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视频课程教案、知识点、字幕

同学们好

今天我们来介绍

二进制频移键控2FSK的基本原理

二进制频移键控

也称为二进制数字频率调制

它是一种出现较早的频率调制方式

由于2FSK信号幅度不变

因此它的抗衰落

和抗噪声性能均优于2ASK

被广泛用于中 低速数字传输系统中

首先来看数学描述

2FSK是利用载波的频率

来传送数字信号

即用所传数字信号来控制载波的频率

发送“1”码对应于载频f1

发送“0”码对应于载频f2

而且两个频率之间的改变

是瞬时完成的

因此

2FSK的数学描述可以表示为它

那么如何产生呢

来看调制方法

2FSK可以用模拟调频法来实现

也可以用键控法来实现

模拟调频法是利用一个矩形脉冲序列

对载波进行调频

2FSK键控法利用矩形脉冲序列

控制开关电路

对两个不同的频率振荡器进行选通

键控法转换速度快 波形好

稳定度高且易于实现

故应用广泛

分别画出逻辑序列对应的基带信号

和2ASK信号

图中“1”的载波频率

是码元速率的2倍

所以一个码元周期内

是2个周期的正弦信号

“0”的载波频率是码元速率的4倍

所以一个码元周期内是

4个周期的正弦信号

根据2FSK的产生原理

已调信号的波形和表达式

还可以分解成这样上下两个支路

由此2FSK信号可看作

两路载频不同的

2ASK信号的线性组合

已调信号还可以表示成这样

其中

a(t)为

单极性NRZ矩形脉冲序列

这是a(t)的取反

相应的

它也是an的取反

那么

2FSK的产生

或者调制也可以是这样的电路来实现

一路以a(t)为基带信号

f1为载频

一路以a(t)的取反为基带信号

f2为载频

然后两个2ASK信号

相加合成为一个2FSK信号

在接收端

2FSK信号解调的方法主要有

包络检波法 相干检测法

过零点检测法和差分检测法4种

先看包络检波法

它可视为由两路

2ASK解调电路组成

包括带通滤波器

包络检波器和抽样判决器

带通滤波器1和2的带宽相同

皆为相应的2ASK信号带宽

等于2fb

但中心频率不同

分别为f1和f2

因此可以分开

上下支路的2ASK信号

包络检波器由半波或全波整流器

和低通滤波器组成

分别输出它们的包络

抽样判决器起到比较的作用

把两路包络信号同时送到

抽样判决器进行比较

从而判决输出基带信号

判决准则为

上支路的抽样值

大于下支路的抽样值时

判为1

否则

判为0

相干解调法

有时也称为同步检测法

看原理框图

解调器由相乘器和低通滤波器组成

两个带通滤波器的作用

与包络检波法的相同

它们的输出分别于

对应的同步相干载波相乘

再分别经低通滤波器滤除二次谐波

取出含基带信号的低频信号

抽样判决器在抽样脉冲到来时刻

对两个低频信号的

抽样值进行比较判决

进而还原出数字基带信号

判决规则和包络检波法一致

来看第三种解调方法

过零检测法

单位时间内信号经过零点次数多少

可以用来衡量信号频率的高低

2FSK信号的过零点数与载频有关

故检测出过零点数

就可以得到相干频率的差异

这就是它的原理

原理图和各点波形如图所示

2FSK信号经放大限幅后

产生矩形脉冲序列

经过微分和全波整流形成与

频率变化相应的尖脉冲序列

这个序列就代表着过零点数

尖脉冲触发宽脉冲发生器

变换成具有一定宽度的矩形波

该矩形波的直流分量代表着信号频率

脉冲越密

直流分量越大

反映输入信号的频率越高

经过低通滤波器

就得到直流分量

这样就完成了频率到幅度的变换

进而再根据直流分量幅度上的区别

还原出数字信号1和0

这是差分检测2FSK信号的原理框图

与相干检测框图很相似

输入信号经带通滤波器滤除带外噪声后

一路直接送乘法器

一路经过时延送乘入法器

相乘后

再经低通滤波器滤除高频分量

即可抽样判决恢复出基带信号

发“1”对应于载频ω1

可以等于中心频率减去角频偏

发“0”对应于载频ω2

可以等于中心频率加上角频偏

故2FSK信号

也可以表示为下面的式子

角频偏小于0

为1码

角频偏大于0

为0码

则可以写出乘法器输入

y(t)和它的延迟信号

两者相乘输出z(t)

