數(shù)字信號的頻帶傳輸課件

4．1數(shù)字調制與解調4．2頻分多路復用4．3擴頻技術第4章數(shù)字信號的頻帶傳輸本章安排4次理論課，2次實驗和1次習題課1/8/20231常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4．1數(shù)字調制與解調第4章數(shù)字信號的頻帶傳輸本章安排4第4章數(shù)字信號的頻帶傳輸

前面我們已經學習了數(shù)字信號的基帶傳輸，知道數(shù)字基帶信號具有豐富的低頻成分，只適合在低通型信道中傳輸（比如雙絞線），但是在通信系統(tǒng)中實際使用的信道多為帶通型，例如各個頻段的無線信道、限定頻率范圍的同軸電纜等。為了使數(shù)字信號能在帶通信道中傳輸，必須采用數(shù)字調制方式。搬到頻譜較高的信道上進行傳輸。這就是我們今天要學習的數(shù)字信號的頻帶傳輸。1/8/20232常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中第4章數(shù)字信號的頻帶傳輸前面我們已經學習了數(shù)字信那么為什么一定要在帶通型信道中傳輸數(shù)字信號呢？主要原因是帶通型信道比低通型信道帶寬大得多，可以采用頻分復用技術傳輸多路信號；另外，若要利用無線電信道，必須把低頻信號“變”成高頻信號。第4章數(shù)字信號的頻帶傳輸1/8/20233常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中那么為什么一定要在帶通型信道中傳輸數(shù)字信號呢？第4章數(shù)字4.1數(shù)字調制與解調

和模擬調制相似，數(shù)字調制所用的載波一般也是連續(xù)的正弦型信號，但調制信號則為數(shù)字基帶信號。理論上講，載波形式可以是任意的（比如三角波、方波等），只要適合在帶通信道中傳輸即可。之所以在實際通信中多選用正弦型信號，是因為它具有形式簡單、便于產生和接收等特點。與模擬調制中的幅度調制、頻率調制和相位調制相對應，數(shù)字調制也分為三種基本方式：幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。4.1數(shù)字調制與解調1/8/20234常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.1數(shù)字調制與解調4.1數(shù)字調制與解調1/7/2023

根據已調信號的頻譜結構特點的不同，數(shù)字調制也可分為線性調制和非線性調制。在線性調制中，已調信號的頻譜結構與基帶信號的頻譜結構相同，只不過是頻率位置搬移了；在非線性調制中，已調制信號的頻譜結構與基帶信號的頻譜結構不同，不是簡單的頻譜搬移，而是有其他新的頻率成分出現(xiàn)。振幅鍵控屬于線性調制，而移頻鍵控和移相鍵控屬于非線性調制。這些特點與模擬調制是相同的。4.1數(shù)字調制與解調1/8/20235常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中根據已調信號的頻譜結構特點的不同，數(shù)字調制也可分為線

所謂“鍵控”是指一種如同“開關”控制的調制方式。比如對于二進制數(shù)字信號，由于調制信號只有兩個狀態(tài)，調制后的載波參量也只能具有兩個取值，其調制過程就像用調制信號去控制一個開關，從兩個具有不同參量的載波中選擇相應的載波輸出，從而形成已調信號?！版I控”就是這種數(shù)字調制方式的形象描述。4.1數(shù)字調制與解調1/8/20236常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中所謂“鍵控”是指一種如同“開關”控制的調制4.4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1、信號波形圖4-3所示是一個ASK信號波形的例子。正弦載波受到信碼控制。當信碼為1時，ASK的波形是若干個周期的高頻等幅波（圖中為1個周期）；當信碼為0時，ASK信號的波形是零電平。圖4-3ASK信號波形4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1/8/20237常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1、信號波形圖4.4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）高頻等幅波的3個周期的ASK的波形1/8/20238常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）高頻等幅波的32、2ASK調制與解調

（1）產生二進制振幅鍵控信號的產生方法(調制方法)有兩種，如圖4-4所示。其中，圖（a）采用模擬調制方式的ASK調制方法。相乘器將數(shù)字基帶信號（單極性NRZ碼）和高頻載波相乘，得到ASK信號；圖（b）采用數(shù)字鍵控方法，由數(shù)字基帶信號去控制一個開關電路。當出現(xiàn)1碼時開關S閉合，有高頻載波輸出；出現(xiàn)0碼時開關S斷開，無高頻載波輸出。4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）(a)(b)圖4-4ASK波形產生器框圖1/8/20239常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中2、2ASK調制與解調（1）產生4.1（2）解調和模擬常規(guī)調幅信號的解調一樣，2ASK信號也有包絡檢波和相干解調兩種方式，兩種解調器的方框圖如下頁圖所示。由于被傳輸?shù)氖菙?shù)字信號1和0，因此，在每個碼元持續(xù)期間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。相干解調需要在接收端產生一個本地的相干載波，由于設備復雜，因此相干解調在2ASK系統(tǒng)中很少使用。對于含有載波分量的ASK信號，可以采用包絡檢波法解調。對于抑制載波的雙邊帶（DSB）信號和單邊帶（SSB）則只能采用相干解調，需要載波同步信號。4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1/8/202310常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中（2）解調4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1/7圖4-52ASK解調器4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1/8/202311常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中圖4-52ASK解調器4.1.1二進制振幅鍵控（3、2ASK信號的頻譜ASK信號實際上是信碼的單極性NRZ波形與高頻載波的相乘。我們知道二進制NRZ波形的頻譜如書上P58圖4-6（a）所示，乘法器可以使信號的頻譜搬移到載波的兩邊，因此可得到ASK信號的頻譜如圖4-6(b)所示，從中可以得到一個重要的結論：ASK信號的頻帶寬度是基帶信號的2倍。由上式可知幅度鍵控信號的功率譜是基帶信號功系譜的線性搬移，所以其頻譜寬度是二進制基帶信號的兩倍。由于基帶信號是矩形波，其頻譜寬度從理論上來說為無窮大，以載波ωc為中心頻率，在功率譜密度的第一對過零點之間集中了信號的主要功率，因此,通常取第一對過零點的帶寬作為傳輸帶寬，稱之為譜零點帶寬。4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1/8/202312常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中3、2ASK信號的頻譜由上式可知幅度鍵控信號的功率譜是基帶信2ASK信號的功率譜4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1/8/202313常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中2ASK信號的功率譜4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK2ASK信號的帶寬Bs=2fs，fs為基帶信號的帶寬，在數(shù)量上與基帶信號的碼元速率Rs相同。這說明2ASK信號的傳輸帶寬是碼元速率的2倍。同時看出：1)二進制ASK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成，其中連續(xù)譜取決于單個基帶信號碼元f(t)經線性調制后的雙邊帶譜，離散譜則由載波分量決定。2)二進制ASK信號的帶寬是基帶脈沖波形的兩倍。二進制振幅鍵控方式是數(shù)字調制中出現(xiàn)較早的，也是最簡單的。這種方法最早應用在電報系統(tǒng)，但由于它對抗噪聲的能力較差，它的功率利用率和頻帶利用率都不高，故在數(shù)字通信中應用得不多，一般都是與具他種調制方式合用。4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1/8/202314常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中2ASK信號的帶寬Bs=2fs，fs為基帶信號的帶寬書上P58例4-1：假設電話信道具有理想的帶通特性，頻率范圍為300-3400Hz，試問該信道在單向傳輸ASK信號時最大的傳輸碼率為多少？解：電話信道帶寬B=3400-300=3100（Hz）該信道在傳送ASK信號時，由于ASK信號的帶寬是基帶信號的2倍，因此該信道的等效基帶帶寬為B/2=1550Hz。根據無碼間串擾條件（奈奎斯特第一準則），基帶帶寬為1550Hz信道最高碼元傳輸速率為fB=2*1550=3100（b/s）為了限制頻帶寬度，可以采用帶限信號作為基帶信號。下頁圖給出基帶信號為升余弦滾降信號時，2ASK信號的功率譜密度示意圖。4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1/8/202315常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中書上P58例4-1：假設電話信道具有理想的帶通特性，頻升余弦滾降基帶信號的2ASK信號功率譜4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）11月3日講的內容1/8/202316常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中升余弦滾降基帶信號的2ASK信號功率譜4.1.1二進制我們在前面講過，為什么要進行頻帶傳輸，再歸納一下：1、現(xiàn)有通信網主要為傳輸模擬信號設計的，所以不能直接傳輸數(shù)字基帶信號。2、不能直接傳輸?shù)脑颍海?）現(xiàn)有信道為帶通型，主要用來傳輸模擬話音頻帶0.3-3.4kHz，對于含有直流分量和低頻分量的數(shù)字基帶信號在現(xiàn)有網絡上傳輸時波形會嚴重失真。（2）數(shù)字基帶信號抗干擾能力不強，傳輸可靠性不高。（3）基帶信號頻帶很寬，信道利用率不高，不能和模擬通信兼容。3、需要解決的問題數(shù)字信號在模擬信道中傳輸-----調制4、調制的目的，（1）滿足信道的需要，（2）多路復用。前面內容回顧1/8/202317常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中我們在前面講過，為什么要進行頻帶傳輸，再歸納為什么說頻帶傳輸?shù)氖悄M信號？例如：在傳真機中，我們利用2FSK調制，在主呼端用1170±100Hz表示“1”和“0”。在信道上傳輸?shù)牟皇?、0碼，而是1170±100Hz的模擬正弦波信號。在從呼端用2125±100Hz表示“1”和“0”碼。調制（Modulation），用基帶信號去控制正弦波的參數(shù)的過程，基帶信號稱為調制信號（ModulatingSignal），被調制的正弦波稱為載波（Carrier）。解調，在接收端，接收設備要將原來的基帶信號從已調信號中恢復，這一過程稱為解調（Demodulation）。在雙工通信中，調制和解調合在一起，稱為調制解調器（Modem）。前面內容回顧1/8/202318常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中為什么說頻帶傳輸?shù)氖悄M信號？前面內容回顧1

