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22-1 二进制振幅键控

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二进制数字幅度调制

二进制数字幅度调制

则二进制振幅键控信号的功率谱密度P2ASK(f)为
P2 ASK (
f
)
1 16
Ts
S
a2
[
(
f
fs
fc ) ]
Sa2[ (
f
fs
fc
)
]
1 [ ( f
16
fc) ( f
fc )]
式中用到 P=1/2，
fs=1/Ts
P2A SK( f )
0 dB
－ 2fs －fc －fs －fc －fc ＋fs －fc ＋ 2fs O fc － 2fs fc －fs fc fc ＋fs fc ＋ 2fs f
t
e0(t)
s(t)
t
(b)
(c)
载波发 生器
开关
S
e(t)
s(t) (a)
1
0
1
1
0
0
1
s(t) t
Tb
载波信 号
t
2ASK信号
t
(b)
图 3 2ASK信号的产生及波形模型
载 波 振～ 荡
R1 V1
R3 V2
V3V4Βιβλιοθήκη R2R4基带脉 冲输入
调幅信 号输出
图 4 桥式调制器产生2ASK信号
基带脉 冲输入 R1
V
载波振 荡
R2
＋
～ －
Eb
图 5 简单的三极管调幅器
周期 方波源
s(t) 基带信号
÷N a
b
&c
＋E1
d
带通滤波器 e e(t)
－E2
图 6 2ASK信号的实现方法
2ASK信号的功率谱及带宽
一个2ASK信号可以表示成：e0 (t) s(t) cosct

ASK

ASK
8.9二进制振幅键控（ASK） 二进制振幅键控（ 二进制振幅键控 ） 调制器与解调器设计
ASK调制方法
数字信号对载波振幅调制称为振幅键控 即 ASK（Amplitude－Shift Keying）。 ASK有两种实现方法： ASK 1.乘法器实现法 2.键控法
1.乘法器实现法
乘法器实现法的输入是随机信息序列，经过 基带信号形成器，产生波形序列，乘法器用 来进行频谱搬移，相乘后的信号通过带通滤 波器滤除高频谐波和低频干扰。 带通滤波器的输出是振幅键控信号。 乘法器常采用环形调制器。
与同步解调相似，为使误码率最小，判决电平应 和 的交点的横坐标值，如 图中 ， 称为最佳门限，经分析，得到 当信噪比 （即大信噪比）时，
ASK调制VHDL程序及仿真
ASK调制方框图
注：图中没有包含模拟电路部分，输出信号为数字信号。
ASK调制电路符号
ASK调制VHDL程序
--文件名：ASK.vhd --功能：基于VHDL硬件描述语言，对基带信号进行ASK振幅调制 --最后修改日期：2004.3.16 library ieee; use ieee.std_logic_arith.all; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity ASK is port(clk :in std_logic; --系统时钟 start:in std_logic; --开始调制信号 x :in std_logic; --基带信号 y :out std_logic); --调制信号 end ASK; architecture behav of ASK is signal q:integer range 0 to 3; --分频计数器 signal f :std_logic; --载波信号

二进制振幅键控(2ASK)信号的功率谱分析

二进制振幅键控(2ASK)信号的功率谱分析

Harbin Institute of Technology随机过程课程设计报告二进制振幅键控(2ASK)信号的功率谱分析院（系）名称：电子与信息工程学院学生姓名：学生学号：指导教师：哈尔滨工业大学2014年11月摘要二进制振幅键控（2ASK）是出现最早的、也是最简单的数字调制方式，是研究其他数字调制方式的基础。

由于数字基带信号是随机信号，因此2ASK信号也是随机信号，不满足傅里叶变换条件，只能分析其功率谱性质。

以前学习这部分知识的时候，缺乏随机过程的知识，书上直接给出相应的结果，对结果不是很理解。

通过随机过程的学习，对随机信号功率谱密度的求解有了比较清楚的了解，于是自己动手推算了一下功率谱密度公式的由来，并通过绘图从理论上对2ASK信号的功率谱进行了分析。

