通信原理-数字调制_4
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(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
通信原理答案4
通信原理答案4第四章模拟调制系统已知调制信号 m(t)=cos(2000πt)+cos(4000πt)，载波为cos104πt ，进⾏单边带调制，试确定该单边带信号的表达试，并画出频谱图。
解：⽅法⼀：若要确定单边带信号，须先求得m(t)的希尔伯特变换 m ’（t ）=cos （2000πt-π/2）+cos （4000πt-π/2） =sin （2000πt ）+sin （4000πt ）故上边带信号为S USB (t)=1/2m(t) cos w c t -1/2m ’(t)sin w c t =1/2cos(12000πt )+1/2cos(14000πt ) 下边带信号为S LSB (t)=1/2m(t) cos w c t +1/2m ’(t) sin w c t=1/2cos(8000πt )+1/2cos(6000πt ) 其频谱如图所⽰。
⽅法⼆：先产⽣DSB 信号：s m (t)=m(t)cos w c t =···，然后经过边带滤波器，产⽣SSB 信号。
1. 将调幅波通过残留边带滤波器产⽣残留边带信号。
若次信号的传输函数H(w )如图所⽰。
当调制信号为m(t)=A[sin100πt +sin6000πt ]时，试确定所得残留边带信号的表达式。
解：设调幅波sm(t)=[m 0+m(t)]coswct ，m0≥|m(t)|max ，且s m (t)<=>S m (w)根据残留边带滤波器在f c 处具有互补对称特性，从H(w)图上可知载频f c =10kHz ，因此得载波cos20000πt。
故有sm(t)=[m0+m(t)]cos20000πt=m0cos20000πt+A[sin100πt+sin6000πt]cos20000πt=m0cos20000πt+A/2[sin(20100πt)-sin(19900πt)+sin(26000πt)-sin(14000πt)Sm(w)=πm0[σ(w+20000π)+σ(W-20000π)]+jπA/2[σ(w+20100π)-σ(w+19900π)+σ(w-19900π)+σ(w+26000π)-σ(w-26000π)-σ(w+14000π)+σ(w-14000π)残留边带信号为F(t)，且f(t)<=>F(w)，则F(w)=Sm(w)H(w)故有：F(w)=π/2m0[σ(w+20000π)+σ(w-20000π)]+jπA/2[0.55σ(w+20100π)-0.55σ(w-20100π)-0.45σ(w+19900π)+ 0.45σ(w-19900π)+σ(w+26000π) -σ(w-26000π)f(t)=1/2m0cos20000πt+A/2[0.55sin20100πt-0.45sin19900πt+sin26000πt]2.设某信道具有均匀的双边噪声功率谱密度Pn(f)=0.5*10-3W/Hz，在该信道中传输抑制载波的双边带信号，并设调制信号m(t)的频带限制在5kHz，⽽载波为100kHz，已调信号的功率为10kW.若接收机的输⼊信号在加⾄解调器之前，先经过⼀理想带通滤波器滤波，试问：1.）该理想带通滤波器应具有怎样的传输特性H(w)?2.）解调器输⼊端的信噪功率⽐为多少?3.）解调器输出端的信噪功率⽐为多少?4.）求出解调器输出端的噪声功率谱密度，并⽤图型表⽰出来。
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
厚德博学 追求卓越
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)
厚德博学 追求卓越
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。
厚德博学 追求卓越
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4章(2014年北邮上课精简版)
η AM
边带功率 = AM总功率
调制指数a（调幅系数）
ＡＭ 信号表达式
S AM (t ) = [1 + m (t ) ] Ac cos ωc t