4.1.2二進制頻移鍵控（2FSK）1、信號波形圖4-7FSK信號波形

頻移鍵控（FSK）調制，是用數(shù)字信號來控制高頻載波的頻率變化，調制后的載波信號頻率代表了要傳遞的數(shù)字信號。從圖中可以看出，基帶信號為高電平，對應的FSK信號是一個頻率為f1的載波；基帶信號為低電平，F(xiàn)SK信號則是一個頻率為f2的載波。4.1.2二進制頻移鍵控（2FSK）1/8/202319常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.1.2二進制頻移鍵控（2FSK）1、信號波形圖2、2FSK調制與解調（1）產生實現(xiàn)數(shù)字頻率調制的一般方法有兩種：一種叫直接調頻法；另一種叫鍵控法(用單極性不歸零碼）。所謂直接調頻法．此方法是將輸入的基帶脈沖去控制一個振蕩器的某種參數(shù)而達到改變振蕩器頻率的目的。這種方法產生的調頻信號是相位連續(xù)的，且容易產生，但頻率穩(wěn)定度較差，應用少。圖4-8FSK波形產生器4.1.2二進制頻移鍵控（2FSK）1/8/202320常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中2、2FSK調制與解調圖4-8FSK波形產生器4.1.22FSK信號的另一種方法是鍵控法，即利用受矩形脈沖序列控制的開關電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通。該方法可用數(shù)字電路實現(xiàn)，轉換速度快、波形好，頻率穩(wěn)定度高。但由于f1和f2是兩個獨立的振蕩，因而使所輸出的信號失去了相位的連續(xù)性，相位不連續(xù)，可能對鄰道造成干擾，應用比較多。

以上兩種產生方法及波形如圖4-8所示，圖中，s(t)代表信息的二進制矩形脈沖序列，e0(t)代表2F5K信號。FSK信號可以看成是兩個ASK信號的組合。在FSK中f1和f2哪一頻率高由收發(fā)雙方通信協(xié)議確定。

4.1.2二進制頻移鍵控（2FSK）（2）解調FSK信號的解調也有兩種：相干解調（同步）和非相干解調。1/8/202321常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中2FSK信號的另一種方法是鍵控法，即利用受矩形脈沖序圖4-92FSK解調器4.1.2二進制頻移鍵控（2FSK）1/8/202322常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中圖4-92FSK解調器4.1.2二進制頻移鍵控相干解調—同步檢波（需要同步載波，所以應用少）非相干解調：過零檢測法---常用方法包絡檢測法---分路窄帶濾波器（書上P59圖4-9）鑒頻法過零檢測法是一種常用而簡便的解調方法。2FSK信號的過零點數(shù)隨載頻的變化而不同，因此，檢測出過零點數(shù)就可以得到載頻的差異，從而進一步得到調制信號的信息。過零檢測法的原理框圖及各點波形如下頁圖所示。FSK信號經限幅、微分、整流后形成與頻率變化相對應的脈沖序列，由此再形成相同寬度的矩形波。此矩形波的低頻分量與數(shù)字信號相對應，由低通濾波器濾出低頻分量，然后經抽樣判決，即可得到原始的數(shù)字調制信號。4.1.2二進制頻移鍵控（2FSK）1/8/202323常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中相干解調—同步檢波（需要同步載波，所以應用少）4.1.22FSK信號過零檢測法4.1.2二進制頻移鍵控（2FSK）1/8/202324常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中2FSK信號過零檢測法4.1.2二進制頻移鍵控（23、FSK信號的頻譜（1）調制指數(shù)（或頻移指數(shù)）h為

式中，Rs是數(shù)字基帶信號的速率。下圖給出了h＝0.5、h=0.7、h=1.5時2FSK信號的功率譜示意圖。

4.1.2二進制頻移鍵控（2FSK）1/8/202325常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中3、FSK信號的頻譜（1）調制指數(shù)（或頻移指數(shù)）h為功率譜以fc為中心對稱分布。在Δf較小時功率譜為單峰。隨著Δf的增大，f1和f2之間的距離增大，功率譜出現(xiàn)了雙峰，這時的頻帶寬度可近似表示為