在这个过程中，我对随机过程的基础知识有了更进一步的掌握，并对数学在通信中的重要作用有了深刻认识，收获很大。

关键词：二进制振幅键控；功率谱密度；随机过程目录一、数字调制简介和问题的提出 (1)1、数字调制简介 (1)2、问题提出 (1)二、二进制振幅键控（2ASK）基本原理 (1)三、2ASK功率谱分析 (3)1、2ASK信号的功率谱密度频域表达式的推导 (3)2、2ASK信号的功率谱密度具体表达式 (4)3、2ASK信号的功率谱密度分析 (5)四、心得体会 (5)参考文献 (6)1 / 6一、数字调制简介和问题的提出1、数字调制简介在现代计算机内部进行信息传递以及参与运算处理的大多数是二进制数字信号，在物理形式上表现为方波信号。

根据傅里叶变换的知识我们知道，方波具有丰富的低频分量，在计算机内部通过导线进行短距离传输是可以的，但是却不适宜在诸如空气的无线信道中进行传送，必须将这些信号经过某种形式的变换之后才能传输，这种变换就是调制。

调制之前的信号我们称为数字基带信号。

用数字基带信号对载波的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号变化而变化，一般来说载波是正弦波，所以称之为正弦载波调制。

2ASK

2ASK

二．二进制振幅键控(2ASK)
1.振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制.当数字基带信号为二进制时,则为二进制振幅键控. 设发送的二进制符号序列由0,1序列组成,发送0符号的概率为P,发送1符号的概率为1-P,且相互独立.该二进制符号序列可表示为：
（2-1-1）其中:
（2-1-2）Ts是二进制基带信号时间间隔,g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲:
（2-1-3）则二进制振幅键控信号可表示为
（2-1-4）
2.二进制振幅键控信号时间波型如图2 - 2 所示. 由图2 - 2 可以看出,2ASK 信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号s(t)通断变化,所以又称为通断键控信号(OOK信号). 二进制振幅键控信号的产生方法如图2 - 3 所示,图(a)是采用模拟相乘的方法实现, 图(b)是采用数字键控的方法实现.
由图2 - 2 可以看出,2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似.所以,对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法),其相应原理方框图如图2 - 4 所示.2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图 2 - 5 所示. _
图2 –4 二进制振幅键控信号解调器原理框图图 2 - 52ASK信号非相干解调过程的时间波形
3. 设计2ASK仿真模型如下图所示:
4.仿真结果如下：
加噪声的波形图
不加噪声的波形图
参考文献：《通信原理》樊昌信曹丽娜编著国防工业出版社。

ASK、PSK、FSK

ASK、PSK、FSK
e2PSK (t)
s(t) (b)
二进制振幅键控信号时间波型
开 关 电路
乘 法 器 e2ASK (t) s(t)
cos ct
e2ASK (t)
cos ct
(a) 模拟相乘
s(t)
(b) 数字键控
二进制振幅键控信号调制器原理框图
2、二进制移频键控（2FSK）
在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进 制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，则产生二进 制移频键控信号(2FSK信号)。图6 - 6中波形g可分解 为波形e和波形f，即二进制移频键控信号可以看成是 两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。
ak
1 011001
a
s(t)
t
b
s(t)
t
c
t
d
t
e
t
f
t
g 2FSK信 号
t
二进制移频键控信号的时间波形
二进制移频键控信号的产生，可以采用模拟调 频电路来实现，也可以采用数字键控的方法来实现。
பைடு நூலகம்
振 荡 器1 f1
选 通 开关
基带信 号
反相器
相 加 器 e2FSK (t)
振 荡 器2 f2
选 通 开关
1、 二进制振幅键控（2ASK）
振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而 变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则 为二进制振幅键控。
2ASK信号的时间波形随二进制基带信号s(t)通断变化， 所以又称为通断键控信号（OOK信号）。
1
0
1
1
0
0
1
s(t)
Tb
t
载 波 信号 t
2A SK信 号 t

二进制振幅键控(2ASK)

二进制振幅键控(2ASK)

