1 、数字信号的传输方式 （ 1 ）基带传输（第 6 章）：数字基带信号直接传送的方式。 （ 2 ）频带传输（第 7 章）：用数字基带信号调制载波后的传 送方式。

1. 1、数字信号的传输方式 • （1）基带传输（第6章）：数字基带信号直接传送的方式。 • （2）频带传输（第7章）：用数字基带信号调制载波后的传 • 送方式。 • 2、载波的形式 • 载波的波形是任意的，但大多数的数字调制系统都选择单频信号（正弦波或余弦波）作为载波，因为便于产生与接收。

2. 3、数字调制的分类 • 有以下三种基本形式: • (1)振幅键控（ASK）；(2)频移键控（FSK）； • (3)相移键控（PSK） • 其它形式由此派生而来。 • 也可分为： • (1)线性调制(如ASK)； • (2)非线性调制（如FSK，PSK）

3. 第7章 数字信号的频带传输 • 7.1.1 二进制幅度键控(2ASK) • 7.1.2 二进制频移键控(2FSK) • 7.1.3 二进制相移键控(2PSK或BPSK) • 7.1.4 二进制差分相移键控(2DPSK) • 7.2 二进制数字调制的抗噪性能

4. 7.1 二进制数字调制

5. 发“1”时 发“0”时 0 • 信号波形 此式为双边带调幅信号的时域表达式，它说明2ASK（OOK）信号是双边带调幅信号。 • 7.1.1 2ASK • 信号时域表达式

6. 2ASK信号的频域特性 特点：理论上谱宽→∞，但有效带宽 B≈2RB ≈2fs

7. OOK信号的谱零点带宽Bs=2fs，fs为基带信号的谱零点带宽，在数量上与基带信号的码元速率Rs相同。这说明OOK信号的传输带宽是码元速率的2倍。OOK信号的谱零点带宽Bs=2fs，fs为基带信号的谱零点带宽，在数量上与基带信号的码元速率Rs相同。这说明OOK信号的传输带宽是码元速率的2倍。 • 为了限制频带宽度，可以采用带限信号作为基带信号。图7―3给出基带信号为升余弦滚降信号时，2ASK信号的功率谱密度示意图。

8. 升余弦滚降基带信号的2ASK信号功率谱

9. 2ASK调制器

10. 输入 输出 抽样判决 BPF × LPF cosωct 定时 ①非相干接收机 输入 输出 抽样判决 BPF 整流 LPF 定时 • 2ASK解调器 ② 相干接收机

11. 输入 输出 抽样判决 BPF 整流 LPF 定时 ①非相干接收机

12. 7.1.2 二进制频移键控（2FSK） • 信号波形

13. = 发“1”时 = 发“0”时 二进制频移键控（2FSK） • 2FSK基本原理与信号时域表达式 概率为P 概率为P 概率为1-P 概率为1-P

14. 基带谱 频带谱 • 2FSK信号的频域特性 B2FSK≈2BB+|f2-f1| 调制指数（或频移指数） Rs是数字基带信号的速率

15. 2FSK调制器 二进制信号通过两个门电路控制其中一个载波信号通过。

16. 2FSK解调器

17. 2FSK信号过零检测法

18. 概率为P 概率为1-P 7.1.3 二进制相移键控（2PSK） • 2PSK基本原理与信号时域表达式 ∵ 用00和1800相位的载波表示1和0 ∴ 时域表达式： 此为抑制载波双边带调制

19. 信号波形 此时，数字信号的传输速率Rs=1/Ts与载波频 率间有整数倍关系．

20. 2PSK信号的频域特性 • 2PSK信号表达式与2ASK信号相比较，它们的表达式在形式上是相同的，其区别在于2PSK信号是双极性不归零码的双边带调制，而2ASK信号是单极性非归零码的双边带调制。由于双极性不归零码没有直流分量，因此2PSK信号是抑制载波的双边带调制。这样，2PSK信号的功率谱与2ASK信号的功率谱相同，只是少了一个离散的载波分量，也属于线性调制。

21. ① 相乘法产生 载波发生器 K 选相开关 ② 数字选相器 0相 ～ S2psk(t) 相 倒相器 S（t） • 2PSK调制器

22. 2PSK解调器 关键问题:如何得到同频同相的本地载波

23. 载波恢复电路

24. 分析可知，在Δφ=nπ（n为任意整数）时,VCO都处于稳定状态。这就是说，经VCO恢复出来的本地载波与所需要的相干载波可能同相，也可能反相。这种相位关系的不确定性，称为0,π相位模糊度。分析可知，在Δφ=nπ（n为任意整数）时,VCO都处于稳定状态。这就是说，经VCO恢复出来的本地载波与所需要的相干载波可能同相，也可能反相。这种相位关系的不确定性，称为0,π相位模糊度。 • 2PSK相干解调器如图7―14所示。 • 2PSK信号的调制和解调过程如表7―1所示。

