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电子信息与自动化学院《通信原理》实验报告学号： 姓名：实验五：数字频带传输系统实验 一、实验原理数字频带信号通常也称为数字调制信号，其信号频谱通常是带通型的，适合于在带通型信道中传输。
数字调制是将基带数字信号变换成适合带通型信道传输的一种信号处理方式，正如模拟通信一样，可以通过对基带信号的频谱搬移来适应信道特性，也可以采用频率调制、相位调制的方式来达到同样的目的。
1.调制过程 1）2ASK如果将二进制码元“0”对应信号0，“1”对应信号t f A c π2cos ，则2ASK ：()()cos 2T n s c n s t a g t nT A f t π⎧⎫=-⎨⎬⎩⎭∑{}1,0∈n a ，()⎩⎨⎧≤≤=其他 0T t 0 1st g 。
可以看到，上式是数字基带信号()()∑-=nsnnT t g a t m 经过DSB 调制后形成的信号。
其调制框图如图1所示：图1 2ASK 信号调制框图2ASK 信号的功率谱密度为：()()()][42c m c m s f f P f f P A f P ++-=2）2FSK将二进制码元“0”对应载波t f A 12cos π，“1”对应载波t f A 22cos π，则形成2FSK 信号，可以写成如下表达式：()()()()()12cos 2cos 2T n s n n s n nns t a g t nT A f t a g t nT A f t πϕπθ=-++-+∑∑当0=n a 时，对应的传输信号频率为1f ；当1=n a 时，对应的传输信号频率为2f 。
上式中，n ϕ、n θ是两个频率波的初相。
2FSK 也可以写成另外的形式如下：()()cos 22T c n s n s t A f t h a g t nT ππ∞=-∞⎛⎫=+- ⎪⎝⎭∑其中，{}1,1-+∈n a ，()2/21f f f c +=，()⎩⎨⎧≤≤=其他0T t 0 1s t g ，12f f h -=为频偏。
数字调频原理
数字调频（Frequency Modulation，简称FM）是一种用于调制
和解调信号的调制方式。
它通过改变载波信号的频率来携带信息。
在数字调频系统中，信息信号被转换为数字形式，并与载波信号相乘，使得载波信号的频率按照信息信号的变化而变化。
这种调频方式相对于模拟调频具有许多优势，例如信号质量更稳定、抗干扰能力更强以及噪声影响较小。
数字调频通常使用连续相位调制（Continuous Phase Modulation，简称CPM）来实现。
CPM基于对信号的相位进
行变化，而不是对信号的幅度进行改变。
这种调制方式可以降低信号的带宽，从而提高频谱效率。
此外，数字调频还具有良好的容错性，使得它在无线通信领域得到广泛应用。
数字调频的原理是将信息信号分为离散的样点，并对每个样点进行数字编码。
这些编码可以是二进制码、四进制码或其他形式的码。
编码后的信息信号与载波信号相乘，使得载波信号的频率按照信息信号的编码进行变化。
解调时，接收端将接收到的信号进行解码，并还原出原始的信息信号。
数字调频的实现涉及到频率变换器、数字编解码器以及相位锁定环路等电路。
由于数字技术的发展，现代数字调频系统能够实现更高的速率和更高的频谱效率。
现有的数字调频系统在无线通信、广播电视以及卫星通信等领域得到了广泛的应用。
第五章 数字信号的基带传输基带传输系统频带传输系统（调制传输系统）数字基带信号：没有经过调制的原始数字信号。
（如各种二进制码PCM 码，M ∆码等）数字调制信号：数字基带信号对载波进行调制形成的带通信号。
5.1、基带信号的码型一、数字基带信号的码型设计原则：1． 对传输频带低端受限的信道，线路传输的码型的频谱中应该不含有直流分量；2．信号的抗噪声能力强；3．便于从信号中提取位定时信息；4．尽量减少基带信号频谱中的高频分量，节省传输频带、减小串扰； 5．编译码设备应尽量简单。
二、数字基带信号的常用码型。
1、单极性不归零码NRZ （Non Return Zero ）脉冲宽度τ等于码元宽度T特点：（1）有直流，零频附近的低频分量一般信道难传输。
（2）收端判决门限与信号功率有关，不方便。
（3）要求传输线一端接地。
（4）不能用滤波法直接提取位定时信号。
2、双极性非归零码（BNRZ ）T =τ，有正负电平特点：不能用滤波直接提取位定时信号。
⎩⎨⎧数字通信系统3、单极性归零码（RZ）τ<T特点：（1）可用滤波法提取位同步信号（2）NRZ的缺点都存在4、双极性归零码（BRZ）特点：（1）整流后可用滤波提取位同步信号（2）NRZ的缺点都不存在5、差分码电平跳变表1，电平不变表0 称传号差分码电平跳变表0，电平不变表1 称空号差分码特点：反映相邻代码的码元变化。
6、传号交替反转码（AMI）τ）归零码表0用零电平表示，1交替地用+1和-1半占空（T5.0=示。
优点：（1）“0”、“1”不等概时也无直流（2）零频附近低频分量小（3）整流后即为RZ码。
缺点：连0码多时，AMI整流后的RZ码连零也多，不利于提取高质量的位同步信号（位同频道抖动大）应用：μ律一、二、三次群接口码型：AMI加随机化。
7、三阶高密度双极性码()3HDBHDB3码编码步骤如下。
①取代变换：将信码中4个连0码用取代节000V或B00V代替，当两个相邻的V码中间有奇数个1码时用000V代替4个连0码，有偶数个1码时用B00V代替4个连0码。
