第3章 数字调制方法
数字调制技术
《计算机网络与应用》第3单元数据通信基础3.2 数字调制技术主讲人：杜煜duyu@ 数字数据的调制对数字数据调制的基本方法有三种：幅移键控、频移键控和相移键控。
公用电话网调制解调器计算机计算机调制解调器数字编码(NRZ、曼彻斯特等)数字数据数字信号(数字信道)调制(ASK、FSK、PSK等)数字数据模拟信号(模拟信道)脉冲编码调制PCM 模拟数据数字信号(数字信号)调制（AM、FM、PM等）模拟数据模拟信号(模拟信道)《计算机网络与应用》杜煜No.2幅移键控、频移键控和相移键控⏹幅移键控ASK （Amplitude Shift Keying ）ASK 是通过改变载波信号的幅度值表示数字信号“1”、“0”，以幅度A1表示数字信号的“1”，用载波幅度A2表示数字信号的“0”（通常A1取1，A2取0），而载波信号的参数f 和φ恒定。
⏹频移键控FSK （Frequency Shift Keying ）FSK 是通过改变载波信号频率的方法表示数字信号“1”、“0”，用f 1表示数字信号“1”，用f 2表示数字信号“0”，而载波信号的A 和φ不变。
⏹相移键控PSK （Phase Shift Keying ）PSK 是通过改变载波信号的相位值表示数字信号“1”、“0”，而载波信号的A 和f 不变。
PSK 包括两种类型： 绝对调相◆绝对调相使用相位的绝对值，φ为0表示数字信号“1”，、φ为π表示数字信号“0”。
相对调相◆相对调相使用相位的相对偏移值，当数字数据为0时，相位不变化，而数字数据为1时，相位要偏移π。
《计算机网络与应用》杜煜No.3数字数据的调制示例频移键控FSK绝对相移键控PSK相位φ=πφ=0φ=πφ=0φ=0φ=π相位φ=0相对相移键控PSK偏移πφ=πφ不变φ=π偏移πφ=0偏移πφ=πφ不变φ=π幅移键控ASK01011数字数据《计算机网络与应用》杜煜No.4多相调制⏹ASK 、FSK 和PSK 都是最基本的调制技术，实现容易，技术简单，抗干扰能力差，调制速率不高，为了提高数据传输速率，也可以采用多相调制的方法。
数字信号调制的三种基本方法
数字信号调制的三种基本方法
数字信号调制是数字通信中的重要技术之一，它将数字信息转换为模拟信号或数字信号，以便在信道中传输或存储。
目前，数字信号调制有三种基本方法，分别是脉冲编码调制、正交振幅调制和频移键控调制。
1. 脉冲编码调制
脉冲编码调制（Pulse Coded Modulation，PCM）是一种将模拟
信号数字化的方法，它将连续的模拟信号离散化后通过调制器进行数字信号调制。
在PCM中，原始信号通过采样、量化和编码处理后转换为数字信号。
这种方法具有简单、效率高、误差小等优点，广泛应用于电话、广播、电影、电视等领域。
2. 正交振幅调制
正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）是一种将数字信号调制为模拟信号的方法。
在QAM中，数字信号通过正交振幅调制器进行调制，将信号分为实部和虚部两个部分，再通过合并器合并成一个复杂信号。
这种方法具有高效率、抗干扰性强等优点，被广泛应用于数字电视、无线通信、卫星通信等领域。
3. 频移键控调制
频移键控调制（Frequency Shift Keying，FSK）是一种将数字
信号调制为模拟信号的方法，它通过改变信号的频率来传输数字信息。
在FSK中，数字信号通过频移键控调制器进行调制，将信号分为两个不同频率的正弦波，并通过信道传输。
这种方法具有抗噪声干扰性强、
误码率低等优点，被广泛应用于蓝牙、无线电、遥控等领域。
总之，数字信号调制是数字通信中不可缺少的技术，不同的调制方法适用于不同的应用场景，我们需要选择合适的调制方式来提高通信效率和可靠性。
节 数字调制系统PPT课件
ΦFSK(f)
-f0
0
f0
f
2fs
30
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2PSK解调
• 与DSB-SC解调类似，只能用相干解调器解调。
• Acos0t 到来乘法器的输出
Acos0t cos0t
A 2
A 2
c
os20t
LPF输出 A / 2
• Acos0t 到来乘法器的输出
Acos(0t
)cos0t
A cos
f(•t) 乘法器完成调BP制F ，实现φA频SK(谱t) 搬移；BPF取出 已调信号，同时抑制已调信号带外的频谱分 量。Acosω0t
(a) 数学模型
7
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2ASK调制模型和时间波形
f(t)
BPF
φASK(t)
Acosω0t
(a) 数学模型
1
0
1
1
0
0
1
s(t)
Tb
t
载 波 信号 t
• 相位变或不变，是指将本码元内信号的初相与上
一码元内信号的末相进行比较，而不是将相邻码
28
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二进制差分相移键控DPSK
an的绝对码
{an}
差分编码
{an}
1
极性变换
BPF
Acosω0t (b) DPSK信号产生数学模型
011
00
φDPSK(t)
1
DPSK t
bn是an的差分码
{bn}
14
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二进制频移键控