根据三角公式

得出一个和频

一个差频

其中和频项

即二次谐波项

经过低通滤波器滤除

剩下差频项

即低通滤波器的输出x(t)

x(t)与t无关

且是角频偏的函数

合理地选择时延

令这一项等于二分之一π

角频偏远远小于中心频率

则x(t)约等于

负的二分之一A的平方

乘以角频偏和延时

根据角频偏的极性不同

x(t)有不同的极性

由此可以根据采样值的正负

恢复逻辑序列

采样值为正

输出1

采样值为负

输出0

最后

来分析2FSK信号的功率谱和带宽

一个2FSK信号可视为

两个2ASK信号的合成

因此

2FSK信号的功率谱为

两个2ASK信号的功率谱之和

根据2ASK信号功率谱的表达式

可以写出2FSK信号功率谱表达式

并考虑到

基带信号a(t)和它的取反

在0 1等概情况下

功率谱密度函数都为这个式子

带入上式

得到2FSK信号的双边

和单边功率谱表达式

进一步

画出2FSK信号的功率谱图形

可以看出

(1)2FSK信号的功率谱由

连续谱和离散谱组成

其中连续谱由两个双边谱叠加而成

离散谱出现在两个载频位置上

这表明2FSK信号中含有载频分量

(2)连续谱的形状随两个载频

频率差值的大小而变化

将出现双峰 单峰和马鞍等形状

(3)2FSK信号的带宽为

频差的绝对值

加上2倍的基带信号带宽

也可以用后面两个公式计算

fD是频偏

D是偏移率或频移指数

其中2FSK信号带宽典型值为

4倍的基带信号带宽

相应的频带利用率的计算公式如下

用码元速率除以带宽

通常为四分之一

只为2ASK系统的一半

所以有效性没有2ASK好

但是可靠性高

抗干扰能力强

同学们

今天我们学习了

2FSK信号的基本原理

从信号的时频域描述

调制和解调方法

功率谱特性三个方面进行了讲解

都听懂了吗

谢谢大家

通信原理课程列表:

第一章 绪论

-1.1 通信系统的基本概念

--视频

--习题

-1.2 通信系统的组成

--视频

--习题

-1.3 信息及其度量

--视频

--习题

-1.4 通信系统的主要性能指标

--视频

--习题

-讨论题:分析比较模拟通信和数字通信的各自有缺点和应用场景。

-课程思政

--“如盐入味”,清华课程思政正在进行ing…

-教学PPT

-课程使用教材

--教材介绍

-讨论题:调制的作用是什么,信号传输都需要调制吗?

第二章 信道分析

-2.1 信道的基本概念

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--习题

-2.2 恒参信道分析

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--习题

-2.3 随参信道及其对所传信号的影响

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--习题

-2.4 随机过程基础

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--习题

-2.5 平稳随机过程

--视频

--习题

-2.6 白噪声

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--习题

-2.7 高斯噪声

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--习题

-2.8 信号系统与噪声的关系

--视频

--习题

-2.9 信道容量的概念

--视频

--习题

-2.10 m序列的产生

--视频

--习题

-2.11 m序列的性质

--视频

--习题

-讨论题:结合实际生活或者工程实践,谈一下香农定理的意义所在。

-课程思政

--教育部关于印发《高等学校课程思政建设指导纲要》的通知

-教学PPT

-讨论题:为什么我们通常假设信道的加性噪声是高斯白噪声。

第三章 模拟调制系统

-3.1 常规双边带调幅

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--习题

-3.2 抑制载波的双边带调制

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--习题

-3.3 单边带调制

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--习题

-3.4 残留边带调制

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--习题

-3.5 线性系统的抗噪声性能

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--习题

-3.6 角度调制的基本概念

--视频

--习题

-3.7 频率调制FM

--视频

--习题

-讨论题:分析FM和PM的内在联系。

-课程思政

--教育部印发纲要 所有高校全面推进课程思政建设

-教学PPT

-讨论题:SSB和VSB有何差异,有何联系?