其中 1 + m(t ) 中的直流为 １，交流为 m(t ) 。为了包络解调 不失真恢复原始基带信号，要求 m ( t ) ≤ 1 。 ＡＭ 信号一般表示为 S AM (t ) = Ac 1+ amn (t ) cos ωc t ，
第4章 模拟调制系统
本章的主要内容
一、调制的目的、定义和分类 二、幅度调制（ＡＭ、ＤＳＢ、ＳＳＢ、ＶＳＢ）
n n n
时域和频域表示、带宽 调制与解调方法
抗噪声性能 三、角度调制（ＦＭ、ＰＭ）
n n n n
基本概念 单频调制时：调频和调相信号的时域表示 宽带调频信号的带宽
抗噪性能 四、频分复用
《通信原理》
解：
(2) 基带信号为随机信号时已调信号的频谱特性 在一般情况下，基带信号是随机信号，如语音信号。此时
，已调信号的频谱特性用功率谱密度来表示。 AM已调信号是一个循环平稳的随机过程，其功率谱密度为 其自相关函数时间平均值的傅里叶变换。 分析可知，在调制信号为确知信号和随机信号两种情况下， 分别求出的已调信号功率表达式是相似的。 参见教材７０页。
H(w)
-w c
形成单边带信号的滤波特性
H(w) 1 -w c 0 1 0 wc w wc w
H(w)
-w c
形成单边带信号的滤波特性
通过推导（参见教材 ７１－７２ 页），可得 ＳＳＢ 信号的时域表达式
S SSB (t) = Ac m(t ) cos ωct m Ac m (t )sin ωct
通信原理第四、第六章习题
第六章 数字调制系统1． 已知电话信道可用的信号传输频带为600-3000Hz ，取载频为1800Hz ，试说明：(1) 采用α=1余弦滚降基带信号时，QPSK 调制可以传输2400b/s 数据；(2) 采用α=0.5余弦滚降基带信号时，8PSK 调制可以传输4800b/s 数据；解：(1) R b =2400b/s , R B =1200(B) , 基带奈氏带宽W 1= R B / 2 = 600Hz ,信道带宽为 B = 3000 – 600 = 2400Hz = (1+α) 2W 1 = (1+α) R B α=1时，QPSK 系统的频带利用率为数据传输速率为（2）α=0.5时，8PSK 系统的频带利用率为数据传输速率为2．设有一个2PSK 信号，其码元传输速率为1000B ，载波波形 为A cos ( 4 π ⨯ 10 6 t )。
(1) 试问每个码元中包含多少个载波周期？(2) 若发送“0”和“1”的概率分别是0.6和0.4，试求此信号的功率谱密度的表达式。
解：(1)由载波波形可知已调信号载频为2⨯106 Hz ，因此每个码元中包含2⨯106 / 1000 = 2000个载波周期。
222log log log 4 1 //(1)(1)11b B b B R R M M b s Hz B R ηαα=====+++240012400 /b b R B b sη==⨯=22log log 8 2 //(1)10.5b M b s Hz ηα===++240024800 /b b R B b sη==⨯=(2) 2PSK 功率谱密度为因为P s （f ）为基带信号双极性矩形脉冲的功率谱密度，因此有：注：因为先验不等概，所以P s ( f )的离散谱中只有m = 0一项不为零， 故P 2PSK ( f )存在离散载波f c 分量。
3．设有一个2DPSK 传输系统对信号采用A 方式编码，其码元速率为1200B ，载波频率为2400Hz ，已知输入码元序列为011010， 试画出此2DPSK 信号序列的波形图。
《通信原理》第04章模拟信号的数字化精品PPT课件
t
…
t
…
t
S(f)
( f ) Sk ( f ) Sˆ( f )
f
…
f
…
f
t
f
7
4.2.1 低通模拟信号的抽样
频谱混叠
S(f)
spectrum aliasing
f ( f )
f
Sk ( f )
…
…
f
8
4.2.1 低通模拟信号的抽样
ideal lowpass filter
抽样信号恢复低通滤波器
s(t)
s(t)
t
t
δT (t)
c (t)
t
t
sk(t)
sk(t)
t
t
3
4.2.1 低通模拟信号的抽样
band-limited signal
低通抽样定理 一个带宽有限信号 s (t) 的最高频率为 fH ，若
抽样频率 fs ≥ 2 fH ，则可以由抽样信号序列 sk (t) 无 失真地恢复原始信号 s (t) 。 说明
