1、第第5章章 頻帶傳輸及調制技術頻帶傳輸及調制技術 5.2 5.2 二進制頻率鍵控調制（二進制頻率鍵控調制（2FSK2FSK） 5.2.1 2FSK5.2.1 2FSK信號的產生信號的產生 5.2.2 2FSK5.2.2 2FSK信號的解調信號的解調 5.2.3 2FSK5.2.3 2FSK所需帶寬所需帶寬 5.3 5.3 數字相位調制數字相位調制 5.3.1 5.3.1 二相絕對移相調制（二相絕對移相調制（2PSK2PSK） 5.3.2 5.3.2 二相相對移相調制（二相相對移相調制（2DPSK2DPSK）5.2 5.2 二進制頻率鍵控調制（二進制頻率鍵控調制（2FSK2FSK） 5.2.1

2、2FSK 5.2.1 2FSK信號的產生信號的產生 5.2.2 2FSK5.2.2 2FSK信號的解調信號的解調 5.2.3 2FSK5.2.3 2FSK所需帶寬所需帶寬 5.2.1 2FSK5.2.1 2FSK信號的產生信號的產生 用數字基帶信號去控制正弦載波的頻率，使載波用數字基帶信號去控制正弦載波的頻率，使載波信號的頻率隨基帶信號的變化而變化，而載波振信號的頻率隨基帶信號的變化而變化，而載波振幅保持不變。幅保持不變。 調制方法：直接法和間接法。調制方法：直接法和間接法。1.直接法直接法直接調頻法是產生直接調頻法是產生2FSK2FSK信號最簡單的一種方法，它信號最簡單的一種方法，它用數字基

3、帶信號直接控制振蕩電路的參數（用數字基帶信號直接控制振蕩電路的參數（L L或或C C的值）變化以達到改變頻率的目的的值）變化以達到改變頻率的目的 。直接調制數學表達式：直接調制數學表達式： 式中：式中：A為載波振幅，為載波振幅， 0是未調載波頻率是未調載波頻率 0為載波初相位為載波初相位 為頻率偏移為頻率偏移 d )(cos)(0d0tmtAtSdddd 基帶信號為基帶信號為 0 Tg(t) Tt0 1 g(t) p 0 p)- 1 ( 1 )()(SS其它的矩形脈沖是持續時間為概率為概率為nnSnanTtgatm 當an=1時，VD1、VD2截止，振蕩頻率由L和C決定；當an=1時，等效電路

4、；當an=0時，VD1、VD2導通，頻率由L、C、C1決定。 波形圖波形圖2. 頻率選擇法頻率選擇法 原理：原理：用基帶信號去控制開關電路的變換以達到輸出頻率變化的目的。 適用于數字電路 。 實現電路。實現電路。 1m(t) if t)Acos(w 0m(t) if t)Acos(w 21 )(tFSKw1m(t)w2 波形圖波形圖 數學表達式數學表達式)cos()()cos()()(2211tnTtgatnTtgatSnsnsnp-1 1- 1 )()(概率為概率為概率為概率為 psnTtgnatm na其其中中 頻率選擇法：頻率選擇法： 原理圖如下：原理圖如下：頻率選擇法是用數字矩形脈沖（

5、基帶信頻率選擇法是用數字矩形脈沖（基帶信號）控制電子開關在兩個振蕩器進行轉號）控制電子開關在兩個振蕩器進行轉換。從而輸出不同頻率的信號的方法換。從而輸出不同頻率的信號的方法。5.2.2 2AFK信號的解調信號的解調1. 相干解調相干解調2.非相干解調非相干解調1.相干解調法相干解調法 相干解調法相干解調法（1）先S（t)用兩個中心頻率分別為1和2的帶通濾波器把代表“1”和“0”的振蕩分離出來，形成兩個不同頻率的2ASK信號。（2）再通過同步檢波器，經抽樣判決電路比較兩路輸出、的大小，最終決定輸出是1還是0。若x(t)y(t)，輸出0； x(t) y(t)，輸出1。 2.非相干解調非相干解調 抗