二进制振幅键控（2ASK）摘要: 振幅键控（也称幅移键控），记作ASK（Amplitude shift keying）, 也称通断键控（或开关键控），记作OOK(On-Off Keying)。

二进制振幅键控通常记作2ASK。

一、2ASK 信号时域与频域分析1．基本原理二进制...振幅键控（也称幅移键控），记作ASK（Amplitude shift keying）,也称通断键控（或开关键控），记作OOK(On-Off Keying)。

二进制振幅键控通常记作2ASK。

一、2ASK 信号时域与频域分析1．基本原理二进制振幅键控就是用代表二进制数字信号的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波。

有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”，由此可得2ASK 信号时间波形如图1 所示。

根据线性调制原理，一个2ASK 信号可以表示成一个单极性不归零序列和一个正弦载波相乘，即2ASK 信号的一般表达式为（1）其中是持续时间为的矩形脉冲，而的取值服从下述关系（2）现令（3）则式(1)变为（4）图1 2ASK 信号的时间波形2ASK 信号的产生方法：有键控法和模拟调制法，如图2 所示。

图2 2ASK 信号的产生2.功率谱密度和带宽由于2ASK 信号可以表示成若设的功率谱密度为，2ASK 信号的功率谱密度为。

因为是单极性的随机脉冲序列，即单极性不归零码，功率谱密度为此时，2ASK 信号的功率谱密度当概率时，同时又考虑到和，则2ASK 的功率谱密度为功率谱密度示意图图3 2ASK 信号的功率谱密度示意图（1）因为2ASK 信号的功率谱密度是相应的单极性数字基带信号功率谱密度形状不变地平移至处形成的，所以2ASK 信号的功率谱密度由连续谱和离散谱两部分组成。

它的连续谱取决于数字基带信号基本脉冲的频谱；它的离散谱是位于处的一对频域冲激函数，这意味着2ASK 信号中存在着可作载频同步的载波频率的成分。

（2）由图3 可以看出。

二进制振幅键控频谱分析的Simulink仿真

摘 要 ： 对数 字调 制 系统 中 的 二 进 制 振 幅键 控 的 频 谱 公 式 多 而 且 难 理 解 和 学 生 学 习枯 燥 等 问题 ， 出 用 针 提
Ｓｍｕｉｋ仿 真 ， 需 大 量 书 写程 序 ， 只 需要 通 过 简 单 直观 的 鼠 标 操 作 ， 可 构 造 出复 杂 的 系统 ， 以 激 发 学 ｉ ｌ ｎ 无 而 就 可
现最早 的 ， 是最 简 单 的 ， 也 是研 究 数 字 调制 方 式 的 基础． 然而 ， 统 的 ２ Ｋ 调 制 原理 和 频谱 推 导 过 传 ＡＳ 于复杂 ， 对数 学 要 求 高． ｉ ｌ ｋ是 ＭＡＴＬ Ｓｍｕｉ ｎ ＡＢ最 重 要 的组件 之～ ， 它提 供 一 个动 态 系 统建 模 、 真 仿
列 由 ０ １序列组 成 ， 、 发送 ０符 号的概 率为 Ｐ， 发送 ｌ
将 式 （ ） （ ） 入 式 （ ） 以推 导 出 ２ Ｋ 的 ３ 、４ 代 ２可 ＡＳ
Ｔ ｒｓ ＝ｆ ｃＴ １ ｌｌｉ （ －ｆ） ］Ｉ ｛ｉ （＋ｆ） ｓ ｎｆ ｃＴ ｌ ｎ ｎ １Ｌ （－ｆ） ｌ ｌ７＿ ） ｌＪ。 ６ ｛ｎｆｔ ｃＴ ｃ厂 － （一 Ｔ
生 的 学 习兴 趣 和 有 效 地 节 省 课 时 ， 到 良好 的 学 习效 果 ． 收
关键 词 ： ＡＳ Ｓｍｕｉｋ 数 字 通 信 ２ Ｋ； ｉ ｌ ； ｎ
中 图分 类 号 ： பைடு நூலகம் ． Ｇ６ ２０
文献标志码 ： Ａ
文 章编 号 ： ６ １— ４ ６２ １） ２ ０ ４～ ２ １ ７ ９ ７ （０ ２０ —０ ５ ０
数 字 信 号在 信 号处 理 、 输 、 传 再生 、 换 、 密 交 加 和信号 质量 等多方 面 比模 拟信 号优越 ， 因此 数字 通 信 发展 很快 ． 字 调制是 数字通 信系 统 中的重要组 数

