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《通信工程》学习资料 2012年2月 带通信号的数字传输 哈尔滨工业大学2012年摘要不要删除行尾的分节符，此行不会被打印目录 要 I 第1章 连续波数字调制 1 1.1 带通数字信号的频谱分析 2 1.2 幅度调制 3 1.3 相位调制 7 1.4 频率调制 9 1.5 最小键控（MSK）和高斯滤波最小键控 14 第2章 相干二元系统 20 2.1 最佳二元检测 20 2.2 相干OOK、BPSK和FSK 26 2.3 时间和同步 29 2.4 干扰 31 第3章 非相干二元系统 33 3.1 含带通噪声的正弦曲线包络 33 3.2 非相干OOK 36 3.3 非相干FSK 39 3.4 差分相干PSK 41 第4章 正交载波与M元信号 46 4.1 正交载波信号 46 4.2 M元PSK信号 49 4.3 M元QAM信号 54 4.4 M元FSK信号 58 4.5 数字调制系统的比较 60 结论 65 参考文献 66 千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行 数字信号能够调制正弦载波的幅度、频率或相位。如果调制波形包含不归零矩形脉冲信号，那么调制参数将被改变，或从一个离散值被键控到另一个。图1-1描述了二元幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。同时作为对比，图中画出了经过基带奈奎斯特（Nyquist）脉冲成形的双边带（DSB）调制信号波形。而其它调制技术则结合了幅度调制和相位调制，它们有的使用了基带脉冲成形，有的则没有使用。 1-1 二元调制波形：(a)ASK；(b)FSK；(c)PSK；(d)基带脉冲成形后的DSB (1-1) 其中，载波频率、振幅和相位都是常量，调制信息包含在随时间变化的（正交）分量中。当分量和分量均为统计独立信号且至少其中的一个具有零均值时，的频谱分析就变得相对简单。那么由叠加关系和调制关系可知，的功率谱为 其中，和分别为分量和分量的功率谱。为了得到一个更加简洁的表达式，定义等效低通频谱 (1-2) 从而有 (1-3) 因此，带通信号频谱可以由等效低通频谱通过简单的频谱转换得到。 假设分量是一个多元数字信号，即 (1-4a) 其中，表示码率为的信源数字序列。假设信源码字都是等概、统计独立和非相关的。因此，即可得到 (1-4b) 当分量为另一个数字波形时，也可以得到相似的表达式。 如果有基带滤波的话，公式(1-4a)中的冲击函数的波形由基带滤波决定，并且还要看具体的调制方式。键控调制包含非归零矩形脉冲，使用在时刻开始的脉冲比使用中间时刻在的脉冲更加方便。因此令 (1-5a) 上式经傅里叶变换得到 (1-5b) 如果在公式(1-4a)中有成立，那么公式(1-4b)中的连续谱项就正比于。既然是非带限的，由公式(1-2)和公式(1-3)可知键控调制需要满足，这样才能产生一个带通信号。 幅度调制 如图1-1a所示的二元ASK波形可以简单地由控制载波的开与关而产生，这个过程被描述为开关键控（OOK）。一般地，一个元ASK波形有个离散“开”状态或者个“关”状态。由于没有相位翻转或者其它变化，可以令的分量为零且令分量为单极性非归零信号，即 (1-6a) 数字序列的均值和方差为 (1-6b) 因此，等效低通频谱为 (1-7) 上式可由公式(1-2)、公式(1-4b)和公式(1-5b)得到。 图1-2表示当时带通谱的情况。大部分信号功率包含在的范围内，且频谱有一个正比于的二阶滚降偏离载频。这就意味着传输带宽。如果一个元ASK信号表示为比特速率是的二元数据，那么就有或下式成立 (1-8) 比特速率和传输带宽的比值可以被认为是调制“速度”或者频谱效率的度量。当时，由于bps/Hz，二元OOK具有最差的频谱效率。 借鉴正交载波复用的原理，正交载波幅度调制（QAM）的调制速度是二元ASK的两倍。图1-3a描述了输入码率为的二元极性码的二元QAM发射机的功能模块。串并转换器将输入轮流分配给两路码率为的码流。因此，分量和分量调制信号可以表示为 图1-2 ASK的功率谱 图1-3 二元QAM：(a)发射机；(b)信号星座图 其中且。在任意区间内，调制波形的峰值为。在图1-3b中将这些信息表示为二维信号星座图。四个信号点被标记为信源比特的对应对，称为双比特。 将已调载波相加最终得到具有公式(1-1)形式的QAM信号。分量和分量相互独立，且具有相同的脉冲波形和统计值，即且。因此 (1-9) 这里利用了公式(1-4b)和公式(1-5b)并代入了。由于双比特的码率等于输入比特速率的一半，传输带宽减少为，因此二元QAM能够达到bps/Hz。 然而， ASK和