2/(
2
1
4/

re
r
re r f cP
r
e
2009/8/21 海南大学 信息学院二,二进制频移键控 ( 2FSK)
式中,g(t)是持续时间为 Ts的矩形脉冲,即:
NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理
1,调制方法
2FSK信号可表示为:
)c o s (])([
)c o s (])([
)c o s ()()c o s ()()(
2
1
12110
n
n
sn
n
n
sn
nn
tnTtga
tnTtga
ttsttste

t
Tt
tg s
其它0
2/1
)(
2009/8/21 海南大学 信息学院
s ( t )
2F S K 调制原理框图
c os ω c t
模拟调频器
~ f 1
e 0 ( t )
s ( t )
e 0 ( t ) 载波开关电路
~ f 2
NextBackReturn
φn,θn分别是第 n个码元的初相位。
6.2 二进制数字调制原理
出现以概率出现以概率
P
Pa
n 11
0 的反码为
nn aa
产生 2FSK的方法有两种,如图所示。
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
2,解调方法
2FSK信号有两种基本解调方法:非相干解调和相干解调,此外,还有鉴频法、过零检测法和差分检波法。
6.2 二进制数字调制原理
( 1) 包络检波法
,
带通滤波器 包络检波器抽样脉冲 抽样判决器输入 输出带通滤波器 包络检波器
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理用两个窄带分路滤波器分别滤出频率为 ω1和
ω2的高频脉冲,分别检出其包络,然后同时送到抽样判决器进行比较,经抽样、判决后将码元再生,即可恢复数字序列 {an}。
若 ω1代表数字 1,对应的包络检波器输出为
v1(t); ω2代表数字 0,对应的包络检波器输出为
v2(t)判决规则是:
0
1
21
21
判为判为
vv
vv
2009/8/21 海南大学 信息学院用两个窄带分路滤波器分别滤出频率为 ω1和
ω2的高频脉冲,分别经相干检测解调出对应的基带信号,经比较判决后将码元再生,即可恢复数字序列 {an}。
NextBackReturn
( 2)相干解调法
6.2 二进制数字调制原理,
带通滤波器 低通滤波器抽样脉冲 抽样判决器输入 输出带通滤波器 低通滤波器相乘器相乘器
c os ω 1 t
c os ω 1 t
2009/8/21 海南大学 信息学院频率的高低可以通过经过零点的次数来衡量,
将代表过零点的脉冲序列变换成具有一定宽度的矩形波,并经低通滤波器滤除其高次谐波,便得到对应于原数字信号的基带信号。
NextBackReturn
( 3) 过零检测法
6.2 二进制数字调制原理
,
输出 带通滤波器微分 限幅输入 宽脉冲发生整流低通滤波器
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
( 4) 差分检测法(略,见 P135)
3.频谱特性
6.2 二进制数字调制原理若 s(t)为 0,1等概率出现的单极性矩形随机脉冲序列,则其功率谱密度为:
)]()()()([
16
1
)(
)(s i n
)(
)(s i n
)(
)(s i n
)(
)(s i n
16
)(
2211
2
2
2
2
2
2
2
1
1
2
1
1
ffffffff
Tff
Tff
Tff
Tff
Tff
Tff
Tff
TffT
fp
sssss
E

2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理双峰单峰
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理
2FSK功率谱密度同样由连续谱和离散谱组成,
离散谱出现在两个载频位置。
功率谱密度中的连续谱部分一般出现双峰。
若两个载频之差 |f1 -f2|≤ fs,则出现单峰。
三、二进制相移键控( 2PSK)
1.调制方法
2PSK信号可表示为:
tnTtgattste c
n
snc c o s])([c o s)()(0
所需传输带宽,?f = | f1 -f2 | + 2 fS
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
式中,g(t)是持续时间为 Ts的矩形脉冲,即:
6.2 二进制数字调制原理

t
Tt
tg s
其它0
2/1
)(

出现以概率出现以概率
P
Pa
n 11
1
它以载波的不同相位直接去表示相应的数字信息,通常称之为 绝对移相方式 。 传,1”信号时,发起始相位为 π 的载波; 传,0”信号时,发起始相位为 0的载波。
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理
2009/8/21 海南大学 信息学院绝对移相方式,其发送端是以某一个相位作基准的,因而在接收系统中也必须有这样一个固定基准相位作参考,如果这个参考相位发生变化,则恢复的数字信息将发生错误。这种现象,常称之为
2PSK的“倒 π”现象或“反向工作”现象。因此,
实际中一般不采用 2PSK方式,而采用 2DPSK——
相对差分移相方式。
2DPSK是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。如:

