第五章数字调制系统
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第五章模拟调制系统PPT课件
1 m(t)
2
1 2
m(t
)
sin
c
t
1
sS S B (t)2m (t)co sct
1 2m ( t)sin ct
“－” 表示 上边带信号 ， “＋” 表示 下边带信号
m
(t)
是 m (t) 的 希尔伯特变换 。Leabharlann 黄超制作SSB技术实现难点：
第5章 模拟调制 第
12
页
➢ 滤波法：理想低通或高通滤波器难以实现
3、 改善系统抗噪声性能；
黄超制作
调制的分类
正弦波调制
调制
脉冲调制
模拟调制 数字调制
第5章 模拟调制 第
3 页
t
t
黄超制作
5.1 幅度调制原理 1、AM调制
m(t )
＋
第5章 模拟调制 第
4 页
sAM (t )
A0
cosc t
AM 调制模型
s A M ( t ) A 0 m ( t ) c o sc t A 0 c o sc t m ( t ) c o sc t
sDSB (t )
+
SDSB(t)+ni(t)
BPF
×
第5章 模拟调制 第
18 页
解调器
LPF
噪声n(t)
从图中可以看出
cos ct m(t)n(t)
o
o
输出信号S功m率 2(t)
oo
输出噪声N功n率 2(t)
oo
输入信号S 功 s2率(t) 输入噪声N功n率 2(t)
i DSB
ii
黄超制作
(1)输入信号S功 s2率(t) i DSB
黄超制作
节 数字调制系统PPT课件
ΦFSK(f)
-f0
0
f0
f
2fs
30
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2PSK解调
• 与DSB-SC解调类似，只能用相干解调器解调。
• Acos0t 到来乘法器的输出
Acos0t cos0t
A 2
A 2
c
os20t
LPF输出 A / 2
• Acos0t 到来乘法器的输出
Acos(0t
)cos0t
A cos
f(•t) 乘法器完成调BP制F ，实现φA频SK(谱t) 搬移；BPF取出 已调信号，同时抑制已调信号带外的频谱分 量。Acosω0t
(a) 数学模型
7
第7页/共67页
2ASK调制模型和时间波形
f(t)
BPF
φASK(t)
Acosω0t
(a) 数学模型
1
0
1
1
0
0
1
s(t)
Tb
t
载 波 信号 t
• 相位变或不变，是指将本码元内信号的初相与上
一码元内信号的末相进行比较，而不是将相邻码
28
第28页/共67页
二进制差分相移键控DPSK
an的绝对码
{an}
差分编码
{an}
1
极性变换
BPF
Acosω0t (b) DPSK信号产生数学模型
011
00
φDPSK(t)
1
DPSK t
bn是an的差分码
{bn}
14
第14页/共67页
二进制频移键控
• 数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。数字频移键控 是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。
第5章+数字调制系统
通信原理
第5章 数字调制系统
解：（1）2ASK信号是一种数字振幅调制，已调信号的振幅 随数字基带信号变化。
2ASK信号可以采用模拟相乘的方式产生，如图(a)。图中数 字基带信号s(t)应是单极性不归零波形。
2ASK信号也可以采用数字键控的方式产生，通过开关的接通 和接地来产生2ASK信号，如图(b)所示。
了解： • 二进制数字调制信号采用相干截调和非相干解调的原理及
特点；
• 2ASK系统、 2FSK系统、 2PSK系统和2DPSK系统性能比较； • 多进制数字调制的概念和目的 • 现代数字调制技术QAM、MSK
通信原理
第5章 数字调制系统
5.1 二进制数字调制系统
• 数字调制信号，在二进制时有振幅键控
通信原理
第5章 数字调制系统
本章要求
• 掌握数字调制的概念和目的，数字信号调制解调的基本原 理和一般方法；
