數(shù)字信號(hào)的載波傳輸

1、第四節(jié) 數(shù)字信號(hào)的載波傳輸 基帶數(shù)字信號(hào)可以在傳輸距離不遠(yuǎn)的情況下直接傳送，但如果要遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，特別是在無(wú)線或光纖信道上傳輸時(shí)，則必須經(jīng)過(guò)調(diào)制將信號(hào)頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。為了使數(shù)字信號(hào)在有限帶寬的高頻信道中傳輸，必須對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行載波調(diào)制。三種基本的調(diào)制方式:振幅鍵控、頻移鍵控和相移鍵控ASK調(diào)制n一、ASK簡(jiǎn)介n幅移鍵控中，載波幅度是隨著調(diào)制信號(hào)而變化的。其最簡(jiǎn)單的形式是載波在二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)控制下通斷，這種方式稱作通-斷鍵控(OOK) 。n二、實(shí)驗(yàn)原理n調(diào)制方法：用相乘器實(shí)現(xiàn)調(diào)制器。調(diào)制類(lèi)型：2ASK,MASK。解調(diào)方法：相干法、非相干法。三、實(shí)驗(yàn)仿真電路圖（）2ASK信號(hào)產(chǎn)生

2、原理圖(）用SystemView實(shí)現(xiàn)的2ASK信號(hào)產(chǎn)生的仿真電路圖及波形 (a) 調(diào)幅法 (b)開(kāi)關(guān)鍵控法FSK調(diào)制n一、FSK 簡(jiǎn)介nFSK是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式,它的主要優(yōu)點(diǎn)是: 實(shí)現(xiàn)起來(lái)較容易,抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。n二、實(shí)驗(yàn)原理n所謂FSK就是用數(shù)字信號(hào)去調(diào)制載波的頻率。n可以有直接調(diào)頻法和鍵控法n實(shí)現(xiàn)方法:n直接調(diào)頻法利用一個(gè)矩形脈沖序列對(duì)一個(gè)載波進(jìn)行調(diào)頻而獲得。這正是頻率鍵控通信方式早期采用的實(shí)現(xiàn)方法，也是利用模擬調(diào)頻法實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)頻的萬(wàn)法。n鍵控法利用受矩形脈沖序列控制的開(kāi)關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。三、實(shí)驗(yàn)仿真電路圖

3、（）2FSK信號(hào)產(chǎn)生原理圖(）用SystemView實(shí)現(xiàn)的2FSK信號(hào)產(chǎn)生的仿真電路圖及波形n一般說(shuō)來(lái)，鍵控法得到的兩個(gè)鍵控頻率的相位是與二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列無(wú)關(guān)的，反映在輸出波形上，表現(xiàn)出f1與f2的相位是不連續(xù)的n而用模擬調(diào)頻法時(shí)，f1與f2的相位是連續(xù)的調(diào)頻法輸出的2FSK調(diào)制波形圖n (a)模擬調(diào)頻法2FSK的輸出波形圖鍵控法輸出的2FSK調(diào)制波形圖n (b)鍵控法2FSK的輸出波形FSK 信號(hào)的功率譜n四、2FSK鍵控信號(hào)的解調(diào)方法n二進(jìn)制FSK信號(hào)的常用解調(diào)方法可采用非相干檢測(cè)法和相干檢測(cè)法n此外，2FSK信號(hào)還有其他解調(diào)方法，比如鑒頻法、過(guò)零檢測(cè)法及差分檢波法等。n這里對(duì)相干解調(diào)法舉例