25. 2PSK信号的调制和解调过程

26. 码元相位表示码元所对应的PSK信号的相位，［φ·φ1］和［φ·φ2］表示相位为φ的PSK信号分别与相位为φ1和φ2的本地载波相乘。这样我们看到本地载波相位的不确定性造成了解调后的数字信号可能极性完全相反，形成1和0的倒置，引起信息接收错误。为了克服相位模糊度对于解调的影响，通常要采用差分相移键控的调制方法。码元相位表示码元所对应的PSK信号的相位，［φ·φ1］和［φ·φ2］表示相位为φ的PSK信号分别与相位为φ1和φ2的本地载波相乘。这样我们看到本地载波相位的不确定性造成了解调后的数字信号可能极性完全相反，形成1和0的倒置，引起信息接收错误。为了克服相位模糊度对于解调的影响，通常要采用差分相移键控的调制方法。

27. 7.1.4 二进制差分相移键控（2DPSK） • 2DPSK基本原理与信号时域表达式 利用前后码元载波相位相对数值的变化也同样可以传送数字信息，这种方法称为相对调相。 假设前后相邻码元的载波相位差为Δφ，可定义一种数字信息与Δφ之间的关系为 Δφ= 0, 表示数字信息“0”  π, 表示数字信息“1”

28. 信号波形 载波相位遇1变而遇0不变

29. 2DPSK调制器

30. 差分码可取传号差分码或空号差分码。传号差分码的编码规则为差分码可取传号差分码或空号差分码。传号差分码的编码规则为 • bn=an bn-1 • 式中, 为模2加，bn-1为bn的前一个码元，最初的bn-1可任意设定。由已调信号的波形可知，在使用传号差分码的条件下，载波相位遇1变而遇0不变,载波相位的这种相对变化就携带了数字信息。

31. 2DPSK解调器 ① 相干解调

32. 2DPSK信号的调制和解调过程

33. ② 差分相干解调

34. 2DPSK信号的调制和延迟解调过程

35. 多进制数字调制 • 用多进制的数字基带信号调制载波，就可以得到多进制数字调制信号。通常，取多进制数M为2的幂次（M＝2n）。当携带信息的参数分别为载波的幅度、频率或相位时，数字调制信号为M进制幅度键控（MASK）、M进制频移键控（MFSK）或M进制相移键控（MPSK）。

36. 当信道频带受限时，采用M进制数字调制可以增大信息传输速率，提高频带利用率，这正是第1章中评价通信系统有效性时所提到的内容，即在不提高波特率的前提下，采用多进制信号提高比特率。当信道频带受限时，采用M进制数字调制可以增大信息传输速率，提高频带利用率，这正是第1章中评价通信系统有效性时所提到的内容，即在不提高波特率的前提下，采用多进制信号提高比特率。

37. 7.4.1多进制幅度键控（MASK） • 1．MASK信号的表达 • 在M进制的幅度键控信号中，载波幅度有M种取值。当基带信号的码元间隔为Ts时，M进制幅度键控信号的时域表达式为 (7―16) 式中，g(t)为基带信号的波形,ωc为载波的角频率， an为幅度值，an有M种取值。

38. 2．MASK信号调制 • 由式（7―16）可知，MASK信号相当于M电平的基带信号对载波进行双边带调幅。为了了解MASK信号与2ASK信号的关系，图7―18示意性画出2ASK信号和4ASK信号的波形。图7―18（a）为四电平基带信号b(t)的波形，图7―18（b）为4ASK信号的波形。图7―18（b）所示的4ASK信号波形可等效为图7―18（c）中的4种波形之和，其中3种波形分别是一个2ASK信号。 • 这就是说，MASK信号可以看成是由时间上互不相容的M-1个不同振幅值的2ASK信号的叠加。

39. 所以MASK信号的功率谱，便是这M-1个信号的功率谱之和。尽管叠加后功率谱的结构是复杂的，但就信号的带宽而言，当码元速率Rs相同时，MASK信号的带宽与2ASK信号的带宽相同，都是基带信号带宽的2倍。但是M进制基带信号的每个码元携带有lbM比特信息，这样在带宽相同的情况下，MASK信号的信息速率是2ASK信号的lbM倍。或者说在信息速率相同的情况下MASK信号的带宽仅为2ASK信号的1/lbM。所以MASK信号的功率谱，便是这M-1个信号的功率谱之和。尽管叠加后功率谱的结构是复杂的，但就信号的带宽而言，当码元速率Rs相同时，MASK信号的带宽与2ASK信号的带宽相同，都是基带信号带宽的2倍。但是M进制基带信号的每个码元携带有lbM比特信息，这样在带宽相同的情况下，MASK信号的信息速率是2ASK信号的lbM倍。或者说在信息速率相同的情况下MASK信号的带宽仅为2ASK信号的1/lbM。

