模拟调制系统概述

第四章数字信号的基带传输由消息转换过来的原始信号所具有的频带称为基本频带（或基带）。

对基带信号的频谱不做搬移的传输称为基带传输。

一、数字基带信号的基本波形1．单极性不归零码图例。

1和0分别对应于正电压（或负电压）和零电压，只能用于极短距离传送。

①有直流成分；②判决电平在1/2处，较难稳定；③同步问题不能解决；④需要解决接地（零电平）问题。

2．双极性不归零码图例。

1和0分别对应于正电压和负电压，可用于低速数据传送如RS-232。

①统计平均1和0出现各一半时无直流成分；②判决电平为0电平，容易稳定；③不需要解决接地（零电平）问题；④同步问题仍然不能解决；⑤1和0不等概率分布时有直流成分。

3．单极性归零码图例。

1对应于一个宽度τ小于码元宽度T的正脉冲，0无脉冲，τ/T称为占空比。

可提取同步信号。

4．双极性归零码图例。

1和0分别对应于一个宽度τ小于码元宽度T的正脉冲和负脉冲。

相邻脉冲必有零电平，可提取同步信号。

5．差分码图例。

以相邻码元电平极性的改变表示1，否则表示0。

（“1”差分码）6．多进制码每一个码元可表示若干二进制数。

如四进制码。

图例。

二、数字基带信号的线路编码对原始基带信号作编码转换时需要遵循的原则：✧无直流分量，尽量在中频带；✧包含定时信息；✧与信源统计特性无关；✧一定的错误检测能力；✧误码增殖小；✧转换设备简单；✧传输效率高。

1．曼彻斯特码每个码元用两个连续且极性相反的脉冲来表示，比如用“正+负”脉冲表示1，用“负+正”脉冲表示0。

直流分量被完全消除，在连续1和连续0都有码元间隔。

图例。

2．差分曼彻斯特码图例。

每个码元用两个连续且极性相反的脉冲来表示，以相邻码元电平极性的改变表示0，否则表示1。

（“0”差分双相码）3．CMI码（Coded Mark Inversion）用“负+正”脉冲（编码01）表示0，用“负+负”脉冲（00）“正+正”脉冲（11）表示1。

规定接续的码元1（不管是否有0将它们隔开）须由交替反转的00或11表示。

图例。

4．Miller码（或延迟调制Delay Modulation）1在码元周期中点跳变，单个零不跳变，连续两个0则在码元周期交界处跳变。

图例。

三、码间串扰图例：基带信号的传输模型。

图例：基带脉冲序列通过系统时，滤波作用使脉冲展宽，在附近时隙发生重叠，可能在抽样点导致误判。

将基带信号的传输简化为H(ω)是一个理性LPF 。

||()0||dj t c cke H ωωωωωω-⎧≤=⎨>⎩其中t d 为通过H(ω)的延迟时间，ωc 为截止频率，k 为常数（带内衰减常数） 图例：上述LPF 振幅逐渐减弱，且有均匀零点 23,,,...c c cπππωωω±±± 让脉冲序列以cπω间隔通过上述LPF ，在上述零点做抽样判决，则不会受到码间串扰的干扰。

此时信号码元间隔为cπω，传码率c B R ωπ=。

设2c B ωπ=，则有：22()c B BR B Baud ωπππ=== 为极限传码率，称为Nyquist 速率，码元间隔12B称为Nyquist 间隔，带宽B 称为Nyquist 带宽。

Nyquist 定理：当亟待传输系统具有理想的LPF 特性时，以截止频率2倍的速率传输数字信号，可以消除码间串扰。

频带利用率：平均单位带宽的传码率称为频带利用率。

上述极限情况下的频带利用率是 22(/)B R B Baud Hz B B==（二进制时，1Baud = 1bit/s ；M 进制时，1Baud = log 2M bit/s ）上述要求抽样点必须定时精确同步，实际上难以实现。

第五章 数字信号的载波传输数字基带信号只能在低通信道中传输。

将数字基带信号对载波进行调制，可以实现在带通信道的传输。

一、二进制数字调制模拟法：将数字基带信号当成模拟的调试信号处理。

键控法：利用数字信号的离散取值键控载波参数。

1．二进制幅移键控ASK对已调信号 ϕ(t) = A(t)cos(ω0t+θ(t))令 "1"()0"0"AA t ⎧=⎨⎩，并设 θ(t) = 0 得 ASK 的信号描述 0cos "1"()0"0"ASK A tt ωϕ⎧=⎨⎩ 图例：基带信号波形（单极性不归零）和ϕASK (t)波形。