二进制数字调制原理《通信原理》

二进制数字调制原理数字带通传输系统：包括数字调制和数字解调过程的数字传输系统。

数字调制：利用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程。

数字解调：通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程。

二进制数字调制：调制信号是二进制数字基带信号的调制，其载波的幅度、频率和相位只有两种变化状态。

1．二进制振幅键控（1）2ASK的表达式2ASK信号的一般表达式其中若取则相应的2ASK信号就是OOK信号，其表达式为（2）2ASK的波形图7-1 2ASK/OOK信号时间波形（3）2ASK的产生方法①模拟调制法（相乘器法）图7-2 模拟调制法原理框图②键控法图7-3 键控法原理框图（4）2ASK的解调方法①非相干解调（包络检波法）图7-4 非相干解调法原理框图非相干解调过程的波形分析图7-5 非相干解调过程的时间波形②相干解调（同步检测法）图7-6 相干解调法原理框图（5）2ASK的功率谱密度①表达式②示意图图7-7 2ASK信号的功率谱密度示意图③特性a．2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成；连续谱取决于g(t)经线性调制后的双边带谱，而离散谱由载波分量确定。

b．2ASK信号的带宽B2ASK是基带信号带宽的2倍，即其中，（码元速率）。

2．二进制频移键控（1）2FSK的表达式2FSK信号的一般表达式为式中，和分别是第n个信号码元的初始相位，在频移键控中，和不携带信息，通常令和均为0。

所以可简化为（2）2FSK的波形图7-8 2FSK信号的时间波形（3）2FSK的产生方法①模拟调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的，称为连续相位FSK（CPFSK）。

②键控法图7-9 键控法产生2FSK信号的原理图产生的2FSK信号相邻码元之间的相位不一定连续。

（4）2FSK的解调方法①非相干解调图7-10 非相干解调法原理框图②相干解调图7-11 相干解调法原理框图（5）2FSK的功率谱密度①表达式②示意图图7-12 相位不连续2FSK信号的功率谱示意图③特性a．相位不连续2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成；连续谱由两个中心位于f1和f2处的双边谱叠加，离散谱位于两个载频f1和f2处。

二进制振幅键控(ASK)调制器与解调器VHDL设计


--文件名：ASK.vhd --功能：基于VHDL硬件描述语言，对基带信号进行ASK振幅调制 --最后修改日期：2004.3.16 library ieee; use ieee.std_logic_arith.all; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity ASK is port(clk :in std_logic; --系统时钟 start:in std_logic; --开始调制信号 x :in std_logic; --基带信号 y :out std_logic); --调制信号 end ASK; architecture behav of ASK is signal q:integer range 0 to 3; --分频计数器 signal f :std_logic; --载波信号
也就是取样判决器的输入信号。



（2）发“0”码时情况 发“0”码时，ASK信号输入为0，噪声仍然存在， 经过低通滤波器后，输出信号为x（t），
x（t）也是取样判决器的输入信号。 综合上面的分析，可得




下面讨论判决问题。 若没有噪声，上式简化为

此时判决电平取0～A的中间值A/2，大于A/2判为 “1”码，小于A/2判为“0”码。在无噪声时，判 决一定是正确的。
ASK调制VHDL程序仿真图及注释
注：a.基带码长等于载波f的6个周期。 b. 输出的调制信号y滞后于输入基带信号x一个clk时间。
ASK解调VHDL程序及仿真
ASK解调VHDL程序

