【正文】 cf?sc ff ?cf sc ff ?? ?fP PSK2 圖 2PSK(2DPSK)信號(hào)的功率譜密度 從以上分析可見，二進(jìn)制相移監(jiān)控信號(hào)的頻譜特性與 2ASK 的十分相似，帶寬也是基帶信號(hào)帶寬的 2 倍，區(qū)別僅在于當(dāng) P=1/2 時(shí)，其譜中無離散譜（即載波分量），此時(shí)，2PSK 信號(hào)實(shí)際上相當(dāng)于抑制噪波的雙邊帶信號(hào)。區(qū)別僅在于基帶信號(hào) s(t)不同 na 不同，前者是單極性，后者為雙極性，因此，我們可以直接引用 2ASK 信號(hào)的功率譜密度的公式來表述 2PSK 信號(hào)的功率譜，即 ? ? ? ? ? ?? ?cscsP S K ffPffPfP ???? 412 () 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 應(yīng)當(dāng)注意，這里的 ??fPs 是雙極性的隨機(jī)矩形脈沖序列的功率譜。在相干解調(diào)中，如何得到與接收的 2PSK 信號(hào)同頻同相的相干載波是個(gè)關(guān)鍵問題。這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制絕對(duì)相移方式。因此， 2PSK 信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 ? ? ? ?ncP SK tAte ?? ?? co s2 () 其中， n? 表示第 n 個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位： ???? ”時(shí)發(fā)送“ ”時(shí)發(fā)送“ 1, 0,0?? n () 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 因此，式 ()可以改寫為 ? ? ??? ?? PtA PtAteccP SK 1,c o s ,c o s2 概率為概率為?? () 由于表示信號(hào)的兩種碼元的波形相同，極性相反，故 2PSK 信號(hào)一般可以表述為一個(gè)雙極性全占空矩形脈沖序列與一個(gè)正弦波 的相乘。 二進(jìn)制相移鍵控 (2PSK) 基本原理 相移鍵控是利用載波的相位變化來傳遞信息，而振幅和頻率保持不變。 ofso ff ?so ff ? so ff 2?so ff 2? sf2 ab ss Tf1?221 fffo??0 圖 相位不連續(xù) 2FSK 信號(hào)的功率譜示意圖 由式 ()及圖 可以看出：第一，相位不連續(xù) 2FSK 信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜組成。這里的抽樣判決是直接比較兩路信號(hào)抽樣值的大小，可以不專門設(shè)置門限，判決規(guī)則應(yīng)與調(diào)試規(guī)則相呼應(yīng)，調(diào)制時(shí)若規(guī)定 “1”符號(hào)對(duì)應(yīng)載波頻率 1f ，則接 收 時(shí)上支路的樣值較大，應(yīng)判為 “1”；反之判為 “0”。在頻移鍵控中， n? 和 n? 不攜帶信息，通?？闪?n? 和 n? 為零，因此 2FSK 信號(hào)的表達(dá)式可簡(jiǎn)化為： ? ? ? ? ? ? ttsttste F S K 22112 c o sc o s ?? ?? () 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 ? ? ? ?? ??n sn nTtgats1 () ? ? ? ?? ?? n sn nTtgats 2 () 2FSK 常用的解調(diào)方法是如圖 所示 的 相干解調(diào)。 ???? P1,0 ,1 概率為概率為 Pa n () na 是 na 的反碼，若 na =1，則 na =0；若 na =0，則 na =1。在 2FSK 信號(hào)中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在 1f 和 2f 兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。 由此可見， 2ASK 信號(hào)的傳輸帶寬是碼元速率的 2 倍 [22][23]。 sc ff 2? sc ff ?cf sc ff ? sc ff 2?f? ?fP ASK2cf? 圖 2ASK 信號(hào)的功率譜密度示意圖 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 從以上分析及圖可以看出：第一， 2ASK 信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分，組成，連續(xù)譜取決于 g(t)經(jīng)線性調(diào)制后的雙邊頻 譜，而離散譜由載波分量確定。單極性的隨機(jī)脈沖序列功率譜的一般表達(dá)式為 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?????? ????? m sssss mffmfGPffGPPffP ?22 11 () 式中： ss Tf 1? ； ??fG 是 單個(gè)基帶信號(hào)碼元 g(t)的頻譜函數(shù)。 若設(shè) s(t)的功率譜密度為 ??fPs ， 2ASK 信號(hào)的功率譜密度為 ? ?fPASK2 ，則由式可得： ? ? ? ? ? ?? ?cscsA S K ffPffPfP ???? 412 () 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 可見， 2ASK 信號(hào)的功率譜是基帶信號(hào)功率譜密度 ??fPs 的線性搬移（屬線性調(diào)制）。 