【正文】 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 二進(jìn)制幅移鍵控（ 2ASK） 二進(jìn)制頻移鍵控（ 2FSK） 二進(jìn)制相移鍵控（ 2PSK） 正交幅度調(diào)制（ QAM） 多相調(diào)制 各種調(diào)制方式的信道頻帶利用率比較 數(shù)字調(diào)幅調(diào)相 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 數(shù)字頻帶傳輸又稱數(shù)字調(diào)制傳輸，它主要適用于帶通型信道的數(shù)字信號(hào)傳輸。帶通型信道不適合于直接傳輸基帶信號(hào)，需要對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制以實(shí)現(xiàn)頻譜搬移使信號(hào)頻帶適合于信道帶寬。頻帶傳輸系統(tǒng)與基帶傳輸系統(tǒng)的區(qū)別在于頻帶傳輸系統(tǒng)在發(fā)送端增加了調(diào)制以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻帶搬移，而在接收端增加了解調(diào)用以恢復(fù)基帶信號(hào)。 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 與模擬調(diào)制相似，用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制以實(shí)現(xiàn)數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬遷，這種調(diào)制又稱為數(shù)字調(diào)制。在數(shù)字調(diào)制中也選擇正弦 (或余弦 )信號(hào)作為載波，因?yàn)檎倚盘?hào)形式簡(jiǎn)單、便于產(chǎn)生和接收。與正弦信號(hào)的幅度、頻率、相位三種基本參量對(duì)應(yīng)，數(shù)字調(diào)制也有幅移鍵控（ ASK）、頻移鍵控（ FSK）和相移鍵控（ PSK）三種基本調(diào)制方式。 當(dāng)調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)時(shí)，定義這種調(diào)制為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。常見的二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式有二進(jìn)制幅移鍵控（ 2ASK）、二進(jìn)制頻移鍵控（ 2FSK）以及二進(jìn)制相移鍵控（ 2PSK）。 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 二進(jìn)制幅移鍵控（ 2ASK） 2ASK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 數(shù)字調(diào)制信號(hào)是由二進(jìn)制符號(hào)０、１組成的序列，載波在二進(jìn)制信號(hào)１或０的控制下分別進(jìn)行通或斷。這種二進(jìn)制幅移鍵控方式稱為開關(guān)鍵控（ OOK）方式，它是 2ASK的一種常用方式。其時(shí)域表達(dá)式為 （ 61） 其中， s(t)為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)， ωc為載波角頻率， e ( t )為 2ASK已調(diào)波。幅移鍵控調(diào)制原理的一般模型如圖 61所示。 ttste c?c o s)()( ?第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 S ( t )f ( t ) tc?co s圖 61數(shù)字調(diào)幅基本模型 圖 61是數(shù)字調(diào)幅系統(tǒng)基本模型，這里的調(diào)制信號(hào)是數(shù)字基帶序列，圖中的調(diào)制器本質(zhì)上就是一個(gè)乘法器。 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 如圖 62所示，對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)幅有兩種情況：一是調(diào)制信號(hào)為單極性脈沖序列，其調(diào)制信號(hào)和已調(diào) ASK信號(hào)波形；另一種是調(diào)制信號(hào)為雙極性脈沖序列，其調(diào)制信號(hào)和已調(diào) ASK信號(hào)波形。對(duì)于單極性的數(shù)字調(diào)制信號(hào) s(t)，可以寫成 s(t)= (62) 其中 g(t)為單極性脈沖波， an的取值是 ()nna g t n T??101nnaP??????概 率 為概 率 為第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 1 1 10 0 1 1 10 0 未 調(diào) 載 波已 調(diào) 載 波 s ( t )單 極 性 不 歸 零 碼雙 極 性 不 歸 零 碼已 調(diào) 載 波 s ( t )圖 62 2ASK信號(hào)波形 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 ASK已調(diào)波的解調(diào)，可用非相干解調(diào)和相干解調(diào)兩種方法。包絡(luò)檢波法是常用的一種非相干解調(diào)的方法，包絡(luò)檢波器往往是半波或者全波整流器，整流后通過低通濾波器濾波（平滑），即可獲得原來基帶信號(hào) f(t)。如圖 63所示。 帶 通濾 波 器定 時(shí) 脈 沖S ( t )抽 樣判 決 器低 通濾 波 器半 波 或 全 波整 流 器f ( t )圖 63 ASK的非相干解調(diào) 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 圖 64是 2ASK的另一種解調(diào)方式，也就是相干解調(diào)，又稱為同步解調(diào)，要實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)，則需要在收端產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)端同頻同相的本地載波信號(hào)，利用本地相干載波與接收信號(hào)相乘，經(jīng)低通濾波后，得到調(diào)制信號(hào)，然后經(jīng)過定時(shí)判決，得到規(guī)整的數(shù)字脈沖信號(hào)。 