1、CCEE第五章第五章 數字調制與解調數字調制與解調數字通信原理:數字通信原理數字通信原理主要內容主要內容5.1 引引 言言 5.2 二進制數字調制與解調原理二進制數字調制與解調原理5.3 二進制數字調制系統的抗噪聲性能二進制數字調制系統的抗噪聲性能5.4 二進制數字調制系統的性能比較二進制數字調制系統的性能比較5.5 多進制數字調制與解調原理多進制數字調制與解調原理5.6 現代數字調制解調技術現代數字調制解調技術:數字通信原理數字通信原理5.2 5.2 二進制數字調制與解調原理二進制數字調制與解調原理 若調制信號是二進制數字基帶信號時，這若調制信號是二進制數字基帶信號時，這種調制稱為二進制數字

2、調制。種調制稱為二進制數字調制。123:數字通信原理數字通信原理5.2.1 5.2.1 二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK）振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數字基帶信振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數字基帶信號而變化的數字調制。當數字基帶信號為號而變化的數字調制。當數字基帶信號為二進制時，則為二進制振幅鍵控。二進制時，則為二進制振幅鍵控。二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK調制調制二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK解調解調:數字通信原理數字通信原理二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK調制調制二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK信號信號二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控

3、2ASK2ASK信號的頻譜信號的頻譜:數字通信原理數字通信原理二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK信號信號011nPaP發送概率為發送概率為2ASK2ASK信號的產生信號的產生)()(snnnTtgats10( )0tstTg t 其它2( )()cosASKnscneta g tnTt發送的二進制符號序列發送的二進制符號序列 其中其中 sT是二進制基帶信號時間間隔2ASK2ASK信號信號 :數字通信原理數字通信原理二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK信號信號2ASK2ASK信號的時域波形信號的時域波形2ASK2ASK信號的時間波形隨二進制基帶信號通斷變化，信號的時間波形隨二進

4、制基帶信號通斷變化，所以又稱為通斷鍵控信號所以又稱為通斷鍵控信號OOKOOK信號）信號）單極性矩形單極性矩形脈沖序列脈沖序列t t1 11 11 11 10 00 00 0s(t)s(t)t tt t載波信號載波信號2ASK2ASK信號信號:數字通信原理數字通信原理二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK信號信號2ASK2ASK信號產生的兩種調制方法：模擬相乘信號產生的兩種調制方法：模擬相乘與數字鍵控與數字鍵控乘法器乘法器二進制不歸二進制不歸零信號零信號( )s t2( )ASKetcosctcosctcosct開關電路開關電路數字鍵控數字鍵控 ( )s t 2ASKet模擬相乘模擬相乘

5、:數字通信原理數字通信原理二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK調制調制二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK信號信號二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK信號的頻譜信號的頻譜:數字通信原理數字通信原理二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK信號的頻譜信號的頻譜2( )() cos( ) cosASKnsccneta g tnTts tt e2ASK(t) e2ASK(t)的功率譜密度為的功率譜密度為P2ASK(f)P2ASK(f) s(t) s(t)的功率譜密度為的功率譜密度為Ps(f)Ps(f)21( )()()4ASKscscPfPffP ff推導推導Ps(f)Ps

6、(f)2ASK2ASK調制信號調制信號 21( ) ()()2ASKccESS頻譜頻譜 功率譜密度功率譜密度 :數字通信原理數字通信原理二進制基帶信號二進制基帶信號s(t)s(t)是單極性隨機矩形脈沖，其功率譜密度是單極性隨機矩形脈沖，其功率譜密度Ps(f)Ps(f)為為式中式中msssssmffmfGPffGPPffP)()(1)()1 (22）（( )G fg t（ ）矩形波頻譜：對于所有的矩形波頻譜：對于所有的m0m0的整數，有的整數，有G(mfs)=0G(mfs)=0 fGPffGPPffPsss2222011因此因此2222221( )(1)()() 41(1)(0) ()()4AS

7、KsccsccPff PPG ffG fffPGffff:數字通信原理數字通信原理假設假設P P1/21/2，那么，那么 222221161(0)16ASKsccsccPffG ffG fffGffffg(t)g(t)的頻譜的頻譜 sinsjfTsssfTG fTefT因此因此222sin()sin()( )16()()1()()16scscsASKcscsccTff Tff TPfff Tff Tffff 連續連續譜譜 離散離散譜譜:數字通信原理數字通信原理二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK信號的頻譜信號的頻譜二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK信號的頻譜信號的頻譜22AS

8、KBB 傳輸傳輸2ASK2ASK信號所信號所需頻帶需頻帶0 0f fs s2fs2fs-fs-fs-2fs-2fsPs(f)Ps(f)fs-f0fs-f00 0fcfcfcfcfsfsPE(f)PE(f)fcfc:數字通信原理數字通信原理5.2.1 5.2.1 二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK）二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK調制調制二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK解調解調:數字通信原理數字通信原理二進制振幅鍵控二進制振幅鍵控2ASK2ASK解調解調非相干解調非相干解調( (包絡檢波法包絡檢波法) )相干解調相干解調( (同步檢測法同步檢測法) ):數字通信

9、原理數字通信原理非相干解調非相干解調非相干解調非相干解調( (包絡檢波法包絡檢波法) )方式的接收系統框圖方式的接收系統框圖半波或全波整流器：包絡檢波器半波或全波整流器：包絡檢波器低通濾波器：輸出信號是恢復后的基帶信號低通濾波器：輸出信號是恢復后的基帶信號抽樣判決器：通過積分，抽樣和判決，再生抽樣判決器：通過積分，抽樣和判決，再生成基帶信號，去掉傳輸中疊加的干擾和噪聲成基帶信號，去掉傳輸中疊加的干擾和噪聲包絡檢波器包絡檢波器抽樣抽樣判決器判決器全波全波整流器整流器低通低通濾波器濾波器2( )ASKet帶通帶通濾波器濾波器定時定時脈沖脈沖輸出輸出:數字通信原理數字通信原理2ASK2ASK信號非相

