第-章-數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)優(yōu)秀文檔

第6章數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)6.1二進制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)原理6.2多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)6.3數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較6.4現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)本章學(xué)習(xí)要求掌握2ASK、2FSK、2PSK/2DPSK數(shù)字調(diào)制的基本原理和實現(xiàn)方法。了解多進制MASK、MFSK、MPSK的基本原理和特點。了解QAM（正交振幅調(diào)制）、MSK（最小移頻鍵控）和GMSK（高斯最小移頻鍵控）等現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的基本概念和基本原理。了解數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能。

數(shù)字調(diào)制的概念用二進制（多進制）數(shù)字信號作為調(diào)制信號去控制載波某些參量的變化，這種把基帶數(shù)字信號變換成頻帶數(shù)字信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制，反之，稱為數(shù)字解調(diào)。

數(shù)字調(diào)制的分類二進制數(shù)字調(diào)制分為：振幅鍵控（2ASK）頻移鍵控（2FSK）相移鍵控（2PSK）——線性調(diào)制——非線性調(diào)制——非線性調(diào)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.1二進制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)原理

6.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）（1）2ASK的一般原理和實現(xiàn)方法在二進制數(shù)字振幅調(diào)制中，載波的幅度隨著調(diào)制信號的變化而變化，實現(xiàn)這種調(diào)制的方式有兩種：

其時域表達式為：相乘法：通過相乘器直接將載波和數(shù)字信號相乘得到輸出信號，這種直接利用二進制數(shù)字信號的振幅來調(diào)制正弦載波的方式稱為相乘法。鍵控法：使載波在二進制信號“1”和“0”的控制下分別接通和斷開，這種二進制振幅鍵控方式稱為開關(guān)鍵控OOK（On-OffKeying）方式。

圖6-2二進制振幅鍵控信號調(diào)制器原理框圖相乘法開關(guān)鍵控相乘法和鍵控法原理圖相乘法和鍵控法的比較開關(guān)鍵控（OOK）方式與相乘法最大的不同之處就是：在開關(guān)鍵控（OOK）方式中，二進制數(shù)字信號起到的是一個控制作用，由它控制開關(guān)電路的通斷，當(dāng)s(t)=1時，開關(guān)接通，載波信號能通過開關(guān)電路到達輸出端，當(dāng)s(t)=0時，開關(guān)斷開，輸出端沒有任何信號輸出。其典型輸出波形如圖6-3所示：

（2）2ASK的解調(diào)方法

2ASK常見的解調(diào)方法分為非相干解調(diào)和相干解調(diào)兩種。非相干解調(diào)非相干解調(diào)又稱為包絡(luò)檢波法，圖6-4(a)所示為一種采用包絡(luò)檢波法解調(diào)器的原理方框圖。非相干解調(diào)相干解調(diào)接收信號首先通過一個帶通濾波器，濾除帶外噪聲和雜散信號，同時圖中的整流器和低通濾波器構(gòu)成一個包絡(luò)檢波器，與常見的模擬AM信號的解調(diào)器相比，該圖中增加了一個抽樣判決器，它是用來對解調(diào)后的有畸變的數(shù)字信號進行定時判決，以提高數(shù)字信號的接收性能。

圖6–42ASK信號解調(diào)器原理框圖6相干解調(diào)相干解調(diào)是一種常見的解調(diào)方法，它是在接收端利用本地載波與接收信號進行相乘，得到包含基帶信號頻率分量的輸出信號，然后通過低通濾波器濾除無用頻率分量讓基帶信號通過，并將其送至抽樣電路進行判決。其電路原理圖如圖6-4(b)所示。因為在相干解調(diào)法中相乘電路需要有相干載波，這個信號是由收信機從接收信號中提取出來的，并且和接收信號的載波同頻同相，所以這種方法比包絡(luò)檢波法要復(fù)雜些。（2）2ASK信號屬于雙邊帶信號了解多進制MASK、MFSK、MPSK的基本原理和特點。時，曲線為單峰；由圖6-5，可以得出2ASK信號有以下特點：2FSK信號碼元的“1”和“0”分別用兩個不同頻率的正弦波形來傳送，而其振幅不變，所以其表達式為：實線——表示單峰功率譜曲線（2）2ASK信號屬于雙邊帶信號非相干解調(diào)又稱為包絡(luò)檢波法，圖6-4(a)所示為一種采用包絡(luò)檢波法解調(diào)器的原理方框圖。（3）2FSK信號的帶寬為：圖6-9(b)2FSK非相干解調(diào)過程的時間波形圖6-52ASK信號頻譜圖鍵控法是采用一個受基帶脈沖控制的開關(guān)電路去選擇兩個獨立頻率源的振蕩信號作為輸出。2ASK常見的解調(diào)方法分為非相干解調(diào)和相干解調(diào)兩種。圖6–42ASK信號解調(diào)器原理框圖相干解調(diào)（3）頻譜特性2ASK隨機信號序列的一般表示式為：根據(jù)該公式可得2ASK信號的功率譜密度表達式：0發(fā)“1”時發(fā)“0”時Ps（f