帶 通濾 波 器定 時(shí) 脈 沖S ( t )抽 樣判 決 器低 通濾 波 器相 乘 器f ( t )tc?c o s圖 64 ASK的相干解調(diào) 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 2ASK調(diào)制波功率譜 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)是隨機(jī)的無窮序列。由式（ 61）以及信號(hào)調(diào)制及變換理論，可得已調(diào)信號(hào)的功率譜密度為 (f) = P(1P) (1P)+ + （ 63） 式（ 63）是 ASK信號(hào)功率譜密度的一般表示式，示意圖如圖 65所示。 ? ?1 ( ) ( )4 S s S sP f f P f f? ? ?Ep14 sf?22( ) ( )ccG f f G f f??? ? ???14? 2sf22(0)G ? ()cff? ? ?()cff? ?第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 Ep單( f ) 2( f f c )8A? f c f c + f s p E Q ( f ) f c + 2 f sf c 2 f s f c f s f c + f s f c + 2 f sf c 2 f s f c f sf c(a) (b) 圖 65 2ASK信號(hào)的功率譜密度示意圖 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 由圖可知， 2ASK功率譜有如下特點(diǎn)： (1) 2ASK信號(hào)的功率譜密度由連續(xù)譜和離散譜組成，其中連續(xù)譜部分是來自基帶譜 G(f)的連續(xù)譜經(jīng)調(diào)制后的雙邊帶譜，而離散譜則由 G(f)中的離散譜分量來確定； (2) 由于 2ASK信號(hào)的功率譜是雙邊帶譜，所以， 2ASK信號(hào)的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的兩倍。 圖 65 (a)是單極性信號(hào)作調(diào)制信號(hào)時(shí)的功率譜，由于單極性信號(hào)中含有直流分量，即 G(0)≠0，所以已調(diào)信號(hào)的功率譜中就含有 ωc的載波頻率分量。圖 65 (b)是由雙極性信號(hào)作調(diào)制信號(hào)，由于雙極性信號(hào)中不含有直流分量，即 G(0)=0，所以，已調(diào)信號(hào)的功率譜中就不含有 ωc的載波頻率分量，稱為抑制載頻的雙邊帶調(diào)制。 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 二進(jìn)制頻移鍵控（ 2FSK） 所謂頻移鍵控（ FSK），就是用基帶數(shù)字信號(hào)控制載波的頻率，使載波的頻率隨基帶信號(hào)的變化而變化，又稱為數(shù)字調(diào)頻。當(dāng)傳送“ 1”碼時(shí)送出一個(gè)頻率 ，傳送“ 0”碼時(shí)送出一個(gè)頻率 ，且有 ≠ ，稱為二元頻移鍵控（ 2FSK）。根據(jù)前后碼元的載波相位是否連續(xù)，可分為相位不連續(xù)的頻移鍵控和相位連續(xù)的頻移鍵控。 頻移鍵控的原理圖如圖 66（ a）所示。 基帶信號(hào) 0碼控制兩個(gè)載波信號(hào) 和 。 相乘器是一個(gè)門電路，基帶信號(hào)的“ 1”碼和“ 0”碼（“ 0”碼經(jīng)過倒相器變換為“ 1”碼，送給下面的相乘器）分別控制兩個(gè)門電路就可獲得 FSK已調(diào)波，如圖 66（ b）所示。 1f0f 1f 0f1cf 2cf第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 相 乘 器相 乘 器倒 相f c 1f c 2+基 帶 信 號(hào)S ( t )1 、 01 、 00 、 1f c 1f c 2f ( t )S ( t )f ( t ) (a) 頻移鍵控方框圖 (b) FSK方式波形圖 圖 66 頻移鍵控原理圖 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 FSK信號(hào)可認(rèn)為是由兩個(gè)交替的 ASK波形合成的。 設(shè)兩個(gè)載波頻率分別為 和 ，且 ， 則有： = + Δ ， = Δ 設(shè) 為 中的“ 1”碼序列； 為 中的“ 0”碼序列。 則 FSK已調(diào)波 可寫成 = 或 （ 64） 式（ 64）是頻移鍵控已調(diào)波的表示式，其第一項(xiàng)相當(dāng)于基帶信號(hào)“ 1”碼鍵控的 ASK信號(hào)；第二項(xiàng)相當(dāng)于基帶信號(hào)“ 0”碼鍵控的另一個(gè)載波頻率的 ASK信號(hào)，因此 2FSK信號(hào)可看作兩 2ASK信號(hào)之和，功率譜可分別計(jì)算再合成。 若“ 1”和“ 0”碼出現(xiàn)的概率相同， 則可效仿 ASK已調(diào)波的功率譜寫出 FSK已調(diào)波的功率譜，并可畫出 2FSK已調(diào)波的功率譜，如圖 67所示。 1cf 2cf 1cf 2cf1cfcff 2cfcff1()ft ()ft 2()ft ()ft()st()st 1()ft 1cos c t?22( ) co s cf t t??tnTtgatnTtgatS Sn SnFS K 21 c os)(c os)()( ?? ?? ????第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 2cf ? bf bf cf 1cf ? c 1ffbc 2fbf?fb?c 1fc 2f圖 67 2FSK已調(diào)波的功率譜 第 6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 圖中假定兩個(gè)載波頻率之差 ，如果此頻差較大時(shí)，功率譜出現(xiàn)雙峰；頻差較小時(shí)，小于數(shù)字調(diào)制信號(hào)速率 ，功率譜出現(xiàn)單峰。 2FSK信號(hào)的功率譜密度也是由連續(xù)譜和離散譜構(gòu)成，其中連續(xù)譜由兩個(gè)雙邊帶疊加而成，而離散譜出現(xiàn)在 和 的位置上。對(duì)于 2FSK信號(hào)的帶寬，不難得到 B=2 + （ 65） 令 ( 稱為移頻指數(shù) )，上式則為： B＝ (2＋ )fb （ 66） 12b c cf f f??bf2cf 1cfbf 12ccff?12ccbffh