通信原理第六版(樊昌信)第7章 数字带通传输系统.doc

通信原理
第7章数字带通传输系统
概述
数字调制:把数字基带信号变换为数字带通信号(已调信号)的过程。
数字带通传输系统:通常把包括调制和解调过程的数字传输系统。
数字调制技术有两种方法:
利用模拟调制的方法去实现数字式调制;
通过开关键控载波,通常称为键控法。
基本键控方式:振幅键控、频移键控、相移键控
振幅键控频移键控相移键控
数字调制可分为二进制调制和多进制调制。
二进制数字调制原理
二进制振幅键控(2ASK )
基本原理:
“通- 断键控(OOK)”信号表达式

波形
2ASK信号的一般表达式

其中

Ts - 码元持续时间;
g(t) - 持续时间为Ts 的基带脉冲波形,通常假设是高度为1 ,宽度等于Ts 的矩形脉冲;
an - 第N 个符号的电平取值,若取


则相应的2ASK 信号就是OOK 信号。
2ASK信号产生方法
模拟调制法(相乘器法)




键控法
2ASK信号解调方法
非相干解调( 包络检波法)
相干解调( 同步检测法)
非相干解调过程的时间波形
功率谱密度
2ASK 信号可以表示成

式中 s(t) -二进制单极性随机矩形脉冲序列
设:Ps (f) - s(t) 的功率谱密度
P2ASK (f) - 2ASK 信号的功率谱密度
则由上式可得

由上式可见,2ASK 信号的功率谱是基带信号功率谱Ps (f) 的线性搬移(属线性调制)。
知道了Ps (f) 即可确定P2ASK (f) 。
,单极性的随机脉冲序列功率谱的一般表达式为
式中 fs = 1/Ts
G(f) - 单个基带信号码元g(t)的频谱函数。
对于全占空矩形脉冲序列,根据矩形波形g(t)的频谱特点,对于所有的m ¹ 0的整数,有
,故上式可简化为
将其代入
得到
当概率P =1/2时,并考虑到
则2ASK信号的功率谱密度为
其曲线如下图所示。
2ASK信号的功率谱密度示意图
从以上分析及上图可以看出:
2ASK 信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成;连续谱取决于g(t) 经线性调制后的双边带谱,而离散谱由载波分量确定。
2ASK 信号的带宽是基带信号带宽的两倍,若只计谱的主瓣(第一个谱零点位置),则有

式中 fs = 1/Ts
即,2ASK 信号的传输带宽是码元速率的两倍。
二进制频移键控(2FSK)
基本原理
表达式:在2FSK 中,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。故其表达式为


典型波形:
由图可见,2FSK 信号的波形(a)可以分解为波形(b)和波形(c),也就是说,一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。因此,2FSK信号的时域表达式又可写成
式中 g(t) - 单个矩形脉冲,
Ts - 脉冲持续时间;
jn 和qn分别是第n个信号码元(1或0)的初始相位,通常可令其为零。因此,2FSK信号的表达式可简化为
式中
2FSK 信号的产生方法
采用模拟调频电路来实现:信号在相邻码元之间的相位是连续变化的。
采用键控法来实现:相邻码元之间的相位不一定连续。
2FSK信号的解调方法
非相干解调
相干解调
其他解调方法:比如鉴频法、差分检测法、过零检测法等。下图给出了过零检测法的原理方框图及各点时间波形。
功率谱密度
对相位不连续的2FSK 信号,可以看成由两个不同载频的2ASK 信号的叠加,它可以表示为

其中,s1(t) 和s2(t) 为两路二进制基带信号。
据2ASK 信号功率谱密度的表示式,不难写出这种2FSK 信号的功率谱密度的表示式:


令概率P = ½ ,只需将2ASK 信号频谱中的fc 分别替换为f1 和f2 ,然后代入上式,即可得到下式:

其曲线如下:
由上图可以看出:
相位不连续2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。其中,连续谱由两个中心位于f1和f2处的双边谱叠加而成,离散谱位于两个载频f1和f2处;
连续谱的形状随着两个载频之差的大小而变化,若| f1 – f2 | < fs,连续谱在 fc 处出现单峰;若| f1 – f2 | > fs ,则出现双峰;
若以功率谱第一个零点之间的频率间隔计算2FSK信号的带宽,则其带宽近似为
其中,fs = 1/Ts为基带信号的带宽。图中的fc为两个载频的中心频率。
二进制相移键控(2PSK)
2PSK 信号的表达式:
在2PSK