图例：功率谱密度。

由离散谱和连续谱组成。

连续谱部分主带宽 B = 2f s （f s =1/T s ） 系统传码率 1s s R T =（Baud ），频带利用率 1/12/2s s s R T B T η===（Baud/Hz ） 2．二进制频移键控BFSKBFSK 信号描述为：12cos "1"()cos "0"FSK A tt A tωϕω⎧=⎨⎩ 图例：相位连续的FSK （CP-FSK ）图例：相位不连续的FSK （PP-FSK Discrete Phase FSK ） BFSK 可视为两个基本点ASK 之叠加。

图例：功率谱密度。

连续谱部分主带宽 B = |f 2 - f 1|+2f s （f s =1/T s ）为便于解调，通常要求 |f 2 - f 1| = （3~5）f s ，则 B ≈ （5~7）f s 。

此时，1(5~7)(5~7)s s s R f B f η===（Baud/Hz ） 可见，FSK 带宽接近ASK 的3倍，即频带利用率只有其1/3。

3．二进制相移键控BPSKBPSK 信号描述为：000cos "1"()cos()"0"(cos )BPSK A tt A t A t ωϕωπω⎧=⎨+-⎩或图例。

4．二进制差分相移键控DPSK“1”时载波倒相，“0”时相位不变。

图例：BPSK 与相应DPSK 信号波形比较。

DPSK 可由BPSK 描述：设原码为 a 1 a 2…a n ，求得其差分码：b 1 b 2…b nb i = a i ⊕ b i-1 （“1”差分码）则对{ b n }做BPSK 调制得到的信号，相当于对{ a n }做DPSK 调制得到的信号。

例：二、多进制数字调制二进制数字调制具有较好的抗干扰能力，但频带利用率低，主要用在功率受限的通信环境。

（如空间通信）当信道频带受限时，需要提高频带利用率。

对M 进制码元（每个脉冲的状态数目为M ），有 R b = R B log 2M✧ R b 不变时，增加M 可降低R B ，节省了信号带宽； ✧ R B 不变时，增加M 可增大R b ，增大了传信率。

结论：①增加M ，则在减少信号带宽的情况下，仍可望保持传信率；②增加M ，则在相同信号带宽的情况下，可增大传信率。

1．多进制幅移键控MASK 图例：M=4的MASK 。

MASK 信号可视为M 个二进制ASK 信号的叠加，带宽 22M s sB f T ==。

对相同的R b ，MASK 的传码率只有二进制ASK 的传码率的21log M，即B M为二进制ASK 带宽的21log M。

2．多进制频移键控MFSK用多个频率不同的正弦波表示不同数字信号（不同状态），在每一个码元时间中只发送其中的一个频率。

接收判决：接收机包括了M 个中心频率为f 1,f 2,…,f M 的带通滤波器（BPF ）。

当载频到达时，只有一个带通滤波器有信号+噪音功率通过，其他BPF 只有噪音功率通过。

判决器判决各个BPF 的输出电平水平，取得的最大者对应了一个M 进制码元。

MFSK 需要占据较宽的频带。

MFSK 可视为M 个振幅相同、载波频率不同、时间上互不相容、相位不连续的二进制ASK 信号的叠加。

占用带宽：B MPSK = |f M - f 1| + 2f s （f s 为码元速率）3．多进制相移键控MPSK利用载波的一个相位对应于一组二进制信息码元。

信号可描述成：ϕMPSK (t) = Acos(ω0t+θn )，n = 1,2,…,M设 A=1，上式展开得：ϕMPSK (t) = Acos(ω0t+θn ) = a n cos ω0t - b n sin ω0t其中 a n = cos θn ，b n = sin θn 。

MPSK 可视为两个正交载波进行多电平双边带调幅所得到的已调波之和，多电平振幅分别是a n 和b n （n=1,2,…,M ）。

故MPSK 可视为两个MASK 码元之和，其带宽和MASK 相同。

例：M = 4（QPSK）。

BPSK相位图。

QPSK相位图。

QPSK实现框图。

ϕQPSK(t)。