第四章 数字基带传输系统

-4.1 数字基带信号的常用码型

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--习题

-4.2 数字基带信号的频谱特性

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--习题

-4.3 数字基带传输系统

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--习题

-4.4 无码间串扰的基本思想

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--习题

-4.5 无码间串扰的基带传输系统

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--习题

-4.6 数字基带传输系统的性能分析

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--习题

-4.7 眼图

--视频

--习题

-讨论题:改善基带传输系统的性能有哪些?

-课程思政

--上海交通大学积极推进课程思政建设

-教学PPT

-讨论题:HDB3码的频谱有什么特点?

第五章 数字频带传输系统

-5.1 2ASK的基本原理

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--习题

-5.2 2ASK的抗噪声性能分析

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--习题

-5.3 2FSK的基本原理

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--习题

-5.4 2FSK的抗噪声性能分析

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--习题

-5.5 2PSK的基本原理和抗噪声性能

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--习题

-5.6 2DPSK的基本原理和抗噪声性能

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--习题

-5.7 二进制数字调制系统的性能比较

--视频

--习题

-讨论题:比较DPSK与PSK的优缺点。

-课程思政

--浙江大学多措并举推进课程思政建设

-教学PPT

-讨论题:2FSK信号的频谱的波峰有什么特点,与什么因素有关?

第六章 数字信号最佳接收

-6.1 假设检验模型

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--习题

-6.2 错误概率最小准则

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--习题

-6.3 二元确知信号的最佳接收机结构

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--习题

-6.4 匹配滤波器原理

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--习题

-6.5 匹配滤波器性质及应用

--习题

--视频

-讨论题:分析最佳接收机与实际接收机的差异。

-课程思政

--兰州大学“五抓五促”推进课程思政建设

-教学PPT

-讨论题:说明匹配滤波器中“匹配”的物理含义。

第七章 信源编码

-7.1 低通抽样定理

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--习题

-7.2 量化的基本概念和均匀量化

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--习题

-7.3 非均匀量化

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--习题

-7.4 13折线法的码位安排

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--习题

-7.5 简单增量调制

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--习题

-7.6 改进型增量调制

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--习题

-7.7 时分复用和多路数字电话系统

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--习题

-7.8 哈夫曼编码

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--习题

-讨论题:分析13折线法与A率压缩特性的关系。

-课程思政

--树立正确人才观 构建成电特色的人才发展治理体系

-教学PPT

-讨论题:分析非均匀量化的好处和存在的问题。

第八章 信道编码

-8.1 信道编码基础

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--习题

-8.2 分类和工作方式

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--习题

-8.3 常用简单分组码

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--习题

-8.4 线性分组码的基本概念

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--习题

-8.5 线性分组码的矩阵描述

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--习题

-8.6 循环码的基本概念

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--习题

-8.7 循环码的矩阵描述

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--习题

-8.8 循环码代数形式的编译码

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--习题

-讨论题:循环码的编码方法分析比较。

-课程思政

--坚持突出“三个注重” 深化课程思政建设

-教学PPT

-讨论题:奇偶校验法的优点和存在的问题。

第九章 同步系统

-9.1 同步的定义与分类

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--习题

-9.2 载波同步

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--习题

-9.3 载波同步的性能分析

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--习题

-9.4 位同步

--习题

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-9.5 位同步的性能分析

--习题

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-9.6 群同步

--习题

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-9.7 群同步的性能分析

--习题

--视频

-讨论题:分析通信系统同步的重要性。

-课程思政

--连通课程思政的“最后一公里”

-教学PPT

-讨论题:分析一下位同步和群同步的关系。

视频笔记与讨论

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