第 7 章 数字频带传输系统

第2章信道与噪声

数字频带传输系统

第7章

7.27.17.4

7.3引 言二进制数字调制原理多进制数字调制原理新型数字调制技术目录

7.1引 言

•实现数字调制有两种方法：

① 利用模拟调制的方法；

② 利用开关键控载波。

•三种基本的数字键控方式：

振幅键控（Amplitude Shift Keying，ASK）频移键控（Frequency Shift Keying，FSK）相移键控（Phase Shift Keying，PSK）

7.2

二进制数字调制原理

1．二进制幅度键控原理

•幅度键控是指载波幅度受二进制单极性不归零（NRZ）信号控制，而其频率和初始相位保持不变。

•假设二进制数字基带信号序列{a n}由“0”和“1”组成，其中发送数字信号“1”的概率为p，则发送数字信号“0”的概率为1－p，

且统计独立。

•则数字基带信号的表达式为

1．二进制幅度键控原理

•a n为第n个码元的电平取值，若取

•g(t)为持续时间为T s的基带脉冲波形，通常假设为矩形脉冲，则已调信号（即2ASK信号）的表达式为

1．二进制幅度键控原理2ASK信号波形

1．二进制幅度键控原理2ASK信号产生的方式

2．2ASK信号的解调

3．2ASK信号的功率谱密度

2ASK信号的功率谱密度

3．2ASK信号的功率谱密度

（1）2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。其中，连续谱取决于数字基带信号s(t)经线性调制后的双边带谱，而离散谱则由载波分量确定。

（2）如同双边带调制一样，2ASK信号的带宽B ASK是数字基带信号带宽（B=f s）的两倍

（3）因为系统的传码率R s=1/T s=f s（Baud），故2ASK系统的频带利

用率为

1．二进制频移键控原理

仍假设数字基带信号s(t)的表达式为

2FSK信号的表达式为

当在一个码元周期T s内对2FSK信号进行观察，其观察值为

1．二进制频移键控原理2FSK信号产生的方式

2．2FSK信号的解调

3．2FSK信号的功率谱密度

对于相位不连续的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

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：

3．2FSK信号的功率谱密度2FSK信号的功率谱密度

3．2FSK信号的功率谱密度

（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。（2）连续谱的形状随着两个载频之差的大小而变化，若|f1-f2|f s，则出现双峰。（3）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

1．二进制相移原理

2PSK信号的时域表达式为

1．二进制相移原理

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：

1．二进制相移原理2PSK信号波形

1．二进制相移原理

2PSK信号产生的方式信号波形

2．2FSK信号的解调

2PSK信号的相干解调原理

含有锁相环的平方电路相干载波提取

3．2PSK信号的功率谱密度

2PSK信号的功率谱密度曲线

1．二进制差分相移键控的原理

Δ 通常定义为当前载波的起始相位与前一码元载波的起始相位差，若信息符号与Δ 之间的关系为

1．二进制差分相移键控的原理2DPSK信号产生的原理

2．2DPSK信号的解调

信号的相干解调原理

2DPSK差分相干解调原理框图

7.2.5 二进制数字调制系统的性能比较

1．传输带宽和频带利用率

•假设基带信号的码元宽度为T s，则基带信号的带宽近似为1/T s，由前面的讲述可知，2ASK系统、 2PSK系统和2DPSK系统的带宽均

为2/T s，即为基带信号带宽的二倍。

•频带利用率为

2．误码率

• 二进制数字调制系统误码率公式

•各种二进制数字调制系统的误码率曲线

7.3

多进制数字调制原理

•M进制调制信号的数学表达式为

•b n为第n个码元的电平取值

•多进制幅度键控：用M个离散电平值去控制载波幅度的过程，因此又称作多电平调幅。

•其数学表达式为

多进制幅度键控系统的频带利用率η的计算公式为

多进制幅度键控系统的频带利用率η的计算公式为

4PSK正交调制原理

4PSK相干解调原理

7.3.3 多进制相移键控4PSK系统的相位

7.4

新型数字调制技术

信号星座图

在星座图中，点与原点间距离越大，其物理意义意味着信号能量越大；

相邻两个点的距离越大，其物理意义代表信号抗干扰能力越强。

8ASK、8PSK、16PSK系统的星座图

•当两个信号点的距离越近时，其信号波形就越接近，也就越容易受到噪声的干扰而造成误判。

•为了增加两信号点的距离，可以采用增加发射功率的方法，即增加圆周半径。

四种QAM的星座图

四种QAM的星座图

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