• 掌握二进制数字调制信号的时域表达式和频谱特性； 掌握：
• 二进制振幅键控（2ASK）信号的调制解调原理、时域波形 • 二进制频移键控（2FSK）信号的调制解调原理、时域波形 • 二进制相移键控（2PSK）信号的调制解调原理、时域波形
• 其结构示意图如下。离散谱由载波分量ƒ1和ƒ2确定，连续 谱由两个载波频率之差和基带信号s(t)的波形确定。
通信原理
第5章 数字调制系统
• 由图，2FSK信号的功率谱分布在整个频率范围，若以功率 谱主瓣宽度计算带宽，则2FSK信号带宽B2FSK为
• B2FSK = | ƒ2 --- ƒ1| +2ƒS = 3000—2000+2×1000 = 3000 (Hz)
的某些参数（例如电容C），可直接改变振荡频率，
数字电视原理第5章数字电视的调制与解调
QAM调制特点
QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制）是一种 振幅和相位联合调制的数字调制方式。
在QAM调制中，输入的数据流被分 为两路，分别进行幅度和相位的调制 。幅度调制通过改变载波的振幅来实 现，而相位调制则通过改变载波的相 位来实现。两路调制信号在正交状态 改变载波的频率来传递信息，如窄带调频和 宽带调频等。
正交振幅调制（QAM）
同时改变载波的振幅和相位来传递信息，如 16QAM、64QAM等。正交振幅调制具有较高的 频谱利用率和抗干扰性能，在数字电视传输中得 到广泛应用。
数字电视调制原理
02
QAM调制原理
QAM调制概述
QAM调制原理
调制器的设计需要考虑输入信号的格式、调制方式、输出 信号的频率和幅度等因素。实现过程中，需要选择合适的 电路元件和参数，并进行仿真和测试验证。
解调器的设计与实现
解调器功能
将模拟信号转换回数字信号，以便数字设备进行处理。
解调器类型
根据解调方式的不同，解调器可分为振幅解调器、频率解调器和相位解调器等。
02
频带利用率
卫星数字电视系统需要充分利用有限的频带资源，因此采用高效的调制
方式和多路复用技术来提高频带利用率。
03
上行链路与下行链路
卫星数字电视系统中，上行链路将数字信号传输到卫星，而下行链路则
将卫星转发的信号传输到地面接收站。
地面数字电视系统中的应用
OFDM调制
地面数字电视系统主要采用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）调制 方式，通过将高速数据流分配到多个正交子载波上进行传输。
通信原理第五章(正弦载波数字调制系统)习题及其答案
第五章（正弦载波数字调制系统）习题及其答案【题5－1】设发送数字信息为 011011100010，试分别画出 2ASK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形示意图。
【答案5－1】2ASK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形如下图所示。
【题5－2】已知某2ASK 系统的码元传输速率为103Band ，所用的载波信号为()6cos 410A π⨯。
1）设所传送的数字信息为011001，试画出相应的2ASK 信号波形示意图；2）求2ASK 信号的带宽。
【答案5－2】1）由题中的已知条件可知310B R Baud =因此一个码元周期为3110s B T s R -==载波频率为664102102s f Hz ππ⨯==⨯载波周期为61102T s -=⨯所以一个码元周期内有2000个载波周期。
如下图所示我们画出2ASK 信号的波形图，为简便，我们用两个载波周期代替2000个载波周期。
2）根据2ASK 的频谱特点，可知其带宽为222000B B R Hz T ===【题5－3】设某2FSK 调制系统的码元传输速率为1000Baud ，已调信号的载频为1000Hz 或 2000 HZ 。
1）若发送数字信息为011010，试画出相应的ZFSK 信号波形；2）试讨论这时的2FSK 信号应选择怎样的解调器解调？3）若发送数字信息是等可能的，试画出它的功率谱密度草图。
