第七章 数字信号的载波传输要点

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数字调制分类
(1) 根据控制载波波形参量不同，分为：
振幅键控（ASK） 用数字信号控制载波的振幅。 频率键控（FSK） 用数字信号控制载波的频率。 相位键控（PSK）
用数字信号控制载波的相位。
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(2) 根据已调信号频谱结构特点不同，分为： 线性调制(如ASK)
线性调制中已调信号的频谱结构与基带信号的频谱 结构相同，只不过搬移了一个频率位置，无新的频 率成分出现。 非线性调制（如FSK，PSK）
单从波形上看，2DPSK与2PSK是无法分辩的
相对相移本质上就是对差分码信号的绝对相移。 2DPSK信号的表达式与2PSK的形式应完全相同，所不同 的只是此时式中的f(t)表示的是差分码。即:
s2 DPSK (t ) s(t ) A cos 0t
s(t ) bn g (t nTB )
发送概率为P 发送概率为 1 P
Ps (f ) fS P(1 P) G(f ) (1 P)2 (f )
同理
P__ (f ) fS P(1 P) G(f )
S 2
P 2 (f )
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令0、1 等概，概率P=1/2，则有
Ts 2 FSK ( f ) {Sa2 [ ( f f1 )Ts ] Sa2 [ ( f f1 )Ts ] 16 Sa2 [ ( f f 2 )Ts ] Sa2 [ ( f f 2 )Ts ]} 1 [ ( f f1 ) ( f f1 ) ( f f 2 ) ( f f 2 )] 16
DPSK (t )
BPF
a
b
LPF
c
{bn }
抽样判决 定时抽样
差分译码
{an }
cos w0t
PSK解调器 bn＝ an b n-1 或 an＝ bn b n-1
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（2）另外还可采用差分相干解调法，其原理框图如下。 这种方法是通过比较前后码元的初相位来完成解 调的。
DPSK (t )
BPF
振荡器 f 2
K2
11
2FSK信号可以看成是两个不同载波的2ASK信号的叠加
12
ak a b c s(t ) s(t )
1
0
1
1
0
0
1
t t t
A cos 1t A cos 2 t
s(t)A cos 1t
d
t
e
t
f
s(t)Acos 2 t
2FSK信号 t
t
g
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假设二进制基带信号
“1 ”
1 s

2
(m fs ) ( f m fs )
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当f(t) 为0、1等概出现的单极性矩形脉冲
Ts 1 2 Sf ( f ) Sa (fTs ) ( f ) 4 4
2ASK功率谱为：
Ts ASK ( f ) {Sa2 [ ( f f 0 )Ts ] Sa2 [ ( f f 0 )Ts ]} 16 1 [ ( f f 0 ) ( f f 0 )] 16
双极性 不归零
PSK (t )
A cos w0t
DPSK产生原理：
an
差分编码
bn
极性变换
A cos w0t
DPSK (t )
BPF
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bn＝ an
b n-1 或 an＝ bn
b n-1
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与2PSK信号不同，2DPSK波形的同一相位并不对
应相同的数字信息符号，而前后码元的相对相位才唯 一确定信息符号
虽然码型变换及波形形成可使其频谱结构发生
某些变化，但分布的范围仍然在基带范围内。
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数字频带传输：将数字基带信号经过载波调制，把 频谱搬移到高频处在带通型信道（如各种无 线信道和光纤信道）中传输
数字调制 : 用数字基带信号去控制载波波形的某个 参量，使这个参量随基带信号的变化而变化 , 实际 是利用数字脉冲信号对载波进行开关形式的控制而 实现故称数字键控
第七章 数字信号的载波传输
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● —— 主要内容
§7.1 §7.2 §7.3 §7.4 §7.5 §7.6 §7.7
引言 二进制数字调制原理 二进制数字调制信号的频率特性 二进制数字调制系统的噪声性能 二进制数字信号的最佳接收 多进制数字调制系统 小结
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§7.1引言
数字基带传输系统,•是将信源发出的信息码 经码型变换及波形形成后直接传送至接收端。
—>
f1
“0” —>
f2
则2FSK的时域表达式为：
2FSK (t) y 1 (t) y 2 (t) s(t)A cos （1t n ) s(t)A cos( 2 t n ) an g(t nTs ) A cos 1t an g(t nTs ) A cos 2t n n A cos w1 t, "1" A cos w 2 t, "0"
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二、FSK信号的功率谱
2FSK可以看成由两个不同载波的2ASK信号的叠加， 其中一个频率为f1，另一个频率为f2。因此，相位不连 续的2FSK信号的功率谱密度可以近似表示成两个不同载 波的2ASK信号功率谱密度的叠加 2FSK时域表达式：
2FSK (t) s(t)cos （1t) s(t)cos( 2 t) an g(t nTs ) cos 1t an g(t nTs ) cos 2 t n n
0, an 1,
发送概率为P 发送概率为 1 P
1, an 0,
发送概率为P 发送概率为1 P
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3、PSK和DPSK信号(相位键控)
利用数字基带信号控制载波相位来传递信息
绝对调相：利用载波初始相位的绝对值直接表示数字信号 相位表示 如： “1”码用0相位表示；“0”码用
BPF
A cos w0t
ASK (t )
2、FSK信号（频率键控） 利用数字基带信号控制载波的频率来传输消息的一种调制 方式。
例如：“1”码用频率为f1 的载波来传输 “0”码用频率为f2 的载波来传输
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一种产生方法： 产生的FSK信号相位一般不连续
振荡器 f1
K1
f (t )
倒相器
FSK (t)
n
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二、二进制数字调制信号的解调
1、ASK信号解调
非相干解调(包络检波法)
包络检波器
e2ASK (t) a 带通 滤波器 b 全波 整流器 低通 滤波器 c d 抽样 判决器 输出 定时 脉冲
ASK非相干解调(包络检波法)原理框图
20
1
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
a
b
c
d
2ASK信号非相干解调过程的时间波形
A / 2， n 0时, "1" A x(t ) cos n 2 A / 2， n 时, "0"
抽样判决准则为： x>0 , 判为1 x<0 , 判为0
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DPSK解调：
（1）对于DPSK信号，可以先将其看作PSK信号进行解调， 得到{bn}。然后再进行差分译码，得到{an}
LPF 抽判
s(t )
} {an
cos 0t
解调器
定时脉冲
2PSK信号的解调原理图来自百度文库
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不考虑噪声时，带通滤波器输出可表示为：
y(t ) A cos(0t n )
A A z (t ) A cos( 0t n ) cos 0t cos n cos( 20t n ) 2 2
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可以得到2FSK功率谱：
1 1 P2FSK (f ) P (f f ) P (f f ) P (f f ) P (f f ) _ _ s 1 s 1 2 2 4 s s 4
s(t) an g(t nTs )
n
2
0, an 1,
0, an 1, 发送概率为P 发送概率为 1 P
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且相互独立。数字基带信号f(t)可表示为：
f (t ) an g (t nTs )
n
其中
1, g (t ) 0,
0 t Ts 其它
则2ASK信号可表示为 :
2ASK (t) f (t)A cos 0 t
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相干解调(同步检测法)
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
y(t)
e2ASK (t) 带通 滤波器
相乘器 cos t
0
低通 滤波器
输出 抽样 判决器 定时 脉冲
2ASK相干解调器原理框图
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e ASK (t)
cos c t
y(t)
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2、FSK信号解调 一路2FSK视为2路2ASK信号的合成
f0 － fs
f0
f0 ＋ fs
f0 +2 fs
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f
2ASK信号的功率谱密度示意图
结论：
二进制振幅键控信号的功率谱密度由离
散谱和连续谱两部分组成。离散谱由载 波分量确定，连续谱由基带信号波形g(t) 确定。
二进制振幅键控信号的带宽B2ASK是基带
信号波形带宽的两倍, 即B2ASK=2fs。
1 ASK ( f ) [ s f ( f f 0 ) s f ( f f 0 )] 4
sf(f)是二进制基带信号f(t)的功率谱，由下式可求得：
S f ( f ) f s P(1 P) G1 ( f ) G2 ( f ) f s2
2 2
m
PG (m f ) (1 P)G
其中 , an 与2ASK和2FSK时的不同，在2PSK 调制中，an 应选择 双极性 P 1, an 1, 1 P 相对调相（差分调相）：利用相邻码元载波相位的相对 变化(相位差)表示数字信号 如： “1”码用载波相位变化 来表示 “0”码用载波相位不变来表示

