数字信号解调的基本原理

7．3 数字信号解调的基本原理（简介）

7．3．1 2ASK信号的解调

2ASK信号有两种基本的解调方法，即非相干解调（包络检波法）与相干解调（同步检测法）。 简单地说，非相干解调是指接收端不需要恢复载波信号即可实现解调的方法；相干解调法则是在接收端必须恢复与发送端一致的载波才能实现解调的方法。 1．2ASK信号的非相干解调

2ASK非相干解调方框图如图7-29所示。

图7-29 2ASK非相干解调方框图

带通滤波器的作用是使2ASK信号完整地通过，经包络检波器后，输出其包络。低通滤波器（LPF）的作用是滤除高频杂波，使基带信号（包络）通过。抽样判决器包括抽样、判决及码元形成，经抽样、判决后将码元再生，即可恢复出数字序列。定时抽样脉冲（位同步信号）是很窄的脉冲，通常位于每个码元的中央位置，其重复周期等于码元的宽度。

2． 2ASK信号的相干解调

2ASK相干解调方框图如图7-30所示。

图7-30 2ASK相干解调方框图

相干解调就是同步解调，要求接收机产生一个与发送载波同频、同相的本地载波信号，称其为同步载波或相干载波。

设输入信号为x(t)＝s(t)cos(ctc)，本地载波为Acos(1t1)，则乘法器输出 y1(t)＝s(t)cos(ctc) Acos(1t1) ＝0.5As(t)cos[(c1)t(c1)]＋

0.5As(t)cos[(c1)t(c1)] （7-16） 低通滤波器输出

y1(t)＝0.5Aks(t)cos[(c1)t(c1)] （7-17） 式中，k为低通滤波器传输系数。

根据相干解调的定义，本地载波应与发送端载波同频、同相，即式（7-17）中，c1＝０，c1＝０，最终输出

..

.

y(t)＝0.5Aks(t) （7-18） 采用同步检波法，接收端必须提供一个与2ASK信号载波保持同频、同相的相干振荡信号，可以通过窄带滤波器或锁相环来提取同步载波。显然，提取本地载波会导致设备复杂、实现困难。

对于2ASK信号，通常使用包络检波法。包络检波法具有设备简单、稳定性好、可靠性高、价格便宜等优点。

7．3．2 2FSK信号的解调

2FSK信号同样有两种基本的解调方法，即非相干解调（包络检波法）与相干解调（同步检测法）。但是，由于从FSK信号中提取载波较困难，目前多采用非相干解调的方法，如鉴频法、分路滤波包络检波法、过零点检测法等。 1．分路滤波包络检波法

分路滤波包络检波法方框图如图7-31所示。 图7-31 分路滤波包络检波法方框图

当频移宽度较大时，可把2FSK信号看成是两个幅移键控信号的叠加，此时，利用两个中心频率为f1；f2的带通滤波器将两路分别代表1码和0码的信号进行分离，经包络检波器后分别取出它们的包络。抽样判决器起比较器作用，把两路包络信号同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。

若上、下支路的抽样值分别用y1、y2表示，则当y1≥y2时，判决输出1码：当y1＜

y2时．判决输出0码。

分路滤波包络检波法方框图各点波形如图7-32所示。

..

图7-32 分路滤波包络检测法各点波形

.

分路滤波包络检波法的缺点是频带利用率低，但实现比较容易，主要用于解调相位不连续的FSK信号。

2．过零点检测法

过零点检测法的基本思想是：2FSK信号的过零数随不同的载波而异，即频率高则过零点数目多，频率低则过零点数目少，因此通过检测过零点数目可以判断载波的异同。过零点检测法方框图如图7-33所示。

图7-33 过零点检测法方框图

将FSK信号经限幅、微分、整流得到与频率变化相应的单极性脉冲序列（该序列代表调频波的过零点数），然后经脉冲形成电路形成一定宽度的脉冲，经低通滤波器形成相应的数字信号，实现过零检测，各点波形如图7-34所示。

过零点检测法广泛应用于数字调频系统中，可用于解调相位连续或相位离散的FSK信号。

图7-34 过零点检测法各点波形

..

.

7．3．3 相移键控的解调

对于调相信号，相位本身携带信息，在识别它们时必须依据相位，因此，必须使用相干解调法。

1． 绝对调相的解调

绝对调相解调原理框图如图7-35所示。

图7-35 2PSK解调原理框图

二进制绝对调相解调框图各点波形如图7-36所示。

2PSK信号相干解调的过程实际上是输入已调信号与本地载波信号进行极性比较的过程，故常称为极性比较法解调。

在2PSK解调中，关键是恢复发送端的载波信号。通常的方法是倍频一分频法，如图7-37所示。首先，对2PSK信号进行全波整流，实现倍频，产生频率为2fC的谐波；然后通过滤波器输出2fC分量；最后经过二分频取得频率为fC的本地相干载波，各点波形如图7-38所示。

由于2PSK信号是以一个固定初相的未调载波为参考的，因此，解调时必须有与此同频、同相的本地同步载波。从上面的分析可知，频率为fC的本地相干载波的相位由于干扰、同步误差等原因，存在相位模糊问题，即其相位是不确定的。如果本地相干载波的相位倒相（比较图7-38④、⑤），即0相位变为π相位或π相位变为0相位，则会造成0判断为1、1判断为0的判断错误。这种因为本地参考载波倒相，而在接收端发生错误恢复的现象称为“反向工作”现象。因此，绝对调相的严重缺点是容易产生相位模糊，造成反向工作情况，实际应用中使用少。 图7-36 2PSK解调各点波形图

..

.

图7-37 倍频－分频法框图

图7-38 倍频一分频法各点波形图

解决绝对调相严重缺点的方法是采用相对调相。 2．相对调相的解调

2 DPSK信号的解调有两种方式，一种是极性比较法解调，另一种是相位比较法解调。 极性比较法解调实际上是间接产生法相对调相的反过程，即先按绝对调相接收，把2DPSK信号解调为相对码基带信号，然后经过码变换器将相对码变换为绝对码。极性比较法解调方框图如图7-39所示。

图7-39 极性比较法解调方框图

图7-40说明了极性比较法解调的过程和DPSK是如何克服反向工作的。①、②、③、④是载波未发生倒相时的解调波形，而①、⑤、⑥、④是载波发生倒相时的解调波形。可以看到，无论本地载波是否发生倒相，最终的解调输出都是发送端发送的基带信号，这是因为要经过码变换器的缘故。在码变换器中，按照式bnanbn1、式anbnbn1进行码变换。

..

.

图7-40 2DPSK解调各点波形图

相位比较法解调直接使用相位比较器比较前、后码元载波的相位差而实现解调，故又称差分相干解调法。相位比较法解调方框图如图7-41所示。

图7-41 相位比较法解调方框图

相位比较法不需要相干载波发生器，设备简单、实用，但需要精确的延时电路。延时电路的输出起着参考载波的作用，乘法器起着相位比较（鉴相）的作用。相位比较法各点波形如图7-42所示。

..

..

.

图7-42 相位比较法各点波形