《通信原理》——数字调制信号
通信系统中的数字信号调制原理
通信系统中的数字信号调制原理在通信系统中，数字信号调制是非常重要的一个环节。
数字信号调制的原理是将数字信号转换为模拟信号，以便在信道传输过程中能够准确传输和恢复原始信息。
下面我将详细介绍数字信号调制的原理。
数字信号调制的主要目的是将数字信号转换为模拟信号，以便在信道传输过程中可以准确传输信息。
这样一方面可以减小传输的带宽，另一方面也可以提高信号的传输质量和抗干扰能力。
数字信号调制主要有两种方式：ASK（Amplitude Shift Keying）和FSK（Frequency Shift Keying）。
对于ASK调制，其原理是通过改变信号的振幅来表示不同的数字信号。
具体实现方法是，在一个固定频率的载波信号上，当需要传输高电平（1）时，将振幅调制成一定水平；当需要传输低电平（0）时，将振幅调制成另一个水平。
这样，接收端可以通过测量信号的振幅来还原原始的数字信号。
而对于FSK调制，其原理是通过改变信号的频率来表示不同的数字信号。
具体实现方法是，在一个固定振幅的载波信号上，当需要传输高电平（1）时，将频率调制成一定值；当需要传输低电平（0）时，将频率调制成另一个值。
接收端则可以通过测量信号的频率来还原原始的数字信号。
值得注意的是，数字信号调制的过程中会引入一定的量化误差和噪声干扰，因此在设计通信系统时需要考虑到这些因素。
此外，不同的数字信号调制方式在传输效率、带宽利用率、抗干扰能力等方面可能有所不同，需要根据具体的应用场景进行选择。
总的来说，数字信号调制在通信系统中起着至关重要的作用。
掌握数字信号调制的原理和实现方法，可以帮助我们设计出更高效、更可靠的通信系统，从而更好地满足人们对信息传输的需求。
希望以上内容对您有所帮助。
通信原理 考点总结
通信原理绪论给舍友同学总结的考点知识点；通信的目的是传递消息中所包含的信息；消息是信息的物理表现，是物质或精神状态的一种反映；消息中包含的有效内容是信息，信息是消息的内涵；通信就是信息传输； 信号参量的传递→通信原理；电信号的参量取值连续（不可数、无穷多）,指某一取值范围内可以取无穷多个值，不一定时间上连续，则为模拟信号；电信号的参量仅可能取有限个值，则为数字信号；基带信号：原始信号，频带从零频附近开始，不适合在信道传输；→带通信号（频带信号）：调制后，适合信道传输且有带通的特性；复用：频分(模拟)、时分（数字）、码分（WCDMA ）；时分复用：用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间；频分复用：用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围；码分复用：用正交的脉冲序列分别携带不同的信号；信息量：；熵：平均信息量 等概率最大；性能指标：有效性和可靠性矛盾统一；1.有效性：传输一定信息量时所占用的信道资源，传输的“速度”问题； 衡量：传输速率和频带利用率； 码元传输速率RB ：单位时间传送码元的数目，Baud ；RB=1/T;信息传输速率Rb: 信息率，比特率；单位时间内传递的平均信息量；bps ；b/s ； 二进制：RB=Rb;频带利用率：；单位带宽（每赫）内传输速率；2.可靠性：接收信息的准确程度，即传输“质量”问题； 衡量：误码率；误信率 误码率Pe ：错误码/总传输码元；Pb 误信率：错误比特/总传输比特数；二进制：Pe=Pb;随机过程一维概率分布函数：F 1(x 1,t 1)=P [ξ(t 1)≤x 1] 数学期望:信号或噪声的直流成分;方差:信号或噪声交流功率；自相关函数:用来判断广义平稳,用来求随机过程的功率谱密度及平均功率。
；（广义/宽）平稳随机过程：数学期望与方差与时间无关，自相关函数只与时间间隔有关；α(t)=α；R(t,t+τ)=R(τ)各态历经性：()()ττR R a a ==，统计平均值等于它的任一次实现的平均值，随机过程中的任一次实现都经历了随机过程的所有可能状态；具有各态历经性的随机过程一定是平稳过程，但平稳过程不一定具有各态历经性；P41 例题； 自相关函数：R(τ)＝E[ξ(t)ξ(t+τ)]， R(τ)=R(-τ),偶函数；R(0)=E[ξ^2(t)]=s ，R(0)为ξ(t)的均方值 (ξ(t)的平均功率，时域计算方法)；上限； R(∞)=E^2[ξ(t)]， R(∞)是ξ(t)的直流功率，R(0)- R(∞)=σ^2 ，方差，ξ(t)的交流功率；功率谱密度：频域角度描述ξ(t)的统计特性，ξ(t)的平均功率关于频率的分布；平稳过程的自相关函数与其功率谱之间为傅立叶变换关系； P ξ (ω ) 《----》R(τ)；ωωπτωτςd e)(P 21)(R j ⎰∞∞-=；ττωωτξd e)(R )(P j -∞∞-⎰=；功率谱密度的性质：P ξ（ω）＞＝0，非负性 P ξ（-ω）＝ P ξ（ω），偶函数单边功率谱密度： P ξ1（ω）＝2 P ξ（ω）ω〉=0P44, 例题；高斯过程：随机过程的概率密度服从正态分布；过程中的任一时刻的取值即为随机变量；一维概率密度和分布函数：)2)(exp(21)(22σασπ--=x x f ，α均值，σ平均差，a=0,σ=1为标准高斯分布； 性质：高斯过程若为宽平稳，必为窄平稳；若随机变量不相关，则变量相互独立；代数和及线性变化后仍为高斯过程；窄带随机过程：Δ f<<f c >>0;正弦波表示：，;同相与正交分量表示：；1) 结论1：ξ(t)是均值为0、方差为σ^2的窄带平稳高斯过程，它的同相分量和正交分量同样是平稳高斯过程，且均值为0、方差也相同。
通信原理(第八章新型数字带通调制技术)PPT课件
实例分析
QPSK（四相相移键控调制）
在PSK的基础上，将相位划分为四个不同的状态，每个状态表示两个 比特的信息，提高了频谱利用率和传输速率。
16-QAM（十六进制正交幅度调制）
在QAM的基础上，将幅度划分为16个不同的状态，每个状态表示4个 比特的信息，进一步提高了频谱利用率和传输速率。
OFDM（正交频分复用调制）
20世纪70年代，随着数字信号处理技 术的发展，多种新型数字带通调制技 术如QPSK、QAM等开始出现。
02
数字带通调制技术的基本原理
数字信号的调制过程
调制概念
调制是将低频信号（如声音、图像等）转换成高频信号的过程， 以便传输。
数字信号的调制方式
数字信号的调制方式主要有振幅键控（ASK）、频率键控（FSK） 和相位键控（PSK）等。
通信原理(第八章新型数字带 通调制技术)ppt课件
• 引言 • 数字带通调制技术的基本原理 • 新型数字带通调制技术介绍 • 新型数字带通调制技术的应用场景
• 新型数字带通调制技术的优势与挑 战
• 新型数字带通调制技术的实现方法 与实例分析
01
引言
新型数字带通调制技术的定义与重要性
定义
新型数字带通调制技术是指利用数字 信号调制载波的幅度、频率或相位， 以实现信号传输的技术。
光纤通信系统
在光纤通信系统中，新型数字带通调制技术如偏振复用正交频分复用（PD-OFDM） 被用于实现高速、大容量的数据传输，满足不断增长的网络流量需求。
卫星通信系统
广播卫星
在广播卫星中，新型数字带通调制技术如正交频分复用（OFDM）被用于发送多路电视信号和其他多媒 体内容，提供高质量的广播服务。
将高速数据流分割成多个低速数据流，在多个子载波上进行调制，提 高了频谱利用率和抗多径干扰能力。
通信原理思考题答案
通信原理思考题答案第一章1-3 何谓数字通信？数字通信有哪些优缺点？数字通信即通过数字信号传输的通信。
数字通信具有以下特点：（1）传输的信号是离散式的或数字的；（2）强调已调参数与基带信号之间的一一对应；（3）抗干扰能力强，因为数字信号可以再生，从而消除噪声积累；（4）传输差错可以控制；（5）便于使用现代数字信号处理技术对数字信号进行处理；（6）便于加密，可靠性高；（7）便于实现各种信息的综合传输。
缺点：一般需要较大的传输带宽。
1-4数字通信系统的一般模型中各组成部分的主要功能是什么？（1）信息源：把各种消息转换成原始电信号。
（2）信源编码：一是提高信息传输的有效性，二是完成模/数转换。
（3）加密：保证所传信息的安全。
（4）信道编码：增强数字信号的抗干扰能力。
（5）数字调制：把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。
（6）信道是用来将来自发送设备的信号传送到接收端。
（7）解调：在接收端可以采用相干解调或非相干解调还原数字基带信号。
（8）信道译码：接收端的信道译码器按相应的逆规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性。
（9）解密：在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原来信息。
（10）信源译码：是信源编码的逆过程。
（11）受信者：是接受消息的目的地，其功能与信源相反，即把原始电信号还原成相应的消息。
