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1、CCEE第五章第五章 数字调制与解调数字调制与解调数字通信原理docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理主要内容主要内容5.1 引引 言言 5.2 二进制数字调制与解调原理二进制数字调制与解调原理5.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能二进制数字调制系统的抗噪声性能5.4 二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较5.5 多多进制数字调制与解调原理进制数字调制与解调原理5.6 现代数字调制解调技术现代数字调制解调技术docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理5.25.2二二进制数字制数字调制与解制与解调原理原理 若若调制信号是二制信号是二进制数字基制
2、数字基带信号信号时，这种种调制称制称为二二进制数字制数字调制。制。二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）1二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK）2二进制相移键控（二进制相移键控（2PSK）3docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理5.2.15.2.1二二进制振幅制振幅键控（控（2ASK2ASK）振幅振幅键控是正弦控是正弦载波的幅度随数字基波的幅度随数字基带信信号而号而变化的数字化的数字调制。当数字基制。当数字基带信号信号为二二进制制时，则为二二进制振幅制振幅键控。控。二二进制振幅制振幅键控（控（2ASK2ASK）调制制二二进制振幅制振幅键控（控（2ASK2ASK）解）
3、解调docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制振幅制振幅键控（控（2ASK2ASK）调制制二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK2ASK）信号）信号二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK2ASK）信号的频谱）信号的频谱docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制振幅制振幅键控（控（2ASK2ASK）信号）信号2ASK2ASK信号的产生信号的产生结论：二进制结论：二进制结论：二进制结论：二进制振幅键控振幅键控振幅键控振幅键控（2ASK2ASK2ASK2ASK）信号）信号）信号）信号表示为一个单表示为一个单表示为一个单表示为一个单极性矩形脉冲极性矩
4、形脉冲极性矩形脉冲极性矩形脉冲序列与一个正序列与一个正序列与一个正序列与一个正弦型载波相乘弦型载波相乘弦型载波相乘弦型载波相乘发送的二进制符号序列发送的二进制符号序列 其中其中 2ASK2ASK信号信号 docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制振幅制振幅键控（控（2ASK2ASK）信号）信号2ASK2ASK信号的时域波形信号的时域波形2ASK2ASK信号的时间波形随二进制基带信号通断变化，信号的时间波形随二进制基带信号通断变化，所以又称为所以又称为通断键控信号（通断键控信号（OOKOOK信号）信号）单极性矩形单极性矩形脉冲序列脉冲序列t t1 11 11 11 10
5、00 00 0s(t)s(t)t tt t载波信号载波信号2ASK2ASK信号信号docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制振幅制振幅键控（控（2ASK2ASK）信号）信号2ASK2ASK信号产生的两种调制方法：信号产生的两种调制方法：模拟相乘模拟相乘与数字键控与数字键控乘法器乘法器二进制不归二进制不归零信号零信号coscosc ct t开关电路开关电路数字键控数字键控 模拟相乘模拟相乘 docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制振幅制振幅键控（控（2ASK2ASK）调制制二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK2ASK）信号）信号二进制振幅键控
6、（二进制振幅键控（2ASK2ASK）信号的频谱）信号的频谱docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制振幅制振幅键控（控（2ASK2ASK）信号的）信号的频谱 e e2ASK2ASK(t)(t)的功率谱密度为的功率谱密度为P P2ASK2ASK(f)(f)s(t)s(t)的功率谱密度为的功率谱密度为P Ps s(f)(f)推导推导P Ps s(f)(f)2ASK2ASK调制信号调制信号 频谱频谱 功率谱密度功率谱密度 docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二进制基带信号二进制基带信号s(t)s(t)是单极性随机矩形脉冲，其功率谱密度是单极性随机矩形脉冲
