第七章 数字调制技术

第七章 数字调制技术7.1 概述7.2 二进制数字调制7.3 多进制调制系统7.4 改进型数字调制技术7.5 键控信号的等效基带法7.6 数字调制技术在通信系统中的应用

本章教学基本要求：掌握： 1 、二进制数字调制基本原理 2 、几种调制方式的特点、性能对比 3 、会画

2ASK 、 2FSK 、 2PSK 、 2DPSK 信号波形图理解： 多进制数字调制的几种方式

7.1 概述 对于大多数的数字传输系统来说，由于数字基带信号往往具有丰富的低频成分，而实际的通信信道又具有带通特性，有不少信道都不能直接传送基带信号，而必须用基带信号来控制高频载波的某些参量，这种把基带数字信号变换为频带数字信号的过程称为数字调制，反之，称为数字解调。我们把数字调制与解调合起来称为数字调制，把包括调制和解调过程的传输系统叫做数字信号的频带传输系统或数字调制系统。

数字调制可分为二进制调制和多进制调制。在二进制时有振幅键控（ ASK ）、频移键控（ FSK ）、移相键控（ PSK ）调制方式。 键控：即数字调制，把数字信息码元的脉冲序列看作“电键”对载波的参数进行控制的意思。线性调制：已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构相同，仅只是频率位置的搬移。非线性调制：已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构不同。相干解调：由接收信号与本地参考载波信号的互相关运算完成。非相干解调：一般指的是包络检波解调。

7.2 二进制数字调制7.2.1 二进制振幅键控（ 2ASK ） 用二进制的数字信号去调制等幅的载波。即传“ 1”信号时，发送载波，传“ 0” 信号时，送 0 电平。 2ASK 是用“ 0” ，“ 1” 码基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。

假设 0 符号出现的概率为 P ， 1 符号出现的概率为 1-P 。2ASK 信号的时域表达式，式（ 7-1 ）。 用模拟相乘法来产生 2ASK 信号，图 7-3 。功率谱密度函数，式（ 7-5 ）。2ASK 信号的功率谱，图 7-2 。 2ASK 信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。连续谱取决于 s(t) 经线性调制后的双边带谱。离散谱由载波分量决定。（注： s(t) 是考虑的单极性脉冲随机序列）。 2ASK 信号的频带宽度是基带脉冲带宽的两倍。这与模拟 AM 、 DSB 一样。 B2ASK=2Bb

二进制振幅键控的解调：图 7-41、非相干解调（包络检波）；2、相干解调。

7.2.2 2ASK 信号的抗噪声性能1 、非相干解调： 考虑大信噪比及最佳判决门限， 2ASK 信号的误码率为 式（ 7-18 ）。

2 、相干解调 考虑大信噪比及最佳判决门限，最佳判决门限为A/2 ， 2ASK 信号的误码率为 式（ 7-32 ）。7.2.3 二进制频率键控（ 2FSK ）　 2FSK 是用两个不同频率的载波来传送二元数字信号。传“ 1” 信号时，发送频率为 f1的载波 ;

传“ 0” 信号时，发送频率为 f2的载波。 2FSK 已调信号的时域表达式，式（ 7-33 ）。可见， 2FSK 信号由两个 2ASK 信号相加构成。 2FSK 信号的时间波形，图 7-7 。2FSK 已调信号的频率带宽，式（ 7-34 ）2FSK 信号的功率谱，图 7-8

2FSK 信号的功率谱是两个 ASK 信号功率谱之和，即式（ 7-35 ）。由连续谱和离散谱组成 。2FSK 信号的解调：1 、非相干方式 ，图 7-10 （ a)

2 、相干方式，图 7-10 （ b)

3 、过零检测法：图 7-11

7.2.4 2FSK 信号的抗噪声性能1 、相干解调的 FSK 系统 图 7-12大信噪比情况，误码率为式（ 7-44 ）。1 、非相干解调 FSK 系统 误码率为式（ 7-49 ）。7.2.5 二进制相位健控（ 2PSK ） 二进制移相键控（ 2PSK ）方式是受键控的载波相位按基带脉冲而改变的一种数字调制方式。 传“ 1” 信号时，发起始相位为 π 的载波；传“ 0” 信号时，发起始相位为 0 的载波。 ( 或取相反的形式 ) 。