B2FSK≈2Rs+|f2-f1|

式中,Rs為基帶信號的碼元速率，數(shù)值上和帶寬一樣。所以我們說，F(xiàn)SK調制比ASK調制，頻帶利用率下降|f2-f1|。為了便于接收端解調，要求2FSK信號的兩個頻率f1,f2間要有足夠的間隔。對于采用帶通濾波器來分路的解調方法，通常取|f2-f1|=(3～5)Rs。于是，2FSK信號的帶寬為：4.1.2二進制頻移鍵控（2FSK）1/8/202326常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中功率譜以fc為中心對稱分布。在Δf較小時功率相應地，這時2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率為4.1.2二進制頻移鍵控（2FSK）4、FSK應用

FSK應用廣泛，主要應用在音頻信道內進行數(shù)據傳輸：（1）傳真機工作；（2）低速遠動CCITT的V.21標準規(guī)定300b/s的Modem的技術參數(shù)：主呼頻率1270Hz（1碼）、1070Hz（0碼），被呼頻率2225Hz（1碼）、2025Hz（0碼），頻譜圖如書上P60圖4-11。（主叫和被叫各有一對頻率的信號在同一條電話線上雙向傳輸而互不干擾）1/8/202327常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中相應地，這時2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率為4.1.例4-2如果在電話信道中接入基于V.21標準的Modem（速率為300b/s）要求電話信道的帶寬為多少？（設電話信道具有理想傳輸特性）解：根據V.21標準，四個頻率取最小和最大的兩個，則電話信道的帶寬為：

B2FSK≈2Rs+|f2-f1|=2*300+（2225-1070）=1755Hz（書上的計算方法可能有問題）例4-3設有一2FSK傳輸系統(tǒng)，其傳輸帶寬等于2400Hz。2FSK信號的頻率分別等于f0=980Hz，f2=1580Hz。碼元速率RB=300Baud。試求此2FSK信號的帶寬。解：信號帶寬：4.1.2二進制頻移鍵控（2FSK）1/8/202328常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中例4-2如果在電話信道中接入基于V.21標準的Modem一、二進制絕對相移鍵控（2PSK）1.絕對相移和相對相移

(1)絕對碼和相對碼。絕對碼和相對碼是相移鍵控的基礎。絕對碼是以基帶信號碼元的電平直接表示數(shù)字信息。如假設高電平代表“1”，低電平代表“0”，如下頁圖中{an}所示。相對碼（差分碼）是用基帶信號碼元的電平相對前一碼元的電平有無變化來表示數(shù)字信息的（我們在第二章里已經講過相對碼）。假若相對電平有跳變表示“l(fā)”，無跳變表示“0”，由于初始參考電平有兩種，因此相對碼也有兩種波形，如下頁圖{bn}1、{bn}2，所示。當用二進制數(shù)碼表示波形時，它們互為反碼。同樣，以后我們約定初始電平為低電平“0”。4.1.32PSK、2DPSK1/8/202329常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中一、二進制絕對相移鍵控（2PSK）4.1.3絕對碼與相對碼的互相轉換

絕對碼和相對碼是可以互相轉換的。實現(xiàn)的方法就是使用模二加法器和延遲器（延遲一個碼元寬度Tb），如下圖所示。圖(a)是把絕對碼變成相對碼的方法，稱其為差分編碼器．完成的功能是bn＝anbn-1(n-1表示n的前一個碼)。圖(b)是把相對碼變?yōu)榻^對碼的方法，稱其為差分譯碼器，完成的功能是an＝bnbn-1。4.1.32PSK、2DPSK1/8/202330常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中絕對碼與相對碼的互相轉換絕對碼和相對碼是二相調相波形1/8/202331常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中二相調相波形1/7/202331常州信息職業(yè)技術學院(2)絕對相移。絕對相移是利用載波的相位偏移（指某一碼元所對應的已調波與參考載波的初相差）直接表示數(shù)據信號的相移方式。假若規(guī)定：已調載波與未調載波同相表示數(shù)字信號“0”，與未調載波反相表示數(shù)字信號“1”，見上圖，圖中2PSK波形。此時的2PSK已調信號的表達式為其中，s(t)為雙極性數(shù)字基帶信號，表達式為式中，g(t)是高度為1，寬度為Tb的門函數(shù)。4.1.32PSK、2DPSK1/8/202332常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中(2)絕對相移。絕對相移是利用載波的相位偏二相調相信號的矢量表示4.1.32PSK、2DPSK注意：相對碼是相對bn-1的相同與不同，相同輸出“0”，不同輸出“1”，不是相對與an-1。1/8/202333常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中二相調相信號的矢量表示4.1.32PSK、2DPSK(3)相對相移。相對相移是利用載波的相對相位變化表示數(shù)字信號的相移鍵控方式。所謂相對相位是指本碼元初相與前一碼元末相的相位差(即向量偏移)。有時為了討論問題方便，也可用相位偏移來描述。在這里，相位偏移指的是本碼元的初相與前一碼元(參考碼元)的初相相位差。當載波頻率是碼元速率的整數(shù)倍時，向量偏移與相位偏移是等效的，否則是不等效的。

對于2DPSK，規(guī)定相對相位不變表示數(shù)字信號“0”，相對相位改變π表示數(shù)字信號“1”，如上頁圖所示。2DPSK相當于把絕對碼變成相對碼，然后再對相對碼進行絕對相移鍵控調制。4.1.32PSK、2DPSK1/8/202334常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中(3)相對相移。相對相移是利用載波的相對相2.2PSK信號的產生

2PSK信號和2ASK信號基本相同，區(qū)別在于2PSK信號是雙極性不歸零碼的雙邊帶調制，而2ASK信號是單極性不歸零碼的雙邊帶調制。由于雙極性不歸零碼沒有直流分量，因此2PSK信號是抑制載波的雙邊帶調制。這樣，2PSK信號的功率譜與2ASK信號的功率譜相同，只是少了一個離散的載波分量，也屬于線性調制。PSK信號產生方法有兩種，直接調相法和鍵控法，由于PSK需要發(fā)送載波基準，所以實際采用DPSK，DPSK是用相位的相對變化來反映0、1碼。要實現(xiàn)DPSK調制，首先把絕對碼變換成相對碼，然后再進行PSK調制。4.1.32PSK、2DPSK1/8/202335常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中2.2PSK信號的產生4.1.32PSK、2DPSK(1)直接調相法。(應用少）直接調相法產生2PSK信號4.1.32PSK、2DPSK1/8/202336常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中(1)直接調相法。(應用少）直接調相法產生2PSK信號(2)相位選擇法。（應用多）相位選擇法產生2PSK信號4.1.32PSK、2DPSK1/8/202337常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中(2)相位選擇法。（應用多）相位選擇法產生2PSK信號44.1.32PSK、2DPSK