10、干解調過程的時間波形信號非相干解調過程的時間波形單極性矩形單極性矩形脈沖序列脈沖序列調制信號調制信號整流信號整流信號低通濾波器低通濾波器輸出信號輸出信號抽樣判決器抽樣判決器輸出信號輸出信號1 11 10 01 10 00 00 01 10 00 01 1:數字通信原理數字通信原理二、二進制振幅鍵控二、二進制振幅鍵控2ASK2ASK解調解調非相干解調非相干解調( (包絡檢波法包絡檢波法) )相干解調相干解調( (同步檢測法同步檢測法) ):數字通信原理數字通信原理相干解調相干解調相干解調相干解調( (同步檢測法同步檢測法) )方式的接收系統框圖方式的接收系統框圖解調原理：將已調信號解調原理：將已

11、調信號e(t)e(t)與相干載波與相干載波c(t)c(t)在相在相乘器中相乘，然后由低通濾波器輸出所需的基帶乘器中相乘，然后由低通濾波器輸出所需的基帶波形。波形。 抽樣抽樣判決器判決器相乘器相乘器低通低通濾波器濾波器2( )ASKet帶通帶通濾波器濾波器定時定時脈沖脈沖輸出輸出c(t)c(t):數字通信原理數字通信原理假設假設2ASK( )( )cos(),ccets tt輸入信號： c osLLc tt相干載波：相乘器輸出相乘器輸出2( )( )( )cos() cos()11( )cos()()( )cos()()22ASKccLLcLcLcLcLetc ts ttts tts tt 低通

12、濾波器低通濾波器濾除濾除低通濾波器輸出低通濾波器輸出)()cos()(21)(0LcLccttskts KC KC為低通濾波器的電壓傳輸系數為低通濾波器的電壓傳輸系數相干條件相干條件cLcL及 滿足相干條件下，相干檢測器的輸出為滿足相干條件下，相干檢測器的輸出為)(21)(0tsktsc:數字通信原理數字通信原理相干解調相干解調抽樣抽樣判決器判決器相乘器相乘器低通低通濾波器濾波器2( )ASKet帶通帶通濾波器濾波器定時定時脈沖脈沖輸出輸出e(t)e(t)相干解調條件：接收端必須提供一個與相干解調條件：接收端必須提供一個與2ASK2ASK信號信號的載波保持同頻同相的相干載波，否則將會造成的載波

13、保持同頻同相的相干載波，否則將會造成解調后的波形失真。解調后的波形失真。相干載波一般可通過窄帶濾波或鎖相環路來提取。相干載波一般可通過窄帶濾波或鎖相環路來提取。:數字通信原理數字通信原理5.2 5.2 二進制數字調制與解調原理二進制數字調制與解調原理213:數字通信原理數字通信原理5.2.2 5.2.2 二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控2FSK2FSK）二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控2FSK2FSK調制調制二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控2FSK2FSK解調解調 若正弦載波的頻率隨二進制基帶信號在若正弦載波的頻率隨二進制基帶信號在f1f1和和f2f2兩個頻率點間變化，則產生二進制移頻兩個頻率點間變化，則

14、產生二進制移頻鍵控信號鍵控信號2FSK2FSK）:數字通信原理數字通信原理二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控2FSK2FSK調制調制2FSK2FSK調制是數字通信中用得較廣得一種方式，調制是數字通信中用得較廣得一種方式，用于話音通信頻率低于用于話音通信頻率低于1200bps1200bps）、衰落）、衰落信道中傳輸數據等情況。信道中傳輸數據等情況。二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控2FSK2FSK信號信號二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控2FSK2FSK信號的頻譜信號的頻譜:數字通信原理數字通信原理二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控2FSK2FSK信號信號2FSK2FSK信號的產生信號的產生二進制移頻鍵控信號可以看成是

15、兩個不同載二進制移頻鍵控信號可以看成是兩個不同載波的二進制振幅鍵控信號的疊加。若二進制波的二進制振幅鍵控信號的疊加。若二進制基帶信號的基帶信號的1 1符號對應于載波頻率符號對應于載波頻率f1f1，0 0符號符號對應于載波頻率對應于載波頻率f2f2，則二進制移頻鍵控信號，則二進制移頻鍵控信號的時域表達式為的時域表達式為212( )() cos()() cos()FSKnsnnsnnneta g tnTta g tnTtPPan110概率為概率為PPan概率為概率為110g(t)g(t)為單個矩形脈沖，脈寬為單個矩形脈沖，脈寬為為TsTsnn，nn分別是第分別是第n n個信號碼個信號碼元的初相位元

16、的初相位其中其中 :數字通信原理數字通信原理二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控2FSK2FSK信號信號2FSK2FSK信號產生的兩種調制方法：信號產生的兩種調制方法：模擬調頻模擬調頻數字鍵控數字鍵控通過基帶信號控制振蕩器中的某一元件數值通過基帶信號控制振蕩器中的某一元件數值( (例如電例如電容量的大小容量的大小) )來得到不同頻率的信號，它產生的兩個來得到不同頻率的信號，它產生的兩個頻率頻率f1f1和和f2f2在轉換時刻的相位是連續的，故這種在轉換時刻的相位是連續的，故這種2FSK2FSK信號稱為相位連續的信號稱為相位連續的2FSK2FSK信號。信號。模擬調頻模擬調頻 模擬模擬調頻器調頻器二進制不歸