）—調(diào)制信號的功率譜，PE（f）—已調(diào)信號的功率譜

圖6-52ASK信號頻譜圖Ps(f)fsf2fs-fs-2fs0PE(f)ffCfC-fsfc+fs0-fC-fC+fs-fC-fs（a）基帶信號頻譜圖（b）已調(diào)信號頻譜圖由圖6-5，可以得出2ASK信號有以下特點：（1）2ASK信號的功率譜密度中包含連續(xù)譜和離散譜兩部分；連續(xù)譜部分決定于基帶調(diào)制信號的頻譜，而離散譜部分則決定于載頻。（2）2ASK信號屬于雙邊帶信號（3）2ASK信號的帶寬等于基帶調(diào)制信號帶寬的兩倍：

B2ASK=2fs（4）頻帶利用率不高6.1.2二進制數(shù)字頻移鍵控(2FSK)（1）2FSK的一般原理和實現(xiàn)方法

1）一般原理2FSK信號碼元的“1”和“0”分別用兩個不同頻率的正弦波形來傳送，而其振幅不變，所以其表達式為：

根據(jù)上面公式可以得出：當(dāng)s(t)=1時，e(t)=cosω1(t)，而當(dāng)s(t)=0時，e(t)=cosω2(t)

。所以2FSK信號可以看作是由兩路頻率分別為ω1和ω2的2ASK信號合成的。（3）2FSK信號的帶寬為：所以2FSK信號可以看作是由兩路頻率分別為ω1和ω2的2ASK信號合成的。圖6–42ASK信號解調(diào)器原理框圖圖6-9(a)過零點檢測法原理方框圖了解多進制MASK、MFSK、MPSK的基本原理和特點。實線——表示單峰功率譜曲線接收信號通過并聯(lián)的兩路帶通濾波器濾波，與接收機產(chǎn)生的本地相干載波相乘并經(jīng)過包絡(luò)檢波后，在本地的定時脈沖的控制下進行抽樣判決。（3）2ASK信號的帶寬等于基帶調(diào)制信號帶寬的兩倍：（1）2FSK功率譜由連續(xù)譜和離散譜共同構(gòu)成，離散譜出現(xiàn)在f1和f2兩個載頻位置上。（1）2FSK功率譜由連續(xù)譜和離散譜共同構(gòu)成，離散譜出現(xiàn)在f1和f2兩個載頻位置上。（1）2ASK的一般原理和實現(xiàn)方法（3）2ASK信號的帶寬等于基帶調(diào)制信號帶寬的兩倍：（2）2ASK的解調(diào)方法（3）2FSK信號的帶寬為：接收信號通過并聯(lián)的兩路帶通濾波器濾波，與接收機產(chǎn)生的本地相干載波相乘并經(jīng)過包絡(luò)檢波后，在本地的定時脈沖的控制下進行抽樣判決。實線——表示單峰功率譜曲線（2）2ASK信號屬于雙邊帶信號2）2FSK信號的產(chǎn)生方法①鍵控法產(chǎn)生2FSK信號鍵控法是采用一個受基帶脈沖控制的開關(guān)電路去選擇兩個獨立頻率源的振蕩信號作為輸出。圖6-6鍵控法產(chǎn)生2FSK信號數(shù)字脈沖基帶信號當(dāng)s(t)=1時選擇載波f1（或f2）當(dāng)s(t)=0時選擇載波f2（或f1）②直接調(diào)頻法