6、干擾性不強，但無需本地相干載波，實抗干擾性不強，但無需本地相干載波，實現起來比較容易。現起來比較容易。 分路濾波解調法：用多路檢波器代替分路濾波解調法：用多路檢波器代替 鑒頻器法鑒頻器法 過零檢測法過零檢測法 差分檢測法差分檢測法 最佳非相干解調法最佳非相干解調法 BPF抽樣判決器包絡檢波器抽樣脈沖抽樣脈沖輸入已調信號輸入已調信號輸出基帶信號輸出基帶信號BPF包絡檢波器w2w1V1(t)V2(t)兩個中心頻率分別為f1和f2的窄帶濾波器的作用是取出頻率為f1或f2的高頻信號BPF抽樣判決器包絡檢波器抽樣脈沖抽樣脈沖輸入已調信號輸入已調信號輸出基帶信號輸出基帶信號BPF包絡檢波器w2w1(1)

7、(1) 分路濾波解調法分路濾波解調法包絡檢波器將各自的包絡取出至抽樣判決器，當v1V2時,為f1當v1v2時判為f2(2)最佳非相干解調法最佳非相干解調法 當已調信號中的兩個載頻的頻差較小時，即時，分路濾波解調法中的帶通濾波器不能很好的將信號分離，這時可采用最佳非相干解調法. 與分路濾波法相比，最佳非相干解調法將帶通濾波器與分路濾波法相比，最佳非相干解調法將帶通濾波器換成了匹配濾波器，使它對換成了匹配濾波器，使它對2FSK信號有良好的分路特信號有良好的分路特性，以消除兩個支路之間的相互干擾。性，以消除兩個支路之間的相互干擾。( (動態濾波器）動態濾波器） 動態濾波器，當輸入信號頻率與某一路濾波

8、動態濾波器，當輸入信號頻率與某一路濾波器頻率相同時，在碼元終止時刻，該路濾波器頻率相同時，在碼元終止時刻，該路濾波器的輸出信號包絡將達到最大值，而另一路器的輸出信號包絡將達到最大值，而另一路濾波器的輸出信號包絡為零。濾波器的輸出信號包絡為零。 (3) 鑒頻器法鑒頻器法( (不講不講) ) 鑒頻器的作用就是把輸入信號的頻率變化變換成輸出電壓瞬時幅度的變化，即鑒頻器輸出電壓的瞬時幅度與輸入已調波的瞬時頻率偏移成正比。鑒頻器可由一個帶微分器的包絡檢波器組成。（參看補充教材P90） )()(0tmAtAd(4) (4) 過零檢測法過零檢測法 過零檢測法是根據2FSK信號的過零點數隨載頻不同而變化，通過

9、檢測2FSK信號的過零點數目來實現解調的方法。 5.2.3 2FSK5.2.3 2FSK所需帶寬所需帶寬 可以把他們當成同時存在的兩個頻率來研究。此時可可以把他們當成同時存在的兩個頻率來研究。此時可以把以把FSKFSK的頻譜當成中心頻率分別為的頻譜當成中心頻率分別為f fc0c0和和f fc1c1的兩個的兩個ASKASK頻頻譜的組合。譜的組合。FSKFSK所要求的帶寬等于信號波特率加上頻移值所要求的帶寬等于信號波特率加上頻移值（兩個載波頻率的差值），即（兩個載波頻率的差值），即 BW=BW=（f fc1c1-f-fc0c0）+ +N Nbaudbaud 式中，式中，f fc1c1較高的載波頻率

10、，較高的載波頻率，f fc0c0較低的載波頻較低的載波頻率。率。N Nbaudbaud波特率。波特率。 FSKFSK中波特率和帶寬的關系如圖中波特率和帶寬的關系如圖5.155.15所示。所示。 例例5.2 5.2 一相位不連續的一相位不連續的2FSK2FSK信號，發信號，發“1”1”碼時信號為碼時信號為A Acos(2 000cos(2 000t+1) )，發發“0”0”碼時信號為碼時信號為A Acos(8 000 cos(8 000 t+2) )，碼元速率為碼元速率為600 Baud600 Baud，則系統的頻帶，則系統的頻帶寬度為多少？傳輸模式為全雙工方式。寬度為多少？傳輸模式為全雙工方式

11、。 解：根據正弦波角頻率與頻率之間的關系，解：根據正弦波角頻率與頻率之間的關系，=2f,=2f,所以兩個信號的頻率分別為所以兩個信號的頻率分別為1000Hz1000Hz和和4000Hz4000Hz。而波特率等于比特速率。而波特率等于比特速率（即碼元速率），所以波特率為（即碼元速率），所以波特率為600600波特。波特。 根據公式根據公式(5.24)(5.24)可知系統的帶寬為可知系統的帶寬為 BW=BW=（ f fc1c1- f- fc0c0）+ +N Nbaudbaud= =（4000-10004000-1000）+600=3600Hz+600=3600Hz。 由于系統采用的是由于系統采用的

