通信原理第七章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)

第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)17.1概述一、正弦形載波表達(dá)式： 或式中，A

－振幅(V)；

f0

－頻率(Hz)；

0=2f0

－角頻率(rad/s)；

為初始相位(rad)。27.1概述二、3種基本的數(shù)字調(diào)制：1、振幅鍵控ASK2、頻移鍵控FSK3、相移鍵控PSKTTT“1”“1”“0”“1”“1”“0”T37.2二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)一、基本原理

1、表示式：

式中，0＝2f0為載波的角頻率；

42、調(diào)制方法:相乘電路：開關(guān)電路：相乘器cos0ts(t)A(t)cos0ts(t)A(t)7.2二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)57.2二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)3、解調(diào)方法：包絡(luò)檢波法（非相干解調(diào)）－不利用載波相位信息：包絡(luò)檢波器全波整流帶通濾波低通濾波抽樣判決定時(shí)脈沖s(t)A(t)6相干解調(diào)法－利用載波相位信息：相干載波cos0t相乘電路帶通濾波低通濾波抽樣判決定時(shí)脈沖s(t)A(t)7.2二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)77.2二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)二、功率譜密度設(shè)2ASK隨機(jī)信號(hào)序列的一般表示式為： 式中，an

－二進(jìn)制單極性隨機(jī)振幅；

g(t)－碼元波形；

T

－碼元持續(xù)時(shí)間。

則可以計(jì)算出： 式中，Ps(f)－s(t)的功率譜密度；

PA(f)

－A(t)的功率譜密度。

∴若求出了PA(f)

，代入上式就可以求出Ps(f)。87.2二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)－功率譜密度求PA(f)：由式(5.5-29)p101： 式中，fc

＝1/T

G1(f)－基帶信號(hào)碼元g1(t)的頻譜

G2(f)－基帶信號(hào)碼元g2(t)的頻譜 設(shè)：單極性二進(jìn)制碼；g(t)是寬度為T高度為1的門函數(shù)；

0、1等概率出現(xiàn)，即P=1/2

則,

9因?yàn)椋核裕?.2二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)－功率譜密度107.2二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)－功率譜密度

PA(f)和Ps(f)的曲線f/fcPA(f)(a)功率譜密度PA(f)的曲線(b)功率譜密度Ps(f)的曲線結(jié)論：1.包含連續(xù)譜和離散譜兩部分；2.B2ASK=2fs117.3二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)一、基本原理

1、表示式：

2、產(chǎn)生方法：調(diào)頻法：

相位連續(xù)開關(guān)法：

相位不連續(xù)A(t)開關(guān)電路頻率源1頻率源0s(t)f1f0調(diào)頻器A(t)s(t)“1”“1”“0”T127.3二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)－基本原理3、接收方法：相干接收：定時(shí)脈沖低通濾波低通濾波抽樣判決輸出帶通濾波f0帶通濾波f1輸入相乘相乘cos0tcos1tV0(t)V1(t)y1(t)y0(t)13非相干接收：（1）包絡(luò)檢波法：帶通濾波f0帶通濾波f1包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波抽樣判決定時(shí)脈沖輸入輸出V0(t)V1(t)7.3二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)－基本原理14（2）過零點(diǎn)檢測法帶通濾波放大限幅低通微分整流脈沖展寬abcedf7.3二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)－基本原理157.3二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)二、功率譜密度

開關(guān)法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)可以看作是兩個(gè)不同頻率2ASK信號(hào)的疊加： 式中，

∵2ASK信號(hào)的功率譜密度可以表示為：

∴2FSK信號(hào)的功率譜密度是兩個(gè)不同頻率2ASK信號(hào)的功率譜密度之和：16∵已知2ASK信號(hào)功率譜密度為（矩形脈沖，P=1/2）： 將其代入下式得到2FSK信號(hào)的功率譜密度為：7.3二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)－功率譜密度由上式可以看出，前4項(xiàng)是連續(xù)譜部分，后4項(xiàng)是離散譜。17

曲線：帶寬：fsfs=(f0+f1)/2ff1+fcf0-fcf0f12fcf1fsff0fs=(f0+f1)/2fcf1+fcf0-fcfs=(f0+f1)/2f1+fcf0-fc7.3二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)－功率譜密度18一、基本原理1.表示式： 式中， 或7.4二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)19