7、，其功率谱密度P Ps(f)为为式中式中矩形波频谱：对于所有的矩形波频谱：对于所有的m0m0的整数，有的整数，有G(mfG(mfs s)=0)=0因此因此docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理假设假设P P1/21/2，则，则g(t)g(t)的频谱的频谱因此因此 连续谱连续谱 离散谱离散谱docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制振幅制振幅键控（控（2ASK2ASK）信号的）信号的频谱二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK2ASK）信号的频谱）信号的频谱结论：二进制振幅键控信号的功率谱密度由离散谱和连续谱两结论：二进制振幅键控信号的功率谱密度由离散
8、谱和连续谱两结论：二进制振幅键控信号的功率谱密度由离散谱和连续谱两结论：二进制振幅键控信号的功率谱密度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部分组成。离散谱由载波分量确定，连续谱由基带信号波形部分组成。离散谱由载波分量确定，连续谱由基带信号波形部分组成。离散谱由载波分量确定，连续谱由基带信号波形g(t)g(t)g(t)g(t)确定，带宽则是基带波形的两倍，确定，带宽则是基带波形的两倍，确定，带宽则是基带波形的两倍，确定，带宽则是基带波形的两倍，B B B B2ASK2ASK2ASK2ASK=2B=2B=2B=2B。传输传输2ASK2ASK信号所需频带信号所需频带
9、0 0 f fs s2f2fs s-f-fs s-2f-2fs sP Ps s(f)(f)f fs s-f-f0 00 0f fc cf fc cf fs sP PE E(f)(f)f fc cdocin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理5.2.15.2.1二二进制振幅制振幅键控（控（2ASK2ASK）二二进制振幅制振幅键控（控（2ASK2ASK）调制制二二进制振幅制振幅键控（控（2ASK2ASK）解）解调docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制振幅制振幅键控（控（2ASK2ASK）解）解调非相干解调非相干解调(包络检波法包络检波法)相干解调相干解调(同
10、步检测法同步检测法)docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理非相干解非相干解调非相干解调非相干解调(包络检波法包络检波法)方式的接收系统框图方式的接收系统框图半波或全波整流器：包络检波器半波或全波整流器：包络检波器低通滤波器：输出信号是恢复后的基带信号低通滤波器：输出信号是恢复后的基带信号抽样判决器：通过积分，抽样和判决，再生成抽样判决器：通过积分，抽样和判决，再生成基带信号，去掉传输中叠加的干扰和噪声基带信号，去掉传输中叠加的干扰和噪声包络检波器包络检波器抽样抽样判决器判决器全波全波整流器整流器低通低通滤波器滤波器带通带通滤波器滤波器定时定时脉冲脉冲输出输出docin/su
11、ndae_meng数字通信原理数字通信原理2ASK2ASK信号非相干解信号非相干解调过程的程的时间波形波形单极性矩形单极性矩形脉冲序列脉冲序列调制信号调制信号整流信号整流信号低通滤波器低通滤波器输出信号输出信号抽样判决器抽样判决器输出信号输出信号1 11 10 01 10 00 00 01 10 00 01 1docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二、二二、二进制振幅制振幅键控（控（2ASK2ASK）解）解调非相干解调非相干解调(包络检波法包络检波法)相干解调相干解调(同步检测法同步检测法)docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理相干解相干解调相干解调相干
12、解调(同步检测法同步检测法)方式的接收系统框图方式的接收系统框图解调原理解调原理：将已调信号：将已调信号e(t)e(t)与相干载波与相干载波c(t)c(t)在相在相乘器中相乘，然后由低通滤波器输出所需的基带乘器中相乘，然后由低通滤波器输出所需的基带波形。波形。抽样抽样判决器判决器相乘器相乘器低通低通滤波器滤波器带通带通滤波器滤波器定时定时脉冲脉冲输出输出c(t)c(t)docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理假设假设相乘器输出相乘器输出 低通滤波器滤除低通滤波器滤除低通滤波器输出低通滤波器输出 K KC C为低通滤波器的电压传输系数为低通滤波器的电压传输系数相干条件相干条件满
