第七章数字信号的调制传输本章教学基本要求：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本章核心内容：一、数字频带传输系统基本结构二、模拟调制原理和频分复用三、2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK系统的调制和解调原理四、二进制数字调制系统抗噪声性能和系统性能比较五、简介其他数字调制系统重点：二进制数字调制的基本原理；二进制数字调制的抗噪性能分析及比较；难点：二进制数字调制的抗噪性能分析及比较学时安排：6学时引言：前一章介绍的数字基带传输系统,•是将信源发出的信息码经码型变换及波形形成后直接传送至接收端。
虽然码型变换及波形形成可使其频谱结构发生某些变化，但分布的范围仍然在基带范围内。
因此，数字基带信号不可能在诸如无线信道、光纤信道等传输媒质中直接传输。
与模拟信号一样，必须经调制后才能在无线信道、光纤信道等媒质中传输。
1、数字信号的传输方式数字信号共有两种传输方式（1）、基带传输（已经在第6章介绍）：数字信号直接传送的方式。
（2）、频带传输（将在本章介绍）：用数字基带信号调制载波后的传送方式。
数字调制传输系统定义：用数字基带信号调制载波的一种传输系统，这个系统也称为数字频带传输系统。
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。
3、数字调制的分类共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）本章主要讨论二进制数字调制系统的原理及抗噪声性能,•并简要介绍多进制数字调制原理及其它几种派生出来的数字调制方式。
§7.1 二进制数字调制原理§7.1.1 二进制幅度键控（2ASK）一、ASK概念：正弦载波的幅度随着调制信号而变化。
即传“1”信号时，发送载波，传“0”信号时，送0电平。
所以也称这种调制为通（on）、断(off)键控OOK。
其实现模型如图7.1-1所示，其调制波形如图7.1-2所示。
7.1-1ASK 实现模型7.1-2 调制波形二、2ASK 的时域表达与波形2ASK 的时间表达式：t nT t g a t s cnsnASK ωcos ])([)(∑-=其中，{pp n a ，出现概率为，出现概率为1)1(0-=，g(t)为单个脉冲信号的时间波形。
三、2ASK 信号的功率谱密度由于二进制的随机脉冲序列是一个随机过程,•所以调制后的二进制数字信号也是一个随机过程，因此在频率域中只能用功率谱密度表示。
已知二进制随机脉冲序列功率谱密度表达式为 )()()1()()()()1()(2212221s ns s ss B nf f nf G p nf pG f f G f G p p f f P --++--=∑δ)()(,0)(12f G f G f G ==)()()()1()(222s ns ss B nf f nf pG f f G p p f f P -+-=∴∑δ若g(t)为矩形信号，则有)()0()()1()(222f pG f f G p p f f P nss B δ∑+-=∴)]()([41)(c B c B ASK f f P f f P f P -++=∴总结：2A K 信号功率谱密度的特点如下：（1）、由连续谱和离散谱两部分构成；连续谱由传号的波形g(t)经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定。
（2）、已调信号的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍，即B ASK ＝2f s 。
四、2ASK 信号的调制与解调与DSB 相似，主要有两种方式：非相干接收和相干接收。
其组成框图如图所示。
工作原理及误码特性将在后面进行分析。
§7.1.2 二进制频移键控（2FSK ）一、概念：利用载波的频率来传递数字信息。
传“1”信号时，发送频率为f 1的载波; 传“0”信号时，发送频率为f 2的载波。
其实现模型可表示为：二、2FSK 波形及时间表达式时间表达式：t nT t g a t nT t g a t s snnsnnFSK 212cos )]([cos )]([)(ωω-+-=∑∑其中{p p na ，出现概率为，出现概率为0)1(1-=，由此可见2FSK 信号是由2个2ASK 信号相加构成。
2FSK 信号波形如下图所示：注意：2FSK 有两种形式: （1）相位连续的2FSK ； （2）相位不连续的2FSK 。
三、2FSK 的功率谱密度及带宽 t t st t s t nT t g a t nT t g a t s snnsnnFSK 2211212cos )(cos )(cos )]([cos )]([)(+=-+-=∑∑ωωω)]()([41)]()([41)(222211112f f P f f P f f P f f P f P s s s s ASK -+++-++=调制指数：121222,2/)(,f f f f f f R fR f f h c ss -=∆+=∆=-=频差其中中心频率 因此其功率谱密度如下所示：总结：2FSK 功率谱密度的特点如下，1)、2FSK 信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成,•离散谱出现在f 1和f 2位置；2)、功率谱密度中的连续谱部分一般出现双峰。
