数字信号的频带传输

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4.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
3、2ASK信号的频谱 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 ASK信号实际上是信码的单极性NRZ波形与高频载波的 信号实际上是信码的单极性NRZ 相乘。我们知道二进制NRZ波形的频谱如书上P58图 相乘。我们知道二进制NRZ波形的频谱如书上P58图4-6（a）所 NRZ波形的频谱如书上P58 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 乘法器可以使信号的频谱搬移到载波的两边， 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 ASK信号的频谱如图4 6(b)所示， 信号的频谱如图 所示 论：ASK信号的频带宽度是基带信号的2倍。 ASK信号的频带宽度是基带信号的2 信号的频带宽度是基带信号的
4.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
2、2ASK调制与解调 、 调制与解调 （1） 产生 ） 二进制振幅键控信号的产生方 调制方法)有两种 所示。 法(调制方法 有两种，如图 所示。 调制方法 有两种，如图4-4所示 其中， 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 调制方法。 调制方法 单极性NRZ码）和高频载波相 号（单极性 码 得到ASK信号；图（b）采用数 信号； 乘，得到 信号 ） 字键控方法， 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 码时开关S闭 一个开关电路。当出现 码时开关 闭 有高频载波输出；出现0码时开 合，有高频载波输出；出现 码时开 断开， 关S断开，无高频载波输出。 断开 无高频载波输出。
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(a)
开关 载波发生器ASK波形产生器框图
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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， 信号也有包络检波 和模拟常规调幅信号的解调一样，2ASK信号也有包络检波 信号也有 相干解调两种方式 两种解调器的方框图如下页图所示。 两种方式， 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 ，因此， 于被传输的是数字信号 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。 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， 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 因此相干解调在 相干解调在2ASK系统中很少使用。 系统中很少使用。 杂，因此相干解调在 系统中很少使用 对于含有载波分量的ASK信号，可以采用包络检波法解调。 信号，可以采用包络检波法解调。 对于含有载波分量的 信号 对于抑制载波的双边带（ 对于抑制载波的双边带（DSB）信号和单边带（SSB）则 ）信号和单边带（ ） 只能采用相干解调，需要载波同步信号。 只能采用相干解调，需要载波同步信号。
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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， 根据已调信号的频谱结构特点的不同，数字调制 线性调制和 也可分为线性调制 非线性调制。在线性调制中， 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， 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， 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， 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。 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， 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。 这些特点与模拟调制是相同的。
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4.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
4 1、信号波形 、 .
4.1.1 二进制振幅键控（2ASK） 二进制振幅键控（ ）
所示是一个ASK 图 4-3 所示是一个 信号波形的例子。 信号波形的例子。正弦载 波受到信码控制。 波受到信码控制。当信码 为1时，ASK的波形是若干 时 的波形是若干 个周期的高频等幅波（ 个周期的高频等幅波（图 中为1个周期）；当信码为 个周期）； 中为 个周期）；当信码为 0时，ASK信号的波形是零 时 信号的波形是零 电平。 电平。
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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” 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， 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， 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， 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， 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” 成已调信号。“键控”就是这种数字调制方式的形象 描述。 描述。
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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 和模拟调制相似，数字调制所用的载波一般也是连续的正 载波 弦型信号，但调制信号则为数字基带信号。理论上讲， 弦型信号，但调制信号则为数字基带信号。理论上讲，载波形 数字基带信号 式可以是任意的（比如三角波、方波等），只要适合在带通信 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， 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。 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， 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（ 基本方式：幅度键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控 ） 频移键控（ ） （PSK）。 ）
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4.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
PB( f )
(a)
－fs 0 fs PASK ( f ) f
(b)
－fc －fs －fc －fc ＋fs
0 fc －fs fc fc ＋fs f
2ASK信号的功率谱
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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， 次实验和 次实验和1次习题课 本章安排 次理论课，2次实验和 次习题课 次理论课
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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， 前面我们已经学习了数字信号的基带传输，知道 低频成分， 数字基带信号具有丰富的低频成分 只适合在低通型 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 信道中传输（比如双绞线），但是在通信系统中实际 中传输 ）， 使用的信道多为带通型，例如各个频段的无线信道、 使用的信道多为带通型，例如各个频段的无线信道、 带通型 无线信道 同轴电缆等 限定频率范围的同轴电缆 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。 数字调制方式 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。 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。 信号的频带传输。
4.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
2ASK信号的带宽 为基带信号的带宽， 2ASK信号的带宽Bs=2fs，fs为基带信号的带宽，在数量上 相同。这说明2ASK 2ASK信号的传输带宽是 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 码元速率的2 同时看出： 码元速率的2倍。同时看出： 1)二进制ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成， 1)二进制ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成，其 二进制ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成 中连续谱取决于单个基带信号码元f(t) f(t)经线性调制后的双边带 中连续谱取决于单个基带信号码元f(t)经线性调制后的双边带 离散谱则由载波分量决定。 谱，离散谱则由载波分量决定。 2)二进制ASK信号的带宽是基带脉冲波形的两倍。 2)二进制ASK信号的带宽是基带脉冲波形的两倍。 二进制ASK信号的带宽是基带脉冲波形的两倍 二进制振幅键控方式是数字调制中出现较早的，也是最简 二进制振幅键控方式是数字调制中出现较早的， 单的。这种方法最早应用在电报系统， 单的。这种方法最早应用在电报系统，但由于它对抗噪声的能 力较差，它的功率利用率和频带利用率都不高， 力较差，它的功率利用率和频带利用率都不高，故在数字通信 中应用得不多，一般都是与具他种调制方式合用。 中应用得不多，一般都是与具他种调制方式合用。
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传输 带数带带判 半带半半带 整整判 低数带带判 抽抽判判判 传输
位位宽宽
(a) 包包包带
传输 带数带带判 相相判 低数带带判 抽抽判判判 传输
cosωc t
位位宽宽
(b) 相非非非
图4-5 2ASK解调器
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书上P58例 书上P58例4-1：假设电话信道具有理想的带通特性，频率范 P58 假设电话信道具有理想的带通特性， 围为300 3400Hz，试问该信道在单向传输ASK 300ASK信号时最大的传输 围为300-3400Hz，试问该信道在单向传输ASK信号时最大的传输 码率为多少？ 码率为多少？ 解：电话信道带宽B=3400-300=3100（Hz） 电话信道带宽B=3400-300=3100（Hz） B=3400 该信道在传送ASK信号时，由于ASK信号的带宽是基带信号的 该信道在传送ASK信号时，由于ASK信号的带宽是基带信号的 ASK信号时 ASK 因此该信道的等效基带带宽为B/2=1550Hz B/2=1550Hz。 2倍，因此该信道的等效基带带宽为B/2=1550Hz。 根据无码间串扰条件（奈奎斯特第一准则），基带带宽为 根据无码间串扰条件（奈奎斯特第一准则），基带带宽为 ）， 1550Hz信道最高码元传输速率为 =2*1550=3100（b/s） 1550Hz信道最高码元传输速率为 fB=2*1550=3100（b/s） 为了限制频带宽度，可以采用带限信号作为基带信号。 为了限制频带宽度，可以采用带限信号作为基带信号。下 带限信号作为基带信号 页图给出基带信号为升余弦滚降信号时， SK信号的功率谱密 页图给出基带信号为升余弦滚降信号时，2ASK信号的功率谱密 度示意图。 度示意图。