13、足相干条件下，相干检测器的输出为满足相干条件下，相干检测器的输出为docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理相干解相干解调抽样抽样判决器判决器相乘器相乘器低通低通滤波器滤波器带通带通滤波器滤波器定时定时脉冲脉冲输出输出e(t)e(t)相干解相干解调条件：条件：接收端必接收端必须提供一个与提供一个与2ASK2ASK信号信号的的载波保持波保持同同频同相的相干同相的相干载波波，否，否则将会造成将会造成解解调后的波形失真。后的波形失真。相干载波一般可通过窄带滤波或锁相环路来提取。相干载波一般可通过窄带滤波或锁相环路来提取。docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理5.2
14、5.2二二进制数字制数字调制与解制与解调原理原理二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK）2二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）1二进制相移键控（二进制相移键控（2PSK）3docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理5.2.25.2.2二二进制制频移移键控（控（2FSK2FSK）二二进制制频移移键控（控（2FSK2FSK）调制制二二进制制频移移键控（控（2FSK2FSK）解）解调 若正弦载波的频率随二进制基带信号在若正弦载波的频率随二进制基带信号在f f1 1和和f f2 2两个频率点间变化，则产生二进制移频键两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号（控信号（2FSK2
15、FSK）docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制制频移移键控（控（2FSK2FSK）调制制2FSK2FSK调制是数字通信中用得较广得一种方式，调制是数字通信中用得较广得一种方式，用于话音通信（频率低于用于话音通信（频率低于1200bps1200bps）、衰落）、衰落信道中传输数据等情况。信道中传输数据等情况。二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）信号）信号二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）信号的频谱）信号的频谱docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制制频移移键控（控（2FSK2FSK）信号）信号2FSK2FSK信号
16、的产生信号的产生二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。若二进制基带信号二进制振幅键控信号的叠加。若二进制基带信号的的1 1符号对应于载波频率符号对应于载波频率f f1 1，0 0符号对应于载波频符号对应于载波频率率f f2 2，则二进制移频键控信号的时域表达式为，则二进制移频键控信号的时域表达式为g(t)g(t)为单个矩形脉冲，脉宽为单个矩形脉冲，脉宽为为T Ts sn n，n n分别是第分别是第n n个信号码个信号码元的初相位元的初相位其中其中 docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制制频移移键
17、控（控（2FSK2FSK）信号）信号2FSK2FSK信号产生的两种调制方法：信号产生的两种调制方法：模拟调频模拟调频数字键控数字键控通过基带信号控制振荡器中的某一元件数值通过基带信号控制振荡器中的某一元件数值(例如电例如电容量的大小容量的大小)来得到不同频率的信号，它产生的两个来得到不同频率的信号，它产生的两个频率频率f f1 1和和f f2 2在转换时刻的相位是连续的，故这种在转换时刻的相位是连续的，故这种2FSK2FSK信号称为信号称为相位连续的相位连续的2FSK2FSK信号信号。模拟调频模拟调频 模拟模拟调频器调频器二进制不归二进制不归零信号零信号docin/sundae_meng数字通
18、信原理数字通信原理二二进制制频移移键控（控（2FSK2FSK）信号）信号由于两个频率来自两个振荡源，所以在由于两个频率来自两个振荡源，所以在f f1 1与与f f2 2之间的之间的转换瞬间相位不连续。这种方法产生的转换瞬间相位不连续。这种方法产生的2FSK2FSK信号称为信号称为相位不连续的相位不连续的2FSK2FSK信号，或相位离散的信号，或相位离散的2FSK2FSK信号信号。数字键控数字键控 反相器反相器振荡器振荡器1 1f f1 1振荡器振荡器2 2f f2 2选通开关选通开关选通开关选通开关相加器相加器基带信号基带信号docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制移
