1、第9章 数字频带传输系统,9.1 概 述 9.2 二进制幅移键控(2ASK) 9.3 二进制频移键控(2FSK) 9.4 二进制相移键控(2PSK和2DPSK) 9.5 多进制数字调制系统 9.6 数字频带传输系统比较,9.1 概 述,数字频带传输系统是发端含有调制，收端含有解调的数字通信系统。数字调制是用数字基带信号改变高频载波的参数，实现基带信号变换为频带信号的过程，此过程中信号频谱由原来的低频信号搬移到高频段。数字解调是把数字频带信号恢复成原来数字基带信号的过程，此信号中的频谱由高频段恢复到原来的基带信号的低频段。,9.2 二进制幅移键控(2ASK),9.2.1 2ASK信号及其功率谱
2、9.2.2 2ASK调制系统,9.2.1 2ASK信号及其功率谱,2ASK信号是利用代表数字信息(0或1)的基带矩形脉冲去控制一个连续载波振幅形成的。已调信号有输出表示发送“1”，无输出时发送“0”，如 图9.1所示。 (1) ASK信号的功率谱是s(t)信号功率谱的线性搬移，属线性调制。 (2) 2ASK信号的功率谱是由连续谱、离散谱两部分组成。 (3) 2ASK信号带宽是二进制数字基带信号带宽的两倍。,图9.1 2ASK信号波形,9.2.2 2ASK调制系统,1. 2ASK调制2ASK调制方法有两种，如 图9.3 所示。一种是通过乘法器让s(t)与载波cos相乘，这种方法是直接法。另一种是
3、键控法。键控法是由二进制数字基带信号去控制开关电路。当出现“1”码时开关S闭合，有载频cos输出；当出现“0”码时，开关打开，无高频载波cos输出。 2. 2ASK解调2ASK解调方法有相干解调和非相干解调两种。,图9.3 2ASK信号产生方框图,9.3 二进制频移键控(2FSK),9.3.1 2FSK信号及其功率谱 9.3.2 2FSK调制和解调,9.3.1 2FSK信号及其功率谱,2FSK信号是用二进制数字基带信号控制高频载波频率产生已调信号，具体地说，当2FSK信号频率为f1时，代表基带信号“1”码，2FSK信号频率为f2时，代表基带信号“0”码。其波形如 图9.5所示。,图9.5 2F
4、SK信号波形图,9.3.2 2FSK调制和解调,1. 2FSK调制图9.7 2FSK信号键控法调制方框图 2. 2FSK解调 1) 过零检测法 2) 差分检测法 3) 非相干解调 4) 相干解调,图9.7 2FSK信号键控法调制方框图,9.4 二进制相移键控(2PSK和2DPSK),9.4.1 二进制绝对相移调制(2PSK) 9.4.2 二进制相对相移键控(2DPSK) 9.4.3 2PSK与2DPSK系统比较,9.4.1 二进制绝对相移调制(2PSK),1. 2PSK信号及功率谱密度 图9.12 2PSK信号波形及矢量图 2. 2PSK的调制解调 1) 2PSK的调制 2) 2PSK解调,图
5、9.12 2PSK信号波形及矢量图,9.4.2 二进制相对相移键控(2DPSK),1. 2DPSK信号及功率谱 图9.17 2DPSK信号波形及矢量图 2. 2DPSK调制 3. 2DPSK解调,图9.17 2DPSK信号波形及矢量图,9.4.3 2PSK与2DPSK系统比较,(1) 2PSK与2DPSK信号带宽均为2fB； (2) 当r相同时，2DPSK系统的两种解调误码率均比2PSK系统误码率大，故2DPSK系统的抗噪声性能不及2PSK系统； (3) 两种解调方法的最佳判决门限均为0； (4) 2DPSK系统不存在反向工作现象。,9.5 多进制数字调制系统,9.5.1 M进制幅移键控 9.
6、5.2 M进制频移键控(MFSK) 9.5.3 M进制相移键控(MPSK或MDPSK),9.5.1 M进制幅移键控,在MASK信号中有M种振幅，每种振幅对应数字基带信号的一种状态。如 图9.21所示。MASK的调制有多种电平残留边带调制，多电平相关编码单边带调制及多电平正交调幅等。MASK信号是用幅度携带信息在系统中传输，抗衰落能力差，只宜在恒参信道中使用。,图9.21 MASK调制波形,9.5.2 M进制频移键控(MFSK),在MFSK信号中，振幅相同，频率有M种，每种频率对应M进制数字基带信号的一种状态。图9.22是M=4的频移键控波形。也有离散相位M进制频移键控DPMFSK和连续相位M进
7、制频移键控CPMFSK之分。MFSK用频率传输基带信号，其抗衰落能力比MASK强，主要缺点是信号频率宽、频带利用率低。,图9.22 4FSK调制波形,9.5.3 M进制相移键控(MPSK或MDPSK),1. 4PSK和4DPSK波形 图9.24 4PSK波形和4DPSK波形 2. 4PSK调制系统 3. 4DPSK调制系统,图9.24 4PSK波形和4DPSK波形,9.6 数字频带传输系统比较,9.6.1 传输带宽和频带利用率 9.6.2 信号功率 9.6.3 信道特性对调制系统影响 9.6.4 设备复杂性与成本,9.6.1 传输带宽和频带利用率,在幅移键控和相移键控方式中，信号传输带宽都要取
8、到2fB以上，在频移键控方式中，传输带宽都要取到f1fM+2fB以上，因此如果信道带宽很紧张，就不应考虑使用FSK方式。PSK或ASK的频带利用率高，系统有效性好。FSK频带利用比其他两种低，故系统有效性低。,9.6.2 信号功率,可以把二进制数字频率传输系统的误码率列表对照，如 表9.1所示。其中a2正比于信号的峰值功率。就发送设备和接收设备成本而言，常常是峰值功率比平均功率更受限制。当给定误码率(10-410-7)的条件下，所需峰值功率从大到小排列有相干2PSK，差分检测2DPSK，相干2FSK，相干2ASK，非相干2FSK，非相干2ASK。因此在峰值功率是主要矛盾场合，ASK方案不予考虑
9、。,表9.1 数字频带传输系统误码率公式,9.6.3 信道特性对调制系统影响,信道的特性，主要指非线性失真和衰落等会对调制系统有影响，选择调制方案时，应予以考虑。信道特性变化，会对2ASK的判决门限值有影响。FSK和PSK是等幅信号，门限判决电平与接收信号电平无关。而ASK方案中门限电平要随输入信号电平的变化而调整，也就是说，ASK信号对衰落很敏感。,9.6.4 设备复杂性与成本,一般来说，设备越复杂，成本越高。PSK、FSK和 ASK的发送设备复杂程度大体差不多，接收设备取决于采用相干解调还是非相干解调方式。总的来说，相干方式比非相干复杂，而在非相干解调中，复杂程度最高的是DPSK，其次是FSK和ASK。,