1-5按调制方式，通信系统如何分类？按调制方式，可将通信系统分为基带传输系统和带通传输（频带或调制）系统。
基带传输是将未经调制的信号直接传送，如音频室内电话；带通传输是对各种信号调制后传输的总称。
1-8单工,半双工及全双工通信方式是按什么标准分类的？解释它们的工作方式并举例说明。
按消息传递的方向与时间关系来分类。
（1）单工通信，是指消息只能单方向传输的工作方式。
如：广播，遥控，无线寻呼等例子。
（2）半双工通信，指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。
通信原理(樊昌信)第7章 数字调制
谱零点带宽：
§7.2 二进制数字调制系统 抗噪声性能
概述
性能指标：系统的误码率 Pe 分析方法：借用数字基带系统的方法和结论 分析条件：恒参信道（传输系数取为 K ） 信道噪声是加性高斯白噪声
背景知识： 窄带噪声 正弦波+窄带噪声
§7.2.1 2ASK系统的抗噪声性能
2ASK---相干解调
基带信号
反相器 振荡器2
f2
s (t )
相加器
e2FSK (t )
选通开关
特点：转换速度快、电路简单、 产生的波形好、频率稳定度高。
ak a b c s(t ) s(t )
1
0
1
1
0
0
1 t t t
d
t
e
t
f
t
g
2 FS K信 号
t
图 二进制移频键控信号的时间波形
三、2FSK信号的解调 1、非相干解调，如图（b）； 2、相干解调，如图（a）。 3、过零检测法；
e2 DPSK (t ) 带通
滤波器 延迟TB a 相乘器 b c 低通 滤波器 d 抽样 判决器 定时 脉冲 e 输出
相乘器 起着 相位比较的作用
带通 滤波 器
a
相乘 器 b
c
低通 滤波 器
d
抽样 判决 器 定时 脉冲
e
延迟 Ts
参考
(a )
DPSK信号 a b
c d 二进 制信息 反相 e
0
0
§7.1.1 二进制振幅键控 （2ASK）
原理： s(t)载波幅度
表达式：
单极性
波形：
1 0 1 1 0 1 t
通原实验4-数字调制PSK实验
常认为增加一倍；所以DPSK解调大多采用差厚分德相博干学接收追。求卓越
1.8 2DPSK信号解调
B.相干解调-码变换法电路工作原理
以数字序列 =[101001]为例
发送数据 0 1 0 1 0 0 1
2DPSK
0
载波
这就避免了2PSK中的倒π现象发生，为此得到了广泛的工程应用。 相乘输出
低通输出 由以上分析可知，2DPSK与2PSK的波形不同，他们的同一相位
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三、实验应知知识
1.数字移相键控PSK调制的基本原理
数字相位调制又称移相键控，简记PSK,二 进制移相键控记作2PSK。它是利用载波相位 的变化来传送数字信息的。
通常有两种类型：
(1)绝对相移(2PSK或BPSK)
(2)相对相移(差分相移/2DPSK 或DBPSK)
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1、2DPSK与2PSK信号有相同的功率谱
2、2DPSK与2PSK信号带宽相同，是基带信号带宽Bs的两倍， 即
3、2DPSK与2PSK信号频带利用率也相同，为
B 2DP SB K 2PS K 厚2德fs博学 追求卓越
1.8 2DPSK信号解调
差分相干解调和相干解调-码变换法，后者又称为极性比较－码 变换法。
Ø切忌无目的地拨弄仪器面板上的开关和按钮。
Ø仪器设备出现问题，请向老师寻求帮助，请勿随便调换配件。 Ø注意仪表允许安全电压（或电流），切勿超过！
当被测量的大小无法估计时，应从仪表的最大量程开始测试，然后逐 渐减小量程。
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四、实验内容与步骤
实验用数字调制与解调电路模块的基本组成：
PSK调制解调单元模块电路
通信原理实验
通信原理-第7章-数字调制系统
05
数字调制系统的实现
数字信号的生成
01
数字信号的生成
通过将数字信号转换为模拟信号，实现数字信号的生成。常用的方法包
括脉码调制（PCM）和增量调制（ΔM）。
02 03
PCM编码
将数字信号转换为模拟信号的一种方法是通过脉码调制（PCM）。 PCM编码器将输入的数字信号转换为模拟信号，通常使用8位、12位或 16位量化器进行量化。
由离散的二进制比特流表示的信息。
数字调制系统的应用场景
