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。(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m¹0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。(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。(2PSK)2PSK信号的表达式: 在2PSK中,通常用初始相位0和p分别表示二进制“1”和“0”。因此,2PSK信号的时域表达式为 式中,jn表示第n个符号的绝对相位: 因此,上式可以改写为 由于两种码元的波形相同,极性相反,故2PSK信号可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘: 式中 这里,g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲,而an的统计特性为 即发送二进制符号“0”时(an取+1),e2PSK(t)取0相位;发送二进制符号“1”时(an取-1),e2PSK(t)取p相位。这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式,称为二进制绝对相移方式。典型波形2PSK信号的调制器原理方框图模拟调制的方法键控法2PSK信号的解调器原理方框图和波形图: 波形图中,假设相干载波的基准相位与2PSK信号