17、二進制不歸零信號零信號( )s t oet:數字通信原理數字通信原理二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控2FSK2FSK信號信號由于兩個頻率來自兩個振蕩源，所以在由于兩個頻率來自兩個振蕩源，所以在f1f1與與f2f2之間的之間的轉換瞬間相位不連續。這種方法產生的轉換瞬間相位不連續。這種方法產生的2FSK2FSK信號稱為信號稱為相位不連續的相位不連續的2FSK2FSK信號，或相位離散的信號，或相位離散的2FSK2FSK信號。信號。數字鍵控數字鍵控 反相器反相器 2FSKet振蕩器振蕩器1 1f1f1振蕩器振蕩器2 2f2f2選通開關選通開關選通開關選通開關相加器相加器基帶信號基帶信號:數字通信原理數字通

18、信原理二進制移頻鍵控信號的時間波形二進制移頻鍵控信號的時間波形輸入序列輸入序列s(t)s(t)載波載波f1f1e1(t)e1(t)e2(t)e2(t)調制信號調制信號1 11 10 01 11 11 10 00 00 0/s(t)/s(t)載波載波f2f2:數字通信原理數字通信原理二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控2FSK2FSK調制調制二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控2FSK2FSK信號信號二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控2FSK2FSK信號的頻譜信號的頻譜:數字通信原理數字通信原理二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控2FSK2FSK信號的頻譜信號的頻譜相位離散的相位離散的2FSK2FSK信號信號相位連續的相位連

19、續的2FSK2FSK信號信號:數字通信原理數字通信原理相位離散的相位離散的2FSK2FSK信號信號相位離散的二進制移頻鍵控信號，可以看成相位離散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由兩個不同載波的二進制振幅鍵控信號的疊加加功率譜密度可以近似表示成兩個不同載波的功率譜密度可以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。二進制振幅鍵控信號功率譜密度的疊加。推導推導2FSK2FSK信號的頻譜信號的頻譜:數字通信原理數字通信原理212( )() cos()() cos()FSKnsnnsnnneta g tnTta g tnTtnn和和nn分別代表第分別

20、代表第n n個信號碼元的初始相位。通常可令個信號碼元的初始相位。通常可令nn和和nn為零為零212( )() cos()() cos()FSKnsnsnneta g tnTta g tnTt相位離散的相位離散的2FSK2FSK調制信號調制信號令令12( )()( )()nsnnsns ta g tnTs ta g tnT兩路二進制數字基帶信號兩路二進制數字基帶信號21122( )( )cos()( )cos()FSKets tts tt:數字通信原理數字通信原理根據根據2ASK2ASK信號功率譜密度的表示式，可得信號功率譜密度的表示式，可得2FSK2FSK信號功率譜密度的表示式信號功率譜密度的

21、表示式22211222112222222221( )(1)()() 41(1)(0) ()()41(1)()() 41(1)(0) ()()4FSKssssPff PPG ffG fffPGfffff PPG ffG fffPGffff11222112211( )()()()()44FSKssssPfPffPffPffPff:數字通信原理數字通信原理假設假設P P1/21/2，那么，那么2222211222211221( )()()()() 161(0) ()()()()16FSKssPffG ffG ffG ffG fffGffffffffg(t)g(t)的頻譜的頻譜sin( )sssfTG

22、 fTfT因此因此22112112222221122sin()sin()( )16()()sin()sin()()()1()()()()16sssFSKssssssTff Tff TPfff Tff Tff Tff Tff Tff Tffffffff 連續連續譜譜 離散離散譜譜:數字通信原理數字通信原理頻譜分析頻譜分析圖中圖中a a曲線對應的曲線對應的f1f1f0+fsf0+fs，f2f2f0-fsf0-fs，曲線曲線b b對應的對應的f1= f0+0.4fsf1= f0+0.4fs，f2f2f0-0.4fsf0-0.4fs。f0=f0=（f1+ f2f1+ f2）/2/22fs2fs0.8f

23、s0.8fsf ff f0 0f0f0fsfsf0-fsf0-fsf0f02fs2fsf0-2fsf0-2fsPe(f)Pe(f)（單邊譜）（單邊譜）a ab b:數字通信原理數字通信原理頻譜分析頻譜分析2FSK2FSK信號的功率譜由連續譜和離散譜組成。信號的功率譜由連續譜和離散譜組成。其中，連續譜由兩上雙邊譜疊加而成，而離其中，連續譜由兩上雙邊譜疊加而成，而離散譜出現在兩個載頻位置上；散譜出現在兩個載頻位置上；若若f1f1和和f2f2之差較小如小于之差較小如小于fsfs則連續譜出則連續譜出現單峰，若現單峰，若f1f1和和f2f2之差較大出現雙蜂。之差較大出現雙蜂。傳輸傳輸2FSK2FSK信號

24、所需的頻帶為信號所需的頻帶為sffff221:數字通信原理數字通信原理二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控2FSK2FSK信號的頻譜信號的頻譜相位離散的相位離散的2FSK2FSK信號信號相位連續的相位連續的2FSK2FSK信號信號:數字通信原理數字通信原理相位連續的相位連續的2FSK2FSK信號信號相位連續的相位連續的2FSK2FSK信號是利用基帶信號對一信號是利用基帶信號對一個振蕩器進行頻率調制而產生的。在理想情個振蕩器進行頻率調制而產生的。在理想情況下，振蕩器產生的頻率隨基帶信號線性變況下，振蕩器產生的頻率隨基帶信號線性變化。化。調頻信號調頻信號: : ctdct dtsftfAte22cos載波

