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
2()()cos ASK c e t s t t ω= (6-1) 其中s (t )为单极性非归零信号，其表达式为
()()n s n
s t a g t nT =-∑ (6-2)
这里，T s 为码元持续时间；g (t )是高度为1，宽度等于T s 的矩形脉冲；a n 是第n 个
符号的电平均值，n 1 0 1P
a P ?=?-?
概率为概率为 .2ASK 信号的时间波形如图6-1所示。
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
)
t
t
t
s
s
s s
e 2ASK (t )
图6-1 2ASK 信号的时域波形示意图
(b)数字键控法
开关电路
(a) 模拟相乘法
)
t )
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。
e
(b)相干解调方式
输出
2e 图6-3 2ASK 信号的接收系统组成方框图
(a)非相干解调方式
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P s (f )，则2ASK 信号的功率谱密度为
[]2ASK 1
()()()4
s c s c P f P f f P f f =++- (6-3)
由此可见，2ASK 信号大的功率谱P 2ASK (f ) 是基带信号s (t )的功率谱P s (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
()22
22(1)()(1)(0)()s s s P f f P P G f f P G f δ=-+- (6-4)
因此
[]22
2ASK 2
221()(1)()()4
1(1)(0)()()4
s c c s c c P f f P P G f f G f f f P G f f f f δδ??
=
-++-??+-++- (6-5)
当概率1/2P =时，并考虑到()()S S G f T Sa f T π=，(0)S G T =则2ASK 信号的功率谱密度为
[]22
2sin ()sin ()()16()()1
()()16
s c s c s
ASK c s c s
c c T f f T f f T P f f f T f f T f f f f ππππδδ??+-??=+
+-????+++- (6-6)
2ASK 信号的带宽2ASK B 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
22
2()ASK s s
B f Hz T ==
(6-7) 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
B 12
B R α+=
此时
2ASK B 2(1)B B R α==+
对应数字调制系统的频带利用率为
B 2ASK 1
1R B ηα
=
=+B/Hz