若两个载频之差|f 1 -f 2|≤f s ，则出现单峰。
3）、所需传输带宽B FSK =|f 1 -f 2|+2 f s 。
四、2FSK 信号的调制与解调2FSK 信号的产生：1、直接调频；2、选频：2FSK 信号的解调：1、相干解调；2、非相干解调；3、过零检测法（如下所示：）§7.1.3 二进制相移键控（2PSK or 2BPSK ）相移键控在数据传输中,•尤其是在中速和中高速的数传机(•2400-4800bit/s)中得到了广泛的应用。
相移键控有很好的抗干扰性,•在有衰落的信道中也能获得很好的效果。
我们主要讨论二相、四相调相 ，在实际应用中还有八相及十六相调相。
相移信号可分为两种：(1)绝对相移 ；(2)相对相移(差分相移) 一、绝对相移概念传“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。
即用载波相位直接去表示数字信息的相位键控常称为绝对相移方式。
二、2PSK 的波形及时间表达式时间表达式：t nT t g a t s cnsnPSK ωcos ])([)(2∑-=其中：{pp na ，出现概率为，出现概率为1)1(1+--=如果g(t)是幅度为1的矩形脉冲，则t t s c PSK ωcos )(2±=，的其波形为：三、2PSK 信号的产生与解调2PSK 信号的产生：1、键控法 2、相乘电路法2PSK 信号的解调：由于2PSK （双极性码无直流成分）信号的功率谱中无载波分量，故必须采用相干解调。
抽样判决规则:2PSK 解调中的“倒”现象:我们研究码元区间的解调过程，此时滤波器的输入信号为上式中的信号通过低通滤波器后，滤除高频分量，可以得到低通滤波器的输出信号为则抽样判决器的判决结果为当时，，有当时，，有从以上的判决结果可知:,相干解调的结果正确，没有差错。
现在假设由于某种原因，使本地载波的相位改变了，即本地载波变成了，则这时低通滤波器的输入信号为:上式中的信号通过低通滤波器后，滤除高频分量，可以得到低通滤波器的输出信号为则抽样判决器的判决结果为当时，，有当时，，有从以上的判决结果可知:,相干解调的输出结果正变负，负变正，这种现象，即为2PSK相干解调过程中的“倒”现象。
由于本地相干载波一般是从接收信号中提取形成的，通常它的相位有两个稳定状态0或，在各种干扰作用下，其相位可以由一种状态变到另一种状态，并且是随机的，这使得解调出的消息可能与原始消息符号相反，由于“倒”现象是随机的，因此使得无法判断的正确与否。
因此，实际中一般不采用2PSK方式，为了克服2PSK的“倒”现象，提出了差分移相键控，即2DPSK。
§7.1.4二进制差分相移键控（2DPSK）一、概念：二进制移相键控2PSK是利用载波相位的绝对数值来传送数字信息，也称为绝对移相。
而2DPSK则是利用相邻的码元之间的载波相位差来传送消息，即相对移相。
例：二、2DPSK 信号的产生1、PSK 的产生:∙ 将绝对码变换成相对码∙ 对相对码进行绝对移相键控(2PSK)(1) 差分码（相对码）的编码规则：1-⊕=n n n b a b 相应的译码规则：1-⊕=n n n b b a绝对码变相对码的方框图(2) 2DPSK 信号的产生2DPSK 信号的调制方框图前后码元相位关系：“1”变“0”不变在2DPSK 中，数字信息是利用相邻的码元之间的相位差来传送，因此即使本地相干载波的相位“倒”，但并不影响相对关系，虽然解调得到的相对码是，但经差分译码后得到的绝对码不会出现的倒置现象，从而克服了2PSK 方式中的“倒”现象。
2、DPSK 信号的解调(1)相干解调法(极性比较法)(2) 差分相干解调法（延迟解调）2DPSK 的差分相干解调法，不需要专门的本地相干载波，将2DPSK 信号延时一个码元间隔后与2DPSK 信号本身相乘，相乘的结果反映了前后码元的相对相位关系，经低通滤波器后送到抽样判决器，抽样判决器抽样的结果即为原始数字信息，不需要差分译码。
只有2DPSK 信号才能采用这种方法解调，因为它是以前一个码元的载波相位作为参考相位，而不是未调载波的相位。
§7.2 二进制数字的抗噪性能通信系统的抗噪声性能是指系统克服加性噪声的能力。
在数字通信中，信道加性噪声有可能使传输码元产生错误。
这种传输错误通常用误码率来衡量。
所以，我们在分析数字调制系统的抗噪声性能时，就是求出系统在加性噪声作用下的总误码率。
抽样判决规则：低通滤波器的输出记为y(t),判决门限电平记为V T ，则： y(kT s )> V T ,则判为“1”； y(kT s )<V T ,则判为“0”；系统总误码率：即出现错误译码的概率。
可以表示成Pe=P{an ≠n a}。
我们用P 0表示发送信息码“0”的概率,用P 1表示发送信息码“1”的概率，P b0用表示发送信息码“0”而比较判决器的输出为“1”的概率;用P b1表示发送信息码“1”而比较判决器的输出为“0”的概率，则2ASK 系统总的误码率为：1100b b b P P P P P +=思路：求概率转换为求概率密度，此为低通滤波器（也就是解调器）输出端的概率密度。