19、制移频键控信号的控信号的时间波形波形输入序列输入序列s(t)s(t)载波载波f f1 1e e1 1(t)(t)e e2 2(t)(t)调制信号调制信号1 11 10 01 11 11 10 00 00 0/s(t)/s(t)载波载波f f2 2docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制制频移移键控（控（2FSK2FSK）调制制二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）信号）信号二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK2FSK）信号的频谱）信号的频谱docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制制频移移键控（控（2FSK2FSK）信号的）信号
20、的频谱相位离散的相位离散的2FSK2FSK信号信号相位相位连续的的2FSK2FSK信号信号docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理相位离散的相位离散的2FSK2FSK信号信号相位离散的二进制移频键控信号，可以看成相位离散的二进制移频键控信号，可以看成由两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠由两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加加功率谱密度可以近似表示成两个不同载波的功率谱密度可以近似表示成两个不同载波的二进制振幅键控信号功率谱密度的叠加。二进制振幅键控信号功率谱密度的叠加。推导推导2FSK2FSK信号的频谱信号的频谱docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理n
21、 n和和n n分别代表第分别代表第n n个信号码元的初始相位。通常可令个信号码元的初始相位。通常可令n n和和n n为零为零相位离散的相位离散的2FSK2FSK调制信号调制信号令令两路二进制数字基带信号两路二进制数字基带信号docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理根据根据2ASK2ASK信号功率谱密度的表示式，可得信号功率谱密度的表示式，可得2FSK2FSK信号功率谱密度的表示式信号功率谱密度的表示式docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理假设假设P P1/21/2，则，则g(t)g(t)的频谱的频谱因此因此 连续谱连续谱 离散谱离散谱docin/sunda
22、e_meng数字通信原理数字通信原理频谱分析分析图中中a a曲曲线对应的的f f1 1f f0 0+f+fs s，f f2 2f f0 0-f-fs s，曲，曲线b b对应的的f f1 1=f=f0 0+0.4f+0.4fs s，f f2 2f f0 0-0.4f-0.4fs s。f f0 0=（f f1 1+f+f2 2）/2/22f2fs s0.8f0.8fs sf ff f0 0f f0 0f fs sf f0 0-f-fs sf f0 02f2fs sf f0 0-2f-2fs sP Pe e(f)(f)（单边谱）（单边谱）a ab bdocin/sundae_meng数字通信原理数字
23、通信原理频谱分析分析2FSK2FSK信号的功率信号的功率谱由由连续谱和离散和离散谱组成。成。其中，其中，连续谱由两上双由两上双边谱叠加而成，而离叠加而成，而离散散谱出出现在两个在两个载频位置上；位置上；若若f f1 1和和f f2 2之差之差较小（如小于小（如小于f fs s）则连续谱出出现单峰，若峰，若f f1 1和和f f2 2之差之差较大出大出现双蜂。双蜂。传输2FSK2FSK信号所需的信号所需的频带为docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制制频移移键控（控（2FSK2FSK）信号的）信号的频谱相位离散的相位离散的2FSK2FSK信号信号相位相位连续的的2FSK
24、2FSK信号信号docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理相位相位连续的的2FSK2FSK信号信号相位相位连续的的2FSK2FSK信号是利用基信号是利用基带信号信号对一一个振个振荡器器进行行频率率调制而制而产生的。在理想情生的。在理想情况下，振况下，振荡器器产生的生的频率随基率随基带信号信号线性性变化。化。调频信号信号:载波振幅载波振幅未调制时振荡器产生未调制时振荡器产生的固有载波频率的固有载波频率频偏因子频偏因子初始相位初始相位docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理相位相位连续的的2FSK2FSK信号信号a an n是是码元脉冲的振幅，其可能取元脉冲的振幅