121第六章 数字调制系统（数字频带传输系统）6.1 引 言在实际通信中，有不少信道都不能直接传送基带信号，而必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓调制。
数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在收端对载波信号的离散调制参量进行检测。
数字调制信号也称键控信号。
在二进制时，有ASK ~ 振幅键控 FSK ~ 移频键控 PSK ~ 移相键控 正弦载波的三种键控波形 见樊书P129，图6－16.2 二进制数字调制原理6.2.1 二进制振幅键控（2ASK ） 一、一般原理及实现方法2ASK 是用“0”，“1”码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。
最早使用的载波电报就是这种情况。
数字序列{}n a()t s 单极性基带脉冲序列 ()()t t s t ec ω=cos 0 与t c ωcos 相乘，()t s 频谱搬移到c f ±附近，实现2ASK 。
{}n a 信号2ASK 调制的方框图转换成数字调制系统的基本结构图122带通滤波器滤出所需已调信号，防止带外辐射，影响邻台。
二、2ASK 信号的功率谱及带宽()()()()∑∞-∞=-=ω=n s n c nT t g a t s tCos t s t e 0 ⎩⎨⎧-=ppa n 110，概率为，概率为随机变量()()()()()()()()()s s T f j s a s T j s a s e fT S T f G eT S T G E t e S t s G t g 002 π-ω-⋅π=⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛ω=ωω↔ω↔ω↔或，设 ()()()[]c c S S E ω-ω+ω+ω=ω21()()()的功率为：则在频率轴上互不重叠，，假如t e S S c c 0ω-ωω+ω()()()[]()()()[]c S c S E c S c S E f f P f f P f P P P P -++=ω-ω+ω+ω=ω4141或)(f P S 为)(t s 的功率谱，可见，知道了)(f P S 即可知道)(f P E 。
由前面，二进制随机序列)(t s 的功率谱：的门函数12s 2s ttt123()()()()()()∑∞-∞=-δ⋅-+-=m s s s s S mf fmf G p f f G p p f f P 222211式中，()()t g f G ↔根据矩形波形的)(t g 的频谱特性，对于)0( 0=π≠m m sin 的整数有，0=)(s mf G ，故)(t s 的功率谱： ()()()()()()f G p f f G p p f f P s s s δ⋅-+⋅-=2222011)(t e 0的功率谱：()()()()[]()()()[]c c s c c s E f f f f G p f f f G f f G p p f f P -δ++δ-+-++-=222220141141)(()的功率谱：概率时，当t e p o 21=()()()[]()()()[]c c s c c s E f f f f G f f f G f f G f f P -δ++δ++-++=22220161161)(t s 的功率谱：()()()f fT Sa T f P s s s δ+π=4142()()s T f j s s e fT Sa T f G π-⋅π=将，()s T G =0 得，)(t e 0的功率谱：（见下面图形）()()[]()[]{}()()[]c c s c s c s E f f f f T f f Sa T f f Sa T f P -δ++δ+-π++π=161162 2由图可见，2ASK 信号()t e o 的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。
连续谱取决于()t s 经线性调制后的双边带谱。
离散谱由载波分量决定。
（注：()t s 是考虑的单极性脉冲随机序列，无()0≠m mf s 离散谱）1242ASK 信号的频带宽度是基带脉冲带宽s B 的两倍。
这与模拟AM 、DSB 一样。
若只计及基带脉冲频谱的主瓣，其带宽： s S A S K f B B 222==6.2.2 二进制移频键控（2FSK ）一、2FSK 信号的产生及波形 （见樊书P133 图6-5）一种是模拟调频法，()t s 加在变容二极管上（LC 谐振回路）直接调频。
一种是采用键控法，用()t s 矩阵脉冲序列控制开关电路对两个不同的频率源fff相位连续 []⎰+=dt t s K t A t e F c o )(cos )(ω 相位不连续 )()tt s t c c 21cos cos ωω+1125图6-5（c ）P133是()t s 一个实现、()t e o 一个实现（样本）。
2FSK 的解调有：相干解调、鉴频器方法、过零检测、差分检测等方法。
解调（1） 包络检波条件：s 2c 1c f 2|f f |>-。
判决准则：10)kTs (b )kTs (a →≥（1）相干解调（2）过零检测2个ASK 信号126波形图见P134图6-7，但还要对f （t ）进行样判决处理。