二进制移相键控（ 2PSK ）的时域表达式，式（ 7-50 ）。时域波形为图 7-13 。

图 7-14 2PSK 调制图 7-15 2PSK 相干解调 2PSK 信号只能采用相干接收，而且在相干接收时由于本地载波的载波相位是不确定的，因此，解调后所得的数字信号的符号也容易发生颠倒，会出现“倒 π 现象”，这种现象称为相位模糊，因此这种方式在实际中已很少采用。 解决办法：在实际应用中使用较多的是相对 (差分 ) 相移键控 (2DPSK) 。

7.2.6 二进制差分相位健控（ 2DPSK ） 传“ 0” 信号时，载波的起始相位与前一码元载波的起始相位相同（即 Δφ ＝ 0 ）； 传“ 1” 信号时，载波的起始相位与前一码元载波的起始相位相差 π （即 Δφ＝ π ）。 故一定要有参考相位。

图 7-16 2DPSK 调制器

2DPSK 信号的解调：1 、 2DPSK 信号的相干解调 图 7-18

2 、 2DPSK 信号的差分相干解调 图 7-19

由于二进制相移键控系统在抗噪声性能及信道利用率等方面比二进制频移键控及二进制振幅键控优越，因而被广泛应用于数字通信中。

7.2.7 2PSK及 2DPSK 系统的抗噪声性能2PSK 系统的误码率为，式（ 7-58 ）2DPSK 系统的误码率为，式（ 7-63 ）7.2.8 二进制数字调制的性能比较

7.3 多进制调制系统 多进制数字调制是利用多进制数字基带信号去调制载波的振幅、频率或相位。相应地有多进制数字振幅调制、多进制数字频率调制、多进制数字相位调制三种基本方式。与二进制相比，多进制数字调制系统有以下特点：（ 1 ）在相同的码元传输速率下，多进制数字调制系统的信息速率是二进制系统 Log2L 。（ 2 ）

在相同的信息速率下，多进制数字调制系统的码元传输速率比二进制系统的低。（ 3 ）在相同的噪声下，多进制系统的抗噪声性能低于二进制系统。

7.3.1 多进制振幅调制（ MASK ）和多进制频率调制（ MFSK ）

1 、多进制振幅调制（ MASK ）(以四进制为例 ) 传“ 0” 信号时，发 0 电平； 传“ 1” 信号时，发幅度为 1 的载波； 传“ 2” 信号时，发幅度为 2 的载波； 传“ 3” 信号时，发幅度为 3 的载波。 MASK 信号，式（ 7-72 ）。误码率公式，式（ 7-74 ）。

∵MASK 信号可以分解成若干个 2ASK 信号相加 ，∴其带宽与2ASK 信号的带宽相同 。

2 、多进制频率调制（ MASK ）(以 4FSK 为例 ) 传“ 0” 信号 ( 或 00) 时，发送频率为 f1的载波； 传“ 1” 信号 ( 或 10) 时，发送频率为 f2的载波； 传“ 2” 信号 ( 或 11) 时，发送频率为 f3的载波； 传“ 3” 信号 ( 或 01) 时，发送频率为 f4的载波。 MFSK 信号，式（ 7-75 ）。MFSK 信号的带宽，式（ 7-77 ）。MFSK 信号的误码率，式（ 7-78 ）。

7.3.2 多进制相位调制（ MPSK ） 多进制相位调制又称多相制，它是利用载波的多种不同相位来表征数字信息的调制方式。1 、 QPSK 和 QDPSK 调制当传双比特码元 00 时，发送起始相位为 0 的载波； 当传双比特码元 10 时，发送起始相位为 π/2 的载波； 当传双比特码元 11 时，发送起始相位为 π 的载波； 当传双比特码元 01 时，发送起始相位为 3π/2 的载波。 按这种定义方式定义的 4PSK 系统称 π/2 系统 ( 也称 A 方式 ) 。 2 、 QPSK 解调图 7-26

7.4 改进型数字调制技术

7.5 键控信号的等效基带法

7.6 数字调制技术在通信系统中的应用