通信原理第八章数字调制系统概论
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(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。
通信原理教程7-8数字调制系统详解
将上两式代入y(t)式，得到： A cos0 t nc (t ) cos0 t ns (t ) sin 0 t y(t ) nc (t ) cos0 t ns (t ) sin 0 t 或
[ A nc (t )]cos0 t ns (t ) sin 0 t y (t ) nc (t ) cos0 t ns (t ) sin 0 t
14
第16讲 基本的数字调制系统之一
二进制频移键控（2FSK）
基本原理
表示式：
A cos(1t 1 ) s(t ) A cos( 0 t 0 ) 当发送“ 1”时 当发送“ 0”时
调频器 s(t)
产生方法：
调频法： 相位连续
A(t)
频率源0
开关电路
开关法： 相位不连续
“1” “0” “1” “ 1” “ 0” “ 1”
T
2019/3/7 第16讲 基本的数字调制系统之一
T
T
T
3
二进制振幅键控(2ASK)
基本原理
0t T 表示式： s(t ) A(t ) cos(0t ) 式中，0 ＝ 2f0为载波的角频率； 当发送“ 1”时, A A(t ) 当发送“0”时。 0
假定判决门限值等于h，并规定当V > h时，判为 收到“1”；当V h时，则判为“0”。 可以计算出，
1 当大信噪比时，误码率为： P e
e r / 4
2
2019/3/7
第16讲 基本的数字调制系统之一
13
【例】设有一个2ASK信号传输系统，其中码元速率RB = 4.8 106 Baud，接收信号的振幅A = 1 mV，高斯噪声的单 边功率谱密度n0 =2 10-15 W / Hz。试求：1）用包络检波 法时的最佳误码率；2）用相干解调法时的最佳误码率。 解：基带矩形脉冲的带宽为1/T Hz。2ASK信号的带宽应该 是它的两倍，即2/T Hz。故接收端带通滤波器的最佳带宽应 为: B 2/T = 2RB =9.6 106 Hz 2 8 n B 1 . 92 10 W 故带通滤波器输出噪声平均功率等于: n 0 2 6 A 10 因此其输出信噪比等于： r 26 1
通信原理简答题答案2（个人整理）
通信原理简答题答案2（个⼈整理）第⼀章绪论1-2何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量值仅可能取有限个值。
模拟信号：电信号的参量取值连续。
两者的根本区别是携带信号的参量是连续取值还是离散取值。
1-3何谓数字通信？数字通信偶哪些优缺点？答：利⽤数字信号来传输信息的通信系统为数字通信系统。
优点：抗⼲扰能⼒强，⽆噪声积累传输差错可控；便于现代数字信号处理技术对数字信息进⾏处理、变换、储存；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。
缺点：⼀般需要较⼤的传输带宽；系统设备较复杂。
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？答：信源编码：提⾼信息传输的有效性（通过数字压缩技术降低码速率），完成A/D转换。
信道编码/译码：增强数字信号的抗⼲扰能⼒。
加密与解密：认为扰乱数字序列，加上密码。
数字调制与解调：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。
同步：使收发两端的信号在时间上保持步调⼀致。
1-5 按调制⽅式，通信系统如何分类？答：基带传输系统和带通传输系统。
1-6 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：模拟通信系统和数字通信系统。
1-7 按传输信号的复⽤⽅式，通信系统如何分类？答：FDM,TDM,CDM。
1-8 单⼯、半双⼯及全双⼯通信⽅式是按什么标准分类的？解释他们的⼯作⽅式。
答：按照消息传递的⽅向与时间关系分类。
单⼯通信：消息只能单向传输。
半双⼯：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。
全双⼯通信：通信双⽅可以同时收发消息。
