通信原理第七章数字带通传输系统

第7章数字带通传输系统17.1概述一、正弦形载波表达式： 或式中，A

－振幅(V)；

f0

－频率(Hz)；

0=2f0

－角频率(rad/s)；

为初始相位(rad)。27.1概述二、3种基本的数字调制：1、振幅键控ASK2、频移键控FSK3、相移键控PSKTTT“1”“1”“0”“1”“1”“0”T37.2二进制振幅键控(2ASK)一、基本原理

1、表示式：

式中，0＝2f0为载波的角频率；

42、调制方法:相乘电路：开关电路：相乘器cos0ts(t)A(t)cos0ts(t)A(t)7.2二进制振幅键控(2ASK)57.2二进制振幅键控(2ASK)3、解调方法：包络检波法（非相干解调）－不利用载波相位信息：包络检波器全波整流带通滤波低通滤波抽样判决定时脉冲s(t)A(t)6相干解调法－利用载波相位信息：相干载波cos0t相乘电路带通滤波低通滤波抽样判决定时脉冲s(t)A(t)7.2二进制振幅键控(2ASK)77.2二进制振幅键控(2ASK)二、功率谱密度设2ASK随机信号序列的一般表示式为： 式中，an

－二进制单极性随机振幅；

g(t)－码元波形；

T

－码元持续时间。

则可以计算出： 式中，Ps(f)－s(t)的功率谱密度；

PA(f)

－A(t)的功率谱密度。

∴若求出了PA(f)

，代入上式就可以求出Ps(f)。87.2二进制振幅键控(2ASK)－功率谱密度求PA(f)：由式(5.5-29)p101： 式中，fc

＝1/T

G1(f)－基带信号码元g1(t)的频谱

G2(f)－基带信号码元g2(t)的频谱 设：单极性二进制码；g(t)是宽度为T高度为1的门函数；

0、1等概率出现，即P=1/2

则,

9因为：所以：7.2二进制振幅键控(2ASK)－功率谱密度107.2二进制振幅键控(2ASK)－功率谱密度

PA(f)和Ps(f)的曲线f/fcPA(f)(a)功率谱密度PA(f)的曲线(b)功率谱密度Ps(f)的曲线结论：1.包含连续谱和离散谱两部分；2.B2ASK=2fs117.3二进制频移键控(2FSK)一、基本原理

1、表示式：

2、产生方法：调频法：

相位连续开关法：

相位不连续A(t)开关电路频率源1频率源0s(t)f1f0调频器A(t)s(t)“1”“1”“0”T127.3二进制频移键控(2FSK)－基本原理3、接收方法：相干接收：定时脉冲低通滤波低通滤波抽样判决输出带通滤波f0带通滤波f1输入相乘相乘cos0tcos1tV0(t)V1(t)y1(t)y0(t)13非相干接收：（1）包络检波法：带通滤波f0带通滤波f1包络检波包络检波抽样判决定时脉冲输入输出V0(t)V1(t)7.3二进制频移键控(2FSK)－基本原理14（2）过零点检测法带通滤波放大限幅低通微分整流脉冲展宽abcedf7.3二进制频移键控(2FSK)－基本原理157.3二进制频移键控(2FSK)二、功率谱密度

开关法产生的2FSK信号可以看作是两个不同频率2ASK信号的叠加： 式中，

∵2ASK信号的功率谱密度可以表示为：

∴2FSK信号的功率谱密度是两个不同频率2ASK信号的功率谱密度之和：16∵已知2ASK信号功率谱密度为（矩形脉冲，P=1/2）： 将其代入下式得到2FSK信号的功率谱密度为：7.3二进制频移键控(2FSK)－功率谱密度由上式可以看出，前4项是连续谱部分，后4项是离散谱。17

曲线：带宽：fsfs=(f0+f1)/2ff1+fcf0-fcf0f12fcf1fsff0fs=(f0+f1)/2fcf1+fcf0-fcfs=(f0+f1)/2f1+fcf0-fc7.3二进制频移键控(2FSK)－功率谱密度18一、基本原理1.表示式： 式中， 或7.4二进制相移键控(2PSK)19

