第三章 数字调制解调技术

ASK解调方法： 相干解调
非相干解调
1、相干解调（同步检测法）
yi(t)

带 通 滤波器
y(t)
z(t)
a
cosωct
b
低 通 x(t) 滤波器
c
抽 样 判决器
s′ (t)
d
定时脉冲
ASK相干解调流程框图
yi (t)
2ASK相干解 调各步波形
带 通 滤波器
y(t)
z(t)
a
b
低 通 x(t) 滤波器 c
当an 1 当an 0
2PSK信号的解调（相干解调）
带通 a 滤波器 相乘器
c 低通
滤波器
d 抽样
判决器
e 再
生
f
本地载波
b
定时脉冲
a输入信号 b本地载波
二者相乘c 低通滤波d 抽样信号e 再生信号f
2PSK相干解调原理图和各点时间波形
本地载波的0~模糊，造成判定结果完全相反：
输入信号a 0相载波b 二者相乘c 低通滤波d 抽样信号e 再生信号f 输入信号a π相载波b 二者相乘c
当an 1 当an 0
2FSK信号的解调 过零检测法（属非相干解调） 包络检波法（属非相干解调） 相干解调法（同步检波）
1、过零检测法（非相干解调）
过 零 检 测 法 原 理 框 图 和 各 点 时 间 波 形
a e2FSK (t) 限幅 b 微分 c 整流 d 脉冲形 成 e 低通 输出 f
我们希望2FSK信号占用的频带窄一点，也就是h 小一点，但是h 太小了，两个主峰交迭，将来难以解调 (无法分开)，下图示出不同的h 值的交迭状况。实验发
现，取 h = 2 ~ 4 是适宜的，这时两主峰之间至少相距
一个fb，由此可知， BFSK= (4 ~ 6) fb。
h=0.5
h=|f2-f1|/fb
当an 1 当an 0
FSK调制方法：
S(t) 模拟调频器 Sm(t)
载波 f1 载波 f2 S(t) 开关电路 Sm(t)
a. 直接调频法
b. 数字键控法
FSK调制方法
1
S(t)
0
1
1
0
0
1
T
t
载波f1
t
载波f2
t
2FSK信号
t
A cos 1t S 2 FSK (t ) A cos 2t
Acos(ct )
ASK FSK PSK
(一) 数字幅移键控ASK
数字幅度键控，记作ASK（Amplitude shiftkeying），二进制幅度键控记作2ASK。 2ASK就是根据载波的幅度受到基带数字信号的调 制而取不同的值，例如对应二进制0，载波振幅为0； 对应二进制1，载波振幅为1 。
f0=(f1+f2)/2
h=1.5 h=3.0
f0-3fb
f0-2fb
f0-fb
f0
f0+fb
f0+2fb
f0+3fb
不同h值对FSK功率谱的交迭情况
1. MSK信号的表达式
二进制MSK信号的表达式可写为
s(t)=cos［2πfct+Φ(t)］
式中， fc是载波频率， 而Φ(t)是附加的
相位函数。 此式不仅适用于MSK， 也适用于在 它基础上产生的GMSK调制方式， 只是不同调制 方式所具有的附加相位函数是不同的。
S2DPSK(t) 信道 × 本地载波
低通 滤波
抽样 判定
差分 解码
2DPSK绝对相干解调流程框图
2DPSK 绝对相 干解调 波形
原码
1
0
0
1
1
0
1
1
差分码 1
(参考)
0
0
0
1
0
0
1
0
2DPSK 本地载波 二者相乘 低通滤波 抽样信号 再生差分码 差分解码
译码
1
0
0
1
1
0
1
1
② 2DPSK相对相干解调（差分相干解调）
(a) a b c d e
f
2、包络检波法（属非相干解调）
动态f1 滤波器 包络 检波 低通 滤波 抽样
V1>V2判为f1 代 表的基带信号
S2FSK
判定 动态f2 滤波器 包络 检波 低通 滤波 抽样
再生
V1<V2 判 为 f2 代 表的基带信号
2FSK包络检波法解调框图
1
基带信号
1
0 0
1
0 0 0
MSK信号的调制
下图是这种采用正交调幅法实现MSK调制的原理方框 图。 其表达式可写为
t t sMSK (t ) I k cos 2T cos c t Qk sin 2T sin ct b b
kTb≤t≤(k+1)Tb
