第3讲 数据信号的调职和解调(频带传输)

e2 FSK (t ) an g (t nTb ) cos 1t an g (t nTb ) cos 2t n n
s1 (t )cos 1t s2 (t )cos 2t
P2 FSK ( f )
1 1 Ps1 ( f f1 ) Ps1 ( f f1 ) Ps2 ( f f 2 ) Ps2 ( f f 2 ) 4 4
Tb sin ( f f c )Tb sin ( f f c )Tb P2 ASK ( f ) 16 ( f f c )Tb ( f f c )Tb
2
sin fT G( f ) T fT
2
1 ( f f c ) ( f f c ) 16
第三讲 数据信号的调制和解调
主讲人：李学明 单 位：重庆大学计算机学院
2010年9月
目录
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 概述 线性调制（模拟调制） 数字调幅 数字调频 数字调相
3.1 概述
1、数据频带传输系统
发送 滤波器 调制 信道 解调 抽样 判决
调制：把具有不同频谱的基带信号进行频谱搬移 (1) 调制信号：基带信号 (2) 载 波：高频信号，正弦波(余弦波)
H(f)的不同产生了不同的线性调制方式 (1) 调幅（AM） (2) 抑制载波双边带调制（DSB-SC） (3) 单边带调制（SSB） (4) 残留边带调制（VSB） (5) 数字调制
3、调幅：原理及波形（滤波器H(f)=1）
m(t)
O
调制信号 m(t ) 0
t
m(t )
叠加直流A0
滤波器H(f)=1）
M(f )
1
fH
0
fH
f
s AM (t )
s AM ( f )
O
t
fc
A0
1 2 0 fc
A0
f
调幅(AM)：波形分析
m(t)
O t
当满足条件m(t)maxA0时，AM信号的包络与调制信号成正比 可以用包络检波的方法很容易恢复出原始的调制信号
A0+m(t)
m(t)max >A0将会出现过调幅现象而产生包络失真
1 P2 ASK ( f ) [ Ps ( f f c ) Ps ( f f c )] 4

设 P 1/ 2
1 1 2 2 2 2 f s [ G( f fc ) G( f fc ) ] f s G (0) [ ( f f c ) ( f f c )] 16 16
A02 cos2 2 fct m2 (t )cos2 2 fct 2 A0m(t )cos 2 2 fct
调制后信号的 总平均功率
不带信息的载波功率
PAM
A0 2 m2 (t ) PC PS 2 2
m(t ) 0
调制信号平均功率（ 也称边带功率）
调制效率：边带功率与总平均功率的比值，用符号AM表示
1、数字调制(输入为基带信号)
0 1 1 0 1 0
基带信号
振幅键控
移频键控
移相键控
2、振幅键控(ASK)
s (t )
1 0 1 1 0 0 1 t
Tb
载波信号
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
t
2ASK信号
t
1, g (t ) 0,
0 t Tb 其它
x(t ) h(t ) * g (t ) cos2f c t
x(t ) h( ) g (t ) cos2f c (t )d


h( ) g (t )[cos2f ct cos 2f c sin 2f ct sin 2f c ]d

A0 cos 2 f c t
S AM t
A0+m(t)
sAM t [ A0 m(t )]cos 2 fct A(t )cos 2 fct
t
O
S AM f
cos 2f c t
O
t
A0 1 ( f fc ) ( f fc ) M ( f f c ) M ( f f c ) 2 2