帶 通濾 波 器全 波整 流 器低 通濾 波 器抽 樣判 決 器? ?te A S K2 a b c d脈沖定時(shí) 輸出? ?非相干解調(diào)方式a帶 通濾 波 器低 通濾 波 器抽 樣判 決 器相 乘 器? ?te A S K2 脈沖定時(shí) 輸出tc?co s? ?相干解調(diào)方式b 圖 2ASK/OOK 信號(hào)接收系統(tǒng)組成方框圖 功率譜密度 由于 2ASK 信號(hào)是隨機(jī)的功率信號(hào) ，故研究它的頻譜特性時(shí)，應(yīng)該討論它的功率譜密度。 2ASK/OOK 信號(hào)也有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)解調(diào)）和相干解調(diào)（同步解調(diào)），相應(yīng)的接收系統(tǒng)組成方框圖如 所示。若取， ??? ?? PPa n 1,0 ,1 概率為概率為 () 則相應(yīng)的 2ASK 信號(hào)就是 OOK 信號(hào)。 2ASK 信號(hào)的一般表達(dá)式為： ? ? ? ? ttste cASK ?c os2 ? () 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 ? ? ? ?? ??n sn nTtgats () 式中， sT 為碼元持續(xù)時(shí)間； ??tg 為持續(xù)時(shí)間 sT 的基帶脈沖波形。一種常用的也是最簡(jiǎn)單的二進(jìn)制振幅鍵控方 式稱為通 斷鍵控，其表達(dá)式為 ? ????? 時(shí)”發(fā)送“，以概率 ”時(shí)發(fā)送“以概率 00 1,c o s PPtAte cook ? () 可見，載波在二進(jìn)制基帶信號(hào) s(t)控制下通 斷變化，所以這種鍵控又稱為通 斷鍵控。 信源信源編碼信宿信道編碼調(diào)制信 道解調(diào)信道解碼信源解碼調(diào) 制 器 解 調(diào) 器噪 聲 圖 數(shù)字通信系統(tǒng)的一般模型 基 帶信 號(hào)形 成器信源接 收濾 波器信 道抽樣判決信宿噪 聲 源CP 圖 數(shù)字基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)模型 數(shù)字通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)原理 二進(jìn)制幅度鍵控 (2ASK) 基本原理 振幅鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息，而其頻率和初始相位保持不變。需要說明的是，圖 是數(shù)字通信系統(tǒng)的一般模型，實(shí)際的數(shù)字通信系統(tǒng)不一定包括圖中的所有環(huán)節(jié)。相應(yīng)的調(diào)制方式有二進(jìn)制振幅鍵控 (2ASK)，二進(jìn)制頻移鍵控 (2FSK)，二進(jìn)制相移鍵控 (2PSK)[18]。 1 10? ?相移鍵控c1 10? ?振幅鍵控a1 10 t? ?頻移鍵控b 圖 正弦波的三種鍵控波形 調(diào)制信號(hào)是二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)時(shí)，這種調(diào)制稱 為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。通常我們利用數(shù)字信號(hào)的離散取值特點(diǎn)通過開關(guān)鍵控載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，這種方法叫做鍵控法使用鍵控法來實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，比如對(duì)載波的振幅、頻率和相位進(jìn)行鍵控，便可獲得振幅鍵控，頻移鍵控，和相位鍵控三種基本的數(shù)字調(diào)制方式。 一般來說，數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制的基本原理是相同的，但是數(shù)字信號(hào)有離散取值的特點(diǎn)。在接收端通過解調(diào)器把帶通信號(hào)還原成數(shù)字基帶信號(hào)的過程稱為數(shù)字解調(diào)。為了使數(shù)字信號(hào)在帶通信道中傳輸，必須使用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號(hào)與信道的特性相匹配。 調(diào)相指數(shù)（最大相偏） pM 定義為 ? ? m axtmKM pp ? () 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 3 數(shù)字通信系統(tǒng)基礎(chǔ)理論 數(shù)字信號(hào)的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸，在實(shí)際應(yīng) 用中，大多數(shù)信道具有帶通特性而不能直接傳輸基帶信號(hào)。 相位調(diào)制（ PM） 假設(shè)單頻調(diào)制信號(hào)為 ? ? tfAtm mm ?2c os? ，載波信號(hào)為 ? ? tftc c?2cos? ，實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制的基本原理是使高頻載波 ??tc 通過一個(gè)可控相移網(wǎng)絡(luò)，此網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的相移 ?? 