第八章 数字信号的频带传输

本文主要是介绍第八章 数字信号的频带传输，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

第八章 数字信号的频带传输

数字调制

• 目的：将数字基带信号变成适于信道传输的数字频带信号，用载波调制方式进行传输。

• 载波选取：高频正弦波。

• 调制信号：数字、离散。

• 原理：同于模拟，但特殊：高频载波的离散状态携带信息。——数字调制可以看成是模拟线性调制和角调制的特殊情况。

• 分类：

  • 数字幅度调制一一幅度键控（Amplify shift Keying, ASK）;

  • 数字频率调制——频移键控(Frequency shifting Keying，FSK)

  • 数字相位调制——相移键控 (Phase shifting Keying , PSK)

  • 分别对应于用将正弦波的幅度、频率和相位的不同来代替不同的数字信号，以传递数字基带信号。

• 数字调制又分为：

  • 二进制调制
  • 多进制调制

• 在码元速率一定的情况下，进制取值越大，贝则信息传输速率越高但其抗干扰性能也越差。

1. 原始数字序列经基带信号形成器后，变成适合于信道传输的基带信号$s(t)$。
2. 送到键控器来控制射频载波的振幅、频率或相位，形成数字调制信号，并送至信道。
3. 在信道中传输的还有各种干扰。
4. 接收滤波器把叠加在干扰和噪声中的有用信号提取出来并经过相应的解调器，恢复出数字基带信号$\hat{S}(t)$或数字序列。

二进制数字振移键控(2ASK)

• 二进制数字振幅键控（2ASK）是一种古老的调制方式，也是各种数字调制的基础。

• 原理与实现方法：2ASK是利用代表数字信息“0"或“1"的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。将两种不同的幅度分别代表传输的0和1。

• 优点：易于实现。

• 缺点：抗干扰能力不强，主要应用在低速数据传输中。

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• 两种不同的幅度分别代表传输的0和1：有载波皮输出时，表示发送"1"。无载波输出时，表示发送"0"。

  

• 调制方法：用相乘器实现

• 调制器调制类型：2ASK,MASK

• 解调方法：相干法，非相干法

  • 相干解调(同步检波)，适用于所有线性调制信号的解调。利用乘法器，输入一路与载频相干（同频同相）的参考信号与载频相乘。关键是接收端要恢复出一个与调制载波严格同步的相干载波。
  • 非相干解调(包络检波)，即直接从已调波的幅度中恢复出原调制信号。不需要相干载波。

• 基带信号形成器把数字序列a转换成所需的单极性基带矩形脉冲序列s(t)，s(t)与载波相乘后即把s(t)的频谱搬移到$土f$附近，实现2ASK。带通滤波器滤出所需的已调信号，防止带外辐射影响邻台.

二进制数字频移键控(2FSK)

• 频移键控（FSK)属于数字频率调制，是用载波的频率不同来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。
• 二进制频移键控记作2FSK（频率是有限个取值），载频f与载频f不同，而且f与f之间的改变是瞬间完成的

$$\begin{gathered} 1—f_1 \\ 0-f_2 \end{gathered}$$

• 波形特点:$$\begin{gathered} 1-f_1 \\ 2-f_2 \end{gathered}$$
• 特点：
  • 基带信号$S(t)$为单极性NRZ信号
  • 一路2FSK信号可视为两路2ASK信号之合成！

$$\begin{gathered} y_1(t)\leftrightarrow s(t),y_2(t)\leftrightarrow s_1(t) \\ {s}_1(t)=\overline{s(t)} \end{gathered}$$

• 调制方法：两个不同载波频率的ASK已调信号之和。
• 调制类型：2FSK,MFSK
• 解调方法：相干法，非相干法

二进制数字相位键控(2PSK)

• 根据载波相位表示数字信息的方式不同，数字调相分为绝对相移（PSK）和相对相移多（DPSK）两种。

  • 绝对相移：利用载波的相位（初相）直接表示数字信号的相移方式。
  • 相位选择原则：易于实现；相位间距尽可能大。

• 二进制相位键控中：A方式：0和$\pi$ B方式:$\pi /2$和$-\pi /2$

• A方式画图口诀：1对应$\pi$ 相，0对应0相
  

• 调制方法调相法、选择法

  • 调相法：将基带数字信号（双极性）与载波信号直接相乘的方法。
  • 选择法：用数字基带信号去对相位相差180度的两个载波进行选择。两个载波相位通常相差180度，此时称为反向键控。
  • 调制类型：2PSK, MPSK
  • 解调方法：只能采用相干解调
    

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• 画图口诀：根据前一个相位确定本相位的波形，如果本相位为0，相位不变（丝滑作图）；本相位为1，相位变化，相位翻转
  

• 差分相移键控(DPSK)是在相移键控的基础上引入了差分编码，以提高信号抗干扰能力和降低解调复杂度。

小结

• 数字调制的基础：ASK，PSK，FSK
• 缺点：这三种数字调制方式都存在某些不足，如频谱利用率低、抗多径衰落能力差、功率谱衰减慢、带外辐射严重等。
• 解决措施：主要围绕寻找频带利用率高，同时抗噪声能力强的调制方式而展开。
• 在误码率相同的条件下，三种数字调制方式之间抗干扰性能好坏的关系为：2PSK>2FSK>2ASK
• 数字调制中三种调制方式占用频带大小的关系：2FSK>2PSK=2ASK

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