--文件名：ASK2 --功能：基于VHDL硬件描述语言，对ASK调制信号进行解调 --最后修改日期：2004.2.12 library ieee; use ieee.std_logic_arith.all; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity ASK2 is port(clk :in std_logic; --系统时钟 start :in std_logic; --同步信号 x :in std_logic; --调制信号 y :out std_logic); --基带信号 end ASK2; architecture behav of ASK2 is signal q:integer range 0 to 11; --计数器

二进制振幅键控调制器与解调器设计

二进制振幅键控调制器与解调器设计二进制振幅键控（ASK）调制和解调器是数字通信系统中常用的一种调制和解调技术。

在这种技术中，数字数据被转换为不同振幅的模拟信号，并通过传输介质传输，然后再被解调器还原为数字形式的原始数据。

本文将介绍ASK调制器和解调器的设计原理和实现过程。

1.ASK调制器的设计原理和实现过程ASK调制器的设计目的是将数字数据转换为不同振幅的模拟信号。

其主要原理是根据输入的二进制数据，通过控制模拟信号的振幅来表示不同的数字。

ASK调制器的实现过程可以分为以下几个步骤：(1)输入二进制数据：ASK调制器的输入是二进制数据，表示要传输的数字。

(2)数字信号转换：将输入的二进制数据转换为相应的数字形式。

(3)模拟信号生成：根据数字信号的数值，在一定时间间隔内生成对应振幅的模拟信号。

(4)输出ASK调制信号：根据模拟信号的振幅，输出ASK调制信号用于传输。

2.ASK解调器的设计原理和实现过程ASK解调器的设计目的是将接收到的ASK调制信号还原为原始的数字数据。

其主要原理是根据接收到的模拟信号的振幅来识别不同的数字。

ASK解调器的实现过程可以分为以下几个步骤：(1)接收ASK调制信号：接收传输介质上的ASK调制信号。

(2)模拟信号采样：对接收到的模拟信号进行采样，获取一定时间间隔内模拟信号的振幅。

(3)ASK信号识别：根据模拟信号的振幅，识别出传输的ASK信号对应的数字。

(4)输出解调数据：根据识别出的数字，输出解调后的数据。

3.ASK调制和解调器的设计要考虑的因素在设计ASK调制和解调器时(1)噪声和失真：传输介质上可能存在噪声和失真，对调制和解调的性能影响较大，需要采取相应的抗噪声和失真措施。