25、振幅載波振幅未調制時振蕩器產生未調制時振蕩器產生的固有載波頻率的固有載波頻率頻偏因子頻偏因子初始相位初始相位:數字通信原理數字通信原理相位連續的相位連續的2FSK2FSK信號信號anan是碼元脈沖的振幅，其可能取值為是碼元脈沖的振幅，其可能取值為1 1。 snnnTtgats發送的二進制符號序列發送的二進制符號序列 ssTf1ssdTffffh212調頻指數調頻指數 cos 2tcse tAf tf hs t dt0c化簡化簡 tAttfAteccos2cos:數字通信原理數字通信原理相位連續的相位連續的2FSK2FSK信號信號 tAttfAteccos2cost t0 0f f0 0f1f1

26、f2f22fct2fct(t)(t)(t)(t)(t)(t)t t:數字通信原理數字通信原理相位連續的相位連續的2FSK2FSK信號信號分析分析FSKFSK信號時，常用到歸一化相關系數信號時，常用到歸一化相關系數2FSK2FSK信號在一個碼元期間內波形為信號在一個碼元期間內波形為sTEdttstss021)()(ssTttAteTttAtete0cos)(0cos)()(2211212021212121coscossin()sin()()()sTsssssAttdtTTETTssscscTTTT)()sin(22sin1212221c:數字通信原理數字通信原理相位連續的相位連續的2FSK2FS

27、K信號信號選選2 2cTs1,cTs1,或或2 2cTscTsK K，因此有：，因此有：ssTT1212sin0 0-0.2-0.21 122331.431.43(2-1)Ts(2-1)Ts討論討論 :數字通信原理數字通信原理討論討論當當( (2- 2- 1)Ts1)TsK K(k(k1)1)時，時， 為零，為零，兩信號具有正交特性。兩信號具有正交特性。在在K Kl l時，相應的時，相應的h=0.5h=0.5，這是滿足正交條，這是滿足正交條件的最小調制指數。因這種信號占帶最小。件的最小調制指數。因這種信號占帶最小。稱之為最小頻移鍵控稱之為最小頻移鍵控(MSK)(MSK)信號。信號。 當當( (

28、2- 2- 1)Ts1)Ts1.431.43時時,h=0.75 ,h=0.75 =-=-2/32/3, ,為最小值為最小值, ,這種情況兩信號之間具有這種情況兩信號之間具有超正交特性。超正交特性。:數字通信原理數字通信原理相位連續的相位連續的2FSK2FSK信號的功率譜密度信號的功率譜密度相位連續的相位連續的FSKFSK信號功率譜密度的計算很復信號功率譜密度的計算很復雜雜只討論二元等概信碼只討論二元等概信碼單邊譜密度表達式：單邊譜密度表達式：2222122122222122122sin/2 sin/211( )12coscoscos2sin/2 sin/21112coscoscosssesss

29、sssssssATTP fTTTTATTTTTT 式中式中21212112122sccfff hf載波頻率遠大于頻偏，載波頻率遠大于頻偏，此項可忽略此項可忽略:數字通信原理數字通信原理相位連續的相位連續的2FSK2FSK信號的功率譜密度信號的功率譜密度功率譜密度仍然是功率譜密度仍然是X X的偶的偶函數函數調制指數調制指數h h0.50.5時，功時，功率譜密度曲線呈現單峰。率譜密度曲線呈現單峰。在在h h0.7150.715時，曲線呈時，曲線呈現雙峰。現雙峰。在在h h趨近于趨近于1 1時曲線的雙時曲線的雙峰變得非常尖銳。峰變得非常尖銳。當當h hl l時，曲線的雙峰時，曲線的雙峰變成了兩條線狀

30、譜每條變成了兩條線狀譜每條線譜所占的功率都是信線譜所占的功率都是信號功率的號功率的1/41/4兩條共占兩條共占信號總功率的信號總功率的1/21/2。h h1 1之后，雙峰的距離之后，雙峰的距離將逐漸增大。將逐漸增大。h=0.5h=0.5h=0.715h=0.7150.80.80.40.4Pe(x)Pe(x)1.01.0 x x0.50.5-1.0-1.0-0.5-0.5:數字通信原理數字通信原理帶寬帶寬以包含以包含9090的功率來計算信號所占的帶寬可得的功率來計算信號所占的帶寬可得不同調制指數時的信號帶寬不同調制指數時的信號帶寬1.5fs1.5fs2.5fs2.5fs3fs3fs(2+h)fs

31、(2+h)fs(2+h)fs(2+h)fs(2+h)fs(2+h)fs(2+h)fs(2+h)fs(2+h)fs(2+h)fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs2fs相位連續相位連續FSKFSK相位離散相位離散FSKFSKASKASKPSKPSK0.60.60.70.70.80.81.01.01.51.522頻帶頻帶ffh h:數字通信原理數字通信原理結論結論h h2 2時，相位連續的時，相位連續的FSKFSK信號與相位離散的信號與相位離散的FSKFSK信信號的帶寬基本相同號的帶寬基本相同當當h h1 1時時, ,信號的能量大部分都集中在

32、信號的能量大部分都集中在x x0.50.5的的范圍以內，范圍以內，在在h h為為0.60.60.70.7時，時， 相位連續的相位連續的FSKFSK信號的帶寬約信號的帶寬約為為1.5fs1.5fs比比ASKASK信號和信號和PSKPSK信號的帶寬還窄。信號的帶寬還窄。在調制指數在調制指數h h較小的條件下，相位連續的較小的條件下，相位連續的FSKFSK信號信號具有能量集中，包絡恒定，抗干擾能力強的特具有能量集中，包絡恒定，抗干擾能力強的特 點，點，目前用得較多的是目前用得較多的是h h0.50.5的相位連續的的相位連續的FSKFSK方式方式, ,即最小移頻鍵控方式即最小移頻鍵控方式(MSK)(M