2.例：波形－“101”整數(shù)個(gè)周期：圖a和c相位不連續(xù)；多半個(gè)周期：圖b和d相位連續(xù)；上述例子說明，相鄰碼元的相位是否連續(xù)與相鄰碼元的初始相位是否相同不可混為一談。只有當(dāng)一個(gè)碼元中包含有整數(shù)個(gè)載波周期時(shí)，相鄰碼元邊界處的相位跳變才是由調(diào)制引起的相位變化。TTT“1”“1”“0”(c)(d)TTT(a)(b)“1”“0”“1”7.4二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)－基本原理207.4二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)－基本原理3.產(chǎn)生方法

（1）相乘法： 用二進(jìn)制基帶不歸零矩形脈沖信號(hào)A(t)去和載波相乘。213.產(chǎn)生方法

（2）選擇法：用開關(guān)電路去選擇相位相差的同頻載波。7.4二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)－基本原理224.解調(diào)方法必須采用相干接收法。難點(diǎn)：第一，難于確定本地載波的相位－因有 分頻器的相位不確定性、信道不穩(wěn)定性。 第二，信號(hào)波形長時(shí)間地為連續(xù)的正（余）弦波形時(shí)，使在接收端無法辨認(rèn)碼元的起止時(shí)刻。解決辦法： 采用差分相移鍵控(DPSK)體制。

本地載波提取帶通濾波低通濾波相乘抽樣判決V(t)7.4二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)－基本原理23

二、功率譜密度

由2PSK信號(hào)碼元的表示式可知，它是一個(gè)特殊的2ASK信號(hào)，其振幅分別取A和-A。

∴信號(hào)碼元隨機(jī)序列仍可以用2ASK信號(hào)的表示式表示： 式中，

為了簡化公式書寫，不失一般性，下面令A(yù)=1。7.4二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)247.4二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)－功率譜密度

直接由2ASK信號(hào)功率譜密度計(jì)算公式： 式中， 對(duì)于2PSK信號(hào)，g(t)=-g(t)，G1(f)=-G2(f)，因此上式變?yōu)?5當(dāng)“1”和“0”出現(xiàn)概率相等時(shí)，P=1/2，上式變?yōu)? ，代入上面Ps(f)式，得到

上式中沒有離散頻率分量。－－不能直接從接收信號(hào)中用濾波方法提取載波頻率。

7.4二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)－功率譜密度267.4二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)－功率譜密度

∵矩形脈沖的頻譜為

代入上式： 得到2PSK信號(hào)功率譜密度的最終表示式27

2PSK和2ASK信號(hào)功率譜密度比較

2ASK信號(hào)的功率譜密度：

2PSK信號(hào)的功率譜密度：兩者帶寬相同2PSK信號(hào)沒有離散分量(f+f0)+(f-f0)7.4二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)－功率譜密度28(a)2ASK信號(hào)的功率譜密度(b)2PSK信號(hào)的功率譜密度7.4二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)－功率譜密度29

2PSK和2ASK信號(hào)波形關(guān)系A(chǔ)2AA(a)2ASK(c)載波(b)2PSK7.4二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)－功率譜密度30一、基本原理

2DPSK-相對(duì)相移鍵控

2PSK-絕對(duì)相移鍵控1.表示式 設(shè)為當(dāng)前碼元和前一碼元的相位之差： 則，信號(hào)可以表示為 式中，0＝2f0為載波的角頻率；為前一碼元的相位。

7.5二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)31例：可以看出：初相不同，相同的基帶碼元序列的相位也可不同，即，碼元的相位并不直接代表基帶信號(hào)；相鄰碼元的相位差才代表基帶信號(hào)。000000

0

0

02DPSK碼元相位(+)0初始相位

00

0

00

0111001101111001101基帶信號(hào)7.5二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)32變換方法：用一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器間接法2DPSK信號(hào)調(diào)制器原理方框圖碼變換器（雙穩(wěn)觸發(fā)器）絕對(duì)碼相對(duì)碼A(t)載波移相s(t)碼變換7.5二進(jìn)制差分相移鍵控－基本原理334.2DPSK信號(hào)的解調(diào)（1）相位比較法：

缺點(diǎn)：對(duì)于延遲單元的延時(shí)精度要求很高，較難作到。s0(t)相乘帶通濾波低通濾波抽樣判決V(t)延遲Ts(t)A(t)s1(t)7.5二進(jìn)制差分相移鍵控－基本原理347.5二進(jìn)制差分相移鍵控－基本原理（2）相干解調(diào)法：

先把接收信號(hào)當(dāng)作絕對(duì)相移信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，解調(diào)后是相對(duì)碼，再將此相對(duì)碼作逆碼變換，還原成絕對(duì)碼。

本地載波提取相乘帶通濾波低通濾波抽樣判決逆碼變換35逆碼變換器脈沖展寬逆碼變換器微分整流cbabc 11100