数字通信系统第5章 数字调制传输.ppt

第5章 数字调制传输 5.1 引言 5.2 幅度键控（ASK） 5.3 频移键控（FSK） 5.4 二相调制键控 5.5 四相调制系统 5.6 其他调制方式 5.7 各种调制方式的信道频带利用率及误码性能比较 习题与思考题 5.1 引 言 上一章我们已经较详细地讨论了数字基带传输系统。 由于大多数数字基带信号是低通型的， 而实际信道多为带通型， 因此这种信道不能直接传送基带信号， 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， 即所谓的调制。 ? 也就是说， 在发送端把数字基带信号频谱搬移到带通型信道的通带之内， 以便信号在信道中传输。 相应地， 在接收端需要解调， 即把已调信号还原为原基带信号。 以正弦波作为载波的模拟调制系统在高频电子线路中有较详细的讨论， 这里， 我们只讨论以正弦波作为载波的数字调制系统。 数字调制系统的原理如图5.1所示。 5.2 幅度键控 5.2.1 调制与解调原理 数字调幅是用数字信号去控制载波幅度变化的， 即信息完全载荷在载波的幅度上。 二进制数据电平“1”和“0”码相当于载波的发送与不发送， 能像开关一样控制载波的有无， 因此二进制的ASK方式又叫通断键控（OOK）。 图5.3给出了单极性基带信号（矩形脉冲）对载波进行通断键控的调制器、 解调器简化方框图和调制波形图。 图中的f(t)是单极性基带码， 占空比为100%， 即脉冲持续时间等于码元周期T。 载波由中频（如卫星通信中频为70 MHz）余弦波振荡器产生， 相乘器就是ASK的调制器， 实际上相当于一个门电路。 其中， “1”码表示开门， “0”码表示不开门。 ASK方式已调波用s(t)表示， 即 s(t)=f(t) cos(ωct) (5.1) ASK已调波的解调可用非相干解调和相干解调两种方法。 包络检波法是常用的一种非相干解调的方法， 如图5.3（c）所示。 包络检波器往往是半波或全波整流器， 整流后通过低通滤波器滤波（平滑）， 即可获得原基带信号f(t)。 相干解调又称同步解调， 如图5.3（d）所示。 要实现相干解调， 在接收端要有一个与发送端载波同频同相的载波信号， 称为同步载波。 通过相乘器（即解调器）解调出原基带信号， 然后通过低通滤波器即可滤出基带信号。 设接收的已调波为 s(t)=f(t) cos(ωct) 通过接收端相乘器后， 有 5.2.2 ASK信号与功率谱 现在再从信号的频域上进行分析。 从频谱图上可以方便又清楚地表示出该信号所包含的各频率分量和各分量幅值的大小。 由频谱图可看出信号能量在频率轴上的分布， 确定出信号所占的频带， 估计出邻近波道的干扰等。 在第2章中已经介绍过单个矩形脉冲的频谱函数曲线， 如图5.4所示。 图5.4（a）是矩形脉冲电压u(t)的波形， 常用符号f(t)表示。 这个时间变化的波形可表示为 根据式（5.3）的积分式可画出图5.4（c）所示的频谱， 频谱图中F(ω)的幅度及相位随频率变化的曲线是各个频率分量幅度顶点的包络线。 当然， 负频率实际是不存在的。 这里的负频率及其频谱是在进行数学分析时得到的结果， 用以表示一种数学形式。 通常信号的频谱图只需画出ω0的部分（正频率部分）就可以了， 见图5.4（b）。 式（5.1）的s(t)是ASK方式已调波的电压表示式， 它是两个信号相乘的结果。 为了知道s(t)所含频率成分的组成情况及已调波需要的信道传输带宽， 就应该对s(t)进行频谱分析。 由于 s(t)=f(t) cos(ωct) 且s(t)是基带数字信号与一个余弦信号相乘的结果， 因此傅氏变换的移频特性表示为： 若 因为 现在我们需要知道ASK已调波信号的功率谱， 为了省掉繁琐的公式推导， 下面引用帕斯瓦尔定理。 令周期性信号的平均功率为P， 有 下面再对ASK已调波的功率谱进行定量分析。 假定载波频率为fc， 单极性二进制码元的分布概率为1或0， 载波振幅为A/2。 经公式推导（省略）可得ASK已