33、SK)。:數字通信原理數字通信原理5.2.2 5.2.2 二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控2FSK2FSK）二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控2FSK2FSK調制調制二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控2FSK2FSK解調解調:數字通信原理數字通信原理二進制移頻鍵控二進制移頻鍵控2FSK2FSK解調解調常用解調方法：常用解調方法：非相干解調非相干解調相干解調相干解調其它解調方法其它解調方法鑒頻法鑒頻法過零檢測法過零檢測法差分檢波法差分檢波法:數字通信原理數字通信原理非相干解調非相干解調抽樣判決器：判定哪一抽樣判決器：判定哪一個輸入樣值大，此時可個輸入樣值大，此時可以不專門設置門限電平以不專門設置門限電平包絡包絡

34、檢波器檢波器包絡包絡檢波器檢波器抽樣抽樣判決器判決器 2FSKet帶通濾波器帶通濾波器11帶通濾波器帶通濾波器22定時脈沖定時脈沖輸出輸出最佳非相干解調最佳非相干解調 :數字通信原理數字通信原理最佳非相干解調最佳非相干解調在每個匹配濾波器后面接有一個包絡檢波器在每個匹配濾波器后面接有一個包絡檢波器匹配濾波器的輸出信號經包絡檢波后，再進匹配濾波器的輸出信號經包絡檢波后，再進行取樣判決，因而取樣值與接收信號的相位行取樣判決，因而取樣值與接收信號的相位無關。無關。沒有利用信號的相位信息，這種解調方法與沒有利用信號的相位信息，這種解調方法與相干解調相比，在同樣誤碼率的條件下，所相干解調相比，在同樣誤碼

35、率的條件下，所需的信噪比略高一些需的信噪比略高一些解調時不需要提取載波，可對隨機起始相位解調時不需要提取載波，可對隨機起始相位的信號進行解調，所以用起來比較方便。的信號進行解調，所以用起來比較方便。:數字通信原理數字通信原理最佳非相干解調最佳非相干解調 11cossh tATt包絡包絡檢波器檢波器包絡包絡檢波器檢波器 2FSKet匹配濾波器匹配濾波器1 1匹配濾波器匹配濾波器2 2輸出輸出清洗脈沖清洗脈沖 22cosshtATtssTttAteTttAte0cos)(0cos)(22112FSK2FSK信號在某一碼元持續時間傳送信號信號在某一碼元持續時間傳送信號匹配濾波器的沖擊響應匹配濾波器的

36、沖擊響應ssssTttTAthTttTAth0)(cos)(0)(cos)(2211a ab bc cd de ef fg g比較比較判決判決:數字通信原理數字通信原理最佳非相干解調最佳非相干解調設設TsTs為為T1T11/f11/f1及及T2T21/f21/f2的整數倍，即的整數倍，即Ts=KlTlTs=KlTl及及TsTsK2T2(KlK2T2(Kl，K2K2分別為整數分別為整數) )那么那么2FSK2FSK兩個頻率信號的匹配濾波器其沖激響應與輸兩個頻率信號的匹配濾波器其沖激響應與輸入信號相同入信號相同ssssTttAtkAtTAthTttAtkAtTAth0cos)2cos)(cos)(

37、0cos)2cos)(cos)(2222211111:數字通信原理數字通信原理最佳非相干解調最佳非相干解調soTttAth0cos)(siTttAte0)cos()()()()(thteteio輸入信號輸入信號匹配濾波器沖擊響應匹配濾波器沖擊響應匹配濾波器輸出信號匹配濾波器輸出信號ooooooootooootoiotttAtttAdttAdtthtete)sin()()sin(2)sin()sin(2)()cos()cos(2)(coscos)()()(0第一項振幅遠大于第二項，第一項振幅遠大于第二項，略去第二項略去第二項:數字通信原理數字通信原理最佳非相干解調最佳非相干解調sin()sin(

38、)( )2()()sincos2222sin2cos222ooooooooootttAe ttttAtAttt化簡化簡o式中式中sooTttttAte0)(cos)()( 2/2/sin2ttAttA 2tt式中式中:數字通信原理數字通信原理最佳非相干解調最佳非相干解調討論討論=0 =0 ， = = o osooTtttAte0)cos()()(2)(AttA振幅隨時間線性增長振幅隨時間線性增長)(t相位等于初相相位等于初相可利用此特性對可利用此特性對2FSK2FSK信信號進行解調。號進行解調。:數字通信原理數字通信原理最佳非相干解調最佳非相干解調0 0 =2k=2k /Ts/Tsk k為整數

39、）為整數）sTtttAttA02/)2/sin(2)(t= Tst= Ts處處t/2=kt/2=k 0)(tAk=1k=1時時= 2= 2 (f1- f2 (f1- f2）= 2= 2 /Ts= 2 /Ts= 2 fs fsf1f1和和f2f2相差相差fs fs :數字通信原理數字通信原理最佳非相干解調最佳非相干解調包絡包絡A(t)A(t)與與t t及及A(t,A(t,) )與與的關系曲線的關系曲線利用其包絡特性可分開兩路信號利用其包絡特性可分開兩路信號能對能對2FSK2FSK信號解調信號解調t tTSTSTS/2TS/2ATS/ATS/2 2A(t)A(t)=0=0=2/TS=2/TS=4/