"0"0
"1"
NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理数字信息,0 0 1 1 1 0 0 1 0 1
2PSK信号相位,π π 0 0 0 π π 0 π 0
2DPSK信号相位,0 0 0 π 0 π π π 0 0 π
或 π π π 0 π 0 0 0 π π 0
s ( t )
c o s ω c t
相乘器
e 0 ( t )
码变换双极性不归零
~
s ( t )
e 0 ( t )
φ
π
0
码变换
( a )模拟调制法产生 2 D P S K 信号 ( b )键控法产生 2 D P S K 信号其中码变换电路的功能,将绝对码 ak
变成相对码 bk,即
1 kkk bab
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理其波形如图所示 。 单从波形上是看不出 2PSK和
2DPSK的差别的 。 对绝对码进行相对调相等价于对相对码进行绝对调相 。
图 6 - 6 2 P SK 和 2DP SK 的波形
0 0 1 1 1 0 0 1 0 1
S ( t )
2P SK
2DP SK
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理
2,解调方法
( 1) 2PSK信号的解调方法有:极性比较法和鉴相法,如图所示。
,
( a ) 极性比较法带通滤波器相乘器本地载波低通滤波器抽样判决器输入 输出
( b ) 鉴相法带通滤波器 鉴相器 抽样判决器输入输出本地载波
2009/8/21 海南大学 信息学院
0 0 1 1 1 0 0 1 0 1
S ( t )
2 P S K
乘法器输出本地载波
0 0 1 1 1 0 0 1 0 1
L P F
输出定时脉冲判决再生
NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理极性比较法解调的波形如图所示。鉴相法中的鉴相器相当于极性比较法中“
相乘器 -低通滤波器”的作用。
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理
( 2) 2DPSK的解调方法:极性比较 -码变换法和差分相干解调法 。
,
( a ) 极性比较 - 码变换法带通滤波器相乘器本地载波低通滤波器抽样判决器
2 D P S K
( b ) 差分相干解调码(反)
变换器输出带通滤波器相乘器延迟
T s
低通滤波器抽样判决器
2 D P S K
输出
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理差分相干解调原理:
2009/8/21 海南大学 信息学院 NextBackReturn
6.2 二进制数字调制原理
3,频谱特性若 s(t)为 0,1等概率出现的双极性基带信号,则 2PSK
和 2DPSK 的功率谱密度为:

22
)(
)(s i n
)(
)(s i n
4
)(
Tff
Tff
Tff
TffTfp
c
sc
c
scs
E?
频带宽度:
sfB 2?
4,抗噪性能若 1,0 是等概率出现的,即 P(1)= P(0),则 2PSK 相干接收系统总误码率为:
2009/8/21 海南大学 信息学院
6.2 二进制数字调制原理时)(当 12 1)(21 rerre r f cP re?
2DSPK差分相干检测系统的总误码率为,r
e eP

2
1
NextBackReturn
四、二进制数字调制系统的性能比较
1,频带宽度
2ASK 和 2PSK 的带宽为 2fs,2FSK的带宽为
| f2-f1| + 2fs,从频带宽度或频率利用率上看,2FSK
最不可取。
2009/8/21 海南大学 信息学院
2FSK和 2PSK对信道特性的变化不敏感,而
OOK对信道特性的变化敏感。因为 2FSK不需人为设置判决门限; 2PSK最佳判决门限为 0,与信号幅度无关; 2ASK最佳判决门限为 a/2,与信号幅度有关,因为信道变化,判决门限随着信号幅度的变化而变化,不利于电路设计,此时需要自适应控制电路。
6.2 二进制数字调制原理
NextBackReturn
2,误码率在抗加性高斯白噪声方面,相干 2PSK性能最好,2FSK次之,OOK最差。
3,对信道特性变化的敏感性
2009/8/21 海南大学 信息学院 BackReturn
6.2 二进制数字调制原理目前用得最多的数字调制方式是相干 2DPSK
和非相干 2FSK,相干 2DPSK主要用于高速数据传输,而非相干 2FSK主要用于中、低速数据传输,
特别是在衰落信道中传输数据时,它有着广泛的应用。
2DSPK的设备最复杂,2FSK次之,OOK最简单。对于同一种调制方式,相干解调比非相干解调的设备复杂。
4,设备的复杂程度