【答案5－3】1）由题意可画出ZFSK 信号波形如下图所示。
2）由于ZFSK 信号载波频差较小，频谱有较大重叠，采用非相干解调时上下两个支路有较大串扰，使解调性能降低。
由于两个载频人与人构成正交信号，采用相干解调可减小相互串扰，所以应采用相干解调。
3）该2FSK 信号功率谱密度草图如下图所示。
【题5－4】假设在某2DPSK 系统中，载波频率为 2400 Hz ，码元速率为 1200 Band ，已知相对码序列为11000101ll 。
第五章—数字调制系统
举例
4
2 二进制数字调制原理（ASK、FSK、PSK）
二进制幅移键控(ASK) 二进制频移键控(FSK) 二进制相移键控(PSK) 二进制差分相移键控(DPSK)
5
2 二进制幅移键控（ASK）
ASK信号的产生
模拟法
s(t) NRZ
e o ( t ) = s ( t ) cos w c t coswct
分别以 f1，f2 为中心的两个抽样函数平方频谱（连续谱），且
含有载频 f1 ，f2 的冲激谱（离散谱）
FSK信号传输带宽
BFSK
f1 f2
2
fs
=
n 2
Rb
2Rb
其 相中位f不s = 连T1s =续Rb的(码元FS速K率信) 号所需传输带宽为
BFSK
=
2 Tb
(3 ~ 5) 1 Tb
n
也可写成
ePSK (t) = s(t) coswct
=
ccoosswwctct
(传号"1"） (空号"0"）
k Ts k Ts
t t
(k (k
1)Ts 1)T1s8
19
2 二进制相移键控（PSK）（续）
PSK信号的功率谱特性
2PSK信号的功率谱密度采用与求2ASK信号功率谱密度相同 的方法。
PSK信号的功率谱密度为
1 PE ( f ) = 4 [Ps ( f fc ) Ps ( f fc )]
式中，Ps ( f ) 为基带信号s(t)的功率谱密度
当0、1等概出现时，双极性基带信号功率谱密度为
2
Ps
(
f
)
4
2 二进制数字调制原理（ASK、FSK、PSK）
二进制幅移键控(ASK) 二进制频移键控(FSK) 二进制相移键控(PSK) 二进制差分相移键控(DPSK)
5
2 二进制幅移键控（ASK）
ASK信号的产生
模拟法
s(t) NRZ
e o ( t ) = s ( t ) cos w c t coswct
分别以 f1，f2 为中心的两个抽样函数平方频谱（连续谱），且
含有载频 f1 ，f2 的冲激谱（离散谱）
FSK信号传输带宽
BFSK
f1 f2
2
fs
=
n 2
Rb
2Rb
其 相中位f不s = 连T1s =续Rb的(码元FS速K率信) 号所需传输带宽为
BFSK
=
2 Tb
(3 ~ 5) 1 Tb
n
也可写成
ePSK (t) = s(t) coswct
=
ccoosswwctct
(传号"1"） (空号"0"）
k Ts k Ts
t t
(k (k
1)Ts 1)T1s8
19
2 二进制相移键控（PSK）（续）
PSK信号的功率谱特性
2PSK信号的功率谱密度采用与求2ASK信号功率谱密度相同 的方法。
PSK信号的功率谱密度为
1 PE ( f ) = 4 [Ps ( f fc ) Ps ( f fc )]
式中，Ps ( f ) 为基带信号s(t)的功率谱密度
当0、1等概出现时，双极性基带信号功率谱密度为
2
Ps
(
f
)
现代数字通信第5章-数字调制系统
Ps (
f
+
fc )⎤⎦
s (t ) = ∑ an g ( t − nTs ) ~ 单极性不归零矩形脉冲序列 n
( ) ( ) ∑ ( ) Ps
f
=
σ
2 a
G
Ts
f
( ) 2
+
ma2 Ts2
∞ m = −∞
⎛m G⎜
⎝ Ts
⎞ ⎟ ⎠
2
δ
⎛ ⎜ ⎝
f
−
m Ts
⎞ ⎟ ⎠
=
σ
2 a
A2Ts
⋅ Sa2
π fTs
( ( ) ) ≈ ( ( ) ) V
=
⎧⎪− A2
⎨ ⎪⎩
A2
2
2 sinωτ sinωτ ,
,
ω0τ ω0τ =
=π −π
2 2
ωτ
1 ⎧⎪− A2 2 ωτ , ω0τ = π 2
⎨ ⎪⎩
A2
2
ωτ ,
ω0τ = −π 2