4、n 相干解調(diào)法n 相干解調(diào)二進(jìn)制移相鍵控 (2PSK) 二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)方式是載波相位按基帶脈沖序列的規(guī)律而改變的一種數(shù)字調(diào)制方式，就是根據(jù)數(shù)字基帶信號(hào)的兩個(gè)電平(或符號(hào))，使載波相位在兩個(gè)不同的數(shù)值之間切換的一種相位調(diào)制方法。當(dāng)兩個(gè)載波相位相差180度時(shí)，此時(shí)稱為反向鍵控(PSK)，也稱為絕對(duì)相移方式。絕對(duì)相移方式缺點(diǎn)當(dāng)采用絕對(duì)相移方式時(shí)，由于發(fā)送端是以某一個(gè)相位作基準(zhǔn)的，因而在接收端也必須有這樣一個(gè)固定基準(zhǔn)相位作參考，如果這個(gè)參考相位出現(xiàn)變化(0相位變相位，或相位變0相位)，則恢復(fù)的數(shù)字信息就會(huì)出現(xiàn)0變?yōu)?，或1變?yōu)?的現(xiàn)象，從而造成錯(cuò)誤的恢復(fù)。這種現(xiàn)象稱為2PSK方式的倒現(xiàn)象。

5、在實(shí)際中一般不采用2PSK方式，而采用一種所謂的相對(duì) (差分)移相(2DPSK)方式。二進(jìn)制差分相位鍵控(2DPSK) 2DPSK方式利用前、后相鄰碼元的相對(duì)載波相位值去表示數(shù)字信息，即用前、后兩個(gè)碼元之間的相差來(lái)表示碼元的值0和1。例如，假設(shè)相差值表示符號(hào)1，相差值0表示符號(hào)0 這說(shuō)明，解調(diào)2DPSK信號(hào)時(shí)，并不依賴于某一固定的載波相位參考值;只要前、后碼元的相對(duì)相位關(guān)系不破壞，那么只要鑒別這個(gè)相差關(guān)系就可正確恢復(fù)數(shù)字信息，這就避免了2PSK中的倒現(xiàn)象發(fā)生。單純從波形上觀察，2DPSK與2PSK是無(wú)法分辨的。一方面，只有已知移相鍵控方式是絕對(duì)的還是相對(duì)的，才能正確解調(diào)原信息另一方面，相對(duì)移相

6、信號(hào)可以看作是把數(shù)字信息序列 (絕對(duì)碼)變換成相對(duì)碼，然后再根據(jù)相對(duì)碼進(jìn)行絕對(duì)移相而形成。2PSK和2DPSK調(diào)制的仿真電路圖 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)特點(diǎn):(1)在相同的信道碼元傳輸速率下，多進(jìn)制系統(tǒng)的信息傳輸速率顯然比二進(jìn)制系統(tǒng)的要高 這是由于M進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，每個(gè)符號(hào)可以攜帶2 M比特信息，因此，當(dāng)信道頻帶受限時(shí)，可以使信息傳輸率 (比特率)增加，提高了頻帶利用率。(2)在相同的信息速率(比特率)下，由于多進(jìn)制方式的信道傳輸速率可以比二進(jìn)制的低，因而多進(jìn)制信號(hào)碼元的持續(xù)時(shí)間要比二進(jìn)制的寬。顯然，加寬碼元寬度，就會(huì)增加信號(hào)碼元的能量M進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制(MASK) M進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制又稱M電平調(diào)制。M電平調(diào)制方式是一種高效率的傳輸方式，其根本原因是: 其一，因?yàn)樗梢员榷M(jìn)制系統(tǒng)有高得多的信息傳輸速率; 其二，在相同的信道傳輸速率下，M電平調(diào)制信號(hào)的帶寬與二電平的相同。 現(xiàn)在我們利用SystemView系統(tǒng)仿真來(lái)驗(yàn)證，在相同信道傳輸速率下M電平調(diào)制與二電平調(diào)制具有相同的信號(hào)帶寬，即在符號(hào)速率相同的情況下，兩者具有相同的功率譜。2ASK與MASK調(diào)制性能比較仿真電路圖OOK(左)與MASK(右)信號(hào)的功率譜nMASK的解調(diào)同2ASK的一樣，既可以