二进制数字调制与解调原理
实验三2FSK调制与解调实验一、实验目的
实验三2FSK调制与解调实验一、实验目的1、了解二进制移频键控2FSK 信号的产生过程及电路的实现方法。
2、了解非相干解调器过零检测的工作原理及电路的实现方法。
3、了解相干解调器锁相解调法的工作原理及电路的实现方法。
二、实验内容1、了解相位不连续2FSK 信号的频谱特性。
2、了解2FSK（相位不连续）调制，非相干、相干解调电路的组成及工作理。
3、观察2FSK 调制，非相干、相干解调各点波形。
4、改变f1、f2的频率大小，观察不同调制指数下的调制解调效果。
（选作）5、利用实验模块的电路，设计出其它解调方法，并自行验证。
（选作）三、预习要求1)画出实验电路中2FSK调制器采用的原理框图；2)根据实验指导书的相关资料，说明本实验2FSK调制的载波频率分别是多少？用什么方法产生的？3)本实验2FSK载波是方波还是正弦波？如何实现的？4)用什么方法可以将方波变成正弦波？5)FSK调制器可以用哪两种基本方法实现？本实验用的是哪一种？6)用什么方法实现的FSK信号的相位是连续的？7)实验中，信息的码速率是多少？可以用什么方法测量？8)可以用什么方法来测量2FSK的两个载波频率？9)当用“10101010………”不断重复的信息码进行FSK调制，用计数法测量FSK调制输出信号的频率，测量得到的频率可能是多少？为什么？10)本实验中，2FSK 信号带宽是多少？如何计算的？公式中的各个量代表什么？11)本实验中，2FSK 信号的频谱会是单峰还是双峰？为什么？12)用示波器同时观测FSK调制器的输入数据、FSK调制器输出的已调信号，要能稳定的观测应该用这两个信号中的哪一个作为示波器的触发信号？13)画出2FSK过零检测解调的原理框图；14)实验中，FSK过零检测解调方案采用数字电路如何实现；15)脉冲的宽度相同，有些时刻的脉冲密一些，有些时刻的脉冲少一些，可以用什么具体的方法区分出每一个单位时刻内脉冲是多还是少？16)测试接收端的各点波形，需要与什么波形对比，才能比较好的进行观测？示波器的触发源该选哪一种信号？为什么？17)采用过零检测解调的方法时，将f1和f2倍频的电路是如何设计的？18)采用过零检测解调的方法时，解调电路中哪一点的波形是f1和f2的倍频？19)2FSK 信号经过整形变成方波2FSK 信号，频谱有什么变化？为什么？20)解调时将f1和f2倍频有何好处？如何通过仪器测量来说明？21)2FSK 信号解调时将f1和f2倍频之后，频谱有什么变化？为什么？22)解调电路各点信号的时延是怎么产生的？23)解调出的信码和调制器的绝对码之间的时延是怎么产生的？24)解调的信号为什么要进行再生？25)理论上，能否实现出一个没有时延的解调器？为什么？26)解调的信号是如何实现再生的？27)再生过程中，是什么环节会对解调的输出造成延时？为什么？28)画出2FSK 锁相PLL 解调的原理框图；29)PLL 解调2FSK 信号的原理是什么？30)为什么2FSK 锁相解调可以实现相干解调？31)要实现2FSK 锁相解调，锁相环需要工作在什么跟踪方式？为什么？32)解调电路中T31（放大出）没有信号输出，可能的原因有哪些？33)T19（2FSK 过零检测出）信号异常，如何判断故障点在哪？34)解调输出信号与发送端的数据信号对比，为什么会有延时，是哪些原理造成的？四、实验原理二进制频率调制（2FSK ）是数据通信中使用较早的一种通信方式。
电路基础原理数字信号的调制与解调
电路基础原理数字信号的调制与解调数字信号的调制与解调是电路基础原理中的重要概念。
调制是将数字信号转化为模拟信号的过程，解调则是将模拟信号还原为数字信号的过程。
本文将介绍数字信号的调制与解调原理及其应用。
一、调制的基本原理调制是为了将数字信号传输到远距离时，能够克服传输噪声、提高信号质量而进行的一种技术。
数字信号经过调制后，会转化为模拟信号，其特点是连续的波形。
1.频移键控调制(FSK)FSK是一种基本的数字信号调制方式，它通过改变信号的频率来表示不同的数字。
在FSK中，使用两个频率来分别代表二进制的0和1。
2.相移键控调制(PSK)PSK是一种通过改变信号的相位来表示不同的数字的调制方式。
在PSK中，使用不同的相位来表示二进制的0和1。
3.正交幅度调制(QAM)QAM是一种通过改变信号的振幅和相位来表示不同的数字的调制方式。
在QAM中，通过改变信号的振幅和相位的组合来表示多个二进制数字。
二、解调的基本原理解调是将模拟信号还原为数字信号的过程，其目的是还原接收到的信号，以便后续的数字信号处理。
