数字信号的频带传输 07

2B 2A S
K
c

图 7-7 2ASK信号的功率谱
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7.2 数字振幅调制
功率谱分析：
（1）2ASK信号的功率谱密度 Pe(f)由连续谱和离散谱两部
分组成。其由相应的单极性数字基带信号功率谱密度Ps(f)形
状不变地平移至±fc处形成的。 （2）2ASK信号的带宽B2ASK 是单极性数字基带信号 Bg的两倍。 当数字基带信号的基本脉冲是矩形不归零脉冲时，Bg=1/Tb。 于是 2ASK信号的带宽为
－E2
图 7-6 2ASK信号的实现方法
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7.2 数字振幅调制
2. 2ASK信号的功率谱及带宽
若用 G(f)表示二进制序列中一个宽度为 Tb 、高度为 1 的 门函数 g(t)所对应的频谱函数， Ps(f)为 s(t)的功率谱密度，
Pe(f)为已调信号e(t)的功率谱密度，则有
第七章 数字信号的频带传输
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主要内容
7.1 引言
7.2 数字振幅调制 7.3 数字频率调制 7.4 数字相位调制 7.5 数字调制系统性能比较 *7.6 现代数字调制技术
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7.1 引 言
1、为什么选取数字调制系统？
对于大多数的数字传输系统来说，由于数字基带信号往往 具有丰富的低频成分，而实际的通信信道又具有带通特性，因 此，必须用数字信号来调制某一较高频率的正弦或脉冲载波， 使已调信号能通过带限信道传输。
B2 ASK 2 Bg 2 2 fb Tb
(7- 6)
因为系统的传码率RB=1/Tb(Baud)，故2ASK系统的频带利用率为
fb 1 rB (1 Tb ) (2 Tb ) (Baud / Hz ) 2 fb 2
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(7- 7)
7.2 数字振幅调制
2ASK的特点： （1）频带利用率低，即在给定信道带宽的条件 下，它的单位频带内所能传送的数码率较低。为了 提高频带利用率，可以用单边带调幅，由于具体技 术的限制，要实现理想的单边带调幅是极为困难的。 因此，实际上广泛应用的是残留边带调制，其频带 利用率略低于 1Baud/Hz。 （2）2ASK信号的主要优点是易于实现，其缺点 是抗干扰能力不强，主要应用在低速数据传输中。
对于振幅键控这样的线性调制来说，在二进制里，2ASK是 利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续 的载波，使载波时断时续地输出。有载波输出时表示发送“1”， 无载波输出时表示发送“0”。
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7.2 数字振幅调制
根据线性调制的原理，一个二进制的振幅键控信号可以表示成
1 Pe ( f ) [ Ps ( f f c ) Ps ( f f c )] 4
2ASK信号功率谱示意图如图 7-7 所示。
（7-5）
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7.2 数字振幅调制
G( )
(a)
O Ps( )