鉴频法
13
2FSK信号的频谱结构
∑ ∑ ■ e0 (t) = an g ( t − nTs ) cos (ω1t + ϕn ) + an g ( t − nTs ) cos (ω2t + θn )
2DPSK π π π 0 π 0 0 0 π
17
绝对码和相对码
只从波形上无法区分2PSK和2DPSK信号，必须已知移
相键控方式是绝对的还是相对的，才能正确判定原信息
2DPSK信号可看作是把数字信息序列{bn}变换成相对码 序列{an} ，再根据相对码进行绝对移相而成
bn = an ⊕ an−1
数字调制系统
数字信号的传输
数字信号在传输过程中可能会受到各种干扰和噪声的影响，导致信号失真或误码。因此，在传输过程 中需要进行适当的信号处理和纠错编码，以保证信号的可靠传输。
数字信号的接收
接收端在接收到信号后，需要进行解调和解码操作，以获取原始的数字信息。在接收过程中，还需要 进行必要的信号质量评估和误码检测，以确保信号的准确性和可靠性。
数字信号的生成
数字信号的生成通常由数字信号发生器完成，它能够根据需要产生各种数字信 号。这些信号可以是二进制、八进制、十六进制等不同进制形式的信号。
数字信号的编码
在数字信号的生成过程中，为了提高信号的抗干扰能力和传输效率，通常需要 对数字信号进行编码。常见的编码方式有曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等。
现代数字调制系统
随着技术的发展，现代数字调制系统如16QAM、64QAM和256QAM等高阶调制方式 逐渐成为主流，能够实现高速数据传输。
未来发展趋势
未来数字调制系统将朝着更高阶的调制方式、更高的频谱利用率和更强的抗干扰能力方 向发展，以满足不断增长的数据传输需求。
02
数字调制系统的基本原 理
调制解调的基本概念
信道编码与解码技术
总结词
信道编码与解码技术是数字调制系统中用于 提高传输可靠性的关键技术。
详细描述
信道编码通过在信息位中添加冗余位，使得 在接收端能够检测和纠正传输过程中可能出 现的错误。常见信道编码技术包括线性分组 码、循环码、卷积码等。解码技术则是与编 码相对应的过程，用于从接收信号中提取原 始信息位。解码算法的选择应根据编码方式 和具体应用场景而定。
04
数字调制系统的性能优 化
调制方式的优化选择
总结词
调制方式的选择对于数字调制系统的性 能至关重要，合适的调制方式能够提高 系统的传输效率和可靠性。
数字信号在传输过程中可能会受到各种干扰和噪声的影响，导致信号失真或误码。因此，在传输过程 中需要进行适当的信号处理和纠错编码，以保证信号的可靠传输。
数字信号的接收
接收端在接收到信号后，需要进行解调和解码操作，以获取原始的数字信息。在接收过程中，还需要 进行必要的信号质量评估和误码检测，以确保信号的准确性和可靠性。
数字信号的生成
数字信号的生成通常由数字信号发生器完成，它能够根据需要产生各种数字信 号。这些信号可以是二进制、八进制、十六进制等不同进制形式的信号。
数字信号的编码
在数字信号的生成过程中，为了提高信号的抗干扰能力和传输效率，通常需要 对数字信号进行编码。常见的编码方式有曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等。
现代数字调制系统
随着技术的发展，现代数字调制系统如16QAM、64QAM和256QAM等高阶调制方式 逐渐成为主流，能够实现高速数据传输。
未来发展趋势
未来数字调制系统将朝着更高阶的调制方式、更高的频谱利用率和更强的抗干扰能力方 向发展，以满足不断增长的数据传输需求。
02
数字调制系统的基本原 理
调制解调的基本概念
信道编码与解码技术
总结词
信道编码与解码技术是数字调制系统中用于 提高传输可靠性的关键技术。
详细描述
信道编码通过在信息位中添加冗余位，使得 在接收端能够检测和纠正传输过程中可能出 现的错误。常见信道编码技术包括线性分组 码、循环码、卷积码等。解码技术则是与编 码相对应的过程，用于从接收信号中提取原 始信息位。解码算法的选择应根据编码方式 和具体应用场景而定。