二進制絕對相移鍵控和相對相對相移鍵控，0對應0相位，1對應π相位。注意上圖的問題是信碼波形應該是雙極性碼。1/8/202338常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.1.32PSK、2DPSK相移鍵控的優(yōu)點：（1）抗噪聲性能強，優(yōu)于ASK和FSK。（2）頻帶利用率高。和ASK一樣是基帶信號的2倍。相移鍵控主要有：絕對相移鍵控PSK。相對相移鍵控-差分相移鍵控DPSK。實際應用中，主要采用DPSK，主要因為DPSK優(yōu)點特出。如果采用絕對相移鍵控PSK，則發(fā)送端要同時發(fā)送一個載波基準信號。如果參考相位發(fā)生倒相（“φ=0”，變?yōu)椤唉?π”），則接收端恢復的數(shù)字信號會發(fā)生“0”、“1”碼反相，這種情況稱為反相工作。而DPSK沒有反相工作問題。4.1.32PSK、2DPSK1/8/202339常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中相移鍵控的優(yōu)點：4.1.32PSK、2DPS3、PSK和DPSK調制和解調要實現(xiàn)DPSK調制，首先把絕對碼變換成相對碼，在碼型變換電路中實現(xiàn)，然后再進行PSK調制。4.1.32PSK、2DPSK差分編碼2PSKanbn2DPSK信號PSK和DPSK解調同樣有相干解調和非相干解調兩種，書上P62圖4-15是相干解調。2PSK相干解調器1/8/202340常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中3、PSK和DPSK調制和解調4.1.32PS4.1.32PSK、2DPSKDPSK也可以采用相干解調，只是產生是相對碼，還必須有一個碼變換器將相對碼變換為絕對碼。另外，DPSK還可以采用差分相干解調的方法，如書上P62圖4-16所示。

用這種方法解調時不需要恢復本地載波，可由收到的信號單獨完成。將DPSK信號延時一個碼元間隔Ts，然后與DPSK信號本身相乘（相乘器起相位比較的作用），相乘結果經低通濾波后再抽樣判決即可恢復出原始數(shù)字信息。這是一個實用的方法。1/8/202341常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.1.32PSK、2DPSK4.1.32PSK、2DPSK1/8/202342常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.1.32PSK、2DPSK1/7/24.1.32PSK、2DPSK延遲TS要非常準確，相乘以后“同相”為高電平，“反相”為低電平。與發(fā)送端產生2DPSK信號“1變，0不變”的規(guī)則相對應，接收端抽樣判決器的判決準則是抽樣值x>0（參考電平），判為0，X<0（參考電平），判為1。這一點，我們書上沒有講清楚。1/8/202343常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.1.32PSK、2DPSK延4.1.32PSK、2DPSK4、PSK與DPSK信號的頻譜前面我們已經說過，PSK和DPSK信號實際上是雙極性矩形脈沖序列與高頻載波相乘的結果，所以其頻譜和ASK信號的頻譜相似，所不同的是ASK調制時基帶信號是單極性信號，含有直流分量，相乘后信號中就有載波分量，PSK與DPSK信號調制時，基帶信號是雙極性信號，如果信碼中1、0出現(xiàn)的概率相同，則基帶信號中沒有直流分量，已調波中就沒有載波分量，兩者的頻帶寬度相同，都是基帶信號的2倍。（ASK---2B、FSK----2B+|f1-f2|、PSK、DPSK----2B）1/8/202344常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.1.32PSK、2DPSK44.1.4多相制相移鍵控

4.1.4多相制相移鍵控（MPSK）通常，取多進制數(shù)M為2的冪次（M＝2n）。當攜帶信息的參數(shù)分別為載波的幅度、頻率或相位時，數(shù)字調制信號為M進制幅度鍵控（MASK）、M進制頻移鍵控（MFSK）或M進制相移鍵控（MPSK）。實際應用比較多的是多相制相移鍵控（MPSK）。當信道頻帶受限時，采用M進制數(shù)字調制可以增大信息傳輸速率，提高頻帶利用率，這正是第1章中評價通信系統(tǒng)有效性時所提到的內容，即在不提高波特率的前提下，采用多進制信號提高比特率。

目前用得比較多的多相制PSK（或DPSK）是四相制和八相制。1/8/202345常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.1.4多相制相移鍵控4.1.4多相制相移鍵控（4.1.4多相制相移鍵控多進制調制的特點：（1）在碼元速率（傳碼率）相同的情況下，可以提高信息速率（傳信率）其中fB為傳碼率，fb為傳信率。（2）在信息速率相同的情況下，可以降低碼元速率，以提高傳輸可靠性。（3）在接收機輸入信噪比相同的情況下，多進制數(shù)字傳輸系統(tǒng)的誤碼率比相應的二進制系統(tǒng)要高。（4）多進制設備復雜誤碼率：對于二進制，Pe=Peb

對于多進制，Pe≥Peb誤比特率：1/8/202346常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.1.4多相制相移鍵控多進制調制的特點：誤比特率：14.1.4多相制相移鍵控1、四相制PSK與DPSK波形（4PSK又稱為QPSK）通常，取多進制數(shù)M為2的冪次（M＝2n）。當攜帶信息的參數(shù)分別為載波的幅度、頻率或相位時，數(shù)字調制信號為M進制幅度鍵控（MASK）、M進制頻移鍵控（MFSK）或M進制相移鍵控（MPSK）。實際應用比較多的是多相制相移鍵控（MPSK）。當信道頻帶受限時，采用M進制數(shù)字調制可以增大信息傳輸速率，提高頻帶利用率，這正是第1章中評價通信系統(tǒng)有效性時所提到的內容，即在不提高波特率的前提下，采用多進制信號提高比特率。

目前用得比較多的多相制PSK（或DPSK）是四相制和八相制。1/8/202347常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.1.4多相制相移鍵控1、四相制PSK與DPSK波相位配置矢量圖1/8/202348常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中相位配置矢量圖1/7/202348常州信息職業(yè)技術學院四相制信號波形圖

波形正確1/8/202349常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中四相制信號波形圖

波形正確1/7/202349常州信息職業(yè)4.1.4多相制相移鍵控信碼（AB）相位（π/4系統(tǒng)）相位（π/2系統(tǒng)）00π/40013π/4π/2115π/4π107π/43π/24DPSK同樣是先把絕對碼變成相對碼，然后再進行4PSK調制。（參考相位為00）絕對碼an0100110111101000相對碼bn0111011010110000相位π/2ππ/23π/23π/2π00書上圖4-17相對碼錯了，4DPSK圖形錯。1/8/202350常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.1.4多相制相移鍵控信碼（AB）相位（π/4系統(tǒng)）重要更正關于4DPSK（也稱QDPSK）的重要更正，請大家務必注意：（1）書上P63圖4-17的4DPSK圖形是對的（根據北京郵電大學資料）。（2）對于多進制，把“絕對碼”變成“相對碼”方法比較復雜，不象我們前面介紹的二進制那樣簡單，首先把以二進制形式表示的多進制碼進行串并變換，然后再控制選相網絡，產生4DPSK（QPSK）信號。（3）4DPSK，同樣是利用前后碼的相對變化來表示信碼，在P63圖4-17中，信碼為01

00

11

01

11

10

10

004PSK信號的相位（查表4-1）為：π/2、0、π、π/2、π、3π/2、3π/2、0。1/8/202351常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中重要更正關于4DPSK（也稱QDPSK）的重要更正，重要更正（4）4DPSK信號的相位為多少呢？A、首先我們約定4DPSK的參考相位為0（00碼），B、信碼第一個為01（對應相位為π/2）4DPSK的相位為在參考相位基礎上變化π/2。C、信碼第二個為00（對應相位為0）4DPSK的相位是在前一波形（相位為π/2）的基礎上變化0相位后的相位為π/2。D、信碼第三個為11（對應相位為π）4DPSK的相位是在前一波形（相位為π/2）的基礎上變化π相位后的相位為3π/2。