1.频移解调频移解调是将经过FSK调制的信号还原回数字信号的过程。
解调器需要检测接收到的信号的频率，并根据频率的不同判断出二进制的0和1。
2.相移解调相移解调是将经过PSK调制的信号还原为数字信号的过程。
解调器需要检测接收到信号的相位，并根据相位的变化来判断出二进制的0和1。
3.幅度解调幅度解调是将经过QAM调制的信号还原为数字信号的过程。
解调器需要测量接收到信号的振幅和相位，并根据这些信息来判断出二进制的0和1。
三、调制与解调的应用调制与解调技术广泛应用于通信领域，特别是在无线通信中。
1.无线电广播无线电广播使用调制技术将音频信号转化为无线电信号，并通过无线电波传输到接收器中，然后通过解调技术将无线电信号还原为音频信号。
2.移动通信移动通信中的调制与解调技术被用于将数字信号通过无线电信道传输，以实现声音、图像和数据的无线传输。
信号调制的基本原理
信号调制的基本原理
信号调制是一种将信息从原始信号转换为适合传输的形式的技术。
它的基本原理可以概括为以下几个步骤：
1. 信息编码：将要传输的信息转换为二进制数字序列，例如 ASCII 码或 Unicode 码。
2. 调制信号生成：使用二进制数字序列生成一个调制信号，该信号可以是模拟信号或数字信号。
3. 信号传输：将调制信号通过传输介质（如电缆、无线电波或光纤）发送到接收端。
4. 信号解调：在接收端，使用解调技术将调制信号转换回原始信息。
在调制过程中，调制信号的特性（如频率、相位或幅度）会根据二进制数字序列的变化而改变。
这种变化可以用来表示信息的不同状态，例如 0 和 1。
在解调过程中，接收端会使用相应的解调技术来识别这些状态，并将其转换回原始信息。
调制技术的选择取决于许多因素，例如传输介质的特性、所需的传输速率、误码率要求等。
常见的调制技术包括幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）和数字调制（例如 QPSK、16-QAM 等）。
总之，信号调制是一种将信息从原始信号转换为适合传输的形式的技术，它涉及信息编码、调制信号生成、信号传输和信号解调等步骤。
调制技术的选择取决于传输介质的特性和所需的传输速率等因素。
叙述调制解调器概念及工作原理
叙述调制解调器概念及工作原理
调制解调器（Modem）是一个将数字信号转换为模拟信号（调制）传输到远程地点，并将接收到的模拟信号转换为数字信号（解调）的设备。
调制解调器主要用于将计算机或其他数字设备产生的数字数据信号传送到远程位置，例如通过电话线传输数据。
调制解调器的工作原理如下：
1. 调制（Modulation）：调制器接收到来自数字设备的二进制数据信号，并将其转换为模拟信号。
这通常通过将数字信号与一个称为载波信号的高频调制信号相乘来实现。
这样可以使数字信号能够在模拟信道上传输。
2. 传输（Transmitting）：调制器将调制后的模拟信号通过传输介质（如电话线）发送到远程设备。
传输介质可以是电线、光纤或无线电波等。
3. 解调（Demodulation）：远程设备上的解调器接收到发送的模拟信号，并将其转换为数字信号。
解调器使用与发送端相同的载波信号和调制技术来反向操作。
解调器提取并恢复出原始的数字信号。
4. 接收（Receiving）：解调后的数字信号传送到接收设备，如计算机或其他数字设备。
调制解调器的速度通常以位每秒（bps）来衡量。
调制解调器的速度取决于多个因素，包括调制技术、传输介质的带宽和信
号噪声等。
调制解调器在互联网和通信领域起着重要的作用，它们允许计算机之间进行数据交换，并连接到因特网。
2psk调制解调的原理
2psk调制解调的原理2PSK调制（2-Phase Shift Keying）是一种基本的数字调制方式。
它通过改变载波的相位来传输数字信号，每个数字比特对应两个不同的相位。
以下将详细解析2PSK调制的原理。
2PSK调制主要涉及到两个过程：调制和解调。
调制过程：1. 文字编码：将要传输的信息进行数字编码，例如使用二进制编码方式，将每个数字比特用0和1代表。
2. 符号分配：每个数字比特对应一个相位，通常选择相位0和相位π来表示0和1。
3. 载波生成：产生一个恒定频率和幅度的正弦波，这个波被称为载波信号。
4. 相位调制：根据编码的数字比特，将相应的相位信息融入到载波信号中。
比如，相位0可以对应载波信号的相位不变，而相位π可以对应载波信号的相位反转。
5. 调制信号生成：得到相位调制后的信号，该信号即为调制信号。
解调过程：1. 接收信号采样：接收到经过信道传输的调制信号，并对信号进行采样。
