第7章 数字信号的频带传输.ppt

第7章数字信号的频带传输7.1二进制幅度键控（2ASK）在通信系统中实际使用的信道多为带通型，例如各个频段的无线信道、限定频率范围的同轴电缆等。而我们知道数字基带信号往往具有丰富的低频成分，只适合在低通型信道中传输（比如双绞线），为了使数字信号能在带通信道中传输，必须采用数字调制方式。那么为什么一定要在带通型信道中传输数字信号呢？主要原因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路信号；另外，若要利用无线电信道，必须把低频信号“变”成高频信号。
在第2章我们已经了解了模拟信号的各种调制方式，并完成了把低频信号“搬移”到高频处或指定频段（为了频分复用或无线电发射）的任务。同样的概念依然适用于对数字信号的处理。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，这种信号处理方式称为数字调制，相应的传输方式称为数字信号的调制传输、载波传输或频带传输。
和模拟调制相似，数字调制所用的载波一般也是连续的正弦型信号，但调制信号则为数字基带信号。理论上讲，载波形式可以是任意的（比如三角波、方波等），只要适合在带通信道中传输即可。之所以在实际通信中多选用正弦型信号，是因为它具有形式简单、便于产生和接收等特点。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）和相移键控（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波中选择相应的载波输出，从而形成已调信号。“键控”就是这种数字调制方式的形象描述。
7.1.12ASK调制的基本原理及波形表达式
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
sOOK(t)=anAcosωct(7―1)
这里，A为载波幅度，ωc为载波频率，an为二进制数字信息，an可表示为
在一般情况下，调制信号是具有一定波形形状的二进制脉冲序列，可表示为
图7―1OOK信号波形二进制幅度键控信号的一般时域表达式为7.1.22ASK调制的频域特性
若二进制序列的功率谱密度为PB(ω)，2ASK信号的功率谱密度为PASK(ω)，则有由式（7―5）可知幅度键控信号的功率谱是基带信号功系谱的线性搬移，所以2ASK调制为线性调制，其频谱宽度是二进制基带信号的两倍。图7―2给出OOK信号的功率谱示意图。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，以载波ωc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，因此,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。
图7―2OOK信号的功率谱由图7―2（b）可知，OOK信号的谱零点带宽Bs=2fs，fs为基带信号的谱零点带宽，在数量上与基带信号的码元速率Rs相同。这说明OOK信号的传输带宽是码元速率的2倍。
为了限制频带宽度，可以采用带限信号作为基带信号。图7―3给出基带信号为升余弦滚降信号时，2ASK信号的功率谱密度示意图。
图7―3升余弦滚降基带信号的2ASK信号功率谱7.1.32ASK调制器
二进制幅度键控的调制器可以用一个相乘器来实现，如图7―4所示。对于OOK信号来说，相乘器可用一个开关电路来代替。7.1.42ASK解调器
和模拟常规调幅信号的解调一样，2ASK信号也有包络检波和相干解调两种方式，两种解调器的方框图如图7―5所示。由于被传输的是数字信号1和0，因此，在每个码元持续期间要用抽样判决电路对低通滤波器的输出作一次判决以确定信号取值。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，因此在2ASK系统中很少使用。
图7―52ASK解调器7.2二进制频移键控（2FSK）这里，ω1=2πf1，ω2=2πf2，是an的反码,
和an可表示为
在最简单也是最常用的情况下，g(t)为单个矩形脉冲。2FSK信号的波形如图7-6（a）所示，该波形可分解为图（b）和图（c）所示的波形。
2FSK信号还可以表示为图7-6则我们定义调制指数（或频移指数）h为7.2.22FSK调制的频域特性
图7―7给出了h＝0.5、h=0.7、h=1.5时2FSK信号的功率谱示意图。功率谱以fc为中心对称分布。在Δf较小时功率谱为单峰。随着Δf的增大，f1和f2之间的距离增大，功率谱出现了双峰，这时的频带宽度可近似表示为
B2FSK≈2BB+|f2-f1|（7―12）
式中,BB为基带信号的带宽。
图7―72FSK信号功率谱7.2.32FSK调制器
在FSK信