E、信碼第四個為01（對應相位為π/2）4DPSK的相位是在前一波形（相位為3π/2）的基礎上變化π/2相位后的相位為4π/2（0相位）1/8/202352常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中重要更正（4）4DPSK信號的相位為多少呢？1/7/202重要更正依次類推同樣，對于2DPSK也一樣，根據信碼的情況，確定前后相位變化，信碼為1時，波形相位變化π，信碼為0，相位不變。例如信碼為10110，我們可以不通過相對碼，直接畫出2DPSK波形。（參考相位為0）1/8/202353常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中重要更正依次類推1/7/202353常州信息職業(yè)技術學院4.1.4多相制相移鍵控2、4PSK信號的產生與解調

相位AB輸出信號000sinwtπ/210+coswtπ11-sinwt3π/201-coswt4PSK信號的產生方法如書上圖4-19所示，下頁圖和圖4-19類似。AB為信碼。4PSK解調原理框圖如書上圖4-20所示。

1/8/202354常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.1.4多相制相移鍵控2、4PSK信號的產生與解調相位選擇法產生四相制信號方框圖相位選擇法產生四相制信號1/8/202355常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中相位選擇法產生四相制信號方框圖相位選擇法產生四相制信號1/4.1.5多進制正交幅度調制

4.1.5多進制正交幅度調制（QAM）由前面的討論我們知道：采用多進制調制，在相同碼元速率的條件下，提高信息傳輸速率。例如4PSK和2PSK碼元速率一樣，但4PSK的傳信率是2PSK的2倍。但也不是說，多進制調制就沒有任何問題，我們說，由于4PSK相位間隔（π/2）比2PSK相位間隔（π）小，所以解調時4PSK出現(xiàn)誤判的可能性要大，同樣采用8PSK雖然傳信率更高，但誤碼率也更大。這是不以人的意志轉移的。若利用正交載波技術傳輸ASK信號，可使頻帶利用率提高一倍。如果再把多進制與其他技術結合起來，還可進一步提高頻帶利用率。能夠完成這種任務的技術稱為正交振幅調制（QAM）。1/8/202356常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.1.5多進制正交幅度調制4.1.5多進制正交幅4.1.5多進制正交幅度調制除QAM以外，現(xiàn)代數(shù)字調制技術還有許多種，例如時頻移位鍵控（TFSK）、時頻相移鍵控（TFPSK）、交錯四相相移鍵控（OQPSK）、最小頻移鍵控（MSK）、正弦頻移鍵控（SFSK）、受控調頻（TFM）、高斯濾波最小頻移鍵控（GMSK）等等。QAM是ASK和PSK相結合的產物，是對基本數(shù)字調制方式（ASK、FSK、PSK）的改進，屬于現(xiàn)代數(shù)字調制技術內容，應用廣泛。QAM也稱為幅相鍵控（APK）。

QAM調制的基本原理是利用兩個獨立的基帶信號波形，對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波的雙邊帶調幅（DSB），即利用已調信號在相同帶寬內的頻譜正交來實現(xiàn)兩路數(shù)字信息的傳輸。QAM的信道利用率與單邊帶一樣，因而主要用于高速數(shù)字通信系統(tǒng)中。1/8/202357常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.1.5多進制正交幅度調制除QAM以外，現(xiàn)代該調制方式通常有二進制QAM（4QAM），四進制QAM（16QAM），八進制QAM（64QAM）…對應的空間信號矢量端點分布圖稱為星座圖。下圖中，電平數(shù)和信號狀態(tài)之間的關系是M＝m2，其中m為電平數(shù)，M為信號狀態(tài)。對于4QAM，當兩路信號幅度相等時，其產生、解調、性能及相位矢量均與4PSK相同。4.1.5多進制正交幅度調制1/8/202358常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中該調制方式通常有二進制QAM（4QAM），四進制QAQAM信號的同相和正交分量可以獨立地分別以ASK方式傳輸數(shù)字信號。如果兩通道的基帶信號分別為x（t）和y（t），則QAM信號可表示為：

為了傳輸和檢測方便，xk和yk一般為雙極性M進制碼元，間隔相等，例如取為±1，±3，…，±（M－1）等。

通常，原始數(shù)字數(shù)據都是二進制的。為了得到多進制的QAM信號，首先應將二進制信號轉換成M進制信號，然后進行正交調制，最后再相加。4.1.5多進制正交幅度調制1/8/202359常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中QAM信號的同相和正交分量可以獨立地分別以AS下圖表示出了產生多進制QAM信號的數(shù)學模型。圖中X’（t）由序列a1，a2，…，ak組成，y’（t）由序列b1，b2，…，bn組成，它們是兩組互相獨立的二進制數(shù)據，經2／m變換器變?yōu)镸進制信號x（t）和y（t）。經正交調制組合后可形成QAM信號。QAM信號產生4.1.5多進制正交幅度調制1/8/202360常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中下圖表示出了產生多進制QAM信號的數(shù)學模型。QAM信號解調

4.1.5多進制正交幅度調制1/8/202361常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中QAM信號解調4.1.5多進制正交幅度調制1/7/2

利用兩個獨立的振蕩源產生的FSK信號，一般情況下，在頻率轉換點上相位不連續(xù)，使得功率譜產生很大的旁瓣分量，帶限后會引起包絡起伏。為了克服上述缺點，須控制相位的連續(xù)性，這種形式的數(shù)字頻率調制稱為相位連續(xù)的頻移鍵控（CPFSK）。在一個碼元時間TS內，CPFSK信號可表示為：

當θ（t）為時間的連續(xù)函數(shù)時，已調波相位在所有時間上是連續(xù)的。若傳0碼時載頻為ω1，它們相對于未調載波ω0的偏移為Δω，上式又可寫為：補充：最小頻移鍵控（MSK）1/8/202362常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中利用兩個獨立的振蕩源產生的FSK信號，一般情其中式中，θ（0）為初相角，取決于過去碼元調制的結果，它的選擇要防止相位的任何不連續(xù)性。對于PSK信號，當2ΔωTS=nπ（n為整數(shù)）時，就認為它是正交的。為了提高頻帶利用率，Δω要小，當n＝1時，Δω達最小值；有：

它等于碼元速率1／TS之半，這是最小頻差。CPFSK的這種特殊選擇稱為最小頻移鍵控（MSK）。補充：最小頻移鍵控（MSK）1/8/202363常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中其中式中，θ（0）為初相角，取決于過去碼元調制的結果，它的選假定θ（0）＝0

若還假定”＋”號對應于1碼，“－”號對應于0碼，將t=TS代入式當t＞0時，在幾個連續(xù)碼元時間內，θ（t）變化曲線。補充：最小頻移鍵控（MSK）1/8/202364常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中假定θ（0）＝0若還假定”＋”號對應于1碼，右圖中正斜率直線表示傳1碼時的相位軌跡，負斜率直線表示傳0碼時的相位軌跡。這種由可能的相位軌跡構成的圖形稱為相位網格圖。在每一碼元時間內，相對于前一碼元載波相位不是增加π／2，就是減少π／2。在TS的奇數(shù)倍時刻相位取π／2的奇數(shù)倍；在TS的偶數(shù)倍時刻相位取π／2的偶數(shù)倍。因此，MSK波形的相位θ（t）在每一碼元結束時必定為π／2的整數(shù)倍。

