通信原理教案

《通信原理》教案

第6章 数字调制系统

6.2 二进制数字调制原理

单 位：物理系 制作人：刘小群 日 期：2006.4.17

6.2 二进制数字调制原理

[教学目的] 详细讲解二进制振幅键控（2ASK）与二进制移频键控

（2FSK）的波形图的画法；通过波形图给学生分析2ASK和2FSK的调制、解调原理。

[教学要求] 要求学生熟悉2ASK和2FSK波形图的画法；掌握2ASK

与2FSK的调制、解调原理；了解表达式的推导。

[教学重点] 二进制振幅键控（2ASK）与二进制移频键控（2FSK）的

调制、解调原理。

[教学难点] 二进制振幅键控（2ASK）与二进制移频键控（2FSK）的

解调原理。

[学时分配] 共2学时 引言（0.1学时）

2ASK（0.9学时） 2FSK（1学时）

[教学方法] 将本章内容和第四章（模拟调制系统）对照起来讲解；通

过波形图给学生分析2ASK和2FSK的调制、解调原理； 做实验时，利用system view系统仿真2ASK与2FSK的调制、解调过程。

[教学手段] 建议采用多媒体和黑板相结合的方式，利用动画效果显示

波形效果更好。

引言（0.1学时，5分钟）

第四章我们学习了模拟调制系统，这节课我们来学习数字调制。数字调制和模拟调制的原理比较相似，所用的载波都是高频正弦波， 区别在于：模拟调制的基带信号为连续信号（例如三角波），而数字调制的基带信号为离散信号（例如0010）。所以在讲这章之前，先回忆一

1

下第四章的内容。

模拟调制 数字调制

AM (amplitude modulation) DSB (double sideband modulation) SSB (single sideband modulation) VSB (vestigial sideband modulation)

幅度调制

频率调制 FM (frequency modulation)

相位调制 PM(phase modulation)

振幅键控 ASK (amplitude shift keying) 移频键控 FSK (frequency shift keying) 移相键控 PSK (phase shift keying)

新课(1.9学时，95分钟)

6.2.1 二进制振幅键控（2ASK）（0.9学时，45分钟）

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。该二进制符号序列可表示为：

s(t)= ∑an g(t-nTs) （在黑板上以10110为例给学生推导该公式） 0, 发送概率为P a n=

1, 发送概率为1-P



Ts是二进制基带信号时间间隔，g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲: 则二进制振幅键控信号可表示为：

e2ASK(t)=[∑an g(t-nTs)]cosωct （表达式的推导需5分钟，0.1学时）

下面我们分析一下2ASK的调制原理：（0.4学时，20分钟） 其中:

2

由2ASK的表达式知，2ASK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。 提问：采用开关电路实现2ASK调制时，开关的动作应该受什么控制？ 学生回答后总结：开关的动作应该受基带信号s(t)的控制, s(t)为高电平“1”时，开关接在上面的端子，s(t)为低电平“0”时， 开关接在下面的端子。

s(t)乘法器cosct(a)(b)e2ASK(t)cosct开关电路e2ASK(t)s(t)图 6-1 二进制振幅键控信号调制器原理框图

根据图6-1，我们可以画出2ASK信号时间波形如图 6 - 2 所示：

图 6 – 2 二进制振幅键控信号时间波形

小结:2ASK的波形图的画法：“1”时载波出现，“0”时载波不出现。

由图6 -2可以看出，2ASK信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号s(t)通断变化，所以又称为通断键控信号（OOK信号）。

3

提问：2ASK信号与AM信号有何区别?

学生回答后总结：AM信号的载波随基带信号连续变化，2ASK信号的载波随基带信号离散变化。

下面我们分析一下2ASK的解调原理。（0.4学时，20分钟）

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(a)(b) 所示。2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图 6 - 4 所示：

e2ASK(t)abcd带通全波低通抽样

滤波器整流器滤波器判决器输出

定时脉冲

(a)

e2ASK(t)输出 带通低通抽样相乘器滤波器滤波器判决器

cosct定时 脉冲 (b)图 6 –3 二进制振幅键控信号解调器原理框图

(a) 非相干解调 (b) 相干解调

非相干解调时，带通滤波器的作用是：让有用信号（2ASK信号）通过，将信道中的噪声变为窄带高斯噪声，以减小噪声的影响；全波整流器的作用是将波形的负半部分翻上去；低通滤波器的作用是让直流分量通过；抽样判决器的作用是将抽样值和门限值进行比较，若抽样值大于门限值，则判为“1”，否则，判为“0”。