2.例：波形－“101”整数个周期：图a和c相位不连续；多半个周期：图b和d相位连续；上述例子说明，相邻码元的相位是否连续与相邻码元的初始相位是否相同不可混为一谈。只有当一个码元中包含有整数个载波周期时，相邻码元边界处的相位跳变才是由调制引起的相位变化。TTT“1”“1”“0”(c)(d)TTT(a)(b)“1”“0”“1”7.4二进制相移键控(2PSK)－基本原理207.4二进制相移键控(2PSK)－基本原理3.产生方法

（1）相乘法： 用二进制基带不归零矩形脉冲信号A(t)去和载波相乘。213.产生方法

（2）选择法：用开关电路去选择相位相差的同频载波。7.4二进制相移键控(2PSK)－基本原理224.解调方法必须采用相干接收法。难点：第一，难于确定本地载波的相位－因有 分频器的相位不确定性、信道不稳定性。 第二，信号波形长时间地为连续的正（余）弦波形时，使在接收端无法辨认码元的起止时刻。解决办法： 采用差分相移键控(DPSK)体制。

本地载波提取带通滤波低通滤波相乘抽样判决V(t)7.4二进制相移键控(2PSK)－基本原理23

二、功率谱密度

由2PSK信号码元的表示式可知，它是一个特殊的2ASK信号，其振幅分别取A和-A。

∴信号码元随机序列仍可以用2ASK信号的表示式表示： 式中，

为了简化公式书写，不失一般性，下面令A=1。7.4二进制相移键控(2PSK)247.4二进制相移键控(2PSK)－功率谱密度

直接由2ASK信号功率谱密度计算公式： 式中， 对于2PSK信号，g(t)=-g(t)，G1(f)=-G2(f)，因此上式变为25当“1”和“0”出现概率相等时，P=1/2，上式变为 ，代入上面Ps(f)式，得到

上式中没有离散频率分量。－－不能直接从接收信号中用滤波方法提取载波频率。

7.4二进制相移键控(2PSK)－功率谱密度267.4二进制相移键控(2PSK)－功率谱密度

∵矩形脉冲的频谱为

代入上式： 得到2PSK信号功率谱密度的最终表示式27

2PSK和2ASK信号功率谱密度比较

2ASK信号的功率谱密度：

2PSK信号的功率谱密度：两者带宽相同2PSK信号没有离散分量(f+f0)+(f-f0)7.4二进制相移键控(2PSK)－功率谱密度28(a)2ASK信号的功率谱密度(b)2PSK信号的功率谱密度7.4二进制相移键控(2PSK)－功率谱密度29

2PSK和2ASK信号波形关系A2AA(a)2ASK(c)载波(b)2PSK7.4二进制相移键控(2PSK)－功率谱密度30一、基本原理

2DPSK-相对相移键控

2PSK-绝对相移键控1.表示式 设为当前码元和前一码元的相位之差： 则，信号可以表示为 式中，0＝2f0为载波的角频率；为前一码元的相位。

7.5二进制差分相移键控(2DPSK)31例：可以看出：初相不同，相同的基带码元序列的相位也可不同，即，码元的相位并不直接代表基带信号；相邻码元的相位差才代表基带信号。000000

0

0

02DPSK码元相位(+)0初始相位

00

0

00

0111001101111001101基带信号7.5二进制差分相移键控(2DPSK)32变换方法：用一个双稳态触发器间接法2DPSK信号调制器原理方框图码变换器（双稳触发器）绝对码相对码A(t)载波移相s(t)码变换7.5二进制差分相移键控－基本原理334.2DPSK信号的解调（1）相位比较法：

缺点：对于延迟单元的延时精度要求很高，较难作到。s0(t)相乘带通滤波低通滤波抽样判决V(t)延迟Ts(t)A(t)s1(t)7.5二进制差分相移键控－基本原理347.5二进制差分相移键控－基本原理（2）相干解调法：

先把接收信号当作绝对相移信号进行相干解调，解调后是相对码，再将此相对码作逆码变换，还原成绝对码。

本地载波提取相乘带通滤波低通滤波抽样判决逆码变换35逆码变换器脉冲展宽逆码变换器微分整流cbabc 11100