1-9 按数字信号码元的排列顺序可分为哪两种通信⽅式？他们的适⽤场合及特点？答：分为并⾏传输和串⾏传输⽅式。
并⾏传输⼀般⽤于设备之间的近距离通信，如计算机和打印机之间的数据传输。
串⾏传输使⽤与远距离数据的传输。
1-10 通信系统的主要性能指标是什么？—答：有效性和可靠性。
1-11 衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：有效性：传输速率，频带利⽤率。
精品文档-数字通信原理(李白萍)-第8章
11
第 8 章 同步原理
平方变换法实现载波提取的原理方框图如图8-1所示。
图 8-1 平方变换法提取同步载波原理方框图
12
第 8 章 同步原理
如果基带信号m(t)=±1， 那么该抑制载波的双边带信号为 二进制相移键控信号(2PSK信号)， 这时已调信号sm(t)经过平方 律部件后得
sm2
(t)
1 2
1 2
cos
2ct
(8-3)
13
第 8 章 同步原理
(2) 平方环法。 为了改善平方变换法的性能， 使恢复的相 干载波更为纯净， 可以在平方变换法的基础上， 把窄带滤波器 改为锁相环， 这种实现的载波同步的方法就是平方环法。 其原 理方框图如图8-2所示。 由于锁相环具有良好的跟踪、 窄带滤 波和记忆功能， 因此平方环法比一般的平方变换法具有 更好的性能， 在载波提取中得到了广泛的应用。
v6
1 2
m(t ) s in
v5、v6经过乘法器后得到
(8-6)
v7
v5
v6
1 m2(t)sin
4
cos
1 m2(t)sin 2
8
(8-7)
20
第 8 章 同步原理
当θ较小时， (t)
(8-8)
式中，v7的大小与相位误差θ成正比。v7相当于一个鉴相器的 输出， 通过环路滤波器后就可以控制压控振荡器的输出相位，
图 8-6 DSB信号的导频插入示意图
28
第 8 章 同步原理
图 8-7 (a) 发送端; (b) 接收端
29
第 8 章 同步原理
设基带信号为m(t)， 且无直流分量; 被调载波为acsinωct;
插入导频为被调载波移相90°形成的， 为－accosωct。 其中
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
通信原理部分答案
第一章一、填空题1、通信系统的基本组成 、 、 、 、 、2、数字通信系统的有效性指标码元速率R B 定义是 ，单位 。
信息速率定义是 ，单位 。
3、在等概条件下，八元离散信源能达到最大熵是 ，若该信源每秒钟发送2000个符号，则该系统的信息速率为 。
4、通信系统的有效性衡量指标对于模拟通信系统为 ，对于数字通信系统为 。
5、衡量通信系统可靠性的指标对于模拟通信系统为 对于数字通信系统为 。
6、一个M 进制基带信号，码元周期为T S 秒，则传码率为 ，若码元等概出现，一个码元所含信息量为 。
7、根据信道中所传输信号特征的不同，通信系统可分为 通信系统和 通信系统二、画图：画出通信系统的简化模型。
三、计算题1（课后7）． 设信道引起的传输误码率为5×10-10，若二元数字序列以2 Mb/s 的信息传输，求： (1) 同样的信息速率， 十六进制时的码元速率；(2) 传输中出现1 bit 误码的平均时间间隔；(3) 若另设有四个消息A 、B 、C 、D ，分别以概率1/4、1/8、1/8、1/2传递，每一消息出现是相互独立的，试计算其平均信息量。
解：已知：10105-⨯=e P ，b/s 2R b M =,则二进制的码元速率为 Baud 2Rb Rs M ==(1)十六进制的信息速率为 b/s 2R b M =十六进制的码元速率为 MBaud Baud M R R b s 5.04/216log /2===(2) 由传输的总码元数目错误接收的码元数目=e P 知出现1 bit 误码即R s 误=1Baud所传输的总码元数为 R s 总 =R s 误/P e =1/5×10-10Baud=2×109Baud所需时间间隔T s =R s 总/R s =2×109/2×106s=103 s（3）)(lb )()(21i ni i x P x P x H ∑=-==1.75bit2、如果二进制等概信号,码元宽度为0.5ms，求R B和R b；有四进制信号，码元宽度为0.5ms，求传码率R B和独立等概时的传信率R b解：第三章一、填空题1、随机变量X的概率分布函数(简称分布函数)，记作F(x)，即F(x)=P(X≤x) ，它表示。