12、是全雙工模式，所以，傳全雙工模式，所以，傳輸介質的帶寬應為輸介質的帶寬應為7200Hz7200Hz。5.3 數字相位調制數字相位調制 用數字基帶信號去控制正弦載波的相位，用數字基帶信號去控制正弦載波的相位，使載波信號的相位隨基帶信號的變化而變使載波信號的相位隨基帶信號的變化而變化，分為：化，分為： 絕對相位調制(PSK,Phase shift keying) 相對相位調制(D PSK,Differetial Phase shift keying)5.3 5.3 數字相位調制數字相位調制 5.3.1 5.3.1 二相絕對移相調制（二相絕對移相調制（2PSK2PSK） 5.3.2 5.3.2 二相

13、相對移相調制（二相相對移相調制（2DPSK2DPSK）5.3.1 5.3.1 二相絕對移相調制（二相絕對移相調制（2PSK2PSK） 二進制二進制/二相絕對移相調制，用載波相位的二相絕對移相調制，用載波相位的不同值表示不同的數字信號，如不同值表示不同的數字信號，如0相位表示相位表示1，相位表示相位表示0，它們相位差為，它們相位差為 ，固定，固定參考相位為參考相位為0o所以稱為絕對移相所以稱為絕對移相. 1. 2PSK信號信號 2. 2PSK信號的產生 3. 2PSK信號的解調信號的解調 4.PSK4.PSK所需帶寬所需帶寬 1. 2PSK信號信號 1. 2PSK信號信號 波形圖波形圖 矢量圖：

14、矢量圖： 參考相位參考相位 0 panTnTtganTtgnTtgnssnsstPSK 1 1- p 1)(cos0wt)cos(w)()t)sin(sin(w-)t)cos(cos(w )( )tcos(w )( 0000000000)(概率為概率為概率為概率為相位）相位）和和有有個碼元的載波相位（僅個碼元的載波相位（僅為第為第為碼元持續時間，為碼元持續時間，為載頻，為載頻，其中，其中， 表達式2PSK信號信號 2PSK信號的產生：信號的產生： 調相法：調相法： 相位選擇法：相位選擇法：m(t) 碼變換2PSKcos(w0t)單極性雙極性調相法調相法2. 2PSK信號的產生信號的產生正極性時

15、載波相正極性時載波相位不變，負極性位不變，負極性時載波相位相反時載波相位相反w0t倒相器1m(t) if )Acos(wt 0m(t) if Acos(wt) )(tPSKm(t)0o相位選擇法相位選擇法2PSK信號的產生信號的產生w0t倒相器1m(t) if )Acos(wt 0m(t) if Acos(wt) )(tPSKm(t)0o相位選擇法相位選擇法 2PSK信號的解調：信號的解調： 相干解調法：3. 2PSK信號的解調信號的解調BPF乘法器乘法器抽樣判決器LPF定時抽樣定時抽樣2PSK信號信號基帶信號基帶信號相干波發生器相干波發生器acbdfecos(w0t)2PSK信號信號BPF乘

16、法器乘法器抽樣判決器LPF定時抽樣定時抽樣基帶基帶信號信號相干波發生器相干波發生器acbdfe11010010cos(w0t) 相干解調法缺點： 相位模糊。相位模糊。2PSK信號的解調關鍵是要產信號的解調關鍵是要產生相干載波，由于產生生相干載波，由于產生相干載波的相位具相干載波的相位具有不確定性有不確定性(由載波提取電路本身引起由載波提取電路本身引起的的），即可能出現即可能出現0或或兩種相位狀態兩種相位狀態（當本地載波與發端載波同頻反相時，相當本地載波與發端載波同頻反相時，相干解調會將干解調會將“1”判成判成“0”， “0”判成判成“1”） ，導致被接受的信號有可能檢測，導致被接受的信號有可能

17、檢測出極性完全相反的兩種基帶脈沖序列出極性完全相反的兩種基帶脈沖序列相對相移鍵控相對相移鍵控3. 2PSK信號的解調信號的解調2PSK信號的解調(a) 方框圖；(b)反向工作波形圖； (c)正常工作波形圖 BPTLPT4. PSK4. PSK所需帶寬所需帶寬 PSKPSK所需最小帶寬的計算與所需最小帶寬的計算與ASKASK所需最小帶所需最小帶寬的計算的原理相同，寬的計算的原理相同，PSKPSK所需帶寬的圖形所需帶寬的圖形與與圖圖5.55.5相同。相同。 但是，正如我們所了解的，在但是，正如我們所了解的，在PSKPSK調制傳輸調制傳輸系統中的最大比特率要比系統中的最大比特率要比ASKASK大得多