2. 相位判决：根据接收到的信号的相位信息，进行相位判决以确定每个数字比特的数值。
例如，如果接收到的信号相位为0，则判定为0；如果接收到的信号相位为π，则判定为1。
3. 数字解码：将解调的数字比特翻译回原始的信息字符。
2PSK调制的优点：1. 简单性：2PSK调制的实现比较简单，仅需要改变相位即可。
2. 抗噪声性能：2PSK调制的抗噪声性能较好，因为每个数字比特对应的相位差异明显，相位误差引起的误码率较低。
2PSK调制的局限：1. 带宽效率：2PSK调制一次只能传输一个比特，相比其他复杂调制方式，其带宽利用率较低。
2. 灵活性：2PSK调制只能传输二进制信号，不能传输多元信号。
总结：2PSK调制通过改变载波的相位来传输数字信号。
在调制过程中，信号经过文字编码、符号分配、载波生成和相位调制等步骤。
在解调过程中，信号经过接收信号采样、相位判决和数字解码等步骤。
2PSK调制简单易实现，抗噪声性能好，但带宽利用率相对较低，适用于二进制信号的传输。
二进制数字调制原理
其中，fs = 1/Ts为基带信号的带宽。图中的fc为两个载频的中心频率。
21
6.1.3 二进制相移键控（2PSK）
2PSK信号的表达式： 在2PSK中，通常用初始相位0和分别表示二进制“1”和“0”。因 此，2PSK信号的时域表达式为
e2PSK (t) A cos(ct n )
G(0) TS
P2PSK (
f
)
Ts 4
sin ( ( f
f fc )Ts fc )Ts
2
sin ( ( f
f fc )Ts fc )Ts
2
29
功率谱密度曲线
P2PSK f
fc
fc fs fc fc fs
f
从以上分析可见，二进制相移键控信号的频谱特性与2ASK的十分 相似，带宽也是基带信号带宽的两倍。区别仅在于当P=1/2时，其 谱中无离散谱（即载波分量），此时2PSK信号实际上相当于抑制 载波的双边带信号。因此，它可以看作是双极性基带信号作用下的
23
典型波形
1
0
0
1
1
t Ts
24
2PSK信号的调制器原理方框图
模拟调制的方法
双极性
s(t)
不归零
码型变换
乘法器
e2PSK (t)
键控法
cosct
c os ct
开关电路
0
e2PSK (t)
1800 移相
s(t)
25
2PSK信号的解调器原理方框图和波形图：
e2PSK (t)
带通 滤波器
2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍，若只计谱的主瓣（第一 个谱零点位置），则有
式中 fs = 1/Ts
通信原理讲义-第六章 数字信号的载波传输1二进制调制
数字信号的调制可以看成特殊调制信号 的模拟调制，类似模拟调制的情况，数 字调制也是用调制信号调制载波的三个 参数：振幅、频率、相位。 相应地称为：幅度键控、频率键控、相 位键控。
6.1 二进制数字调制
二进制数字调制是指调制信号为二进制 基带信号，这种调制信号仅有两种电平， 表示为“1”和“0”： 二进制数字调制又分为： 二进制幅度键控 二进制频率键控 二进制相位键控
数字基 带信号 二进制幅度键控s2ASK(t)
载波Acoswct
二进制幅度键控解调（非相干）
带通 滤波器
1 0.5 0 -0.5 -1 0 1 0.5 0 -0.5 -1 0 1 0.5 0 -0.5 -1 0 100 200 300 400 500 600 100 200 300 400 500 600 100 200 300 400 500 600
1 A1 0 0 0 1 ……
由调频理论，调制后信号的瞬时频率 w(t)=w0+KFMf(t) 而对单极性二元基带信号只有两种电平： f(t)=0或1， 故：w1= w0+KFM w2= w0。
二进制频率键控调制后的时域波形
1
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
二进制差分相位键控的调制方法
二元单 极性码 输入 相对码 差分编码 二进制差分相位 键控DPSK输出
Acos(wct)
载波发生器
差分编码原理：
后一位与新生成的前一位码做模2和得到新生成的码
绝对码：1 0 0 1 0 1 1 0 相对码：1 1 1 0 0 1 0 0
二进制差分相位键控的解调（相干）
bpsk调制及解调原理实验报告
bpsk调制及解调原理实验报告BPSK 调制及解调原理实验报告一、实验目的本实验旨在深入理解二进制相移键控（BPSK）调制及解调的原理，通过实际操作和观测，掌握 BPSK 信号的产生、传输和恢复过程，分析其性能特点，并探讨相关参数对系统性能的影响。