01
02
无线通信
数字调制系统广泛应用于 无线通信系统，如移动电 话、无线局域网和卫星通 信。
有线通信
在有线通信中，数字调制 系统用于光纤、电缆和其 他传输介质。
数据传输
数字调制系统用于高速数 据传输，如数字电视、高 速互联网接入和数据中心 内部通信。
频率调制（FM）
总结词
频率调制是利用载波的频率变化来传递信息的一种调制方式。
详细描述
在频率调制中，载波的频率随着调制信号的幅度变化而变化，从而将信息编码 到载波信号中。解调时，通过检测载波的频率变化来恢复原始信息。
相位调制（PM）
总结词
相位调制是利用载波的相位变化来传递信息的一种调制方式 。
详细描述
数字调制系统的实验
实验是学习和研究数字调制系统的重要手段。通过搭建实验平台，可以观察和分 析数字调制系统的实际性能，验证理论的正确性。实验中常用的设备包括信号发 生器、频谱分析仪和误码测试仪等。
06
数字调制系统的应用与发 展
数字调制系统在通信领域的应用
数字电视广播
通信原理实验2数字频带传输系统实验
实验2 数字频带传输系统实验一、实验目的掌握数字频带传输系统调制解调的仿真过程 掌握数字频带传输系统误码率仿真分析方法二、实验原理数字频带信号通常也称为数字调制信号，其信号频谱通常是带通型的，适合于在带通型信道中传输。
数字调制是将基带数字信号变换成适合带通型信道传输的一种信号处理方式，正如模拟通信一样，可以通过对基带信号的频谱搬移来适应信道特性，也可以采用频率调制、相位调制的方式来达到同样的目的。
1.调制过程 1）2ASK如果将二进制码元“0”对应信号0，“1”对应信号tf A c π2cos ，则2ASK 信号可以写成如下表达式：()()cos2T n s c n s t a g t nT A f tπ⎧⎫=-⎨⎬⎩⎭∑{}1,0∈n a ，()⎩⎨⎧≤≤=其他 0T t 01s t g 。
可以看到，上式是数字基带信号()()∑-=ns n nT t g a t m 经过DSB 调制后形成的信号。
其调制框图如图1所示：图1 2ASK 信号调制框图2ASK 信号的功率谱密度为：()()()][42c m c m s f f P f f P A f P ++-=2）2FSK将二进制码元“0”对应载波t f A 12cos π，“1”对应载波t f A 22cos π，则形成2FSK 信号，可以写成如下表达式：()()()()()12cos 2cos 2T n s n n s n nns t a g t nT A f t a g t nT A f t πϕπθ=-++-+∑∑当=n a 时，对应的传输信号频率为1f ；当1=n a 时，对应的传输信号频率为2f 。
上式中，n ϕ、n θ是两个频率波的初相。
2FSK 也可以写成另外的形式如下：()()cos 22T c n s n s t A f t h a g t nT ππ∞=-∞⎛⎫=+- ⎪⎝⎭∑其中，{}1,1-+∈n a ，()2/21f f f c +=，()⎩⎨⎧≤≤=其他 0T t 01s t g ，12f f h -=为频偏。
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2PSK的功率谱图
8.3.2 二进制相移键控的调制和解调
直接调制法：用双极性码乘以载波。 直接调制法生成2PSK
键控法：用f(t)控制双向开关。
键控法生成2PSK
解调：因信号不含载波分量，故只能用相干解调法。需要从接收到的信号中 恢复出本地载波用于解调。
2PSK相干解调模型
巨大风险：恢复本地载波如果发生反相，则会因为“相位模糊”，而造成解 调出来的码元与原信号完全相反。
8.5.1 多进制幅度键控（MASK）
用M个幅度电平表示M个码元取值
s(t) a n g(t - nTb )cosc t
n
可以看作多个2ASK信号叠加，带宽 与2ASK信号相同，而信息量增大。但因 门限之间差距减小，故误码概率增大。
调制也用直接调制和键控法 解调也用相干解调和包络检波
直接调制法，产生连续相位的2FSK
直接调制法生成的2FSK信号
键控法，产生离散相位的2FSK
8.2.3 2FSK的频谱分析
离散相位2FSK信号，频谱等于两个2ASK信号相加，功率谱和带宽分别为
连续相位2FSK，因其相位连续，情况 更加复杂，带宽小于同等情况下的离 散相位2FSK。
8.2.4 2FSK的解调
2FSK的相干解调抗噪声模型
8.4.4 2FSK非相干解调的误比特率
２FSK非相干解调抗噪声模型