MSK信號相位軌跡補充：最小頻移鍵控（MSK）1/8/202365常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中右圖中正斜率直線表示傳1碼時的相位軌跡，負斜率直線表示傳0碼

由上式可以看出，MSK信號可采取正交調制的方法產生。當兩支路碼元互相偏離TS時，恰好使和錯開1/4周期，這保證了MSK信號相位的連續(xù)性。與產生過程相對應，MSK信號可采取正交相干解調的方法恢復原信息碼，此外，還有其他解調方法，不再列舉。補充：最小頻移鍵控（MSK）1/8/202366常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中由上式可以看出，MSK信號可采取正交調制的方法產生。由MSK的討論可知，在每一碼元時間內，信號的相位是線性變化的。當調制碼元極性發(fā)生變化時，相位變化π/2。但在碼元轉換時刻相位仍然連續(xù)。不過，碼元極性變化時，相位軌跡曲線出現(xiàn)一尖角，這可由“MSK信號相位軌跡”曲線曲線看出。這導致MSK信號頻譜旁瓣滾降速度下降，帶外輻射增加。為了減小帶外輻射，提高頻帶利用率，應使這些尖角變平滑，正弦頻移鍵控就是針對此問題提出的一種調制方式。

1/8/202367常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中由MSK的討論可知，在每一碼元時間內，信號的TFM信號相位軌跡曲線1/8/202368常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中TFM信號相位軌跡曲線1/7/202368常州信息職業(yè)技術學

為了減小已調波的主瓣寬度和鄰道中的帶外輻射，在TFM調制方式中，調制前對基帶信號進行了“相關編碼”處理，如果調制前對基帶信號進行高斯濾波處理，也能達到上述目的，這里是讓基帶信號先進行高斯濾波，然后再進行最小頻移鍵控調制。該方法稱為調制前高斯濾波的最小頻移鍵控，記為GMSK。GMSK信號相位軌跡圖GMSK信號的產生補充：高斯濾波的最小頻移鍵控（GMSK）1/8/202369常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中為了減小已調波的主瓣寬度和鄰道中的帶外輻射，在TFM調采用PLL的GMSK信號產生GMSK信號的產生與解調

1/8/202370常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中采用PLL的GMSK信號產生GMSK信號的產生與解調1/在數(shù)字移動通信中進行高速率數(shù)據傳輸時，為了滿足鄰道帶外輻射功率低于－80dB～－60dB的指標，要求信號要有更加緊湊的功率譜，例如GSM系統(tǒng)采用的就是這種GMSK調制方式。GMSK信號頻譜GMSK的頻譜特性1/8/202371常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中在數(shù)字移動通信中進行高速率數(shù)據傳輸時，為了滿足鄰道帶外輻射功4.1.6調制解調器——MODEM

隨著計算機與數(shù)據終端設備的普及，對數(shù)據通信的要求與日俱增，應用更加廣泛。電話通信網是遍及全世界的最大通信網絡。由于現(xiàn)有得通信系統(tǒng)主要是模擬通信系統(tǒng)，主要用于傳輸模擬話音，數(shù)字信號不能直接進入這樣的信道．所以必須通過一個中間設備“MODEM”來實現(xiàn)數(shù)字信號到模擬信號和模擬信號到數(shù)字信號的相互轉換。MODEM稱為調制解調器。4.1.6調制解調器——MODEM1/8/202372常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.1.6調制解調器——MODEM數(shù)據通信系統(tǒng)示意圖4.1.6調制解調器——MODEM1/8/202373常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中數(shù)據通信系統(tǒng)示意圖4.1.6調制解調器——MODEM11、MODEM的功能

在兩個遠距離的計算機之間傳遞數(shù)據，雙方必須通過中口利用RS232電纜各接一個外置式MODEM，或在計算機擴展槽內各接一個內插式MODEM。發(fā)送端的MODEM從發(fā)送數(shù)據終端接收效據，經過調制，將數(shù)字信號轉換成合適于在電話信道中傳輸?shù)哪M信號，然后通過模擬電話網發(fā)往接收端的MODEM，再進行解調，將模擬信號還原為數(shù)字信號送給接收端的計算機，從而利用模擬電話網實現(xiàn)計算機之間的數(shù)據通信。4.1.6調制解調器——MODEM1/8/202374常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中1、MODEM的功能4.1.6調制解調器——MODEM1通信發(fā)送端MODEM完成的功能可以歸納為以下5點：1)接收計算機送來的控制命令和數(shù)據。2)將數(shù)字信號調制成適合于在電話信道中傳輸?shù)哪M信號。3)完成和通信對方的協(xié)商功能。4)把模擬信號送到電話線上。5)保護電路．主要是避免電壓過高等問題出現(xiàn)。MODEM在撥號網絡中的應用4.1.6調制解調器——MODEM1/8/202375常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中通信發(fā)送端MODEM完成的功能可以歸納為以下5點：通信接收端的MODEM完成如下功能：1)接收從電話線來的模擬音頻信號。2)將接收到的模擬信號解調還原為原始的數(shù)字信號。3)把解調復原出的數(shù)字信號送給計算機。4)保護電路。MODEM并不改變數(shù)據的內容．它只是改變數(shù)據的表示形式以便于傳輸。MODEM是為了在模擬信道上傳輸數(shù)字信號而出現(xiàn)的，它也必將隨著以全數(shù)字化為目標的ISDN的實現(xiàn)而無必要。4.1.6調制解調器——MODEM1/8/202376常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中通信接收端的MODEM完成如下功能：4.1.6調制4.2頻分多路復用頻分復用（FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing）的分割參量是頻率，是指在一個具有較寬通頻帶的物理信道中，通過調制技術將多路頻譜重疊的信號分別調制到不同的頻帶上使得它們的頻譜不再重疊(并保證都處在信道的通頻帶內)的一種多路復用方式。

頻分復用的特點是各路信號在時間上相互重疊，而在頻率上各占其位互不干擾。典型的頻分復用系統(tǒng)是多路載波系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是用來進行多路話音信號的長距離傳輸?shù)?，它把帶寬?.3-3.4kHz的話音信號，利用頻率搬移的方法，搬移到信道的不同頻率范圍內，按一定的規(guī)則進行排列，形成一個多路復用信號。4.2頻分多路復用1/8/202377常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.2頻分多路復用頻分復用（FDM，F(xiàn)r下圖是一個FDM的信道頻譜分布圖，圖中各路話音信號之間一般要有一定的保護帶。大部分情況下，信號頻帶寬度(3.1kHz)加上保護帶，常取4kHz。圖中畫出了32路話音信號搬移到600kHz的FDM頻譜。FDM頻譜信到分布式中Bi且為一路信號的帶寬，Bp為各路保護帶寬n為路數(shù)。4.2頻分多路復用1/8/202378常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中下圖是一個FDM的信道頻譜分布圖，圖中各路話頻分復用系統(tǒng)在復用和傳輸過程中，調制、多次頻率搬移和分路、解調等操作會不同程度地引入非線性失真，傳輸和音頻轉接也會引入噪聲。這些因素都會使數(shù)據信號的傳輸質量下降，增大誤碼率。FDM一般用在模擬通信系統(tǒng)中。4.2頻分多路復用1/8/202379常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中頻分復用系統(tǒng)在復用和傳輸過程中，調制、多次頻率搬移和4.3擴頻技術所謂擴展頻譜技術（簡稱擴頻技術）一般是指用比信號帶寬寬得多的頻帶寬度來傳輸信息的技術。為了擴展發(fā)射信號的頻譜，可能使用不同技術對所傳的信息進行處理，從而產生了不同的擴頻調制類型。常見的擴頻類型有：直接序列（DS）、跳頻（FH）、跳時（TH）和線性調頻脈沖（Chirp）等，另外，這些技術也常常組合起來使用，形成組合或混合類型的擴頻技術。為了將要發(fā)射的信號擴展到一個很寬的頻帶上，擴頻系統(tǒng)需要在頻帶和技術復雜性方面付出昂貴的代價，這樣做能得到什么好處呢?著名的香農（Shannon）定理中可以找到我們所需的答案。4.3擴頻技術1/8/202380常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.3擴頻技術4.3擴頻技術1/7/202380常州香農定理指出：在高斯白噪聲干擾條件下，通信系統(tǒng)的極限傳輸速率（信道容量）為：其中C---——信道容量（比特/秒）

