二进制数字调制

一、数字频带传输相关

数字调制：用数字信号控制载波某个参数的过程。

数字频带传输系统：包括调制/解调过程的数字传输系统。

作用：
        将信号频谱搬移至最佳频段；  多路复用，高效利用信道；提高传输质量。

数字调制方式分为：余弦波调制、脉冲调制和扩频调制等

二进制调制

虽然二进制调制实际应用并不广泛，但是对其分析对高级数字调制有启发作用。基本二进制数字调制分为：

                     

        这里是将余弦波画成了正弦波，名称前都省略了2,2表示二进制。2ASK用数字信号控制载波的振幅及包络，2FSK用数字信号控制载波的频率，2PSK用数字信号控制载波的相位，载波相位指载波的起点相位，比如图中0码对应0相位，1码对应π相位。其中PSK可分为绝对相移键控PSK和相对相移键控DPSK。此外，改进的2FSK，即最小频移键控MSK，比较重要。

多进制调制：

多进制调制可以提高频谱效率，可分为：MASK，MFSK，MPSK，MQAM，M表示M进制。

二、二进制数字调制原理

1.二进制幅移键控

1）原理

设二进制基带信号为,在调制中，余弦波的振幅随变化。如图所示：

                 

此处是狭义的，也称，它只是广义的一种。

2）信号的功率谱密度

, ,则：

已调信号功率谱的一般公式:

设已调信号为：则由此可得到其频谱图：

                    

显然，是的线性搬移，是码元速率。已调信号带宽是基带带宽的二倍。第一零点带宽。

 

 

时域波形暂时按矩形脉冲看待

3）调制实现

①模拟调制法                                                            2）键控法

                                

②波形形成调制

4）信号检测

对于数字调制传输：信号检测 = 解调  +  判决

①包络检波法

抽样判决说明：数字通信本质上是传输的数字，而不是波形。

带通滤波滤去带外噪声，全波整流将接收信号负值波形变正，低通滤波平滑波形，最后判决。抽样点选择码元周期的中点，以取得最佳性能。

 

②相干检测法

其系统结构图及各点波形为：

带通滤波器去除带外噪声；相乘器将接收波形与本地载波相乘，即频谱搬移到基带和二倍频；低通滤波器滤去2倍频；然后判决。

2.二进制频移键控

1)原理

设分别表示0码和1码，则信号表达式为：

其可以看成两个不同载频的的叠加。

                       

2）信号的功率谱密度

      由上面的的表达式可知其傅里叶变换为：其连续谱形状随着两个载频之差大小而变化，如图所示：（只有正频率部分）：

3）调制实现

①：模拟调频法 

        用二进制基带信号控制压控振荡器(VCO)。相邻码元之间的相位连续变化。

②：键控法

       相邻码元之间的相位不一定连续

               特点：转换速度快、电路简单、产生的波形好、频率稳定度高。

③：波形形成调制

4）信号检测

①：包络检波法

用两路解调器分别解调上的信号，然后对两路输出基带信号进行抽样比较判决。其中带通滤波器有将分开的作用，其他检查方法没有。

这里不是像2ASK取门限比较判决，而是用两路相互比较判决，这样的判决方法在性能上会带来好处。

②相干检测法：（输出信噪比高，比较判决性能更好）

③匹配滤波检测法：

        

④过零检测法：通过判断一个码元周期中过零次数的多少判断是0码还是1码

3.二进制相移检测

1）原理

余弦波的相位随变化，是双极性的信号，即0码时为0相位余弦波，1码为π相位余弦波，相关表达式为：

               

的图像为：

              

2） 2PSK信号的功率密度谱

，其图像为：

2PSK信号的功率密度谱特点：

2PSK信号的频谱与2ASK的十分相似；区别仅在于当0,1等概时， 谱中无离散谱（即载频分量）。
带宽也是基带信号带宽的两倍：。

3）2PSK调制实现

①模拟调制法                                                                                           ②键控法                                                                                                     
                                                               

③波形形成调制

                      

4）2PSK信号信号检测

①相干检测法

            

若0码与载波相乘，点处波形表达式：，1码与载波相乘，点处波形表达为：

个点处的波形图可以举例表示为：

                               

②匹配滤波检测法

                    

其框图与相干检测和匹配滤波检测几乎一样，二者的判决门限不同，判决门限为0。

不能采用非相干检测，其原因：

       若由载波同步电路获得的本地载波可能是π相位，那么所获得的波形正好相反，检波后得到的码元正好是发送码元的反码，如图：

            图中黑色波形表示0相位的本地载波，红色表示π相位的。

说明一点：2PSK信号相干检测时出现相位模糊（或倒π）现象是2PSK信号本身的原因。

解决方法：采用调制

4.二进制相对相移键控

1）原理

      利用相邻码元载波相对相位（变化或不变）表示信息。也就是根据前一码元与当前码元相位的变化来判断。

 若相邻的波形相位相差π，则判为1,也可用模二加运算：

信号表达式为：，与2PSK唯一区别是sdb(t)是信息码的差分编码。

2）信号的功率谱密度
 

与2PSK相比，只是增加了差分编码，仍然是双极性二进制调制。功率谱与2PSK没有实质性变化。即

3)调制实现

组成：

               在调制前加入差分编码即可。

的调制方法可参见调制方法的实现。

4）信号检测

①.相干检测 + 码反变换法

图中差分译码为：

那么波形图可表示为：

          

e点得到的黑色的相对码表示0相位的地方载波下得到的相对码，红色表示π相位的地方载波下的情况，所以根据差分编码，可以消除相位模糊的影响。

② 差分相干检测法：

相乘器起着相位比较的作用，即：，故不需要差分编码。其各点波形为：