40. MASK的调制方法与2ASK相同，但是首先要把基带信号由二电平变为M电平。将二进制信息序列分为n个一组，n＝lbM，然后变换为M电平基带信号。M电平基带信号对载波进行调制，便可得到MASK信号。由于是多电平调制，因此要求调制器在调制范围内是线性的，即已调信号的幅度与基带信号的幅度成正比。

41. 【例题7―1】 对数字基带序列为01111000010010110001进行4ASK调制。 • 解 n＝lb4＝2，故首先将序列每两个一组变换为4电平信号，即用4组二进制码对4种电平编码。我们用00表示0，01表示1，10表示2，11表示3。当然，编码方式不唯一。则原序列变为四电平序列：1320102301（如图7―18（a））对载波调制后，可得4MASK波形如图7―18（b）所示。

42. 图 7―18

43. MASK调制中最简单的基带信号波形是矩形。为了限制信号频谱也可以采用其它波形，例如升余弦滚降信号或部分响应信号等。 • 3．MASK信号解调 • MASK信号的解调可以采用包络检波或相干解调的方法，其原理与2ASK信号的解调完全相同。

44. 7.4.2多进制相移键控（MPSK） • 1．MPSK信号的表达 • 在M进制相移键控（MPSK）中，载波相位有M种取值。当基带信号的码元间隔为Ts时，MPSK信号可表示为 (7―17) 式中，Es为信号在一个码元间隔内的能量，ωc为载波角频率，φi为有M种取值的相位。

45. MPSK信号仅用相位携带基带信号的数字信息，为了表达出基带信号与载波相位的联系，可将码元持续时间为Ts的基带信号用矩形函数表示，即 0≤t≤Ts (7―18) 其它 这样MPSK信号的表达式又可写为 (7―19)

46. 式中，矩形函数与基带信号的码元相对应；φ(n)为载波在t=nTs时刻的相位，取式（7―17）中φi的某一种取值。φi有M种取值，通常是等间隔的，即式中，矩形函数与基带信号的码元相对应；φ(n)为载波在t=nTs时刻的相位，取式（7―17）中φi的某一种取值。φi有M种取值，通常是等间隔的，即 (7―20) 式中,θ为初相位。为计算方便，设θ=0，将式 （7―19）展开，得 (7―21)

47. 令 代入式（7―21），可得 (7―22)

48. 式（7―22）中的每一项都是一个M电平双边带调幅信号即MASK信号，但载波是正交的。这就是说，MPSK信号可以看成是两个正交载波的MASK信号的叠加，所以MPSK信号的频带宽度应与MASK信号的频带宽度相同。与MASK信号一样，当信息速率相同时，MPSK信号与2PSK信号相比，带宽节省到1／lbM，即频带利用率提高了lbM倍。式（7―22）中的每一项都是一个M电平双边带调幅信号即MASK信号，但载波是正交的。这就是说，MPSK信号可以看成是两个正交载波的MASK信号的叠加，所以MPSK信号的频带宽度应与MASK信号的频带宽度相同。与MASK信号一样，当信息速率相同时，MPSK信号与2PSK信号相比，带宽节省到1／lbM，即频带利用率提高了lbM倍。 • 式（7―22）可简写成 (7―23) 式中

49. 通常将式（7―23）的第一项称为同相分量，第二项称为正交分量。由此可知，MPSK信号可以用正交调制的方法产生。通常将式（7―23）的第一项称为同相分量，第二项称为正交分量。由此可知，MPSK信号可以用正交调制的方法产生。 • MPSK信号是相位不同的等幅信号，所以用矢量图可对MPSK信号进行形象而简单的描述。在矢量图中通常以0相位载波作为参考矢量。图7―19中画出M=2、4、8三种情况下的矢量图。当初始相位θ=0和θ=π／M时，矢量图有不同的形式。2PSK信号的载波相位只有0和π两种取值，或者只有π/2和3π/2两种取值，它们分别对应于数字信息1和0，见图7―19（a）、（d）。

50. 4PSK时，4种相位为0、π/2、π和3π/2，或者为π/4、3π/4、5π/4、7π/4，它们分别对应数字信息11、01、00和10，见图7―19（b）、(e)。8PSK时，8种相位分别为0、π/4、π/2、3π/4、π、5π/4、3π/2、7π/4，或者为π/8、3π/8、5π/8、7π/8、9π/8、11π/8、13π/8、15π/8，见图7―19（c）、(f)。不同初始相位θ的MPSK信号原理上没有差别，只是实现的方法稍有不同。产生有π／M初始相位的MPSK信号，同相路I(t)和正交路Q(t)均为M/2电平信号。