• 数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。数字频移键控 是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。
通信原理第3章模拟调制技术
VS
高数据速率的调制技术
随着数据业务需求的爆炸式增长，高数据 速率的模拟调制技术成为研究热点。例如， QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）是一种常见 的高阶调制方式，通过增加星座点和调制 阶数，可以实现更高的数据传输速率。此 外，还有偏置QPSK、非线性调制等调制技 术，旨在提高频谱效率和数据传输速率。
通过调制将低频的模拟信号转换为高 频信号，以实现信号的远距离传输和 无线传输。
模拟调制技术的应用场景
广播通信
利用调频（FM）或调相（PM）技术， 将音频信号调制到载波上，实现广播 节目的传输。
电视信号传输
无线通信
在无线通信中，模拟调制技术被广泛 应用于移动通信、无线局域网 （WLAN）、无线广域网（WWAN） 等领域，以实现信号的无线传输。
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感谢您的观看
调频的缺点
占用带宽较宽，频带利用率较低。
调相的缺点
抗干扰能力较弱，对相位失真敏感，需要高 精度的相位控制系统。
03 模拟调制技术的分类
线性调制技术
01
调频（FM）
02
调相（PM）
03
调相而振幅不变（APM）
04
线性调制技术的特点：调制信号对载波的振幅、频率、相位同时进行 调制，使载波的振幅随调制信号的瞬时值呈线性变化。
软件定义无线电与模拟调制
软件定义无线电是一种新型的无线通信架构，通过软件编程的方式实现无线电功能的灵活配置和动态调整。在模 拟调制领域，软件定义无线电技术为调制方式的快速切换和自适应调整提供了可能。通过实时调整调制参数和算 法，可以根据信道状态和传输需求自适应地优化调制方案，提高通信系统的适应性。
第2讲 调制与解调
图3-45 GMSK信号的功率谱密度
表3-2给出了作为BbTb函数的GMSK 信号中包含给定功率百分比的射频带宽。
表3-2
Bb T b 0.2 0.25 0.5 ∞
GMSK信号中包含给定功率百分比的射频带宽
90% 0.52Rb 0.57Rb 0.69Rb 0.78Rb 99% 0.79Rb 0.86Rb 1.04Rb 1.20Rb 99.9% 0.99Rb 1.09Rb 1.33Rb 2.76Rb 99.99% 1.22Rb 1.37Rb 2.08Rb 6.00Rb
最小频差（最大频偏）：
当ak 1 当ak 1
(k 1)Ts t kTs
1 f f 2 f 1 2Ts
即最小频差等于码元速率的一半 设1/Ts＝fs，则调频指数
h
f 1 1 Ts f s 2Ts 2
h=0.5时，满足在码元交替点相位连续的条件，也是频移键控为保证良 好的误码率性能所允许的最小调制指数，且此时波形的相关系数为 0.5， 待传送的两个信号是正交的。
图3-22 MQAM信号相干解调原理图
3.1.3 数字频率调制
一、 二进制频移键控
用二进制数字基带信号去控制载波 频率称为二进制频移键控（2FSK）。
如图3-25所示，设输入到调制器的比 n ∞~ ∞ 。 特流为{ a n }，an 1， 2FSK的输出信号形式为
图3-25 2FSK信号的产生
图3-35 MSK信号调制器原理框图
MSK信号属于数字频率调制信号，因 此一般可以采用鉴频器方式进行解调，其 原理图如图3-38所示。
图3-38 MSK鉴频器解调原理框图
相干解调的框图如图3-39所示。
图3-39 MSK信号相干解调器原理框图
数字信号调制传输PPT课件
n
s
2
n
n
s (t)cos t s (t)cos t
1
1
2
2
0, 概率为 P an 1, 概率为1 P
1, 概率为 P an 0, 概率为1 P
13
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2FSK信号的波形及分解如下图所示：
• 2FSK相当于两个不同载频的ASK信号之和
• 所以2FSK还可表示成：
s2FSK
•通过开关键控载波，通常称为键控法。
基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移
键控 1 0 1
101
101
t
t
t
振幅键控
频移键控
相移键控
2
2
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4．模拟调制和数字调制方式对照
模拟调制 幅度调制(AM) 频率调制(FM) 相位调制(PM)
数字调制 幅度键控(ASK) 频移键控(FSK) 相移键控(PSK)
Bs 2BB
Bs
1
T
图7-3 升余弦滚降基带信号的2ASK信号功率谱 (a)基带信号功率谱； (b) 已调信号功率谱
9
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3. 2ASK信号的调制方法
s (t) s(t)cos t
ASK
c
a g(t nT ) cos t
n
s
c
n
cosct
开关电路
e2 ASK (t)
s(t)
模拟调制法（相乘器法）
s
s
R 1/T
s
s
双边带
图7-2 OOK信号的功率谱