抽样频率与信号频率的关系曲线
fs 4B
3B
2B
B
O
B 2B 3B 4B 5B 6B
fL
15
4.2.2 带通模拟信号的抽样
带通抽样的频谱
fH = 4 kHz fL = 3 kHz B = 1 kHz
fs = 2 kHz
S(f)
−4B
0
4B
Sk( f )
bandpass sampling
f
−4fs −3fs −2fs −fs O fs 2fs 3fs 4fs
领域也有广泛应用
pulse amplitude modulation (PAM)
大连理工大学-通信原理-第4章课件
5
第4章 模拟调制系统
4.1.1调幅（AM）
时域表示式
sAM (t ) [ A0 m(t )]cos ct A0 cos ct m(t ) cos ct
式中 m(t) － 调制信号，均值为0； A0 － 常数，表示叠加的直流分量。 频谱：若m(t)为确知信号，则AM信号的频谱为
AM
m2 t PS 2 PAM A0 m2 t
2 当m(t) = Am cos mt时，m 2 (t ) Am / 2
代入上式，得到
AM
2 Am 2 2 2 2 A0 m t 2 A0 Am
m2 t
当|m(t)|max = A0时（100％调制），调制效率最高，这时
3
第4章 模拟调制系统
4.1幅度调制（线性调制）的原理
一般原理
表示式： c(t ) A cos ct 0 设：正弦型载波为 式中，A — 载波幅度； c — 载波角频率；
0 — 载波初始相位（以后假定0 ＝ 0）。
则根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般 可表示成 sm (t ) Am(t ) cos ct 式中， m(t)— 基带调制信号。
第4章 模拟调制系统
调制的目的 提高无线通信时的天线辐射效率。 把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现 信道的多路复用，提高信道利用率。 扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还 可实现传输带宽与信噪比之间的互换。
调制方式 模拟调制 数字调制 常见的模拟调制 幅度调制：调幅、双边带、单边带和残留边带 角度调制：频率调制、相位调制
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QDPSKB 方式
将相对码 cd
? 绝对码 ab
c
a
差分
译码
dbBiblioteka ? 差分相干解调（ 相位比较法 ）
B
? 两个比特的组合 称做 双比特 码元，记为 a b
1）双比特与载波相位的关系
注：对应关系可有不同 规定，但相邻码组应符 合格雷码编码规则
双比特码元 ab
a 0（?1） 1（+1） 1（+1） 0（?1）
b 0（?1） 0（?1） 1（+1） 1（+1）
载波相位 φn
A 方式
0° 90° 180° 270°
? QPSK 特点：
? 相位跳变：0°, ± 90°, ± 180° ? 跳变周期 2Tb ? 带宽 B = Rb
? QPSK 缺点：
? 最大相位跳变180°，使限带的QPSK信号包络起伏 很大，并出现包络零点。
? 频谱扩展大，旁瓣对邻道干扰大。
? 改进思路：
QPSK 相位路径 最大相位跳变 180°
? 0,
?
an
?
? ?
1,
以概率 P1 以概率 P2
?
?? M ? 1, 以概率PM
M
? 且有
Pi ? 1
i?1
? 4ASK信号振幅有4种取值，每个码元含2bit。
? MASK 调制 :
与2ASK的产生方法相似，区别在于: 发送端输入的二进制数字基带信号需要先经过电平变 换器转换为M电平的基带脉冲，然后再去调制。
? 也有正交调相法 和 相位选择法 ? 仅需在QPSK调制器基础上增添差分编码（码变换）
a
输入 串/并 变换
b
差分 编码
将绝对码 ab ? 相对码 cd
c
载波 振荡
d
x
cos ? ct
? ? 移相
2
sin ? ct
x
QDPSK +
B方式
码变换+绝对调相 原理图
3 QDPSK解调
? 相干解调（ 极性比较）+码反变换
? MFSK信号占用较宽的频带，信道频带利用率不高。
B?
fM
?
f1
2 ?
