数字信号的频带传输

第4章 数字信号的频带传输
4．1 数字调制与解调 4．2 频分多路复用 4．3 扩频技术
本章安排4次理论课，2次实验和1次习题课
2019/12/8
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第4章 数字信号的频带传输
前面我们已经学习了数字信号的基带传输，知道 数字基带信号具有丰富的低频成分，只适合在低通型 信道中传输（比如双绞线），但是在通信系统中实际 使用的信道多为带通型，例如各个频段的无线信道、 限定频率范围的同轴电缆等。为了使数字信号能在带 通信道中传输，必须采用数字调制方式。搬到频谱较 高的信道上进行传输。这就是我们今天要学习的数字 信号的频带传输。
相乘。我们知道二进制NRZ波形的频谱如书上P58图4-6（a）所 示，乘法器可以使信号的频谱搬移到载波的两边，因此可得到 ASK信号的频谱如图4-6(b)所示，从中可以得到一个重要的结 论：ASK信号的频带宽度是基带信号的2倍。
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4.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
4.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
2、2ASK调制与解调
(a)
开关
载波 发生器
S
e(t)
s(t)
(b()a)
1 图 40-4 AS1K波形1产生器0 框图0
（1） 产生 二进制振幅键控信号的产生方
法(调制方法)有两种，如图4-4所示。 其中，图（a）采用模拟调制方式的 ASK调制方法。相乘器将数字基带信 号（单极性NRZ码）和高频载波相 乘，得到ASK信号；图（b）采用数 字键控方法，由数字基带信号去控制 一个开关电路。当出现1码时开关S闭 合，有高频载波输出；出现0码时开 关S断开，无高频载波输出。
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4.1 数字调制与解调
4.1 数字调制与解调
和模拟调制相似，数字调制所用的载波一般也是连续的正 弦型信号，但调制信号则为数字基带信号。理论上讲，载波形 式可以是任意的（比如三角波、方波等），只要适合在带通信 道中传输即可。之所以在实际通信中多选用正弦型信号，是因 为它具有形式简单、便于产生和接收等特点。与模拟调制中的 幅度调制、频率调制和相位调制相对应，数字调制也分为三种 基本方式：幅度键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控 （PSK）。
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4.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
（2） 解调 和模拟常规调幅信号的解调一样，2ASK信号也有包络检波
和相干解调两种方式，两种解调器的方框图如下页图所示。由 于被传输的是数字信号1和0，因此，在每个码元持续期间要用 抽样判决电路对低通滤波器的输出作一次判决以确定信号取值。 相干解调需要在接收端产生一个本地的相干载波，由于设备复 杂，因此相干解调在2ASK系统中很少使用。
PB( f )
(a)
－fs 0 fs
f
PASK( f )
(b)
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－ fc－fs －fc － fc＋fs 0
fc－fs fc fc＋fs
2ASK信号的功率谱
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f
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4.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
2ASK信号的带宽Bs=2fs，fs为基带信号的带宽，在数量上 与基带信号的码元速率Rs相同。这说明2ASK信号的传输带宽是
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4.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
4.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
4 1、信.号波形
图 4-3 所示是一个ASK
信号波形的例子。正弦载
波受到信码控制。当信码
为1时，ASK的波形是若干
个周期的高频等幅波（图
中为1个周期）；当信码为
0时，ASK信号的波形是零
电平。
图4-3 ASK信号波形
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s(t)
4.1.1 二进制振(幅a) 键控（2ASK）
4
1
0
1
1
0
0
1
. s(t)
t
Tb
载波 信号
t
2ASK信号
t
高频等幅波的3(个b)周期的 ASK的波形
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抽样判决器 输出
输入
带 通 滤波 器
(a) 包 络 检 波
相乘器
低 通 滤波 器
定 时 脉冲 抽样判决器 输出
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cosct (b) 相 干 解 调
定 时 脉冲
图4-5 2ASK解调器
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4.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
3、2ASK信号的频谱 ASK信号实际上是信码的单极性NRZ波形与高频载波的
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4.1 数字调制与解调
根据已调信号的频谱结构特点的不同，数字调制 也可分为线性调制和非线性调制。在线性调制中，已 调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构相同，只不 过是频率位置搬移了；在非线性调制中，已调制信号 的频谱结构与基带信号的频谱结构不同，不是简单的 频谱搬移，而是有其他新的频率成分出现。振幅键控 属于线性调制，而移频键控和移相键控属于非线性调 制。这些特点与模拟调制是相同的。
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那么为什么一定要在带通型信道中传输 数字信号呢？
主要原因是带通型信道比低通型信道带宽 大得多，可以采用频分复用技术传输多路信号； 另外，若要利用无线电信道，必须把低频信号 “变”成高频信号。
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4.1 数字调制与解调
所谓“键控”是指一种如同“开关”控制的调制 方式。比如对于二进制数字信号，由于调制信号只有 两个状态，调制后的载波参量也只能具有两个取值， 其调制过程就像用调制信号去控制一个开关，从两个 具有不同参量的载波中选择相应的载波输出，从而形 成已调信号。“键控”就是这种数字调制方式的形象 描述。
对于含有载波分量的ASK信号，可以采用包络检波法解调。 对于抑制载波的双边带（DSB）信号和单边带（SSB）则 只能采用相干解调，需要载波同步信号。
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4.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
输入
带 通 滤波 器
半 波 或全 波 整流器
低 通 滤波 器