(a)基带信号功率谱； (b) 已调信号功率谱
7
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分析
数字调制技术
数字调制技术数字调制技术调制技术概述调制基础信号的表示方法IQ调制实现方式基本数字调制：ASK、FSK、PSK FSK、MSK和GMSKPSK调制BPSKQPSKOQPSKQAM调制正交频分复用OFDM各种调制的应用调制调制——就是对消息源信息进行编码的过程，其目的就是使携带信息的信号与信道特性相匹配以及有效的利用信道。
多径衰落、多普勒频率扩展；日益增加的用户数目，无线信道频谱的拥挤这些因素对调制方式的选择都有重大的影响。
信号的表示I/Q信号基础I/Q是什么？--I/Q调制过程基带复信号表示方法I/Q调制实现过程数字调制基本类型U MOD(t)=ÛC(t)cos[ C t+ C(t)]AMConventional ModulationDigital ModulationASK,Amplitude Shift KeyingU 01110数字调制基本类型U MOD(t)=ÛC(t)cos[ C t+ C(t)]FMConventional ModulationDigital Modulation FSK,Frequency Shift KeyingU11100tPSK,Phase Shift Keying 数字调制基本类型tU0000111U MOD (t)=ÛC (t)cos [ C t + C (t)]MConventional Modulation Digital ModulationFSKs 2FSK (t )b (t )f 1f 1f 1f 2f 2f 2111000(a )相位不连续的FSK波形22cos()t +11cos()t +(b )相位连续的FSK波形b (t )111s 2FSK (t )c (t )f 1f 1f 1f 2f 2f 2()t （载波）图3.32FSK信号的波形MSK-最小相移键控MSK的频谱frequency:500MHz,bitrate:270kBit/sec,data:PRBS-sequence (511Bits)MSK特点MSK信号是恒包络信号码元转换时刻，信号的相位是连续的，以载波相位为基准的信号相位在一个码元期间内线性的变化+/-90度。
第章数字调制技术-（ＰＤＦ）
现代移动通信系统2.数字调制技术Modern Mobile Communication现代移动通信系统2-1-1现代移动通信系统现代移动通信系统第二章数字调制技术2-1-2现代移动通信系统本节讲述的主要内容2.1 数字调制技术基础2.2 线性调制技术2.3 恒包络调制技术2.4 线性和恒包络相结合的调制技术2-1-3现代移动通信系统2.1 数字调制技术基础⏹调制的概念：对信号源的信息进行处理，使其变为适合传输形式的过程。
⏹调制的目的：使所传送的信息能更好地适应于信道特性，以达到最有效和最可靠的传输。
⏹移动通信系统的调制技术包括用于第一代移动通信系统的模拟调制技术(FM)和用于现今及未来系统的数字调制技术。
2-1-4现代移动通信系统一、移动通信对数字调制的要求⏹移动通信对数字调制技术的要求：①抗干扰性能要强，如采用恒包络角调制方式以抗严重的多径衰落影响；②要尽可能地提高频谱利用率；③占用频带要窄，带外辐射要小；④在占用频带宽的情况下，单位频谱所容纳的用户数要尽可能多；⑤同频复用的距离小；⑥具有良好的误码性能；⑦能提供较高的传输速率，使用方便，成本低。
2-1-5现代移动通信系统二、数字调制的性能指标⏹数字调制的性能常用功率效率（Power Efficiency ）和带宽效率（Spectral Efficiency ）来衡量。
功率效率反映调制技术在低功率情况下保持数字信号正确传送的能力，可表述成在接收机端特定的误码概率下，每比特的信号能量与噪声功率谱密度之比：⏹带宽效率描述了调制方案在有限的带宽内容纳数据的能力，它反映了对分配的带宽是如何有效利用的，可表述成在给定带宽内每赫兹数据速率的值：p ηB η0bp E N η=bps/Hz B RBη=B ηpη2-1-6现代移动通信系统二、数字调制的性能指标⏹带宽效率有一个基本的上限，由香农定理：⏹可见在一个任意小的错误概率下，最大的带宽效率受限于信道内的噪声，从而可推导出最大可能的为：2log (1)SC B N=+B M A X η2log (1)BMAXC SB Nη==+2-1-7现代移动通信系统三、目前所使用的主要调制方式⏹目前所使用的主要调制方式有线性调制技术：BPSK 、QPSK 、OQPSK π/4DQPSK等调制恒包络调制技术：BFSK 、MSK 、GMSK 调制 “线性”和“恒包络”相结合的调制技术：QAM 调制 扩频调制技术：直接序列扩频、跳频 编码调制相结合技术：TCM 调制 多载波技术：OFDM 调制2-1-8CPMBFSK(二进制频移键控）MFSK （多进制频移键控）FSK (频移键控）QAM ASK(幅移键控）（正交幅度调制）MQAM （星座调制）非恒定包络OQPSK(参差QPSK ）л/4QPSKDQPSK （差分QPSK ）QPSK(正交四相相移键控）DPSK （差分二进制相移键控）BPSK （二进制相移键控）PSK （相移键控）（连续相位调制）MSK （最小频移键控）GMSK （高斯成型MSK ）TFM （平滑调频）恒定包络数字调制现代移动通信系统所谓调制，就是按调制信号（基带信号）的变化规率去改变载波某些参数的过程。