TB
? MFSK一般用于 调制速率(1/TB) 不高的衰落信道 传输场合。
§7.4.3 多进制相移键控 （MPSK）
1 基本概念
? 利用载波的M种不同相位表示数字信息。 ? 信号矢量图（星座图）：
2 4PSK 调制
? QPSK的每一种载波相位代表两个比特： （00、01、10 或 11）
? 最大相位跳变180°
——包络起伏大
最大值 最小值 ? ?
——频谱扩展大
? 相位跳变周期 2Tb
? 最大相位跳变90°
——包络起伏小
最大值 最小值 ?
2
——频谱扩展小
影响
主瓣
? 相位跳变周期 Tb
带宽
5 ? /4 - QPSK
? 原理和特点：
? 由两个相差?/4的QPSK星座图交替产生： A方式: 0°,± 90°,180° B方式: ± 45°, ± 135°
? 改进思路：
信号点不作对角线移动 即双比特ab不同时跳变
4 OQPSK (偏置或交错 QPSK，Offset QPSK) ? 改进思路：
信号点不作对角线移动 即双比特ab不同时跳变
? 如何实现？
见下图
OQPSK 相位路径 相位跳变 0或± 90°
OQPSK
? 限带QPSK 与 限带OQPSK 对比：
? ??4-QPSK优势：
§7.4.4 多进制差分相移键控 （MDPSK ）
1 基本原理
? 原理与 2DPSK 类似：利用相邻码元载波的相对相位 变化 表示 数字信息。
? 4DPSK 也称 QDPSK
? QDPSK与QPSK的关系，如同2DPSK与2PSK关系 ? QDPSK的矢量图与QPSK的矢量图相似
B 方式
225° 315° 45° 135°
? 矢量图
双比特码元 ab
a 0（?1） 1（+1） 1（+1） 0（?1）
b 0（?1） 0（?1） 1（+1） 1（+1）
? 波形
载波相位 φn
A 方式
0° 90° 180° 270°
B 方式
225° 315° 45° 135°
2） QPSK调制
? 正交调相法
§7.4
多进制 数字调制系统
引言
M
log 2M
二进制：每个码元只携带 1 bit 信息
Rb ? RB log2 M
西安电子科技大学 通院
§7.4.1 多进制振幅键控 （MASK）
? MASK可看成是二进制振幅键控（ 2ASK）的推广。
M
? eMASK (t) ? an g(t ? nTs )cos ? ct n?1
——只是参考相位 是前一码元的载波相位
双比特码元 ab
a 0（?1） 1（+1） 1（+1） 0（?1）
b 0（?1） 0（?1） 1（+1） 1（+1）
? 矢量图
??n
载波相位 φn
A 方式
0° 90° 180° 270°
B 方式
225° 315° 45° 135°
前一码元 载波相位
? 波形
2 QDPSK调制
a 输入 串/并
变换 b
I (t) x
载波
cos ? ct
振荡
? ? 移相
2
QPSK
+
sin ? c t
x
Q (t )
? 相位选择法 a b
B方式
原理： 根据当时的双比特ab，选相电路从候选的4
个相位中选择相应相位的载波输出。
3 QPSK 解调
? 原理：分解为两路2PSK信号的相干解调。
?存在问题：存在900的相位模糊（0, 90, 180, 270） ? 解决方案：采用四相相对相位调制，即QDPSK。
? MASK解调:
与2ASK信号解调也相似，有相干和非相干解调两种。
? MASK信号的功率谱 与 2ASK信号具有相似的形式;
? 谱零点带宽是 M 进制数字基带信号带宽的两倍。
B?
2RB
?
2Rb log2 M
B? 2 ?
2
TB Tb ?log2 M
? 在 Rb相同时，MASK信号带宽是 2ASK的 1 / log2M 倍 。
? MASK的抗噪声能力差， ? 常用多进制正交振幅调制（MQAM）来代替。
§7.4.2 多进制频移键控 （MFSK）
? MFSK可视为2FSK方式的推广。 ? 4FSK采用 4种不同的频率分别表示双比特信息：
? MFSK调制与解调的原理框图：
? 要求载频之间的距离足够大，以便用滤波器分 离不同频率的谱。