二、实验原理（一）BPSK 调制原理BPSK 是一种最简单的相移键控方式，它使用两个相位（通常为 0和π）来表示二进制数字信息。
在 BPSK 中，当输入的二进制数字为“0”时，调制后的载波相位为 0；当输入的二进制数字为“1”时，调制后的载波相位为π。
假设输入的二进制序列为｛an}，载波信号为cos(ωct)，则 BPSK 调制后的信号可以表示为：s(t) ＝an cos(ωct ＋φn)其中，当 an ＝ 0 时，φn ＝ 0；当 an ＝ 1 时，φn ＝π。
（二）BPSK 解调原理BPSK 的解调通常采用相干解调的方法。
相干解调需要一个与发送端同频同相的本地载波。
接收到的 BPSK 信号与本地载波相乘后，通过低通滤波器滤除高频分量，再进行抽样判决，恢复出原始的二进制数字信息。
具体的解调过程如下：接收信号 r(t) ＝ s(t) ＋ n(t) （其中 n(t) 为加性高斯白噪声）与本地载波cos(ωct) 相乘得到：r(t) cos(ωct) ＝an cos(ωct ＋φn) ＋n(t) cos(ωct)＝ 1/2 an 1 ＋cos(2ωct ＋φn) ＋n(t) cos(ωct)经过低通滤波器后，滤除2ωc 频率成分，得到：1/2 an ＋n(t) cos(ωct)对其进行抽样判决，若抽样值大于 0，则判决为“0”；若抽样值小于0，则判决为“1”。
三、实验内容与步骤（一）实验内容1、产生 BPSK 调制信号2、加入高斯白噪声3、进行相干解调4、分析不同信噪比下的误码率性能（二）实验步骤1、利用编程语言（如 MATLAB）生成随机的二进制数字序列作为输入信号。
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(7.1 - 6)
由图 7 - 6 可看出，bn是an的反码，即若an=1，则bn=0，
若an=0，则bn=1，于是bn= n。φn和θn分别代表第n个信号
码元的初始相位。在二进制移频键控信号中，φn和θn不携带 信息，通常可令φn和θn为零。因此，二进制移频键控信号的 时域表达式可简化为
第 7 章 数字频带传输系统
7.1 二进制数字调制与解调原理 7.2 二进制数字调制系统的抗噪声性能 7.3 二进制数字调制系统的性能比较 7.4 多进制数字调制系统
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第7章
7.1
7.1.1二进制振幅键控（2ASK）
振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数 字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。 设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0符号的概 率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立。该二进制符 号序列可表示为
e2FSK(t)= [ an g(t nTS )] cos(w1t n ) [ bn g(t nTS )] cos(w2t n )
n
n
ak
1 011001
a
s(t)
t
b
s(t)
t
c
t
d
t
e
t
f
t
g 2FSK信 号
t
图 7- 6 二进制移频键控信号的时间波形
an= 0, 发送概率为P 1, 发送概率为1-P
2A SK信 号 t
图 7 – 2 二进制振幅键控信号时间波型
乘 法 器 e2ASK (t) s(t)
cos ct
(a)
cos ct
开 关 电路 e2ASK (t)
s(t) (b)
图 7-3 二进制振幅键控信号调制器原理框图
e2ASK (t)
带通 a 滤波器
全波 b 整流器
低通 c 滤波器
抽样 d 判决器 输出
a e2FSK (t)
b 限幅
c 微分
整流
d
脉 冲形 e 成
f 低通
输出
(a)
a
b
c d e
图 7 – 10 过零检测法原理图和各点时间波形
7.1.3二进制移相键控（2PSK）
在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字
基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。 通常用已调信号载波的 0°和 180°分别表示二进制数字基 带信号的 1 和 0。 二进制移相键控信号的时域表达式为