18、。因此，大得多。因此，盡管在相同的帶寬下盡管在相同的帶寬下ASKASK與與PSKPSK的最大波特的最大波特率相同，但率相同，但PSKPSK的比特率卻可以是的比特率卻可以是ASKASK的兩的兩倍或更多。倍或更多。 例例5 53 3 設某傳輸系統的帶寬為設某傳輸系統的帶寬為4000Hz4000Hz，分別求出分別求出2PSK2PSK、4PSK4PSK和和8PSK8PSK的波特率的波特率和比特率。設數據采用半雙工傳送方和比特率。設數據采用半雙工傳送方式。式。 解解：在：在2PSK2PSK系統中，其波特率就等于系統系統中，其波特率就等于系統的帶寬，因此可知，的帶寬，因此可知，2PSK2PSK的波特率為的

19、波特率為40004000。它的比特率也為它的比特率也為4000bps4000bps。 在在4PSK4PSK和和8PSK8PSK系統中，他們的波特率不變，系統中，他們的波特率不變，均為均為40004000，但比特率卻是，但比特率卻是2PSK2PSK的的2 2倍和倍和3 3倍，倍，分別為分別為8000bps8000bps和和12 000bps.12 000bps.5.3.2 5.3.2 二相相對移相調制（二相相對移相調制（2DPSK2DPSK） 二相相對移相調制，參考相位是前一個相二相相對移相調制，參考相位是前一個相鄰碼元的相位，不再是固定的載波鄰碼元的相位，不再是固定的載波0相位相位. 1.2D

20、PSK信號產生 2.2DPSK信號解調an平衡調相法平衡調相法 碼變換2DPSK 2PSK調制絕對碼絕對碼相對碼相對碼1. 2DPSK1. 2DPSK信號產生信號產生既差分碼：用比特開始時刻電平的跳變來表示“1”每個脈沖只決定于它所代表的碼元的值，前后脈沖之間互不相關。信號波形：2DPSK信號調制過程波形圖絕對碼相對碼載波DPSK信號101100100 解調解調 極性比較法極性比較法 相位比較法（差分相干解調法）相位比較法（差分相干解調法） ：直接進行直接進行前后碼元的相位比較。前后碼元的相位比較。2PSK信號信號相干解調相干解調碼變換碼變換m(t)2DPSKLPF抽樣判決器抽樣判決器m(t)

21、2DPSK延遲延遲Tsy1(t)y2(t)z(t)x(t)2. 2DPSK2. 2DPSK信號解調信號解調相對碼絕對碼t10110ant2DPSK信號y1(t)ty2(t)tz(t)tx(t)t抽樣脈沖ann波形圖t01101 本本 章章 小小 結結 信號經調制后再傳輸的方式稱為頻帶傳輸。在數據通信中采用的是數字調制，實現數字調制的方法有幅度調制、頻率調制、相位調制等。 幅度調制利用數字基帶信號控制載波的幅度來傳送信息。常用的幅度調制方式有二進制振幅鍵控調制（2ASK）、多進制振幅鍵控調制（MASK）、雙邊帶抑制載波調制（DSBSC）及正交幅度調制（QAM）等。對于幅度調制信號的解調方法有兩種

22、，即相干解調和非相干解調。 頻率調制利用數字基帶信號控制載波的頻率來傳遞信息。常用的頻率調制方式有二進制頻移鍵控調制（2FSK）、多進制頻移鍵控調制（MFSK）及最小頻移鍵控（MSK）等。對于頻率調制信號的解調方法分為相干解調和非相干解調兩類。非相干解調又包含最佳非相干解調法、分路濾波法、鑒頻器法、過零檢測法及差分檢波法等多種方法。 相位調制利用數字基帶信號控制載波的相位變化來傳遞信息。常用的相位調制方式有絕對移相的相移鍵控（PSK）和相對移相的相移鍵控（DPSK）。對于PSK信號采用相干解調方法，而DPSK信號的解調方法有極性比較法和相位比較法兩種。 為了獲得較好的頻帶利用率和功率利用率，可采用幅度相位混合調制（APK）方式，即對載波的振幅和相位同時進行數字調制的方式，適用于高效率的通信方式中. 例例1：設發送數字信息為設發送數