第7章 數(shù)字信號的頻帶傳輸1

1、1第7章 數(shù)字信號的頻帶傳輸 n7.1 二進制幅度鍵控二進制幅度鍵控(2ASK) n7.2 二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控(2FSK) n7.3 二進制相移鍵控二進制相移鍵控(2PSK) n7.4 二進制差分相移鍵控二進制差分相移鍵控(2DPSK) n7.5 多進制數(shù)字調(diào)制多進制數(shù)字調(diào)制 2本章內(nèi)容n數(shù)字調(diào)制數(shù)字通信系統(tǒng)一般模型數(shù)字通信系統(tǒng)一般模型信道編碼調(diào)制信道解調(diào)信道解碼噪 聲信源信源編碼信源解碼信宿用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，使信號的頻譜從低頻搬移到高頻的過程。3數(shù)字信號的傳輸n基帶傳輸n只適合于有線通信和短距離的無線傳輸。n頻帶傳輸n適合有線和無線傳輸，可進行FDM。4模擬調(diào)制n幅度調(diào)

2、制（AM）n頻率調(diào)制（FM）n相位調(diào)制（PM）5tc(t)載波tf(t)調(diào)制信號tsFM調(diào)頻波tsAM調(diào)幅波 tAtucc cos0( )( )cosAMcstAf tt( )cos( )PMcpstAtK f t( )cos( )tFMcfstAtKfdtsPM調(diào)相波( )( )cosDSBcstf tttsDSB 抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波模擬調(diào)制6數(shù)字調(diào)制n幅度鍵控（ASK）n頻移鍵控（FSK）n相移鍵控（PSK）n數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制本質(zhì)上是一樣的。7數(shù)字調(diào)制信號通常用鍵控法產(chǎn)生M進制符號序列進制符號序列二進制信源序列二進制信源序列載載波波集集.S0(t)S1(t)S2(t)SM(t)801

3、23012300011011S0(t)S1(t)S2(t)S3(t)載載波波集集1011四進制符號序列四進制符號序列二進制信源序列二進制信源序列載載波波集集S0(t)S1(t)S2(t)S3(t)如 四進制幅度調(diào)制4ASK9二進制數(shù)字調(diào)制n2ASKn載波幅度隨著調(diào)制信號而變化，只有兩種可能的幅度。n2FSKn利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。兩種不同的頻率。n2PSKn利用載波相位絕對數(shù)值的變化傳送數(shù)字信息10an 1 0 1 1 0 1 0 02ASK2FSK2PSK tnTtgatnTtgatcnsncnsnPSKscoscos tcosnTtgatcnsnASKs tcosnTtgatc

4、osnTtgat2nsn1nsnFSKs二進制已調(diào)波形亦稱：OOK信號11舉例說明an 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 12FSK2DPSK12已調(diào)信號的功率譜函數(shù)數(shù)字已調(diào)信號頻譜分析fhcff P PS S( (f f ) )hcff cff fP PB B( (f f ) )hf 14sBcBcPfPffPff coscs tB tt一般數(shù)字已調(diào)信號137.1 二進制幅度鍵控（2ASK） n2ASK調(diào)制的基本原理n2ASK信號的時頻域表示n2ASK調(diào)制器與解調(diào)器142ASK與OOKn二進制幅度鍵控（2ASK）n載波幅度隨著調(diào)制信號而變化，只有兩種可能的幅度。n通斷鍵控（OOK）

5、n2ASK中兩種可能的幅度為高電平和零電平。151001anB(t)sOOK(t)00A AttOOK信號sOOK(t)=anAcosct1,0,na出現(xiàn)概率為P 出現(xiàn)概率為1-P 16OOK的時域表達式 nsOOK(t)=anAcosct nA：載波幅度；c：載波頻率nan：二進制數(shù)字信息1,0,na出現(xiàn)概率為P 出現(xiàn)概率為1-P (72) (71)172ASK信號的時域表達式n調(diào)制信號：nTs：調(diào)制信號間隔ng(t)：單極性脈沖信號的時間波形nan：二進制數(shù)字信息n2ASK信號：( )()nsnB ta g tnT( )()cosASKnscnsta g tnTt187.1.2 2ASK信

6、號的頻域特性n若二進制序列B(t)的功率譜密度為PB()，2ASK信號的功率譜密度為PASK()，則有1( )()()4ASKBcBcPPP190fPB( f )0 fcfcfc fsfc fsfc fsfc fsfPASK( f )(a)(b) fsfsOOK信號的功率譜譜零點帶寬譜零點帶寬雙邊帶20n可以看出：幅度鍵控信號的功率譜是基帶信號功率譜的線性搬移（線性調(diào)制），其頻譜寬度是二進制基帶信號的兩倍。n由于基帶信號是矩形波，其頻譜為Sa函數(shù)，頻帶寬度從理論上來說為無窮大，通常取第一過零點的帶寬作為傳輸帶寬，稱之為譜零點帶寬。212ASK信號的帶寬n設(shè)數(shù)字信號的碼元速率為RBn則：碼元寬度

7、Ts=1/ RBn矩形脈沖B(t)的譜零點帶寬BB=1/Ts=fs= RBn2ASK信號的帶寬B =2fs = 2RB （雙邊帶調(diào)制）22fc Bfc B fcfcfc Bfc BBB0PB( f )PASK( f )ff(a) 基帶信號功率譜(b) 已調(diào)信號功率譜0為了限制頻帶寬度，可以采用帶限信號作為基帶信號，如升余弦滾降信號。但此時信號的產(chǎn)生較復雜。升余弦滾降基帶信號的2ASK信號功率譜237.1.3 2ASK調(diào)制器n方法1：使用乘法器n類似模擬調(diào)制?？梢陨筛鞣N幅度調(diào)制。n方法2：使用開關(guān)電路n用于生成OOK信號。B(t)cosctsASK(t)sASK(t)B(t)開關(guān)電路24 nS