既然2DPSK靠相邻码元的变化来决定“1”码和 “0”码，那么用相邻波形直接相乘就能得到变化与否 的信息了，完全可以省去产生本地载波的复杂环节， 于是设计出下图所示的相对相干解调方式：
b
2DPSK相对相干解调流程框图 （相位比较法）
原码
差分码 1
(参考)
1
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
0
2DPSK 延时Tb
最小频移键控（MSK）
对于MSK， 附加相位函数为
(t )
ak
2Tb
t k
kTb≤t≤(k+1)Tb
S MSK (t ) cos(ct
ak
2Tb
t k ),
kTb≤t≤(k+1)Tb
k 是为了保证相位连续而加入的相位常量。
ak
是第k个码元的信息，值为
1
(t)
目前已在数字蜂窝移动通信系统中得到 广泛应用的有：最小频移键控（MSK）、高 斯最小频移键控（GMSK）、 正交相移键控 （QPSK）和正交调幅（QAM）等方式。但无 论我们研究出什么调制方式，其目的都是 一样的，即为了满足移动通信的数字调制 和解调器技术的要求。
MSK调制技术
MSK又称快速频移键控FFSK，是一种特殊的 连续相位的FSK调制。 要求FSK相关函数为零； 要求FSK信号相位连续； 要求FSK信号调制指数为0.5；
解调器
抽样值v1 v2， 判为f1代表的数字基带信号 抽样值v1 v2， 判为f 2 代表的数字基带信号
(三) 数字相移键控PSK
数字相移键控，记作PSK（ Phase shiftkeying ），二进制相位键控记作2PSK。 2PSK就是根据基带数字信号的值来调制载波相 位。例如对应二进制1，载波相位为0，对应二进制 0，载波相位为180。
1
0
1
2FSK信号 f1路检波 f2路检波 f1路低通
抽样值V1 抽样值V2
f2路低通
抽样判定
2FSK包络检波法解调过程的时间波形
3、相干解调法（同步检波）
BPF1 2FSK
f1 中心频率 f2
x
LPF
cos c1t
v1
抽 样 判决器
s(t )
BPF2
x
LPF
v2
定时脉冲
cos c 2t
A cos( c t 0) A cos c t S 2 PSK (t ) A cos( c t ) A cos c t
当an 1 当an 0
PSK调制方法：
基带信号 S (t)
×
载波发生器
S 2PSK(t)
正弦波发生器
1
Acosωct
反相器
c
抽 样 判决器
s′ (t)
d
定时脉冲
2ASK
非相 干解 调各 步波 形
(二) 数字频移键控FSK
数字频率键控，记作FSK，二进制频率键控记作2FSK。
2FSK系统就是根据基带数字信号的值（0或1） 来调制载波的频率。例如对应二进制0，载波频率
为f1，而对应二进制1，载波频率为f2。
A cos 1t S 2 FSK (t ) A cos 2t
二者相乘
低通滤波 抽样信号 再生信号
2DPSK相对相干解调波形
练习题
要求：
1、画出下面数字序列的ASK、 FSK、 PSK和D PSK调制波形。
数字序列 {an}
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
t
调制指数h，也被称为带宽效率。较高的h 会有较高的设备费用、复杂性、线性、以 及为了保持与低h系统相同的误比特率而引 起的SNR的增加。
S 2 ASK (t ) S (t ) cos C t A cos C t ，当an 1 ， an 0 当 0
ASK调制方法：
开关电路 S2ASK (t)
cos ct
S2ASK (t)
s(t)
乘法器 cos ct
s(t) (b)数字键控法
(a)模拟相乘法
1
S(t)
二进制数据
＋1 0 －1
0 Tb
1 2Tb
0 3Tb
0
1 4Tb t
f1 (a)
f2
f1
f1
f2 t
(b)
t
MSK的已调波形
基带信号功率谱
2FSK信号功率谱
2FSK信号带宽为 B=|f2-f1|+2fb ，主要取决于两中心频率 之差。以fb（基带信号带宽）为单位来度量时，调制指数为 h=|f2-f1| / fb ，则 B= (h +2) fb 。