cos2f ct h( ) cos2f cg (t )d sin 2f ct h( ) sin 2f cg (t )d



[ g (t ) * h1 (t )]cos2f ct [ g (t ) * h2 (t )]sin 2f ct
2、三种调制方式 利用载波信号的三个参量： 幅度、频率、相位进行调制 (1) 调幅(对振幅A进行调制) (2) 调频(对进行0 调制) (3) 调相(对进行 0 调制)
c(t ) A cos(0t 0 )
调制概述：基带信号传输问题
语言 信息源 音乐 图像 直接转换 频率很低的电信号 最高频率和最低频率之比 远大于1 包括（或不包括）直流分量 的低通频谱
基带信号
如电话信号的频率范围在300～3000Hz
基带信号可以直接通过架空明线、电缆等有线信道传输，但不可能在无线信道直接传输 即使可在有线信道上传输，一对线路上也只能传输一路信号，信道利用是很不经济的
调制和解调的基本思想
调制：发送端把基带信号频谱 搬移到给定信道通带内的过程
调制器 原始信号
原始信号
解调器
解调：在接收端把已搬到给定信道 通带内的频谱还原为基带信号的过程
调制在通信系统中的作用
1. 2. 3. 4. 5. 适应信道的要求 容易辐射 实现频率分配 实现多路复用 减少噪声和干扰的影响，提高系统抗干扰能力
调制的基本特征和分类
模拟调制
连续变化的模拟量： 正弦波
m (t )
离散的数字量： 二进制数字脉冲
2FSK：信号的实现
振荡器1
f1
基带 信号
选通开关
在某一个码元Tb期间只 输出f1或f2两个载波中的 一个
反相器
s(t )
反相器
s (t )
e2 FSK (t )
振荡器2
f2
选通开关
数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图
2FSK：功率谱分析
相位不连续的2FSK信号，可以看成由两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加，其 中一个频率为f1，另一个频率为f2。
fc 已调信号x(t)的频谱
5、单边带调制
单边带调制SSB
0 H( f ) 1 | f | f c | f | f c
保留上边带，理想高通滤波器
1 H( f ) 0
| f | f c | f | f c
保留下边带，理想低通滤波器
上边带和下边带包含的信息相同
6、残留边带
O
t
cos 2f c t
O
t
m(t )

A0 cos 2 f c t
S AM t
s AM (t )
O
t
调幅(AM)：功率分析
PAM 1 T 2 lim 2T s AM t dt s 2 AM t [ A0 m(t )]2 cos2 2 f ct T T 2
0, an 1,
发送概率为 P
0, an 发送概率为1-P 1，
发送概率为1-P 发送概率为 P
信息，通常可 令n和n为零
n和n不携带
e2 FSK (t ) an g (t nTb ) cos 1t an g (t nTb ) cos 2t n n
调制器
sm (t )
脉冲波形 脉冲载波调制
C (t )
连续波形
数字调制
矩形周期脉冲 单频正弦波 连续载波调制
3.2 线性调制(模拟调制)
1、线性调制 已调信号的频谱与基带信号的频谱结构完全相同， 差异在于进行了频谱搬移 (1) 调幅 (2) 双边带 (3) 单边带 (4) 残留边带 (5) ASK(数字调幅：信号为基带信号的线性调制)
AM
PS PAM
“满调幅”时，如果m(t)为矩形波形，则最大可得到AM =0.5，而m(t)为 正弦波时可得到AM =33.3%。
一般情况下，m都小于1，调制效率很低，即载波分量占据大部分信 号功率，有信息的两个边带占有的功率较小 ，即AM信号的功率利用 率低。
调幅(AM)：优缺点
（1）优点： 可以采用包络检波法解调，不需本地同步载波信号
（2）缺点： AM信号的功率利用率比较低 （3）问题： 能否去掉不带信息的载波，提高功率利用率？ 解决方法：抑制载波双边带
问题：能否只传输其中一个边带， 节省带宽？ 抑制载波双边带调制 H(f)=1 频谱位置高于载频的边带称为上边带 频谱位置低于载频的边带称为下边带
上边带 下边带
-fc 调制信号g(t)的频谱
sin fT G( f ) T fT
| G (0) | T
sin ( f f 0 )T | G ( f f 0 ) | T ( f f 0 )T
sin ( f f 0 )T | G( f f 0 ) | T ( f f 0 )T
2ASK：功率谱
残留边带VSB 含义： 一个边带几乎全部发送，另一个边带只传输残留的一部分。残留 的部分用于补偿所需边带丢失的部分。 好处： 双边带调制占用频谱太宽，不事宜高速传输 单边带虽然最节省传输频带，但对形成滤波器频率特性要求很高 VSB允许信号频谱中包含直流分量，对频谱低端也无需限制。
3.3 数字调幅(二进制)
3.4 数字调频(2FSK):基本原理
ak a
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