8、nB ta g tnT 2ccos tASKstB ttcosc數(shù)字信號序列數(shù)字信號序列載波載波已調(diào)信號已調(diào)信號數(shù)字信號序列數(shù)字信號序列 nSnB ta g tnTGNDtcosc載波載波 2ccos tASKstB t已調(diào)信號已調(diào)信號10101載波B(t)1 0 1 1 0an已調(diào)波2ASK調(diào)制器257.1.4 2ASK解調(diào)器n方法1：包絡(luò)檢波n方法2：相干解調(diào)n需要在接收端產(chǎn)生一個本地的相干載波，且設(shè)備復雜，較少使用。n數(shù)字信號最終都需要用抽樣判決電路對低通濾波器的輸出作一次判決以確定信號取值。26帶通濾波器半波或全波整流器低通濾波器抽樣判決器輸出輸入定時脈沖帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣

9、判決器輸出輸入定時脈沖cosct(a) 包絡(luò)檢波(b) 相干解調(diào)2ASK解調(diào)器27全波或半波整流帶通接收信號輸出信號低通抽樣判決定時脈沖提取(a) 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波2ASK全波整流低通輸出 1 0 1 1 0 1 0 0輸出信號2ASK的包絡(luò)檢波法解調(diào)28 tcostsctcosc ts21 tcosc costs21 t2cos1ts21c t2coscosts21c本地相干載波提取帶通接收信號輸出信號低通抽樣判決定時脈沖提取(b) 相干解調(diào)相干解調(diào)相乘器相干解調(diào)必須載波同步，即接收端需提取與發(fā)射端同頻同相的載波。2ASK的相干解調(diào)297.2 二進制頻移鍵控（2FSK）n7.2.1 2FSK

10、調(diào)制的基本原理及波形表達式n7.2.2 2FSK調(diào)制的頻域特性n7.2.3 2FSK調(diào)制器n7.2.4 2FSK解調(diào)器307.2.1 2FSK的基本原理及時域表達式n2FSK：利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。n“1”載波頻率f1n“0”載波頻率f2312FSK的時域表達式n2FSK信號可看作是兩個不同頻率交替發(fā)送的2ASK信號的疊加:n 是an的反碼212( )()cos()cosFSKnsnsnnsta g tnTta g tnTtna322ASK1t2ASK2t 1 0 1 1 0 1 0+= = 1122coscossFSKnsnsnnta g tnTta g tnTt2FSKtt 2

11、22cossASKnsnta g tnTt 11nsn1ASKtnTtgats cos2FSK信號的時域波形332FSK信號的時域波形34f1f1-fsf2f2+fs Pc( ) Pc( ) Pc( )f2f2+fsf1f1-fsf2f2+fsf1f1-fs21222FSKBsBBffBhfB為頻移指數(shù)為頻移指數(shù)或調(diào)制指數(shù)或調(diào)制指數(shù)12sffhf定義2B2BB2FSK頻移指數(shù)h越大，2FSK信號的頻帶 f越寬。2FSK信號的功率譜2ASK信號的功率譜信號的功率譜Pc fc-fs fc fc+fsPc( )35頻差12212cffffff 設(shè)：中心頻率調(diào)制指數(shù)21ssfffhRR基帶信號帶寬BB

12、則：B2FSK2BB+|f2-f1|2FSK的頻域特性36fc fsfcfc fsfP2FSK( f )h0.5h0.7h1.52FSK信號功率譜377.2.3 2FSK調(diào)制器n頻率選擇法：n產(chǎn)生相位不連續(xù)的FSK信號n壓控振蕩器n產(chǎn)生相位連續(xù)的FSK信號38圖78 2FSK調(diào)制器 振蕩器1門1倒相器求和器振蕩器2門2二進制信息(NRZ)2FSK信號39門1數(shù)字信號輸入數(shù)字信號輸入門0反相f1f02FSK信號輸出信號輸出產(chǎn)生相位不連續(xù)的產(chǎn)生相位不連續(xù)的2FSK2FSK信號信號壓控振蕩器FSK信號輸出信號輸出數(shù)字信息序列數(shù)字信息序列an產(chǎn)生相位連續(xù)的產(chǎn)生相位連續(xù)的FSKFSK信號信號2FSK信號

13、的產(chǎn)生407.2.4 2FSK解調(diào)器n兩個并聯(lián)的ASK接收機一個FSK接收機。n非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）n相干解調(diào)n過零檢測法41 f1 f0 f1 f1 f0 f1 f02FSKttatb帶通濾波器1帶通濾波器0包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器位定時恢復判決器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2FSK輸入輸入abcdc 1 0 1 1 0 1 0d非相干解調(diào)器要良好的工作，要求較大的頻移指數(shù)。2FSK的非相干解調(diào)42帶通濾波器1帶通濾波器2低通濾波低通濾波位定時恢復判決數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸入輸入本地相干載波1本地相干載波2tcos1 2cost 12coscossFSKnsnsnnta g tnTta g tnTt nsnnTtga21 nsnnTtga212FSK的非相干解調(diào)43 1 0 1 1 0 1 0限幅微分整流脈沖發(fā)