樊昌信《通信原理》(第7版)课后习题(新型数字带通调制技术)【圣才出品】
第8章新型数字带通调制技术思考题8-1 何谓MSK？其中文全称是什么？MSK信号对每个码元持续时间T B内包含的载波周期数有何约束？答：（1）MSK信号是指一种相位连续、包络恒定并且占用带宽最小的二进制正交2FSK 信号。
（2）其中文全称是最小频移键控。
（3）MSK信号每个码元持续时间T B内包含的波形周期数必须是1/4载波周期数的整数倍。
8-2 试述MSK信号的6个特点？答：MSK信号的6个特点：（1）其频率间隔为2FSK信号的最小频率间隔；（2）其每个码元持续时间T B内包含的波形周期数必须是1/4载波周期数的整数倍；（3）附加相位在码元间是连续的；（4）包络是正弦形；（5）正交的两路码元是偏置的；（6）对相邻频道干扰小。
8-3 何谓GMSK？其中文全称是什么？GMSK信号有何优缺点？答：（1）在进行MSK调制前将矩形信号脉冲先通过一个高斯型的低通滤波器。
这样的体制称为GMSK。
（2）其中文全称是高斯最小频移键控。
（3）GMSK信号的优缺点：①优点：进一步减小了对邻道的干扰。
②缺点：有码间串扰。
8-4 何谓OFDM？其中文全称是什么？OFDM信号的主要优点是什么？答：（1）OFDM是指一类多载波并行调制的体制。
（2）其中文全称是正交频分复用（3）OFDM信号的主要优点：①各路已调信号是严格正交的，接收端能完全地分离各路信号。
②能够充分利用频带。
③每路子载波的调制制度可以不同，根据各个子载波处信道特性的优劣不同采用不同的体制，并且可以自适应地改变调制体制以适应信道特性的变化。
8-5 在OFDM信号中，对各路子载频的间隔有何要求？答：在OFDM信号中，为了使各路子载波信号相互正交，要求各路子载频间隔大于或等于1/T B，T B为码元持续时间。
8-6 OFDM体制和串行单载波体制相比，其频带利用率可以提高多少？答：设一OFDM系统中共有N路子载波，子信道码元持续时间为T B，每路子载波均采用M进制的调制，则它占用的频带宽度为频带利用率为单位带宽传输的比特率若用单个载波的M进制码元传输，为得到相同的传输速率，则码元持续时间应缩短为T B／N，而占用带宽等于2N／T B，故频带利用率为因此并行的OFDM体制和串行的单载波体制相比，频带利用率大约可以增至2倍。
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RB fs 1 (B / Hz ) BASK (1 ) fs 1
。
严谨 严格 求实 求是
第八章 数字调制系统
§8.1.2 二进制频移键控(2FSK/即
2进制数字调频)
（1）2FSK波形
原始信息
t
2ASK
t
2FSK
t
严谨 严格 求实 求是
(2)2FSK的表达式
2FSK
解可 成分
可见2FSK 可看作是2 个2ASK信 号之和
相干解调
第八章 数字调制系统
e2FSK (t)
BP F1 1
BP F2 2
相乘器 y1(t) co s 1t
LP F1
位定时
x1(t) 输出
抽样判决
相乘器
y2 (t )
cos 2t
LP F2
x2 (t )
（a）
严谨 严格 求实 求是
（b）
e2FSK (t)
e2FSK y1
BPF1 y1(t) 包络检波
（1）2ASK波形
严谨 严格 求实 求是
第八章 数字调制系统
(2)2ASK表达式
从上图不难看出
e2ASK (t) s(t) cosct
n
an g(t nTs ) cosct
我们在第7章中学过的数字基带信 号s(t)的表达式
其中an
1,出现概率为P 0,出现概率1 P
注意此处 s(t)为 单极性不归零信号
模拟调制 数字调制
第八章 数字调制系统
t t
严谨 严格 求实 求是
第八章 数字调制系统
复习数字调制解调所在位置
信
信 源
信 道
数 字
源 编 编调
信道
数信信
字道源 信 解译译 宿
码 码制
调码码
噪声源
数字通信系统框图
严谨 严格 求实 求是
第八章 数字调制系统
§8.1 二进制数字调制原理及频谱特征
§8.1.1 二进制幅移键控(2ASK/即2进制数字 调幅)
通信原理
第八章 数字调制系统
严谨 严格 求实 求是
本章结构
第八章 数字调制系统
§8.1 二进制数字调制原理及频谱特征 §8.2 二进制数字调制系统的抗噪声性能 §8.3 多进制数字调制系统 §8.4 现代数字调制系统简介和发展趋势