25、，其可能取值为 1 1。发送的二进制符号序列发送的二进制符号序列 调频指数调频指数化简化简 docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理相位相位连续的的2FSK2FSK信号信号t t0 0f f0 0f f1 1f f2 22 2f fc ct t(t(t)(t(t)(t(t)t tdocin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理相位相位连续的的2FSK2FSK信号信号分析分析FSKFSK信号信号时，常用到，常用到归一化相关系数一化相关系数 2 2FSKFSK信号在一个信号在一个码元期元期间内波形内波形为docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理相位相位
26、连续的的2FSK2FSK信号信号选2 2 c cT Ts s1,1,或或2 2 c cT Ts sK K，因此有：，因此有：0 0-0.2-0.21 12 23 31.431.43(2 2-1 1)T)Ts s讨论讨论 docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理讨论当当(2-2-1 1)T)Ts sK K(k(k1)1)时，为零，两信零，两信号具有正交特性。号具有正交特性。在在K Kl l时，相，相应的的h=0.5h=0.5，这是是满足正交条足正交条件的最小件的最小调制指数。因制指数。因这种信号占种信号占带最小。最小。称之称之为最小最小频移移键控控(MSK)(MSK)信号。信号
27、。当当(2-2-1 1)T)Ts s1.431.43 时,h=0.75,h=0.75=-=-2/32/3,为最小最小值,这种情况两信号之种情况两信号之间具有具有超正交特性。超正交特性。docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理相位相位连续的的2FSK2FSK信号的功率信号的功率谱密度密度相位相位连续的的FSKFSK信号功率信号功率谱密度的密度的计算很复算很复杂只只讨论二元等概信二元等概信码单边谱密度表达式：密度表达式：式中式中载波频率远大于频偏，载波频率远大于频偏，此项可忽略此项可忽略docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理相位相位连续的的2FSK2FSK信号
28、的功率信号的功率谱密度密度功率功率谱密度仍然是密度仍然是X X的偶的偶函数函数调制指数制指数h h0.50.5时，功率，功率谱密度曲密度曲线呈呈现单峰。在峰。在h h0.7150.715时，曲，曲线呈呈现双双峰。峰。在在h h趋近于近于1 1时曲曲线的双峰的双峰变得非常尖得非常尖锐。当当h hl l时，曲，曲线的双峰的双峰变成了两条成了两条线状状谱每条每条线谱所占的功率都是信号功率所占的功率都是信号功率的的1/41/4两条共占信号两条共占信号总功率的功率的1/21/2。h h1 1之后，双峰的距离将之后，双峰的距离将逐逐渐增大。增大。h=0.5h=0.5h=0.715h=0.7150.80.8
29、0.40.4P Pe e(x)(x)1.01.0 x x0.50.5-1.0-1.0-0.5-0.5docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理带宽以包含以包含9090的功率来的功率来计算信号所占的算信号所占的带宽可得可得不同不同调制指数制指数时的信号的信号带宽1.5f1.5fs s2.5f2.5fs s3f3fs s(2+h)f(2+h)fs s(2+h)f(2+h)fs s(2+h)f(2+h)fs s(2+h)f(2+h)fs s(2+h)f(2+h)fs s2f2fs s2f2fs s2f2fs s2f2fs s2f2fs s2f2fs s2f2fs s2f2fs s相位
30、连续相位连续FSKFSK相位离散相位离散FSKFSKASKASKPSKPSK0.60.60.70.70.80.81.01.01.51.522频带频带f fh hdocin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理结论h h2 2时，相位，相位连续的的FSKFSK信号与相位离散的信号与相位离散的FSKFSK信信号的号的带宽基本相同基本相同当当h h1 1时,信号的能量大部分都集中在信号的能量大部分都集中在x x 0.50.5的的范范围以内，以内，在在h h为0.60.60.70.7时，相位相位连续的的FSKFSK信号的信号的带宽约为1.5f1.5fs s比比ASKASK信号和信号和PSKP
31、SK信号的信号的带宽还窄。窄。在在调制指数制指数h h较小的条件下，相位小的条件下，相位连续的的FSKFSK信号信号具有能量集中，包具有能量集中，包络恒定，抗干恒定，抗干扰能力能力强的特的特 点，点，目前用得目前用得较多的是多的是h h0.50.5的相位的相位连续的的FSKFSK方式方式,即最小移即最小移频键控方式控方式(MSK)(MSK)。docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理5.2.25.2.2二二进制制频移移键控（控（2FSK2FSK）二二进制制频移移键控（控（2FSK2FSK）调制制二二进制制频移移键控（控（2FSK2FSK）解）解调docin/sundae_men