40、TS=4/TS0 0A(t,)A(t,)2ST4ST6ST8ST2ST4ST6ST8ST:數字通信原理數字通信原理2FSK2FSK信號解調的各點波形圖信號解調的各點波形圖t tA(t)A(t)f1f1f2f2f1f1t ta at tb bt tc ct td dt te et tf ft tg g:數字通信原理數字通信原理匹配濾波器的實現匹配濾波器的實現實現具有余弦函數沖激響應的匹配濾波器，實現具有余弦函數沖激響應的匹配濾波器，可利用聲表面波可利用聲表面波(SAW)(SAW)器件，在較高中心器件，在較高中心頻率頻率( (幾兆赫至幾十兆赫幾兆赫至幾十兆赫) )上，可構成接近理上，可構成接近理想

41、的匹配濾波器。想的匹配濾波器。在通信接收機中廣泛利用動態濾波器來實在通信接收機中廣泛利用動態濾波器來實現這種匹配濾波器的功能現這種匹配濾波器的功能用高用高Q Q諧振回路組成的動態濾波器諧振回路組成的動態濾波器正交相關法正交相關法數字式動態濾波器數字式動態濾波器:數字通信原理數字通信原理用高用高Q Q諧振回路組成的動態濾波器諧振回路組成的動態濾波器這種電路利用對輸入信號的這種電路利用對輸入信號的暫態響應，所以稱為動態濾暫態響應，所以稱為動態濾波器。波器。L LR RC CK K清清洗洗開開關關高高Q Q振蕩回路傳遞函數的拉氏變換振蕩回路傳遞函數的拉氏變換LCSLrSLrSCSCSLrSCSLrH

42、1)(111)()(2)cos()(tAethtLC10沖擊響應沖擊響應求拉氏反變換求拉氏反變換式中式中Lr220)(11CA200220)(1回路諧振頻率回路諧振頻率:數字通信原理數字通信原理用高用高Q Q諧振回路組成的動態濾波器諧振回路組成的動態濾波器回路回路Q Q值很高值很高高高Q QQ Q10001000并聯諧振回路可構成余弦信號的匹并聯諧振回路可構成余弦信號的匹配濾波器配濾波器rLQ002LrCA100tth0cos)(:數字通信原理數字通信原理清洗清洗為了解調需要，每個碼元結束時還必須清洗因為了解調需要，每個碼元結束時還必須清洗因此便于清洗也是非常重要的條件。為提高此便于清洗也是非

43、常重要的條件。為提高Q Q值，若值，若用用LCLC諧振回路，須采用很多措施諧振回路，須采用很多措施引入適量正回授和部分接入引入適量正回授和部分接入優點：電路簡單優點：電路簡單缺陷：缺陷：Q Q值不容易做得很高，回路參數的溫度穩定值不容易做得很高，回路參數的溫度穩定性差，電路的中心頻率容易漂移，正回授過強會性差，電路的中心頻率容易漂移，正回授過強會引起自激。引起自激。機械諧振體如音叉或壓電石英晶體代替普通的機械諧振體如音叉或壓電石英晶體代替普通的LCLC諧振回路，這些諧振體具有很高的諧振回路，這些諧振體具有很高的Q Q值。但是當它值。但是當它們與輸入信號諧振起來以后，要想把已經建立的們與輸入信號

44、諧振起來以后，要想把已經建立的振蕩粹熄比較困難，故清洗不便振蕩粹熄比較困難，故清洗不便:數字通信原理數字通信原理匹配濾波器的實現匹配濾波器的實現用高用高Q Q諧振回路組成的動態濾波器諧振回路組成的動態濾波器正交相關法正交相關法數字式動態濾波器數字式動態濾波器:數字通信原理數字通信原理正交相關法正交相關法 ie t輸出輸出積分器積分器積分器積分器0cos() t0cos() t0cos() t0cos() t動態濾波器輸入信號動態濾波器輸入信號動態濾波器輸出動態濾波器輸出 tiiodthethtete)()()( ie t 0cosh tttititiodetdetdtete00000000si

45、n)(sincos)(cos)(cos)()(:數字通信原理數字通信原理正交相關法正交相關法這種方法的優點：這種方法的優點：只要改變本地振蕩器的頻率即可改變動態只要改變本地振蕩器的頻率即可改變動態濾波器的中心頻率；濾波器的中心頻率；電路中心頻率的穩定度高。電路中心頻率的穩定度高。:數字通信原理數字通信原理匹配濾波器的實現匹配濾波器的實現用高用高Q Q諧振回路組成的動態濾波器諧振回路組成的動態濾波器正交相關法正交相關法數字式動態濾波器數字式動態濾波器:數字通信原理數字通信原理數字式動態濾波器數字式動態濾波器采用采用N N相時序開關濾波器。它的基本思想是用相時序開關濾波器。它的基本思想是用N N相

46、時序開相時序開關對輸入信號進行分割、積分，然后合成總的信號。關對輸入信號進行分割、積分，然后合成總的信號。電路中電路中K1K1、K2K2、K3K3、K4K4為電子開關，分別受時序脈沖為電子開關，分別受時序脈沖K1(t)K1(t)、K2(t)K2(t)、K3(t)K3(t)、K4(t)K4(t)控制，時序脈沖把控制，時序脈沖把K1K1、K2K2、K3K3、K4K4輪流接通，使輸入信號輸流對電容器輪流接通，使輸入信號輸流對電容器C1C1、C2C2、C3C3、C4C4充電，它們的容量均等于充電，它們的容量均等于c c。時序脈沖的重復頻率就是這種動態濾波器的中心頻率。時序脈沖的重復頻率就是這種動態濾波