(b)
O
2Bg

P2 AS K( ) (c)
－ c
O
yi(t) 带 通 滤波器 y(t) z(t) 低 通 x(t) 滤波器 抽 样 判决器
s(t )
cos ct
定时脉冲
图 7-9 2ASK信号的相干解调
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7.2 数字振幅调制
包络解调时2ASK系统的误码率分析：
设信号的幅度为A，信道中存在着高斯白噪声，当带通滤波 器恰好让ASK信号通过时，因为发“1”时包络的一维概率密度函 数为莱斯分布， 其主要能量集中在“1”附近，而发“0”时包络 的一维概率密度函数为瑞利分布，信号能量主要集中在“0”附近， 但是这两种分布在A/2附近产生重叠。若发“1”的概率为P(1)， 发“0”的概率为P(0)，并且当 P(0)=P(1)=1/2时，取样判决器的 判决门限电平取为A/2，当包络的抽样值>A/2时，判为“1”； 抽 样值≤A/2时， 判为“0”。 发“1”错判为“0”的概率为P(0/1), 发“0”错判为“1”的概率为P(1/0)，则系统的总误码率为
2、什么叫数字调制与数字解调、频带传输系统？
数字调制：用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变 换为频带数字信号的过程。
数字解调：已调信号通过信道传输到接收端，在接收端通过解 调器把频带数字信号还原成基带数字信号的反变换。 频带传输系统：包括数字调制和数字解调过程的传输系统。
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7.2 数字振幅调制
若令
则式(7-1)变为
s(t ) an g (t nTs )
n
(7- 3)
eo (t ) s(t ) cos ct
s(t) 相乘器 e(t)
(7- 4)
an
基带信 号 形 成 器
带 通 滤波器 2ASK信号
cos ct
图 7-2 数字线性调制方框图
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7.1 引 言
5、数字调制类型的分类
（1）数字调制可分为二进制调制和多进制调制两种。 （2）根据已调信号的结构形式可分为线性调制和非线性调制两 种。 （3）数字调制方式分为调幅、调频和调相三种基本形式。
6、频带传输系统的组成结构
an 原始数字 序列 基带信 号 形 成 器 s(t) 键控器 载波信 号 信 道 数字调制 信号 噪 声 接 收 滤波器 解调器
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1.MASK信号的波形及表示式
一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦型载波的相乘，即
e0 (t ) an g (t nTs ) cos ct n
为二进制数字。
(7-1)
式中,g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲，ωc为载波频率，an
1, an 0,
出现概率为P 出现概率1 P
(7-2)
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7.2 数字振幅调制
(2) 最佳判决门限时，r一定，Pe相<Pe非，即信噪比一定
时，相干解调的误码率小于非相干解调的误码率； Pe 一定时，
r相 <r非 ，即系统误码率一定时，相干解调比非相干解调对信
号的信噪比要求低。由此可见，相干解调 2ASK系统的抗噪
声性能优于非相干解调系统。这是由于相干解调利用了相干 载波与信号的相关性，起了增强信号抑制噪声作用的缘故。 (3) 相干解调需要插入相干载波，而非相干解调不需要。
由基带二进制信号变换而成)对载波进行调制，在接收端进行
相反的变换，这种过程就叫多进制数字调制与解调，或简称 为多进制数字调制。 分类：M进制振幅键控(MASK)、M进制频移键控(MFSK)以及M进 制相移键控(MPSK或MDPSK)
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与二进制数字调制系统相比，多进制数字调制系统特点：
基带脉冲输入
图 7-4 桥式调制器产生2ASK信号
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基带脉冲输 入 R1
V 载波振荡 R2
＋
～
－
Eb
图 7-5 简单的三极管调幅器
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周 期 方波 源 s(t) 基带信 号
＋E1
÷ N a b
&
c d 带通滤波 器 e e(t)
r 1 erfc 2 2
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（7-10）
7.2 数字振幅调制
当信噪比非常大时，系统的误码率可进一步近似为
1 Pe e πr
-
r 4
（7-11）
上式表明，随着输入信噪比的增加，系统的误码率将更迅 速地按指数规律下降。 2ASK信号包络非相干解调与相干解调相比较： (1) 相干解调比非相干解调容易设置最佳判决门限电平。 因为相干解调时最佳判决门限仅是信号幅度的函数，而非相干 解调时最佳判决门限是信号和噪声的函数。
(7- 9)
式中， r=A2/(2ς2n)为输入信噪比。由此可见，包络解调2ASK系 统的误码率随输入信噪比r的增大，近似地按指数规律下降。
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7.2 数字振幅调制
相干解调时2ASK系统的误码率分析： 考虑经过带通滤波器、乘法器以及低通滤波器以后，信号 和噪声均已检出并输入抽样判决器，无论是发送“1”还是“0”，
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3.2ASK信号的解调及系统误码率
2ASK信号的解调由振幅检波器完成，具体方法主要有两种：
包络解调法和相干解调法。
yi(t) 带 通 y(t) 滤波器 包 络 s(t) 检波器 低 通 v(t) 滤波器 抽 样 判决器
s(t )
定时脉冲
图 7-8 2ASK信号的包络解调
ˆ s (t )
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7.2 数字振幅调制
7.2.1 二进制数字振幅键控(2ASK)
1. 一般原理与实现方法
振幅键控(也称幅移键控)，记作ASK(Amplitude Shift Keying)，或称其为开关键控(通断键控)，记作OOK(On Off Keying)。二进制数字振幅键控通常记作2ASK。
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7.2 数字振幅调制
相干解调原理方框图如图 7-9 所示。解调原理：
z (t ) y (t ) cos ct s(t ) cos 2 ct 1 1 1 s(t ) [1 cos 2ct ] s(t ) s(t ) cos 2ct 2 2 2