相干解调时，其他部分与非相干解调均相同，只是用相乘器代替了全波整流器。

4

11001000101abcd

图6 - 42ASK信号非相干解调过程的时间波形

思考题：2ASK信号相干解调过程的时间波形如何画？

休息一下马上回来！

6.2.2 二进制移频键控（2FSK）（1学时，50分钟）

先分析2FSK信号的定义及调制原理（0.2学时，10分钟） 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- 5 是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图, 图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制，在一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一。 

将数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图和开关电路法产生2ASK信号的原理图对照起来讲。

5

图 6 –5 数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图

图 6- 5 数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图

二进制移频键控信号的时间波形如图6 -6所示：（0.2学时，10分钟）

cabaks(t)s(t)1011001ttt

2FSK信号dtetftg

t图 6- 6 二进制移频键控信号的时间波形

提问：2FSK信号与FM信号有何区别?

学生回答后总结：FM信号的载波随基带信号连续变化，2FSK

6

信号的载波随基带信号在f1和f2之间离散变化。

小结： 在画波形时，可以用f1表示 “1” ，用f2表示 “0”； 也可以用f1表示 “0” ，用f2表示 “1”，但f1和f2不

能相等。

下面我们由波形图推导表达式：（0.1学时，5分钟）

图6-6中波形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)= [∑an g(t-nTs)]cos(ω1t+φ)+ [∑bn g(t-nTs)]cos(ω2t+θ)

an=

发送概率为P

0,

1, 发送概率为1-P

 发送概率为1-P0,

bn=

 1, 发送概率为P

由图 6 - 6 可看出，bn是an的反码，即若an=1，则bn=0， 若an=0，则bn=1，φn和θn分别代表第n个信号码元的初始相位。在二进制移频键控信号中，φn和θn不携带信息，通常可令φn和θn为零。因此，二进制移频键控信号的时域表达式可简化为

e2FSK(t)= [∑an g(t-nTs)]cosω1t+ [∑bn g(t-nTs)]cosω2t

下面我们分析一下2FSK的解调原理。（0.4学时，20分钟） 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。 采用非相干解调和相干解调两种方法的原理图如图6 - 7 所示。 其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号，分别进行解调，通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号。非相干解调过程的时间波形如



7

6 - 8 所示。

图 6–7 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 图 6-82FSK非相干解调过程的时间波形

图 6 - 8 2FSK非相干解调过程的时间波形

8

图

提问：图中的抽样判决器是什么作用？

答：抽样判决器是将上下两路信号的抽样值进行比较，从而判断是“0”

还是’1”

思考题：2FSK信号相干解调过程的时间波形如何画？

小 结（0.1学时，5分钟）

一 2ASK波形图的画法及其调制解调的原理。

画2ASK波形时，“1”对应载波出现，“0”对应载波不出现。

二 2FSK波形图的画法及其调制解调的原理。

画2FSK波形时，“1”对应频率为f1的载波出现，“0”对应频

率为f2的载波出现或“0”对应频率为f1的载波出现，“1”对应频率为f2的载波出现。

2FSK解调方法

相干解调

乘法器

2ASK调制方法

开关电路 非相干解调

2ASK解调方法

相干解调

模拟调频器

2FSK调制方法

开关电路 非相干解调

作业：P184 习题 6-1、6-2、6-3 思考题 1，2，3，5，6

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参考书目： 《通信原理辅导》 张辉等编著 西安电子科技大学出版社

《通信原理辅导》 苏志平编著 辽宁师范大学出版社

板式设计

主板 副板

引言

二进制振幅键控（2ASK）

2ASK表达式的推导 以10110为例推导基带信号的表达式 2ASK的调制原理

乘法器和开关电路法

2ASK的波形图的画法 分析2ASK信号和AM信号的区别 2ASK的解调原理

非相干解调和相干解调 以收音机为例分析解调器中BPF的作用 非相干解调的波形图 二进制振幅键控（2FSK） 2FSK的定义 2FSK的调制原理

模拟调频法和数字键控法

2FSK的波形图的画法 分析2FSK信号和FM信号的区别 2FSK表达式的推导 2FSK的解调原理

非相干解调和相干解调 分析解调器中BPF1和BPF2的作用 非相干解调的波形图 小结

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