04
数字调制系统的性能优 化
调制方式的优化选择
总结词
调制方式的选择对于数字调制系统的性 能至关重要，合适的调制方式能够提高 系统的传输效率和可靠性。
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（5.2-1） 可见，2ASK 信号可以表示为一个单极性矩形脉 冲序列与一个正弦型载波相乘。一个典型的 2ASK 信 号时间波形如图 5-1SK信号时间波形
5-2
（a）模拟调制法
（b）键控法
图5-2 2ASK信号的产生
前面的知识
图５-9 2FSK包络检波方框图
图５-10 2FSK相干解调方框图
5.2.3 二进制相移键控（2PSK）和 二进制差分移相键控（2DPSK） 相移键控是利用载波相位的变化来传递 数字信息，通常可以分为绝对相移键控 （2PSK）和相对相移键控（2DPSK）两 种方式，下面分别讨论。
1、二进制绝对相移键控（2PSK）
4、设备复杂度
图5-13 2PSK的实现方式
(5.2-16)
(5.2-5)
( 5.2-28 )
( 5.2-7 )
B2PSK=2fs
2PSK信号的解调一般采用相干解调。2PSK 相干解调原理框图和各点波形分别如图5-14 （a）和（b）所示。
5-14（a）原理框图
图5-14 （b）各点波形
2、二进制相对移相键控（2DPSK）
2PSK信号的典型时间波形如图5-12所示，图 中所有数字信号“1”码对应载波信号的相位，而 “0”码对应载波信号的0相位（也可以反之）。
图5-12 2PSK波形
2PSK信号可以采用两种方法实现。一种是如图5-13 （a）所示的模拟调制法，二进制数字序列经码型变换， 由单极性码形成幅度为的双极性不归零码，与载波相乘而 产生2PSK信号。另一种是如图5-13（b）所示的键控法。
第五章 数字调制系统
5.1 5.2 5.3 5.4 引言 二进制数字调制原理 二进制数字调制系统的抗噪声性能 多进制数字调制系统
5.1 引言
5.2 二进制数字调制原理
5.2.1
二进制幅移键控（2ASK）
由 2ASK 的定义可得其表达式为
S 2 ASK (t ) s (t ) cos c t an g t nTs cos ct n
（4.3.-10）
2ASK信号的功率谱如图5-3所示，图5-3（a）是调制 信号的功率谱，图5-3（b）是已调信号的功率谱。
图5-3 2ASK信号的功率谱
5-3
(5.2-2)
4、2ASK信号的解调
2ASK信号的解调可以采用非相干解调（包络
检波）和相干解调两种方式来实现。如图5-4和
图5-5所示。
( 5.2-29 ) 5-15
图5-15 2DPSK的波形
5-16
5-16
B2DPSK=B2PSK=2fs
5-17 5-17
图5-17 2DPSK的相干解调
图5-17 2DPSK的相干解调
5-18
5-18
图5-18 2DPSK的差分相干解调
5-18
(5.2-30)
(5.2-31)
(5.2-33)
(5.2-33)
(5.2-34)
5.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能
表 二进制数字调制系统的误码率
5.3.4 二进制数字调制系统的性能比较
6.3-1 6.3-1
6.3-1 6-22
图5-22
3、对信道特性变化的敏感性
2FSK 信 号 的 功 率 谱 如 图 5-8 所 示 。 图 中
f 0 f1 f 2 / 2 。
图５-8 2FSK信号的功率谱
５-８
５-８
(5.2-３)
4、2FSK信号的解调
2FSK的解调也可以分为非相干（包络检 波）和相干解调，分别如图５-9和图５-10 所示，其原理和2ASK解调时相同，只是这 里使用两套电路。
图5-4 （a）原理框图
图5-4 （b）各点波形图
5-5（a）原理框图
图5-5 （b）各点波形图
5.2.2 二进制频移键控（2FSK）
图5-6 2FSK信号波形
2、2FSK信号的产生
通常2FSK信号可以由两种电路实现。
（a）模拟调频法
（b）键控法
图５-7 2FSK信号的产生
3、2FSK信号的功率谱及带宽