W——信號帶寬（赫茲）

N——噪聲功率

S——信號平均功率

當S/N很小時（≤0.1）得到：上式說明：1）要增加系統(tǒng)的信息傳輸速率，即增加信道容量，可以通過增加傳輸信號的帶寬(W)或增加信噪比(S/N)來實現(xiàn)。4.3擴頻技術1/8/202381常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中香農定理指出：在高斯白噪聲干擾條件下，通信系統(tǒng)的極限傳輸速率2）當信道容量C為常數(shù)時，帶寬W與信噪比之間可以互換，即可以通過增加帶寬(W)來降低系統(tǒng)對信噪比(S/N)的要求，也可以通過增加信號功率來降低信號的帶寬。3）當帶寬(W)增加到一定程度后，信道容量C不可能無限制地增加。因此，在無差錯傳輸?shù)男畔⑺俾蔆不變時，如信噪比很低(N/S很大)，則可以用足夠寬的帶寬來傳輸信號。4.3擴頻技術直接序列調制就是載波直接被偽隨機碼序列調制，其基本原理圖如圖10.1所示。在一般情況下調制方式可以是調幅、調頻、調相和其它任何形式的振幅或角度調制。但最常使用的是差分相移鍵控（DPSK）方式，其優(yōu)點在前面已經討論過。1/8/202382常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中2）當信道容量C為常數(shù)時，帶寬W與信噪比之間可以互換，即可以直接序列擴頻原理1/8/202383常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中直接序列擴頻原理1/7/202383常州信息職業(yè)技術學院直接序列擴頻原理在發(fā)射機端，要傳送的信息先轉換成二進制數(shù)據或符號，與偽隨機碼（PN碼）進行模2和運算后形成復合碼，再用該復合碼去直接調制載波。通常為提高發(fā)射機的工作效率和發(fā)射功率，擴頻系統(tǒng)中一般采用平衡調制器。抑制載波的平衡調制對提高擴頻信號的抗偵破能力也十分有利。在接收機端，用與發(fā)射機端完全同步的PN碼對接收信號進行解擴后經解調器還原輸出原始數(shù)據信息。1/8/202384常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中直接序列擴頻原理在發(fā)射機端，要傳送的信息先轉換成二進直接序列擴頻原理擴頻碼的特性在擴頻系統(tǒng)中，信號頻譜的擴展是通過擴頻碼實現(xiàn)的。擴頻系統(tǒng)的性能同擴頻碼的性能有很大關系。對擴頻碼通常提出下列要求：

1、易于產生；

2、具有隨機性；

3、擴頻碼應具有盡可能長的周期，使干擾者難以通過擴頻碼的一小段去重建整個碼序列；

4、擴頻碼應具有雙值自相關函數(shù)和良好的互相關特性，以有利于接收時的截獲和跟蹤，以及多用戶應用。

1/8/202385常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中直接序列擴頻原理擴頻碼的特性1/7/202385常州信息職業(yè)直接序列擴頻原理

從理論上說，用純隨機序列去擴展信號頻譜是最理想的。但在接收機中為了解擴應當有一個同發(fā)送端擴譜碼同步的副本。因此，實際工程中，我們只能用偽隨機或偽噪聲（PN）序列作為擴頻碼。偽隨機序列具有貌似噪聲的性質，但它又是周期性的有規(guī)律的，既容易產生，又可以加工和復制的序列。

偽隨機序列具有類似于隨機序列的性質，歸納起來有下列三點：

1、平衡特性：隨機序列中0和1的個數(shù)接近相等；

2、游程特性：把隨機序列中連續(xù)出現(xiàn)0或1的子序列稱為游程。連續(xù)的0或1的個數(shù)稱為游程長度。隨機序列中長度為1的游程約占游程總數(shù)的1／2，長度為2的游程約占游程總數(shù)的1／22，長度為3的游程約占游程總數(shù)的1／23，…

1/8/202386常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中直接序列擴頻原理

從理論上說，用純隨機序列去擴展信直接序列擴頻原理

3、相關特性：隨機序列的自相關函數(shù)具有類似于白噪聲自相關函數(shù)的性質。偽隨機序列具有類似于隨機序列的性質，但它的結構或形式是預先可以確定的，并且可以重復地產生和復制。擴頻碼中應用最廣的是m序列，又稱最大長度序列。其它還有L序列和霍爾序列等。L序列是勒讓德（Legendre）序列或二次剩余序列的簡稱。霍爾序列又叫孿生素數(shù)序列。由于m序列在擴頻碼中占據特別重要的地位。因此，本節(jié)主要對m序列的性質及m序列的產生進行討論。1/8/202387常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中直接序列擴頻原理

3、相關特性：隨機序列的自相關函數(shù)具擴頻技術基本原理擴展頻譜通信(SpreadSpectrumCommunication)簡稱擴頻通信。擴頻通信的基本特征是使用比發(fā)送的信息數(shù)據速率高許多倍的偽隨機碼把載有信息數(shù)據的基帶信號的頻譜進行擴展，形成寬帶的低功率譜密度的信號來發(fā)射。香農(Shannon)在信息論的研究中得出了信道容量的公式：C=Wlog2(1+P/N)

這個公式指示出：如果信息傳輸速率C不變，則帶寬W和信噪比P/N是可以互換的，就是說增加帶寬就可以在較低的信噪比的情況下以相同的信息率來可靠的傳輸信息，也就是可以用擴頻方法以寬帶傳輸信息來換取信噪比上的好處。這就是擴頻通信的基本思想和理論依據。1/8/202388常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中擴頻技術基本原理擴展頻譜通信(SpreadSpec4．1數(shù)字調制與解調4．2頻分多路復用4．3擴頻技術第4章數(shù)字信號的頻帶傳輸本章安排4次理論課，2次實驗和1次習題課1/8/202389常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4．1數(shù)字調制與解調第4章數(shù)字信號的頻帶傳輸本章安排4第4章數(shù)字信號的頻帶傳輸