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PSK产生 原理： 极性变换
A cos 0 t, "1" 2PSK (t) A cos(0 t n ) A cos 0 t "0"
若用φn表示第n个符号的绝对相位，则有
1800 , n 0 0 , 发送符号“0” 发送符号“1”
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2PSK信号的时域表达式：
2PSK (t) f (t)Acos 0 t an g(t nTs ) Acos 0 t n
FSK (t )
BPF1 w1
LPF
cos w1t
定时抽样 BPF2 w2
抽样判决
LPF
cos w2t
x2 ( t )
还有鉴频法、过零检测法等其它解调方法
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3、PSK和DPSK信号解调
PSK 信号包络恒定,所以不能采用包络解调，只能采用 相干解调
2PSK
y(t )
z (t )
BPF
×
x(t )
n
an g(t nTs )A cos 0 t
A cos 0 t 0
传信号“1” 传信号“0”
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2ASK信号时间波形：
1 s(t ) f(t) T Ts b 载波信号 t 0 1 1 0 0 1
t
2 ASK信号 t
二进制振幅键控信号时间波型
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2ASK信号的产生原理
f (t )
非线性调制已调信号的频谱结构与基带信号的频谱 结构不同，有新的频率成分出现。
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§7.2二进制数字调制原理
一、二进制数字调制信号的产生
1、ASK信号（振幅键控） 利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去控制载波
幅度，使载波时断时续地输出，又称为通断健控（ OOK ）。
设发送的二进制符号序列由0、1序列组成
非相干解调法（包络检波法）
两个BPF带宽皆为相应的2ASK信号带宽（中心频率不同，分别为 f1、 f2 ），起分路作用，用以分开两路2ASK信号；
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。
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FSK 非相干解调的时域波形
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相干解调
x1 (t )
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Sf(f)
ASK信号的功率谱密度为：Sf(f)¼后->左移右移f0
2 2ASK的带宽B2ASK是基带信号波形带宽的两倍,即 B 2 f s Ts ASK ( f )
fc －f0 -2 fs － fs 0 －
fc － 0
fc fs － fc － 0 ＋ 0 +2 fs O
f0 -2 fs
y1 (t )
xi (t )
LPF
x (t )
抽样判决
{an }
Ts
y2 (t )
定时抽样
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差分相干接收工作原理:
判决规则为：x<0，判为1；x>0，判为0
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§7.3二进制数字调制信号的频率特性
一、ASK信号的功率谱
2ASK (t) f (t)cos 0 t
（不考虑振幅）
ASK信号功率谱：