(2)带宽：传输介质的带宽限制会对调制和解调的性能产生影响，需要设计合适的调制和解调算法以及滤波器来保证传输的可靠性。

(3)传输距离：传输距离的远近也会影响调制和解调的性能，需要选择合适的调制和解调方案以及增强传输信号的方法。

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连续谱取决于g(t)经线性调制后的双边带谱，而离散 谱由载波分量确定
¾ 2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍，若只计谱
的主瓣（第一个谱零点位置），则有
B2 ASK = 2 fs
¾ 2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍
16
8
1 0 1 1 0 1 0 0
8
4
《通信原理》 国防科技大学电子科学与工程学院 马东堂 _____________________________
二进制振幅键控
¾ 非相干解调
e2 ASK ( t )
¾ 相干解调
e2 ASK ( t )
cos ωc t
9
二进制振幅键控
功率谱密度 ¾ 2ASK信号表达式
二进制振幅键控
B Φ2ASK (f)
Φ (f)
基带信号波形 带宽的两倍
2f s
− fc − fs − fc − f c + f s
− fs
fs
fc − fs fc fc + fs
基带信号带宽: B ≈ fs = 1 / Ts 2ASK信号带宽: B2ASK ≈ 2 fs = 2 / Ts
RS = 1 / Ts Rs 1 = (Baud/Hz) 频带利用率: η 2ASK = B 2 2 ASK
二进制振幅键控
ΦB ( f )
−B
B
f
B=
(α + 1) fs 2
B2 ASK = 2 B = (α + 1) fs
RS = 1 / Ts = fs
η 2ASK =
Rs 1 (Baud/Hz) = B2 ASK α + 1
15
二进制振幅键控
分析 ¾ 2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成；
实现数字调制的两种基本方法
① 利用模拟调制的方法去实现数字调制； ② 通过开关键控载波，通常称为键控法：基本键控方式有
振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)
t
t
t
振幅键控
频移键控
相移键控
4
数字调制可分为二进制调制和多进制调制
2
《通信原理》 国防科技大学电子科学与工程学院 马东堂 _____________________________
二进制振幅键控
数字调制可以看作是M进制符号集到M个载波构成的载波 集的映射 例如 四进制振幅调制
S0(t) S1(t)
载 波 集
S2(t)
载 波 集
S0(t) S1(t) S2(t) S3(t)
0
1
2
3
1
0
1 2 3 1
M进制符号序列
S3(t)
00 01 10 11 01
二进制信源序列
3
二进制振幅键控
《通信原理》 国防科技大学电子科学与工程学院 马东堂 _____________________________
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
数字频带传输
1
第二十二讲 二进制振幅键控和频 移键控
第一节 二进制振幅键控
2
1
《通信原理》 国防科技大学电子科学与工程学院 马东堂 _____________________________
s2 ASK ( t ) = B ( t ) cos ωc t
设ΦB(f) － B(t)的功率谱密度 Φ2ASK(f) － 2ASK信号的功率谱密度
Φ 2 ASK ( f ) =
1 [Φ B ( f + fc ) + Φ B ( f − fc )] 4
¾ 2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱ΦB( f )的线性搬
二进制振幅键控
2ASK信号产生方法
¾
模拟调制法（相乘器法）
单极性随机脉 冲序列
e2 ASK ( t )
s( t )
cos ωc t
e2 ASK ( t )
¾ 键控法
cos ωc t
s( t )
7
二进制振幅键控
2ASK信号解调方法
e2 ASK ( t )
¾ 非相干解调 b c
a
a b c
输出信号
移（属线性调制）。
10
5
《通信原理》 国防科技大学电子科学与工程学院 马东堂 _____________________________
二进制振幅键控
¾ 当概率P =1/2时， B ( t ) 是单极性随机矩形脉冲序列且不相关
时，可推导得到2ASK信号的功率谱密度为：
T ⎡ sin π ( f + fc )Ts sin π ( f − fc )Ts + Φ2 ASK ( f ) = s ⎢ 16 ⎢ π ( f + fc )Ts π ( f − fc )Ts ⎣ 1 + [δ ( f + fc ) + δ ( f − fc )] 16
Ts － 码元持续时间； g(t) － 持续时间为Ts的基带脉冲波形 an － 第n个符号的电平取值，若取
⎧ 1, 概率为P an = ⎨ ⎩ 0, 概率为1 − P
n
相应的2ASK信号就是OOK信号。
6
3
《通信原理》 国防科技大学电子科学与工程学院 马东堂 _____________________________
2 2
⎤ ⎥ ⎥ ⎦
11
二进制振幅键控
¾ g(t)为矩形不归零脉冲时2ASK信号的功率谱密度
ΦB( f )
− fs
fs
Φ2ASK ( f )
离散谱
2f s
连续谱
− fc − fs − fc − f c + f s
fc − fs fc fc + fs
12
6
《通信原理》 国防科技大学电子科学与工程学院 马东堂 _____________________________
二进制振幅键控
2ASK信号基本原理
载波 cos ωc t
已调信号
1
0
1
1
0
GND
s ( t ) cos ωc t
数字基带信号
s( t ) = ∑ an g ( t − nTs )
n
5
二进制振幅键控
2ASK信号一般表达式
e2ASK ( t ) = s ( t ) cos ω c t
s( t ) = ∑ an g ( t − nTs )
码元速率:
13
二进制振幅键控
¾ g(t)为平方根升余弦滚降谱波形时2ASK信号的功率谱密度
ΦB ( f )
−B
B
Φ2ASK ( f )
f
2B
− fc − B
− fc
− fc + B
fc − B
fc
fc + B
f
14
7
《通信原理》 国防科技大学电子科学与工程学院 马东堂 _____________________________