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1、第7章 数字带通传输系统引言数字信号有两种传输方式，一种是基带传输方式，另一种是调制传输或称为带通传输。在实际通信中，因基带信号中含有丰富的低频分量而不能在信道中直接传送，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，形成带通信号，这一过程称为数字调制。数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在收端对载波信号的离散调制参量进行检测，还原成原来的数字基带信号，这一过程称为数字解调。数字调制信号也称键控信号。数字频带传输系统：包含了载波调制与解调过程。在带通型信道中传输数字信号的优势是：带通型信道比低通型信道带宽大得多，可以采用频分复用技术传输多
2、路信号。另外，若要利用无线电信道，必须把低频信号转换成高频信号。数字调制就是用数字基带信号对载波进行调制，使基带信号的功率谱（频谱）搬移到较高的载波频率上。数字调制所用的载波一般也是连续的正弦型信号，因为它具有形式简单、便于产生和接收。但调制信号则为数字基带信号。与模拟调制中的幅度调制、频率调制和相位调制相对应，数字调制也分为三种基本方式：幅度键控（ASK），频移键控（FSK），相移键控（PSK）。所谓“键控”，是指一种如同“开关”控制的调制方式。比如对于二进制数字信号，由于调制信号只有两个状态，调制后的载波参量也只能具有两个取值，其调制过程就像用调制信号去控制一个开关，从两个具有不同参量的载
3、波中选择相应的载波输出，从而形成已调信号。7.1 二进制数字调制原理 1 二进制振幅键控（2ASK） 振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。在2ASK中，载波幅度随着调制信号1和0的取值而在两个状态之间变化。二进制幅度键控中最简单的形式称为通-断键控(OOK)，即载波在数字信号1或0的控制下来实现通或断。OOK信号的时域表达式为： 二进制幅度键控信号的一般时域表达式为：此式为双边带调幅信号的时域表达式，它说明2ASK/OOK信号是双边带调幅信号。 2ASK传输调制技术是受噪声影响最大的调制技术，已很少使用，但其可作为研究数字调制技术的基础。 功率谱密度：由于二
4、进制振幅键控信号是随机的功率型的信号，故研究频谱特性时，应该讨论功率谱密度。一个2ASK信号：s(t)(基带信号)是随机单极性矩形脉冲序列，周期TS。因为单极性随机脉冲序列功率谱的一般表达式为：根据矩形波形g(t)的频谱特性，对于m0 的整数有 2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成，连续谱取决于s(t)经线性调制后的双边带谱，离散谱由载波分量决定。幅度键控信号的功率谱是基带信号功系谱的线性搬移。由于基带信号是矩形波，其频谱宽度从理论上来说为无穷大。但是以载波c为中心频率，在功率谱密度的第一对过零点之间集中了信号的主要功率。通常取第一对过零点的带宽作为传输带宽，称之为谱零点带宽。即若只
5、计及基带脉冲频谱的主瓣，其带宽： 2ASK信号的传输带宽是码元速率的2倍。2ASK信号也有包络检波和相干解调两种方式。相干解调需要在接收端产生一个本地的相干载波，由于设备复杂，在2ASK系统中很少使用。非相干解调过程的时间波形：2 二进制频移键控（2FSK） 频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。在二进制情况下，1对应于载波频率f1，0对应于载波频率f2。2FSK信号在形式上如同两个不同频率交替发送的ASK信号相叠加，因此已调信号的时域表达式为：设两个载频的中心频率为f0，频差为f，则可计算得，2FSK信号的单边功率谱密度当概率P=1/2时为2FSK单边功率谱图形：载波频率间隔f=f2-
6、f1 b时，判为“1”；x b时，判为“0”则当发送“1”时，错误接收为“0”的概率是抽样值x小于或等于b的概率同理，发送“0”时，错误接收为“1”的概率是抽样值x大于b的概率，即设发“1”的概率为P(1)，发“0”的概率为P(0) ，则同步检测时2ASK系统的总误码率为表明当P(1) 、 P(0)及f1(x)、f0(x)一定时，系统的误码率Pe与判决门限b的选择相关。误码率Pe等于图中阴影的面积(含上面的小三角面积)。若改变b，阴影的面积随之改变，即Pe随b变化。分析可得，当b取P(1)f1(x)与P(0)f0(x)两条曲线相交点b*时，阴影的面积最小。即判决门限取为b*时，系统的误码率Pe
7、最小。这个门限b*称为最佳判决门限。求极限可得到最佳判决门限： 当发送“1”和“0”的概率相等时，最佳判决门限为b* = a / 2此时，2ASK信号采用相干解调(同步检测)时系统的误码率为当r 1，即大信噪比时，上式可近似表示为 (2)包络检波法的系统性能分析：只需将相干解调器(相乘-低通)替换为包络检波器(整流-低通)，即得到2ASK采用包络检波法的系统性能。在大输入信噪比以及等概率P(1)=P(0)情况下，包络检波时的最佳门限为系统的总误码率为当r 时，小结：在相同输入信噪比条件下，同步检测法的抗噪声性能总是优于包络检波法，但在大信噪比时，两者性能相差并不大。包络检波法不需要相干载波，设备比较简单，主要采用。包络检波法存在门限效应，同步检测法无门限效应。. 二进制频移键控(2FSK)系统的抗噪声性能也分为同步检测法(相干解调)和包络检波法两种方式。(1)同步检测法可证：采用同步检测时2FSK系统的总误码率为当为大信噪比时，近似得到2FSK系统中，判决器根据上下两支路解调输出样值大小来作出判决，不需要人为地设置判