由图 7 - 2 可以看出，2ASK信号与模拟调制中的AM信号类 似。所以，对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和 相干解调(同步检测法)，其相应原理方框图如图7 -2 4 所示。 2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图 7 - 5 所示。
1
0
1
1
0
0
1
s(t)
Tb
t
载 波 信号 t
二进制移频键控信号的解调方法很多，有模拟鉴频法和 数字检测法，有非相干解调方法也有相干解调方法。 采用非 相干解调和相干解调两种方法的原理图如图7 - 8 所示。 其解 调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅 键控信号，分别进行解调，通过对上下两路的抽样值进行比 较最终判决出输出信号。非相干解调过程的时间波形如图 7 9 所示。
基带信 号
振 荡 器1 f1
反相器
选 通 开关 相 加 器 e2FSK (t)
振 荡 器2 f2
选 通 开关
图 7 –7 数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图
e2FSK (t)
带 通 滤波 器 1
包络 检波器
定时脉冲 抽样
输 检波器
(a)
e2FSK (t)
带 通 滤波 器 1
相乘器
cos 1t
cos 2t
带 通 滤波 器
相乘器
(b)
低通 滤波器
定时脉冲 抽样 输出 判决器
低通 滤波器
图 7 –8
(a) 非相干解调; (b) 相干解调
11 00 1
000 1 0 1
2FSK信 号
图 7-9 2FSK非相干解调过程的时间波形
过零检测法解调器的原理图和各点时间波形如图 7 - 10 所示。其基本原理是，二进制移频键控信号的过零点数随载 波频率不同而异，通过检测过零点数从而得到频率的变化。 在图 7 - 10 中，输入信号经过限幅后产生矩形波，经微分、 整流、波形整形，形成与频率变化相关的矩形脉冲波，经低 通滤波器滤除高次谐波，便恢复出与原数字信号对应的基带 数字信号。
s(t)= an g(t nTS )
n
其中:
an= 0,
发送概率为P
1,
发送概率为1-P
Ts是二进制基带信号时间间隔，g(t)是持续时间为Ts的 矩形脉冲:
1 g(t)=
0 TS
0
其他
则二进制振幅键控信号可表示为
e2ASK(t)= an g(t nTS ) cos wct
n
二进制振幅键控信号时间波型如图 7 - 2 所示。 由图 7 - 2 可 以看出，2ASK信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号s(t)通 断变化，所以又称为通断键控信号（OOK信号）。 二进制振幅 键控信号的产生方法如图 7 - 3 所示，图(a)是采用模拟相乘的方 法实现， 图(b)是采用数字键控的方法实现。
定时 脉冲
(a)
e2ASK (t)
带通 滤波器
相乘器
低通 滤波器
cos ct
(b)
抽样 输出 判决器
定时 脉冲
图 7 –4 二进制振幅键控信号解调器原理框图
11 00 1 000 1 0 1 a
b c d
图 7 - 5 2ASK信号非相干解调过程的时间波形
7.1.2二进制移频键控（2FSK）
在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信 号 在 f1 和 f2 两 个 频 率 点 间 变 化 ， 则 产 生 二 进 制 移 频 键 控 信 号 （2FSK信号）。二进制移频键控信号的时间波形如图7 - 6 所示，图中波形g可分解为波形e和波形f，即二进制移频键控 信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。 若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1，0符号对应于载 波频率f2，则二进制移频键控信号的时域表达式为
e2FSK(t)= [ ang(t nTS )cosw1t [ ang(t nTS )]cosw2t
n
n
二进制移频键控信号的产生，可以采用模拟调频电路来 实现，也可以采用数字键控的方法来实现。 图 7 - 7 是数字键 控法实现二进制移频键控信号的原理图, 图中两个振荡器的输 出载波受输入的二进制基带信号控制，在一个码元Ts期间输 出f1或f2两个载波之一。