严谨 严格 求实 求是
复习调制的分类
正弦波调制
调制
脉冲调制
严谨 严格 求实 求是
(3)2ASK的调制
第八章 数字调制系统
模拟法[把s(t)当成模拟信号进行调幅处理]
s(t) ×
S2ASK (t) s(t) cosct
cos ct
严谨 严格 求实 求是
(3)2ASK的调制
第八章 数字调制系统
键控法（用数字开关控制载波的通断）
严谨 严格 求实 求是
第八章 数字调制系统
键控法具体实现电路举例(1)
严谨 严格 求实 求是
第八章 数字调制系统
键控法具体实现电路举例(2)
严谨 严格 求实 求是
(4)2ASK的解调
第八章 数字调制系统
2ASK可以采用2种解调方法
相干解调 非相干解调
严谨 严格 求实 求是
2ASK的相干解调
第八章 数字调制系统
1
位定时
v1 (t) 第八章 数字调制系统 输出
抽样判决
BPF2 2
y2 (t)
包络检波
v2 (t)
y2
v1
v2
位定时 输出
1
0
0
1
严谨 严格 求实 求是
第八章 数字调制系统
解调2FSK信号还可以用鉴频法、过零检 测法及差分检波法等。
过零检测法的基本思想是，利用不同频 率的正弦波在一个码元间隔内过零点数目 的不同，来检测已调波中频率的变化。其 原理框图及各点波形如下图所示。
f f
c
s
f c
2
f s
f s
0
f 2f
s
s
P (f) 2 ASK
0
f 2ASK功率谱
2f s
f f
c
s
f c
f
严谨 严格 求实 求是
第八章 数字调制系统
(6)2ASK的带宽和频带利用率
从功率谱图中可看出B 2 f 2R
2 ASK
s
B
所以其频带利用率
2ASK
RB B2 ASK
RB 2RB
1 ( Baud ) 2 Hz
严谨 严格 求实 求是
a
限幅 b
微分 c 整流 d 脉冲展宽 e
第八章 数字调制系统
f
g
LPF
抽样判决
位定时
位定时
g
严谨 严格 求实 求是
第八章 数字调制系统
(5)2FSK的功率谱密度
e2FSK (t) e1(t) e2(t) s(t) cos1t s(t) cos2t
以1为中心的2ASK 以2为中心的2ASK
严谨 严格 求实 求是
第八章 数字调制系统
为了限制频带，可将基带信号变为余弦滚降信号后再进 行2ASK调制，其调制框图如下：
基带信号 余弦滤波器
cos ct
BPF e0 (t)
则经过余弦滤波器后基带信号带宽
B
1
2
RB
1
2
fs
，
∴ 2ASK信号的带宽为 BASK 2B (1 ) fs ,
信道利用率为
第八章 数字调制系统
t
an g(t nTs )]cos1t
n
t
ang(t nTs )]cos2t
n
t
严谨 严格 求实 求是
(2)2FSK的表达式
第八章 数字调制系统
即e2FSK (t) [ an g(t nTs )]cos1t
n
[ an g(t nTs )]cos2t
n
严谨 严格 求实 求是
第八章 数字调制系统
(3)2FSK的调制
s (t )
模拟
e 2FSK (t )
调频器
(a) f1
振荡器
门
二进信息 （NRZ）
倒相
f2 振荡器
门 (b)
相加
e 2FSK (t )
严谨 严格 求实 求是
(4)2FSK的解调
相干解调 非相干解调
包络检波法 过零检测法 差分检波法
第八章 数字调制系统
严谨 严格 求实 求是
× e2 ASK (t)
低通滤波
抽样判决
cos ct
t
t
t
严谨 严格 求实 求是
2ASK的非相干解调
第八章 数字调制系统
e2 ASK (t) 包络检波
低通滤波
抽样判决
t
严谨 严格 求实 求是
第八章 数字调制系统
(5)2ASK的功率谱密度
因为2ASK由单极性不归零波乘以载波而得 到,所以其功率谱密度为
P2FSK( f )= P1( f ) + P2( f )
1
P1( f )= 4 [Ps( f + f1 )+Ps( f - f1 )]
P2(
f
)=
1 4
[Ps(
f
+
f2 )+Ps ( f -
f2 )]
P2ASK (
f
)
1 4[Psຫໍສະໝຸດ (ffc)
Ps (
f
fc )]
1 T [Sa2T ( f f ) Sa2T ( f f )]
16 s
s
c
s
c
1 [ ( f f ) ( f f )]
16
c
c
严谨 严格 求实 求是
第八章 数字调制系统
(5)2ASK的功率谱密度
P( f ) s 单极性不归零码功率谱