数字调制教改电子教案.docx

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数字调制教改电子教案

教师姓名

高蕊

教学方法

讲授/讨论

授课时数

2/2

授课章节名称

第6章正弦载波数字调制系统

第1节二进制数字调制系统

教学内容

一、二进制振幅键控（2ASK）信号的调制、解调、频谱、带宽

二、二进制移频键控（2FSK）信号的调制、解调、频谱、带宽

三、二进制移相键控（2PSK）信号及差分相位键控（2DPSK）的调制、解调、频谱、带宽

教学目的

一、掌握2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号调制解调原理

二、会画相干解调2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号的系统框图及各点波形图

三、掌握2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK的带宽，了解功率谱及其频谱图

教学重点

一、2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号的调制解调原理

二、2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号的系统框图及各点波形

三、2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK带宽

教学难点

一、2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK相干与非相干解调框图的区别

二、差分相干解调2PSK、2DPSK信号的系统框图及个点波形

教学手段

多媒体课件演示

参考书目

《通信原理与通信技术》张卫刚主编

《通信原理常见题型解析及模拟题》李白萍主编

《通信原理辅导》张辉主编

课堂教学

时间分配

复习（提问）5分

新课讲解80分

课堂讨论5分

巩固新课5分

布置作业5分

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第6章正弦载波数字调制系统

6.1二进制数字调制原理

1二进制振幅键控（2ASK）（通断键控）

（1）调制（产生）

振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。

当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。

设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立。

该二进制符号序列可表示为

S（t）=

其中:

an=0,发送概率为P

1,发送概率为1-P

二进制振幅键控信号的产生方法如图6-1所示，图（a）是采用模拟相乘的方法实现，图（b）是采用数字键控的方法实现：

图6-12ASK信号的产生框图

则二进制振幅键控信号可表示为

e2ASK（t）=

（2）波形

图6–22ASK信号波形

（3）解调

由图6-1可以看出，2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似。

所以，对2ASK信号也能够采用非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法），其相应原理方框图如图6-3所示,（a）为非相干方式（b）为相干方式。

 2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图6-4所示。

图6–3二进制振幅键控信号解调器原理框图

图6-42ASK信号非相干解调过程的时间波形

（4）频谱和带宽

二进制振幅键控信号表示式与双边带调幅信号时域表示式类似。

若二进制基带信号s（t）的功率谱密度Ps（f）为

则二进制振幅键控信号的功率谱密度P2ASK（f）为

P2ASK（f）=

二进制振幅键控信号的功率谱密度示意图如图6-5所示，其由离散谱和连续谱两部分组成。

离散谱由载波分量确定，连续谱由基带信号波形g（t）确定，

图6-52ASK的频谱

2ASK信号的带宽是基带脉冲波形带宽的两倍，即

B2ASK=2fs，fs是基带信号波形带宽。

2二进制移频键控（2FSK）

（1）调制（产生）

在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号（2FSK信号）。

二进制移频键控信号的时间波形如图6-7所示，若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1，0符号对应于载波频率f2，则二进制移频键控信号的时域表达式为

e2FSK（t）=

式中：

g（t）是个矩形脉冲，脉宽为Ts,且

an=0,发送概率为P

1,发送概率为1-P

bn=0,发送概率为1-P

1,发送概率为P

二进制移频键控信号的产生，可以采用模拟调频电路来实现，也可以采用数字键控的方法来实现。

图6-6是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图：

图6–6数字键控法产生2FSK信号的原理图

（2）波形

图6-72FSK的时间波形

（3）解调

二进制移频键控信号的解调方法很多，有模拟鉴频法和数字检测法，有非相干解调方法也有相干解调方法。

常采用非相干解调和相干解调两种方法的原理图如图6-8所示。

图6–8二进制移频键控信号解调器原理图

（a）非相干解调;（b）相干解调

（4）频谱和带宽

+［δ（f+f1）+δ（f-f1）+δ（f+f2）+δ（f-f2）］

图6–9相位不连续2FSK信号的功率谱示意图

该二进制移频键控信号的带宽B2FSK为

B2FSK=|f2-f1|+2fs

3二进制移相键控（2PSK）信号及差分相位键控信号（2DPSK）

（1）调制（产生）

二进制移相键控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。

设信息源发出的是由二进制符号0，1组成的序列，其信号形式一般可表示为：

e2PSK（t）=g（t-nTs）］cosωct

这里，g（t）是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，而an的统计特性为

an=1,发送概率为P

-1,发送概率为1-P

二进制移相键控信号的调制原理图如图6–10所示。

其中图（a）是采用模拟调制的方法产生2PSK信号，图（b）是采用数字键控的方法产生2PSK信号。

图6-102PSK信号的调制原理图

当恢复的相干载波产生180°倒相时，解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反，解调器输出数字基带信号全部出错。

这种现象通常称为“倒π”现象。

由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180°的相位模糊，所以2PSK信号的相干解调存在随机的“倒π”现象，从而使得2PSK方式在实际中很少采用，因此实际中常采用2DPSK。

图6-112DPSK信号调制器原理图

（2）波形

在2PSK方式中，an是绝对信号序列，在2DPSK方式中，an是相对对信号序列。

若用表示2PSK信号的初始相位，设φ=0,表示数字信息“0”π,表示数字信息“1”

也可以定义为φ=0,表示数字信息1

π,表示数字信息“0”

若用表示2DPSK信号的相位差，设Δφ=0,表示数字信息“0”π,表示数字信息“1”

也可以定义为Δφ=0,表示数字信息“1”

π,表示数字信息“0”

则2PSK信号与2DPSK信号的波形如图6-12及6-13所示：

图6–122PSK信号波形

图6-132DPSK信号波形

（3）解调

2PSK信号的解调通常都是采用相干解调，解调器原理图如图6-14所示。

图6-142PSK信号的解调原理图

2PSK信号相干解调各点时间波形如图6-15所示。

图6-152PSK信号相干解调各点波形

2DPSK信号的解调通常都是采用相干解调，解调器原理图及解调各点波形如图6-16所示：

图6-162DPSK信号相干解调器原理图和解调过程各点时间波形

（4）频谱和带宽

2PSK与2DPSK信号有相同的功率谱。

2PSK信号可表示为双极性不归零二进制基带信号与正弦载波相乘，则2PSK信号的功率谱为：

P2PSK（f）=

图6-172PSK（2DPSK）信号的功率谱密度

2PSK信号的带宽与2ASK信号带宽相同，即

B2FSK=B2ASK=2fs

本节小结

掌握2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK的调制解调框图

要求会画2ASK、2FSK、2PSK波形

重点理解2PSK调制解调各点波形

重要公式：

B2ASK=2fsB2FSK=|f2-f1|+2fs

B2PSK=2fs

精典范例

设某2FSK调制系统的码元素率为1000Baud，已调信号的载频为1000Hz或2000Hz。

（1）若发送数字信息为011010，试画出相应的2FSK信号的波形；

（2）试讨论这时的2FSK信号应选择怎样的解调器解调。

011010

图1

解：

（1）以载频为1000Hz代表信号为“0”，以载频为2000Hz代表信号为“1”。

则信号波形如图1所示：

（2）由于︳f1—f2︳=︳2000—1000︳=1000fs，功率谱密度出现单峰，频谱有较大的重叠，用包络检测法不合适，上下两支路有较大串扰，使解调性能降低，所以可以采用相干解调或过零检测法解调，也可以使用差分检测法解调，以减小相互串扰。

课外作业

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