直接調(diào)頻法是采用二進制基帶矩形脈沖信號去調(diào)制一個調(diào)頻器，使其能夠輸出兩個不同頻率的二進制碼元，其基本電路圖如圖6-8所示。圖6-8直接調(diào)頻法產(chǎn)生2FSK信號

（用模擬調(diào)頻器產(chǎn)生2FSK信號）圖6-7（2）2FSK的解調(diào)方法2FSK的解調(diào)方法與2ASK一樣，2FSK信號的解調(diào)也分為相干法和非相干法解調(diào)(包括過零檢測法）等。1）過零點檢測法2）非相干解調(diào)3）相干解調(diào)（a）非相干解調(diào)（b）相干解調(diào)（c）過零檢測法解調(diào)2FSK2FSK解調(diào)1）過零點檢測法

圖6-9(a)過零點檢測法原理方框圖由于在2FSK這種調(diào)制方式下，兩種信號碼元的頻率不同，所以通過計算單位時間內(nèi)碼元中信號波形的過零點數(shù)目的多少，就能區(qū)分這兩種不同頻率的碼元。2）相干和非相干解調(diào)2FSK信號非相干解調(diào)非相干解調(diào)是通過檢測兩個支路信號包絡(luò)的大小，與相干解調(diào)的電路很相似。圖6-10(a)2FSK非相干解調(diào)電路原理圖2多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)3數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較由圖6-5，可以得出2ASK信號有以下特點：（3）2FSK信號的帶寬為：接收信號通過并聯(lián)的兩路帶通濾波器濾波，與接收機產(chǎn)生的本地相干載波相乘并經(jīng)過包絡(luò)檢波后，在本地的定時脈沖的控制下進行抽樣判決。（3）2FSK信號的帶寬為：2多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)（1）2ASK的一般原理和實現(xiàn)方法（3）2ASK信號的帶寬等于基帶調(diào)制信號帶寬的兩倍：（3）2ASK信號的帶寬等于基帶調(diào)制信號帶寬的兩倍：接收信號通過并聯(lián)的兩路帶通濾波器濾波，與接收機產(chǎn)生的本地相干載波相乘并經(jīng)過包絡(luò)檢波后，在本地的定時脈沖的控制下進行抽樣判決。所以2FSK信號可以看作是由兩路頻率分別為ω1和ω2的2ASK信號合成的。第6章數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)在二進制數(shù)字振幅調(diào)制中，載波的幅度隨著調(diào)制信號的變化而變化，實現(xiàn)這種調(diào)制的方式有兩種：選擇載波f1（或f2）鍵控法：使載波在二進制信號“1”和“0”的控制下分別接通和斷開，這種二進制振幅鍵控方式稱為開關(guān)鍵控OOK（On-OffKeying）方式。圖6-9(b)2FSK非相干解調(diào)過程的時間波形相干解調(diào)接收信號通過并聯(lián)的兩路帶通濾波器濾波，與接收機產(chǎn)生的本地相干載波相乘并經(jīng)過包絡(luò)檢波后，在本地的定時脈沖的控制下進行抽樣判決。判決的準(zhǔn)則是比較兩路信號包絡(luò)的大小。在判決過程中需要的本地相干載波也必須從接收信號中提取出來，并且要保持和信號碼元同頻同相。（3）頻譜特性使用鍵控方式得到的2FSK信號的碼元序列可以看作兩個不同頻率的2ASK信號的疊加，因此其功率譜密度可以比較容易的從2ASK信號的功率譜密度推導(dǎo)出來。已知2FSK信號表示為：2FSK信號應(yīng)該的功率譜密度，應(yīng)該是兩個不同頻率的2ASK信號的功率之和：根據(jù)這個公式我們可以得出2FSK信號功率譜的特點：（1）2FSK功率譜由連續(xù)譜和離散譜共同構(gòu)成，離散譜出現(xiàn)在f1和f2兩個載頻位置上。（2）當(dāng)2FSK信號