数字带通传输系统

第7章数字带通传输系统

引言

数字信号有两种传输方式，一种是基带传输方式，另一种是调制传输或称为带通传输。

在实际通信中，因基带信号中含有丰富的低频分量而不能在信道中直接传送，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，形成带通信号，这一过程称为数字调制。

数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在收端对载波信号的离散调制参量进行检测，还原成原来的数字基带信号，这一过程称为数字解调。

数字调制信号也称键控信号。数字频带传输系统：包含了载波调制与解调过程。

在带通型信道中传输数字信号的优势是：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，必须把低频信号转换成高频信号。

数字调制就是用数字基带信号对载波进行调制，使基带信号的功率谱（频谱）搬移到较高的载波频率上。

数字调制所用的载波一般也是连续的正弦型信号，因为它具有形式简单、便于产生和接收。但调制信号则为数字基带信号。

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），相移键控（PSK）。

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。

7.1 二进制数字调制原理

1 二进制振幅键控（2ASK）

振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。

在2ASK中，载波幅度随着调制信号1和0的取值而在两个状态之间变化。

二进制幅度键控中最简单的形式称为通-断键控(OOK)，即载波在数字信号1或0的控制下来实现通或

断。OOK 信号的时域表达式为：

二进制幅度键控信号的一般时域表达式为：

此式为双边带调幅信号的时域表达式，它说明2ASK/OOK 信号是双边带调幅信号。

2ASK 传输调制技术是受噪声影响最大的调制技术，已很少使用，但其可作为研究数字调制技术的基础。

功率谱密度：

由于二进制振幅键控信号是随机的功率型的信号，故研究频谱特性时，应该讨论功率谱密度。 一个2ASK 信号： s(t)(基带信号)是随机单极性矩形脉冲序列，周期T S 。

()()()()2（　

基带信号）ASK c n s n e t s t cos t s t

a g t nT w ¥

=-?

==

-å

()s s s 11n=0g(t)n=1g(t-T )/2~3/21a =00s g t T T T ：门函数，门宽(周期)为，门高为的脉冲。时，对应，为如图脉冲。如果，对应，表示之间幅度为的脉冲，如果，则该脉冲幅度变为。

011n p

a p

⎧=⎨

-⎩，概率为随机变量，概率为2()[()]cos ω=-∑ASK n s c n

e t a g t nT t

()()cos 2AKS c e t s t t

w =()()()()()()()22()2

s ASK ASK j T s

s a g t G s t S e t E T

g t G T S e ωωωωωω-⇔⇔⇔⎛⎫=⋅ ⎪⎝⎭

设，，单个基带码元信号的频谱为：

因为单极性随机脉冲序列功率谱的一般表达式为：

根据矩形波形g(t)的频谱特性，对于m ≠0 的整数有

()() s

j f T s a s G f T S fT e ππ-=⋅或()()()1

22ASK c c E S S ωωωωω=++-⎡⎤⎣

⎦故：()()()2ASK ωωωω+-假如，在频率轴上，则的功率为：

互不重叠c c S S e t ()()()()()()1

4

14

2ASK 2ASK S c S c S c S c P P P P f P f f P f f ωωωωω=++-⎡⎤⎣⎦=++-⎡⎤⎣⎦或()()()()()()

2

2

2

2

11S s s

s s m P f f p p G f f

p G mf f mf δ∞

=-∞

=

-+-⋅-∑

()()() g t G g t ω⇔其中：，为单个基带码元的傅氏变换

()0s G mf =()()()

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2

2

22110s s s P f f p p G f

f p G f δ=-⋅+-⋅故：()()()()

()()()2222

2114

11(0)4

2ASK s c c s c c P f f p p G f f G f f f p G f f f f δδ⎡⎤=-++-⎣⎦+-++-⎡⎤⎣⎦因此：()12

2ASK p e t =当概率时，的功率谱：

()()()()()()2222

1161016

2ASK s c c s c c P f f G f f G f f f G f f f f δδ⎡

⎤

=++-⎣

⎦+++-⎡⎤⎣⎦()() s j f T s a s G f T S fT e ππ-=⋅将代入得：

()()(){}

()()2 22 16

1 16

s

ASK c s c s c c T P f Sa f f T Sa f f T f f f f p p d d 轾轾=

++-臌臌轾

+++-

臌()()--令，得令，得c s c s c s c s

f f T f f f f f T f f f p p p p -==+-==