32、g数字通信原理数字通信原理二二进制移制移频键控（控（2FSK2FSK）解）解调常用解调方法：常用解调方法：非相干解调非相干解调相干解调相干解调其它解调方法其它解调方法鉴频法鉴频法过零检测法过零检测法差分检波法差分检波法docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理非相干解非相干解调抽样判决器：判定哪一抽样判决器：判定哪一个输入样值大，此时可个输入样值大，此时可以不专门设置门限电平以不专门设置门限电平包络包络检波器检波器包络包络检波器检波器抽样抽样判决器判决器带通滤波器带通滤波器1 1带通滤波器带通滤波器2 2定时脉冲定时脉冲输出输出最佳非相干解调最佳非相干解调 docin/sund
33、ae_meng数字通信原理数字通信原理最佳非相干解最佳非相干解调在每个匹配在每个匹配滤波器后面接有一个包波器后面接有一个包络检波器波器匹配匹配滤波器的波器的输出信号出信号经包包络检波后，再波后，再进行取行取样判决，因而取判决，因而取样值与接收信号的相位与接收信号的相位无关。无关。没有利用信号的相位信息，没有利用信号的相位信息，这种解种解调方法与方法与相干解相干解调相比，在同相比，在同样误码率的条件下，所率的条件下，所需的信噪比略高一些需的信噪比略高一些解解调时不需要提取不需要提取载波，可波，可对随机起始相位随机起始相位的信号的信号进行解行解调，所以用起来比，所以用起来比较方便。方便。docin
34、/sundae_meng数字通信原理数字通信原理最佳非相干解最佳非相干解调包络包络检波器检波器包络包络检波器检波器匹配滤波器匹配滤波器1 1匹配滤波器匹配滤波器2 2输出输出清洗脉冲清洗脉冲2FSK2FSK信号在某一码元持续时间传送信号信号在某一码元持续时间传送信号匹配滤波器的冲击响应匹配滤波器的冲击响应a ab bc cd de ef fg g比较比较判决判决docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理最佳非相干解最佳非相干解调设T Ts s为T T1 11/f1/f1 1及及T T2 21/f1/f2 2的整数倍，即的整数倍，即T Ts s=K=Kl lT Tl l及及T T
35、s sK K2 2T T2 2(K(Kl l，K K2 2分分别为整数整数)则2FSK2FSK两个两个频率信号的匹配率信号的匹配滤波器其冲激响波器其冲激响应与与输入信号相同入信号相同docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理最佳非相干解最佳非相干解调输入信号输入信号匹配滤波器冲击响应匹配滤波器冲击响应匹配滤波器输出信号匹配滤波器输出信号第一项振幅远大于第二项，第一项振幅远大于第二项，略去第二项略去第二项docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理最佳非相干解最佳非相干解调化简化简式中式中式中式中docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理最佳非相干解
36、最佳非相干解调讨论=0=0 ，=o o振幅随时间线性增长振幅随时间线性增长相位等于初相相位等于初相可利用此特性对可利用此特性对2FSK2FSK信信号进行解调。号进行解调。docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理最佳非相干解最佳非相干解调00 =2k=2k/T/Ts s（k k为整数）为整数）t=Tt=Ts s处处t/2=kt/2=k k=1k=1时时=2=2 (f f1 1-f-f2 2）=2=2/T/Ts s=2=2 f fs sf f1 1和和f f2 2相差相差f fs s docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理最佳非相干解最佳非相干解调包包络A(t
37、)A(t)与与t t及及A(t,A(t,)与与的关系曲的关系曲线利用其包利用其包络特性可分开两路信号特性可分开两路信号能能对2FSK2FSK信号解信号解调t tT TS ST TS S/2/2ATATS S/2/2A(t)A(t)=0=0=2=2/T/TS S=4=4/T/TS S0 0A(t,A(t,)docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理2FSK2FSK信号解信号解调的各点波形的各点波形图t tA(t)A(t)f f1 1f f2 2f f1 1t ta at tb bt tc ct td dt te et tf ft tg gdocin/sundae_meng数字通信