受調(diào)制電壓??tm 控制，滿足 ??tmKp??? 的關(guān)系， pK 為比例系數(shù)，表示單位調(diào)制電壓產(chǎn)生的相位偏移量，此網(wǎng)絡(luò)輸出就是調(diào)相信號(hào)，圖 給出了可控相移網(wǎng)絡(luò)調(diào)相原理圖。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 以上解調(diào)過程是先用微分器將幅度恒定的調(diào)頻波變成調(diào)幅調(diào)頻波，再用包絡(luò)檢波器從幅度變化中檢出調(diào)制信號(hào)，因此上述解調(diào)方法又稱為包絡(luò)檢測(cè)。 如圖，輸入調(diào)頻信號(hào)為 ??tsFM ，其表達(dá)式為公式（ ） 。帶通濾波器讓調(diào)頻信號(hào)順利通過，而濾去帶外噪聲和高次諧波。通常采用以下方法，即先將調(diào)頻信號(hào)通過頻幅轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)變成調(diào)頻 —調(diào)幅信號(hào)（指瞬時(shí)頻率和振幅中都含有與調(diào)制信號(hào)電壓成正比分量的高頻已調(diào)波信號(hào)），然后利用包絡(luò)檢波的方法取出調(diào) 制信號(hào)。 噪 性能 調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)常采用鑒頻法，其原理圖如圖 。 積 分 器 π / 2m ( t )載 波 c o s ωctsN B F M( t )圖 2 9 窄帶調(diào)頻（ NBFM）信號(hào)產(chǎn)生框圖 窄帶調(diào)頻一般都要再用倍頻來得到寬帶調(diào)頻信號(hào)。其原理框圖如圖 所示。 間接法是先對(duì)調(diào)制信號(hào)積分，然后對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制，從而產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號(hào) (NBFM)。 與幅度調(diào)制技術(shù)相比，角度調(diào)制最 突出的優(yōu)勢(shì)是其較高的抗噪聲性能，然而有得就有失，獲得這種優(yōu)勢(shì)的代價(jià)是角度調(diào)制占用比幅度調(diào)制信號(hào)更寬的帶寬 [16]。角度調(diào)制就是頻率調(diào)制（ FM）和相位調(diào)制（ PM）的統(tǒng)稱。非線性調(diào)制通常是通過改變載波的頻譜或相位來達(dá)到的，即載波的振幅保持不變，而載波的頻率或相位隨基帶信號(hào)變化。 模擬通信系統(tǒng)中的非線性調(diào)制 線性調(diào)制是通過改變載波的幅 度來實(shí)現(xiàn)基帶調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移，而非線性調(diào)制雖然也要完成頻譜的搬移，但它所形成的信號(hào)頻譜不再保持原來基帶信號(hào)頻譜的結(jié)構(gòu)。但 SSB 可以用一半的頻帶寬度得到和 DSB 一樣的信噪比。如果只是調(diào)制方式不一樣的話，DSB 調(diào)制方式后的發(fā)射功率為 SSB 的兩倍。一般可在發(fā)送單邊帶信號(hào)的同時(shí)，也附帶發(fā)送一個(gè)功率較小的載波信號(hào)，供接收端從中提 取作為同步信號(hào)。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 SSB 信號(hào)的解調(diào)和噪聲性能 單邊帶信號(hào)的解調(diào)方法與雙邊帶信號(hào)的解調(diào)方法相同，也是只能用相干解調(diào)。即是希爾伯特變換，記為 “ ^” ，則 tfAtfA mmmm ?? 2s in2so?c ? () 因?yàn)槿我庖粋€(gè)基帶波形總可以表示成許多正弦信號(hào)之和。 設(shè)單頻調(diào)制信號(hào) ? ? tfAtm mm ?2c os? ，載波 ? ? tftc c?2cos? ，兩者相乘得 DSB 信號(hào)如公式（ ）為 ? ?? ? ? ?tffAtffAtftfAtsmcmmcmcmmD S B?????????2c os212c os212c os2c os 保留上邊帶，則 ? ? ? ?tftfAtftfAtffAtscmmcmmmcmU S B?????2s i n2s i n212c os2c os212c os21???? () 保留下邊帶，則 ? ? ? ?tftfAtftfAtffAtscmmcmmmcmL S B?????2s i n2s i n212c os2c os212c os21???? () 把上、下邊帶合并起來可以寫成下式： ? ? tftfAtftfAts cmmcmmSSB ???? 2s i n2s i n212c o s2c o s21 ?? () 式中， “ ” 表示上邊帶信號(hào)， “ +” 表示下邊帶信號(hào)。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 用相移法形成單邊帶信號(hào) SSB 信號(hào)的時(shí)域表示式的推導(dǎo)比較困難，一般需要借助希 爾伯特變換來表述。這就使濾波器的設(shè)計(jì)和制作很困難，有時(shí)甚至難以實(shí)現(xiàn)。 m ( t )sD S B( t )c o s 2 π fctH ( ω )sS S B( t ) 圖 濾波法 SSB 信號(hào)調(diào)制器 圖中， ???H 為單邊帶濾波器的傳輸函數(shù)，若它具有如下理想高通特性： ? ?