前面我們已經學習了數(shù)字信號的基帶傳輸，知道數(shù)字基帶信號具有豐富的低頻成分，只適合在低通型信道中傳輸（比如雙絞線），但是在通信系統(tǒng)中實際使用的信道多為帶通型，例如各個頻段的無線信道、限定頻率范圍的同軸電纜等。為了使數(shù)字信號能在帶通信道中傳輸，必須采用數(shù)字調制方式。搬到頻譜較高的信道上進行傳輸。這就是我們今天要學習的數(shù)字信號的頻帶傳輸。1/8/202390常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中第4章數(shù)字信號的頻帶傳輸前面我們已經學習了數(shù)字信那么為什么一定要在帶通型信道中傳輸數(shù)字信號呢？主要原因是帶通型信道比低通型信道帶寬大得多，可以采用頻分復用技術傳輸多路信號；另外，若要利用無線電信道，必須把低頻信號“變”成高頻信號。第4章數(shù)字信號的頻帶傳輸1/8/202391常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中那么為什么一定要在帶通型信道中傳輸數(shù)字信號呢？第4章數(shù)字4.1數(shù)字調制與解調

和模擬調制相似，數(shù)字調制所用的載波一般也是連續(xù)的正弦型信號，但調制信號則為數(shù)字基帶信號。理論上講，載波形式可以是任意的（比如三角波、方波等），只要適合在帶通信道中傳輸即可。之所以在實際通信中多選用正弦型信號，是因為它具有形式簡單、便于產生和接收等特點。與模擬調制中的幅度調制、頻率調制和相位調制相對應，數(shù)字調制也分為三種基本方式：幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。4.1數(shù)字調制與解調1/8/202392常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.1數(shù)字調制與解調4.1數(shù)字調制與解調1/7/2023

根據已調信號的頻譜結構特點的不同，數(shù)字調制也可分為線性調制和非線性調制。在線性調制中，已調信號的頻譜結構與基帶信號的頻譜結構相同，只不過是頻率位置搬移了；在非線性調制中，已調制信號的頻譜結構與基帶信號的頻譜結構不同，不是簡單的頻譜搬移，而是有其他新的頻率成分出現(xiàn)。振幅鍵控屬于線性調制，而移頻鍵控和移相鍵控屬于非線性調制。這些特點與模擬調制是相同的。4.1數(shù)字調制與解調1/8/202393常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中根據已調信號的頻譜結構特點的不同，數(shù)字調制也可分為線

所謂“鍵控”是指一種如同“開關”控制的調制方式。比如對于二進制數(shù)字信號，由于調制信號只有兩個狀態(tài)，調制后的載波參量也只能具有兩個取值，其調制過程就像用調制信號去控制一個開關，從兩個具有不同參量的載波中選擇相應的載波輸出，從而形成已調信號。“鍵控”就是這種數(shù)字調制方式的形象描述。4.1數(shù)字調制與解調1/8/202394常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中所謂“鍵控”是指一種如同“開關”控制的調制4.4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1、信號波形圖4-3所示是一個ASK信號波形的例子。正弦載波受到信碼控制。當信碼為1時，ASK的波形是若干個周期的高頻等幅波（圖中為1個周期）；當信碼為0時，ASK信號的波形是零電平。圖4-3ASK信號波形4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1/8/202395常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1、信號波形圖4.4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）高頻等幅波的3個周期的ASK的波形1/8/202396常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中4.4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）高頻等幅波的32、2ASK調制與解調

（1）產生二進制振幅鍵控信號的產生方法(調制方法)有兩種，如圖4-4所示。其中，圖（a）采用模擬調制方式的ASK調制方法。相乘器將數(shù)字基帶信號（單極性NRZ碼）和高頻載波相乘，得到ASK信號；圖（b）采用數(shù)字鍵控方法，由數(shù)字基帶信號去控制一個開關電路。當出現(xiàn)1碼時開關S閉合，有高頻載波輸出；出現(xiàn)0碼時開關S斷開，無高頻載波輸出。4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）(a)(b)圖4-4ASK波形產生器框圖1/8/202397常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中2、2ASK調制與解調（1）產生4.1（2）解調和模擬常規(guī)調幅信號的解調一樣，2ASK信號也有包絡檢波和相干解調兩種方式，兩種解調器的方框圖如下頁圖所示。由于被傳輸?shù)氖菙?shù)字信號1和0，因此，在每個碼元持續(xù)期間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。相干解調需要在接收端產生一個本地的相干載波，由于設備復雜，因此相干解調在2ASK系統(tǒng)中很少使用。對于含有載波分量的ASK信號，可以采用包絡檢波法解調。對于抑制載波的雙邊帶（DSB）信號和單邊帶（SSB）則只能采用相干解調，需要載波同步信號。4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1/8/202398常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中（2）解調4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1/7圖4-52ASK解調器4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1/8/202399常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中圖4-52ASK解調器4.1.1二進制振幅鍵控（3、2ASK信號的頻譜ASK信號實際上是信碼的單極性NRZ波形與高頻載波的相乘。我們知道二進制NRZ波形的頻譜如書上P58圖4-6（a）所示，乘法器可以使信號的頻譜搬移到載波的兩邊，因此可得到ASK信號的頻譜如圖4-6(b)所示，從中可以得到一個重要的結論：ASK信號的頻帶寬度是基帶信號的2倍。由上式可知幅度鍵控信號的功率譜是基帶信號功系譜的線性搬移，所以其頻譜寬度是二進制基帶信號的兩倍。由于基帶信號是矩形波，其頻譜寬度從理論上來說為無窮大，以載波ωc為中心頻率，在功率譜密度的第一對過零點之間集中了信號的主要功率，因此,通常取第一對過零點的帶寬作為傳輸帶寬，稱之為譜零點帶寬。4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1/8/2023100常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中3、2ASK信號的頻譜由上式可知幅度鍵控信號的功率譜是基帶信2ASK信號的功率譜4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1/8/2023101常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中2ASK信號的功率譜4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK2ASK信號的帶寬Bs=2fs，fs為基帶信號的帶寬，在數(shù)量上與基帶信號的碼元速率Rs相同。這說明2ASK信號的傳輸帶寬是碼元速率的2倍。同時看出：1)二進制ASK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成，其中連續(xù)譜取決于單個基帶信號碼元f(t)經線性調制后的雙邊帶譜，離散譜則由載波分量決定。2)二進制ASK信號的帶寬是基帶脈沖波形的兩倍。二進制振幅鍵控方式是數(shù)字調制中出現(xiàn)較早的，也是最簡單的。這種方法最早應用在電報系統(tǒng)，但由于它對抗噪聲的能力較差，它的功率利用率和頻帶利用率都不高，故在數(shù)字通信中應用得不多，一般都是與具他種調制方式合用。4.1.1二進制振幅鍵控（2ASK）1/8/2023102常州信息職業(yè)技術學院電子系張立中2ASK信號的帶寬Bs=2fs，fs為基帶信號的帶寬書上P58例4-1：假設電話信道具有理想的帶通特性，頻率范圍為300-3400Hz，試問該信道在單向傳輸ASK信號時最大的傳輸碼率為多少？解：電話信道帶寬B=3400-300=3100（Hz）該信道在傳送ASK信號時，由