47、器的中心頻率。在整個頻率軸上呈現梳狀傳輸特性。在整個頻率軸上呈現梳狀傳輸特性。輸入輸入K1K1輸出輸出K KK2K2K3K3K4K4R RC1C1C2C2C3C3C4C4:數字通信原理數字通信原理數字式濾波器數字式濾波器K1(t)K1(t)K2(t)K2(t)K3(t)K3(t)K4(t)K4(t)K(t)K(t)z(t)z(t)t tTbTb0 0y(t)y(t)t tTbTb0 0:數字通信原理數字通信原理二進制移頻鍵控二進制移頻鍵控2FSK2FSK解調解調常用解調方法：常用解調方法：非相干解調非相干解調相干解調相干解調其它解調方法其它解調方法鑒頻法鑒頻法過零檢測法過零檢測法差分檢波法差分

48、檢波法:數字通信原理數字通信原理相干解調相干解調低通低通濾波器濾波器低通低通濾波器濾波器抽樣抽樣判決器判決器 2FSKet帶通濾波器帶通濾波器11帶通濾波器帶通濾波器22定時脈沖定時脈沖輸出輸出相乘器相乘器相乘器相乘器2cos() t1cos() t:數字通信原理數字通信原理二進制移頻鍵控二進制移頻鍵控2FSK2FSK解調解調常用解調方法：常用解調方法：非相干解調非相干解調相干解調相干解調其它解調方法其它解調方法鑒頻法鑒頻法過零檢測法過零檢測法差分檢波法差分檢波法:數字通信原理數字通信原理其它解調方法其它解調方法鑒頻法鑒頻法限幅器：消除接收信號在幅度上可能出現的限幅器：消除接收信號在幅度上可能

49、出現的畸變畸變鑒頻器：有多種電路，性能較好的是鎖相鑒鑒頻器：有多種電路，性能較好的是鎖相鑒頻，即利用鎖相環實現鑒頻頻，即利用鎖相環實現鑒頻前置帶通前置帶通濾波器濾波器限幅器限幅器鑒頻器鑒頻器整形器整形器FSKFSK信號輸入信號輸入數據基帶數據基帶信號輸出信號輸出:數字通信原理數字通信原理二進制移頻鍵控二進制移頻鍵控2FSK2FSK解調解調常用解調方法：常用解調方法：非相干解調非相干解調相干解調相干解調其它解調方法其它解調方法鑒頻法鑒頻法過零檢測法過零檢測法差分檢波法差分檢波法:數字通信原理數字通信原理其它解調方法其它解調方法過零檢測法過零檢測法該序列與頻率變化相對應，代該序列與頻率變化相對應，

50、代表著調頻波的過零點表著調頻波的過零點低通濾波器濾除高次諧波得到低通濾波器濾除高次諧波得到帶通濾波器帶通濾波器限幅限幅微分微分整流整流ui(t)ui(t)a a寬脈沖發寬脈沖發低通低通b bc cd de ef f基本思想：數字調頻波的過零點數隨不同載頻而基本思想：數字調頻波的過零點數隨不同載頻而異，故檢出零點數可以得到關于頻率的差異異，故檢出零點數可以得到關于頻率的差異a ab bc cd de ef f:數字通信原理數字通信原理二進制移頻鍵控二進制移頻鍵控2FSK2FSK解調解調常用解調方法：常用解調方法：非相干解調非相干解調相干解調相干解調其它解調方法其它解調方法鑒頻法鑒頻法過零檢測法過

51、零檢測法差分檢波法差分檢波法:數字通信原理數字通信原理其它解調方法其它解調方法差分檢波法差分檢波法時延時延輸入信號經接收濾波器濾除帶外無用信號后輸入信號經接收濾波器濾除帶外無用信號后被分成兩路，一路直接送到乘法器平衡調被分成兩路，一路直接送到乘法器平衡調制器），另一路經時延制器），另一路經時延送到乘法器，相乘送到乘法器，相乘后再經低通濾波器提取信號。后再經低通濾波器提取信號。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:數字通信原理數字通信原理輸入信號輸入信號tA)cos(00022000cos()cos()()cos()cos2()() 22At AtAAt 相乘輸出相乘輸出 低

52、通濾波器低通濾波器濾除濾除低通濾波器輸出低通濾波器輸出)cos(202AV V V是角頻率頻移是角頻率頻移的函數，但不的函數，但不是簡單的函數關是簡單的函數關系系適當選擇適當選擇，使，使0cos01sin0:數字通信原理數字通信原理2020sin22sin22AVA 當當若角頻率偏移若角頻率偏移較小較小22220202當當AAV1結論：當滿足結論：當滿足coscos0 0 0 0及及 l l時，輸出電壓時，輸出電壓V V與角頻率偏移與角頻率偏移成線性關系。這樣，因成線性關系。這樣，因的大小不同，的大小不同，輸出的電壓不同便可實現鑒頻的作用。輸出的電壓不同便可實現鑒頻的作用。 :數字通信原理數字

53、通信原理其它解調方法其它解調方法差分檢波法差分檢波法差分檢波法與鑒頻法差分檢波法與鑒頻法差分檢波法基于輸入信號與其延遲差分檢波法基于輸入信號與其延遲的信號的信號相比較，信道上的延遲失真將同時影響相鄰相比較，信道上的延遲失真將同時影響相鄰信號，故不影響最終的鑒頻效果。信號，故不影響最終的鑒頻效果。實踐表明，當延遲失真為零時，這種方法的實踐表明，當延遲失真為零時，這種方法的檢測性能不如一般普通的鑒頻法，但當有較檢測性能不如一般普通的鑒頻法，但當有較嚴重延遲失真時，它的性能要比鑒領法優越。嚴重延遲失真時，它的性能要比鑒領法優越。但差分檢波法的實現將要受但差分檢波法的實現將要受cos cos 0 0的