8.4.5 2PSK及2DPSK的抗噪声性能
2PSK相干解调抗噪声模型
8.4.6 几种二进制数字调制系统的性能比较
8.5 低。 M进制数字信号，一位可表示n比特信息，相当于n位二进制。 M进制数字调制分为M进制幅度键控，M进制频移键控和M进制相移键控等。 解调得到的可能是M进制数字信号，也可将其转换为二进制信号。 高速二进制码元序列与低速M进制码元序列的相互转换：串联－并联。
8.1.2 2ASK信号的调制 直接调制法和键控法
二进制幅度键控波形示意图
8.1.3 2ASK的频谱分析
方波二进制信号的2ASK功率密度
8.1.4 2ASK的解调
分为相干解调和非相干解调 二者均需要进行采样和判决
2ASK信号的包络检波解调模型
8.2 二进制频移键控（2FSK）
8.2.1 二进制频移键控的概念
第8章 数字调制信号
数字信号分为基带信号和带通信号（调制信号）。 在实际应用中，远距离的传输信道往往是带通型的，必须如模拟信号调制一 样，用数字基带信号f(t)去调制载波，得到数字调制信号s(t)，然后通过带通 信道进行传输。这称为数字信号的调制传输。 用数字信号f[n]去改变载波的幅度、频率和相位以进行调制，得到数字的调 幅、调频和调相信号。 数字信号调制中的载波c(t)，也是模拟载波（通常是正弦波）。已调信号可 表达为 s(t)=A(t)cos[ωct+θ(t)] 用数字信号调制模拟载波，一种方法是直接把数字信号波形当作模拟信号波 形，采用模拟调制的方法进行调制；另一种方法则是利用数字信号在时间和 取值上的离散特性，对载波的振幅A(t)、瞬时频率偏移dθ(t)/dt和瞬时相位偏 移θ(t)进行键位控制。键控可用数字电路来实现，具有变换速率快，调整方 便，设备通用性和可靠性高等优点。
MPSK信号的相位选择法调制
MPSK信号的正交相干解调法
本章小结
数字信号的调制就是基带数字信号对载波信 号的幅度、频率和相位进行调制，生成的已 调制信号携带数字基带信号的信息。 二进制调制是最基本的数字调制，具有结构 简单、抗噪声系能高的特点，但是它的带宽 利用率不高。 多进制调制信号是在二进制调制基础上拓展 的，包括MASK、MFSK、MPSK等。
4ASK的基带信号图和波形图
8.5.2 多进制频移键控（MFSK）
原理与2FSK类似，有M种不同的频率 也有直接调制法和键控法两种方式产生 也是将各个频率的分量分离后分别进行解调然后比较判决 带宽利用率较低
四进制频移调 制的相干解调 和非相干解调
8.5.3 多进制相移键控
MPSK正交调制模型
8.4 二进制数字调制信号的抗噪声性能
8.4.1 2ASK相干解调抗噪声性能
2ASK相干解调抗噪声模型
2ASK相干解调的概率密度函数
8.4.2 2ASK非相干解调的误比特率
2ＡＳＫ非相干解调抗噪声模型
２ＡＳＫ非相干解调的误码区
8.4.3 2FSK解调的误比特率
2FSK解调与2ASK解调存在区别，两路的误比特率完全对称。
8.3.3 二进制差分相移键控（DPSK）
DPSK，用相对相移键控，传输的信号，用于表达原信号码元是否发生变化。 如此，可解决接收到信号完全反相的问题。
传号差分码和空号差分码
差分译码
传号差分码和空号差分码的编码器模型
差分相干解调：直接用接收到的信号差分自乘。如下图所示为2DPSK差分相 干解调模型。
对载波的幅度、频率和相位进行调制得到的信号，分别称为幅度键控 （ASK）、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)等。
二进制键控可分为二进制幅度键控(2ASK)，二进制频率键控(2FSK)和二进 制相位键控(2PSK)等。
8.1 二进制幅度键控
8.1.1 二进制幅度键控（2ASK）的概念
用单极性的二进制信号对载波进行通断的开关调制。
用滤波器分离两路2ASK信号后，分别进行解调。 解调可采用相干解调与非相干解调。 解调后的两路基带二进制信号进行比较以判定原码元。
2FSK信号相干解调模型
2FSK信号非相干解调模型
8.3 二进制相移键控和二进制差分相移键控
8.3.1 二进制相移键控的时域和频域特点
如图所示为2PSK的时域波形图。
用二进制基带信号去调制载波信号的频率，产生2FSK信号。 已调制信号用两个不同频率对应码元0和1。 离散相位的2FSK（DP-FSK）和连续相位的FSk（CP-FSK）。 2FSK信号可以看作两个2ASK的叠加。
相位连续和相位不连续的2FSK信号波形 及分解
8.2.2 2FSK的调制