判决准则：10)B A (21)kTs (f →-≥二、2FSK 信号的功率谱及带宽()()()()()()()t e t e t t s t t s t e n n o 2121+=θ+ω+ϕ+ω=cos cos由樊书P133图6-5（b ）知，()1f t s 选通，()()2f t s 选通反码（1f 、2f 是载波）()()()()∑∑-=-=ns n ns n nT t g a t s nT t g a t s ()，高度为一的门函数是门宽S T t g ⎩⎨⎧-=p p a n 110，以，以 ⎩⎨⎧-=ppa n ，以，以110 ， n a 是n a 的反码键控法产生的()t e o 信号：f(t) AB127第n 个信号码元的初相位n n θϕ，与序列n 无关，21ωω，改变时相位不连续。
模拟调频法产生的()t e o 信号：21ωω，改变时相位连续，n n θϕ，与序列n 有关，频谱分析较繁。
下面仅分析键控法产生的()t e o 频谱，且令n n θϕ，=0()()()()()()()()()()(){}()(){}22112121ω-ω+ω+ω+ω-ω+ω+ω=ωω↔ω↔ω↔ω↔S S S S E E t e S t s S t s G t g o ，，，设()()()[]()()[]222211114141f f P f f P f f P f f P f P S S S S E -+++-++= ()()f P f P E E 21+=()()()()f P t e f P t e f P t e E E E 功率谱之和的功率谱的功率谱=+ 2211)()(()表示式，代入可得信号的功率谱将f P F S K S ，上式可写成双边谱：当概率21=P樊书P136，公式（6.2-23）2FSK 单边功率谱图形：128分析讨论：① 时为单峰出现双峰s s f f f f 909021.,.<>-② ()()()()t t s t e t t s t e 2211ω=ω=c o s c o sFSK 谱由连续谱和离散谱组成，连续谱是()t s 的ASK 功率谱和()t s ASK 功率谱两者之和：()()()f P f P E E 21+。
()f P E 1的中心位置在1f ，()f P E 2的中心位置在2f 离散谱出现在两个载频21 f f ，位置上。
③ 2FSK 带宽（相位不连续2FSK ）： s F S K f f f B 212+-= 举例子：2FSK 多路传输，KBPS f s 21.=6.2.3 二进制移相键控（2PSK ）及二进制差分相位键控（2DPSK ）2PSK 方式是用二进制数字脉冲序列去控制连续载波的相位。
()s o f f -10s2s 1()s o f f +2f相隔较，212190f f f f f .>-so o f f f f f f f =-+=22122为载波f单峰谱形f f 021.<-f1296.3 二进制数字调制系统的抗噪性能通信系统的抗噪声性能是指系统克服加性噪声影响的能力。
在数字通信中，信道的加性噪声可能使传输码元产生错误，错误程度通常用误码率来衡量。
与数字基带系统一样，分析数字调制系统（数字频带系统）的抗噪性能，也就是要找出系统用加性噪声产生的总误码率。
6.3.1 2ASK 系统的抗噪声性能 接收端输入波形可表示为 ()()()⎩⎨⎧+=”）“”时（无射频脉冲代表发“，”）“”时（有射频脉冲代表，发“0011t n t n t u y i i i i)(t u i 为了分析简便，也可表示：()⎩⎨⎧<<ω=0t T t ta t u s c i 其它码元宽度,)(,cos()()()()()()⎩⎨⎧+=→”发“，”，发“窄带高斯过程经带通滤波器后01t n t n t u t y t n t n i i :()()()窄带高斯过程~sin cos t t n t t n t n c s c c ω-ω=()t y i130()()()()()()[]()()()⎩⎨⎧ω-ωω-ω+=⎩⎨⎧ω-ωω-ω+ω=”发“，”，发“01t t n t t n t t n t t n a tt n t t n t t n t t n t a t y c s c c c s c c c s c c c s c c c sin cos sin cos sin cos sin cos cos下面讨论两种不同的解调方法的性能。
一、包络检波法的系统性能⑴ 带通滤波器的输出波形及概率密度函数 )(t y 的包络：()()[]()()()⎪⎩⎪⎨⎧+++=”时发“，”时，发“012222t n t n t n t n a t V s c s c根据本讲义§2.7，§2.9. 窄带过程，正弦波加窄带过程的内容， ()()()()⎩⎨⎧+=窄带过程”，发“正弦波加窄带过程”，发“01t n t n t u t y i窄带过程的包络的一维概率密度函数服从瑞利分布，正弦波加窄带过程的包络一维概率密度函数服从广义瑞利分布（莱斯分布），因此，它们的概率密度分别表示：（参见下图：2ASK 包络检测误码率几何表示图） 其一维概率密度函数”时，服从莱斯分布“发1, ()()22222021na V n n e aV I V V f σ+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛σσ=()222200nV neV V f σ-σ=其一维概率密度函数：”时，服从瑞利分布，发“()，平均功率，输出端的方差，即带通滤波器为窄带过程（噪声）式中，N t n n 2σ ，为，噪声单边功率谱密度若带通滤波器的带宽为o n B()()曲线见图、 01V f V f131()为瞬时包络值，则t V B n N o n =σ=2信号的幅值。