54、的條件限制。條件限制。:數字通信原理數字通信原理5.2 5.2 二進制數字調制與解調原理二進制數字調制與解調原理312:數字通信原理數字通信原理二進制相移鍵控二進制相移鍵控2PSK2PSK）二進制相移鍵控二進制相移鍵控2PSK2PSK）二進制差分相移鍵控二進制差分相移鍵控2DPSK2DPSK）2PSK2PSK與與2DPSK2DPSK信號的頻譜信號的頻譜 正弦載波的相位隨二進制數字基帶信號離散正弦載波的相位隨二進制數字基帶信號離散變化，則產生二進制相移鍵控變化，則產生二進制相移鍵控(2PSK)(2PSK)信號信號:數字通信原理數字通信原理二進制相移鍵控二進制相移鍵控2PSK2PSK）二進制相移鍵

55、控二進制相移鍵控2PSK2PSK調制調制二進制相移鍵控二進制相移鍵控2PSK2PSK解調解調:數字通信原理數字通信原理二進制相移鍵控二進制相移鍵控2PSK2PSK調制調制2PSK2PSK信號的產生信號的產生正弦載波的相位隨二進制數字基帶信號離散正弦載波的相位隨二進制數字基帶信號離散變化，則產生二進制移相鍵控變化，則產生二進制移相鍵控(2PSK)(2PSK)信號。信號。通常用已調信號載波的通常用已調信號載波的0000和和18001800分別表示分別表示1 1和和0 0。2( )() cospSKnscneta g tnTt式中：式中：111nnPaaP發送概率為應選擇雙極性，即發送概率為 an

56、an為雙極為雙極性性若若g(t)g(t)是脈寬為是脈寬為Ts,Ts,高度為高度為1 1的矩形脈沖的矩形脈沖, ,則有則有2cos( )cos1cPSKctPettP發送概率為發送概率為:數字通信原理數字通信原理二進制相移鍵控二進制相移鍵控2PSK2PSK調制調制若用若用?(n)(n)表示第表示第n n個符號的絕對相位，則有個符號的絕對相位，則有 二進制移相鍵控信號的時間波形二進制移相鍵控信號的時間波形000180n 發送1符號 發送0符號1 10 00 01 1t tA A-A-ATSTS:數字通信原理數字通信原理二進制相移鍵控二進制相移鍵控2PSK2PSK調制調制2PSK2PSK信號的兩種產

57、生方法調制方式）：信號的兩種產生方法調制方式）：模擬調制模擬調制數字鍵控數字鍵控模擬調制模擬調制數字鍵控數字鍵控cosctcosct開關電路開關電路( )s t 2PSKet180180移相移相0 0乘法器乘法器雙極性雙極性不歸零不歸零( )s t2( )PSKetcosct碼型變換碼型變換:數字通信原理數字通信原理二進制相移鍵控二進制相移鍵控2PSK2PSK）二進制相移鍵控二進制相移鍵控2PSK2PSK調制調制二進制相移鍵控二進制相移鍵控2PSK2PSK解調解調:數字通信原理數字通信原理二進制相移鍵控二進制相移鍵控2PSK2PSK解調解調二進制相移鍵控二進制相移鍵控2PSK2PSK解調：相干

58、解調解調：相干解調考慮到相干解調在這里實際上起鑒相作用，考慮到相干解調在這里實際上起鑒相作用，故相干解調中的故相干解調中的“相乘相乘低通低通又可用各種又可用各種鑒相器替代鑒相器替代帶通濾波器帶通濾波器輸入輸入低通濾波器低通濾波器數據輸出數據輸出抽樣抽樣判決器判決器本地載波本地載波帶通濾波器帶通濾波器鑒相器鑒相器輸入輸入數據輸出數據輸出抽樣抽樣判決器判決器本地載波本地載波:數字通信原理數字通信原理一、二進制相移鍵控一、二進制相移鍵控2PSK2PSK解調解調各時間點波形各時間點波形1 10 0 0 01 11 11 1 0 0 0 0a ab bc cd de e帶通濾波器帶通濾波器輸入輸入低通濾

59、波器低通濾波器數據輸出數據輸出抽樣抽樣判決器判決器本地載波本地載波a ab bc cd de e:數字通信原理數字通信原理二進制相移鍵控二進制相移鍵控2PSK2PSK解調解調2PSK2PSK相干解調存在的問題相干解調存在的問題“倒倒景象景象當恢復的相干載波產生當恢復的相干載波產生180o180o倒相時，解調出的倒相時，解調出的數字基帶信號將與發送的數字基帶信號正好是數字基帶信號將與發送的數字基帶信號正好是相反，解調器輸出數字基帶信號全部出錯。這相反，解調器輸出數字基帶信號全部出錯。這種現象通常稱為種現象通常稱為“倒倒景象。景象。由于在由于在2PSK2PSK信號的載波恢復過程中存在著信號的載波恢

60、復過程中存在著180o180o的相位模糊，而且這種模糊不易被發現。所以的相位模糊，而且這種模糊不易被發現。所以2PSK2PSK信號的相干解調存在隨機的信號的相干解調存在隨機的“倒倒景象景象2PSK2PSK方式在實際中很少采用。方式在實際中很少采用。:數字通信原理數字通信原理二進制相移鍵控二進制相移鍵控2PSK2PSK）二進制相移鍵控二進制相移鍵控2PSK2PSK）二進制差分相移鍵控二進制差分相移鍵控2DPSK2DPSK）2PSK2PSK與與2DPSK2DPSK信號的頻譜信號的頻譜:數字通信原理數字通信原理二進制差分相移鍵控二進制差分相移鍵控2DPSK2DPSK）二進制差分相移鍵控二進制差分相移