第6章 正弦载波数字调制系统
6.1 学习指导 6.1.1 要点
本章的要点有数字调制的基本类型；二进制数字调制解调原理；二进制调制信号的频谱特性和传输带宽；二进制调制系统的抗噪声性能及其性能比较；最佳判决门限的概念、物理意义和计算方法；多进制数字调制的基本概念；4PSK、4DPSK信号的调制解调原理。
1. 数字调制的基本类型
(1 ) 二进制调制：载波的幅度、频率或相位只有两种变化状态；相应的调制方式有振幅键控2ASK、频移键控2FSK、相移键控2PSK/2DPSK。
(2) 多进制调制：载波的幅度、频率或相位有M种变化状态；相应的调制方式有MASK、MFSK、MPSK/MDPSK。
2. 二进制数字调制解调原理
(1) 二进制振幅键控（2ASK） a. 2ASK信号的时域表达式
2ASK是利用载波的振幅变化传递数字信息的，而频率和相位保持不变。也就是说，用二进制数字信号的“1”和“0”控制载波的通和断，所以又称通—断键控信号OOK(On-Off Keying)。其时域表达式为
e2ASK (t)?s(t)c?osct (6-1) 其中s(t)为单极性非归零信号，其表达式为
s(t)??angt(?nTs ) (6-2)
n这里，Ts为码元持续时间；g(t)是高度为1，宽度等于Ts的矩形脉冲；an是第n个
?1 概率为P符号的电平均值，an?? .2ASK信号的时间波形如图6-1所示。
0 概率为1?P?b. 2ASK信号的产生
2ASK信号的产生方法有两种：模拟调制法和键控法，如图6-2所示。
s(t) 0 1 0 1Oc(t)Ts2Ts3Ts4TstOte2ASK(t)Ot图6-1 2ASK信号的时域波形示意图
开关电路二进制不归零信号乘法器s(t)e2ASK(t)cos(?ct)s(t)(b)数字键控法 e2ASK(t)cos(?ct)(a) 模拟相乘法 图6-2 2ASK/OOK信号调制器原理框图
c. 2ASK信号的解调
2ASK信号有两种解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法），其相应的接收机组成框图如图6-3所示。
e2ASK(t)带通滤波器ab包络检波器抽样判决器c输出定时脉冲(a)非相干解调方式e(t)输出带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器2ASKcos(ωct)(b)相干解调方式图6-3 2ASK信号的接收系统组成方框图定时脉冲
d. 2ASK信号的功率谱与带宽
设二进制单极性基带信号s(t)的功率谱密度为Ps(f)，则2ASK信号的功率谱密度为
1P2ASK(f)??Ps(f?fc)?Ps(f?fc)? (6-3)
4由此可见，2ASK信号大的功率谱P2ASK(f) 是基带信号s(t)的功率谱Ps(f)的线性搬移。也就是说，2ASK信号属线性调制。
对于单极性全占空矩形脉冲序列s?t?，其功率谱密度表达式为
Ps?f??fsP(1?P)G(f)?fs2(1?P)2G(0)?(f) (6-4)
22因此
P2ASK(f)??122fsP(1?P)?G(f?fc)?G(f?fc)???4122fs(1?P)2G(0)??(f?fc)??(f?fc)?4 (6-5)
当概率P?1/2时，并考虑到G(f)?TSSa(?fTS)，G(0)?TS则2ASK信号的功率谱密度为
Ts?sin?(f?fc)Tssin?(f?fc)TsP2ASK(f)???16??(f?fc)Ts?(f?fc)Ts?1???(f?fc)??(f?fc)?1622???? (6-6)
2ASK信号的带宽B2ASK是基带信号带宽的两倍，若只计谱的主瓣（main lobe）（第一个谱零点位置），则有
B2ASK?2fs?2(Hz) (6-7) Ts即2ASK信号的传输带宽是码元速率的2倍。
特别：式(6-7)是在数字基带信号s(t)用单极性矩形脉冲波形表示的前提下得到的结论。当数字基带信号用滚降系数为α的升余弦滚降脉冲波形表示时，和数字基带系统一样，数字调制系统也应该无码间串扰，则
1??B?RB
2此时
B2ASK?2B?(1??)RB
对应数字调制系统的频带利用率为
??RB1?B/Hz B2ASK1??
通信原理(陈启兴版)第6章课后习题答案