38、原理数字通信原理匹配匹配滤波器的波器的实现实现具有余弦函数冲激响具有余弦函数冲激响应的匹配的匹配滤波器，波器，可利用声表面波可利用声表面波(SAWSAW)器件，在器件，在较高中心高中心频率率(几兆赫至几十兆赫几兆赫至几十兆赫)上，可构成接近理上，可构成接近理想的匹配想的匹配滤波器。波器。在通信接收机中广泛利用在通信接收机中广泛利用动态滤波器来波器来实现这种匹配种匹配滤波器的功能波器的功能用高用高Q Q谐振回路振回路组成的成的动态滤波器波器正交相关法正交相关法数字式数字式动态滤波器波器docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理用高用高Q Q谐振回路振回路组成的成的动态滤波器波器这
39、种种电路利用路利用对输入信号的入信号的暂态响响应，所以称，所以称为动态滤波器。波器。L LR RC CK K清清洗洗开开关关高高Q Q振荡回路传递函数的拉氏变换振荡回路传递函数的拉氏变换冲击响应冲击响应求拉氏反变换求拉氏反变换式中式中回路谐振频率回路谐振频率docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理用高用高Q Q谐振回路振回路组成的成的动态滤波器波器回路回路Q Q值很高很高高高Q Q（Q Q 10001000）并并联谐振回路可构成余弦信号的匹振回路可构成余弦信号的匹配配滤波器波器docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理清洗清洗为了解了解调需要，每个需要，每个码
40、元元结束束时还必必须清洗因清洗因此此便于清洗便于清洗也是非常重要的条件。也是非常重要的条件。为提高提高Q Q值，若，若用用LCLC谐振回路，振回路，须采用很多措施采用很多措施引入适量正回授和部分接入引入适量正回授和部分接入优点：点：电路路简单缺点：缺点：Q Q值不容易做得很高，回路参数的温度不容易做得很高，回路参数的温度稳定性差，定性差，电路路的中心的中心频率容易漂移，正回授率容易漂移，正回授过强会引起自激。会引起自激。机械谐振体如音叉或压电石英晶体代替普通的机械谐振体如音叉或压电石英晶体代替普通的LCLC谐振谐振回路，这些谐振体具有很高的回路，这些谐振体具有很高的Q Q值。但是当它们与输入值
41、。但是当它们与输入信号谐振起来以后，要想把已经建立的振荡粹熄比较信号谐振起来以后，要想把已经建立的振荡粹熄比较困难，故清洗不便困难，故清洗不便docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理匹配匹配滤波器的波器的实现用高用高Q Q谐振回路振回路组成的成的动态滤波器波器正交相关法正交相关法数字式数字式动态滤波器波器docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理正交相关法正交相关法输出输出积分器积分器积分器积分器动态滤波器输入信号动态滤波器输入信号动态滤波器输出动态滤波器输出docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理正交相关法正交相关法这种方法的种方法的优点：
42、点：只要改变本地振荡器的频率即可改变动态滤波只要改变本地振荡器的频率即可改变动态滤波器的中心频率；器的中心频率；电路中心频率的稳定度高。电路中心频率的稳定度高。docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理匹配匹配滤波器的波器的实现用高用高Q Q谐振回路振回路组成的成的动态滤波器波器正交相关法正交相关法数字式数字式动态滤波器波器docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理数字式数字式动态滤波器波器采用采用N N相相时序开关序开关滤波器。它的基本思想是用波器。它的基本思想是用N N相相时序开序开关关对输入信号入信号进行分割、行分割、积分，然后合成分，然后合成总的信号。的
43、信号。电路中路中K K1 1、K K2 2、K K3 3、K K4 4为电子开关，分子开关，分别受受时序脉冲序脉冲K K1 1(t)(t)、K K2 2(t)(t)、K K3 3(t)(t)、K K4 4(t)(t)控制，控制，时序脉冲把序脉冲把K K1 1、K K2 2、K K3 3、K K4 4轮流接通，使流接通，使输入信号入信号输流流对电容器容器C C1 1、C C2 2、C C3 3、C C4 4充充电，它，它们的容量均等于的容量均等于c c。时序脉冲的重复序脉冲的重复频率就是率就是这种种动态滤波器的中心波器的中心频率。率。在整个在整个频率率轴上呈上呈现梳状梳状传输特性。特性。输入输入
44、K K1 1输出输出K KK K2 2K K3 3K K4 4R RC C1 1C C2 2C C3 3C C4 4docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理数字式数字式滤波器波器K K1 1(t)(t)K K2 2(t)(t)K K3 3(t)(t)K K4 4(t)(t)K(t)K(t)z(t)z(t)t tT Tb b0 0y(t)y(t)t tT Tb b0 0docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制移制移频键控（控（2FSK2FSK）解）解调常用解调方法：常用解调方法：非相干解调非相干解调相干解调相干解调其它解调方法其它解调方法鉴频法鉴频法过
45、零检测法过零检测法差分检波法差分检波法docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理相干解相干解调低通低通滤波器滤波器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器带通滤波器带通滤波器1 1带通滤波器带通滤波器2 2定时脉冲定时脉冲输出输出相乘器相乘器相乘器相乘器docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制移制移频键控（控（2FSK2FSK）解）解调常用解调方法：常用解调方法：非相干解调非相干解调相干解调相干解调其它解调方法其它解调方法鉴频法鉴频法过零检测法过零检测法差分检波法差分检波法docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理其它解其它解调方法方法
46、鉴频法法限幅器：消除接收信号在幅度上可能出现的限幅器：消除接收信号在幅度上可能出现的畸变畸变鉴频器：有多种电路，性能较好的是锁相鉴鉴频器：有多种电路，性能较好的是锁相鉴频，即利用锁相环实现鉴频频，即利用锁相环实现鉴频前置带通前置带通滤波器滤波器限幅器限幅器鉴频器鉴频器整形器整形器FSKFSK信号输入信号输入数据基带数据基带信号输出信号输出docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制移制移频键控（控（2FSK2FSK）解）解调常用解调方法：常用解调方法：非相干解调非相干解调相干解调相干解调其它解调方法其它解调方法鉴频法鉴频法过零检测法过零检测法差分检波法差分检波法docin
47、/sundae_meng数字通信原理数字通信原理其它解其它解调方法方法过零零检测法法该序列与频率变化相对应，代该序列与频率变化相对应，代表着调频波的过零点表着调频波的过零点低通滤波器滤除高次谐波得到低通滤波器滤除高次谐波得到带通滤波器带通滤波器限幅限幅微分微分整流整流u ui i(t t)a a宽脉冲发宽脉冲发低通低通b bc cd de ef f基本思想：数字基本思想：数字调频波的波的过零点数随不同零点数随不同载频而而异，故异，故检出零点数可以得到关于出零点数可以得到关于频率的差异率的差异a ab bc cd de ef fdocin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理二二进制移
48、制移频键控（控（2FSK2FSK）解）解调常用解调方法：常用解调方法：非相干解调非相干解调相干解调相干解调其它解调方法其它解调方法鉴频法鉴频法过零检测法过零检测法差分检波法差分检波法docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理其它解其它解调方法方法差分差分检波法波法时延时延输入信号经接收滤波器滤除带外无用信号后输入信号经接收滤波器滤除带外无用信号后被分成两路，一路直接送到乘法器（平衡调被分成两路，一路直接送到乘法器（平衡调制器），另一路经时延制器），另一路经时延 送到乘法器，相乘后送到乘法器，相乘后再经低通滤波器提取信号。再经低通滤波器提取信号。带通滤波器带通滤波器输入输入低通滤
49、波器低通滤波器输出输出docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理输入信号输入信号相乘输出相乘输出 低通滤波器滤除低通滤波器滤除低通滤波器输出低通滤波器输出 V V是角频率频移是角频率频移 的函数，的函数，但不是简单的函数关系但不是简单的函数关系适当选择适当选择，使，使docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理若角频率偏移若角频率偏移 较小较小结论：当满足结论：当满足coscos 0 0 0 0及及 l l时，输出电压时，输出电压V V与角与角频率偏移频率偏移 成线性关系。这样，因成线性关系。这样，因 的大小不同，输出的大小不同，输出的电压不同便可实现鉴频的作用。
50、的电压不同便可实现鉴频的作用。docin/sundae_meng数字通信原理数字通信原理其它解其它解调方法方法差分差分检波法波法差分检波法与鉴频法差分检波法与鉴频法差分检波法基于输入信号与其延迟差分检波法基于输入信号与其延迟 的信号相比较，的信号相比较，信道上的延迟失真将同时影响相邻信号，故不影信道上的延迟失真将同时影响相邻信号，故不影响最终的鉴频效果。响最终的鉴频效果。实践表明，当延迟失真为零时，这种方法的检测实践表明，当延迟失真为零时，这种方法的检测性能不如一般普通的鉴频法，但当有较严重延迟性能不如一般普通的鉴频法，但当有较严重延迟失真时，它的性能要比鉴领法优越。但差分检波失真时，它的性能