第六章 数字载波调制传输系统(学习版)

第六章 数字载波调制传输系统

6.1引言

在第五章中我们讨论了数字基带传输系统,它们在实际中有不少应用。然而,在许多通信系统当中,信道的特性并不适合于直接传送基带信号,此时必须将基带信号“搬移”到适合信道传输的较高频段处进行传送。例如:无线通信系统中信号必须有足够高的频率才能够使得发射无线电波的天线的尺寸大小λ4(λ是信号的波长。λ=c f ,其中c 和f 分别是光速和信号的频率)在合理的、工程上易于实现的水平;而对于光纤通信,则必须将信号调制到特定的光波波段,使其适合在光纤中传输。在接收端再将其“搬移”回基带频段以恢复出原来的信息,这种信号“搬移”的过程通常就是通过对载波信号的调制和解调来完成。

对于通信系统中的调制过程,通常可以有两种角度去理解。第一种理解,就是看作是携带有用信息的基带信号去控制和改变载波参量的过程;第二种理解,就是根据基带信号不同符合,去选取具有不同形式的载波波形,使得所发送的载波波形中携带基带信号所含有的有用信息。被基带信号调制后的载波通常称为已调信号。在接收端,从已调信号中恢复出基带信号的过程通常称为解调。

从原理上来说,只要已调信号适合于信道传输,未经调制的载波波形可以是任意选择的。但是实际上,大多数的调制解调系统中都选择正弦信号作为载波,因为正弦信号具有形式简单、便于在发送端产生以及在接收端接收的特点。

调制解调系统根据系统中是否引入数字化技术可将调制方式分为数字调制和模拟调制两大类。数字调制方式和模拟调制方式在原理上没有本质区别。模拟调制解调系统在发送端是对载波信号的参量进行连续地控制和改变,在接收端则对载波信号的调制参量连续地进行估计,从而恢复出基带信号;而数字调制解调系统在发送端是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息,在接收端也只对载波信号的离散调制参量进行检测。

对于数字载波调制传输系统,有不同的分类方法。根据基带数字信号对载波的振幅、频率和相位等不同参数所进行的调制,数字调制可以分为调幅、调频和调相三种基本方式,在此基础上还可以组合派生出多种其他方式。

数字调制与模拟调制主要的区别是,受调制的参数,如幅度、频率和相位等,只有有限种不同的取值,因此虽然已调信号的每个符号是以连续信号的形式出现,但只有有限种参数取值状态,因此仍然保持着数字系统易于实现和数字信号抗干扰能力强的基本特点。数字载波调制信号的一般形式可以表示为

s (t ) =A i (t )cos (ωj (t )+φl (t )) (6-1-1) 其中的幅度A i (t ), i =1, 2,..., I ;频率ωj (t ), j =1, 2,..., J ;相位φl (t ), l =1, 2,..., L 的形态或取值只有有限多种。这里将幅度、频谱和相位分别用一个时间的函数来表示,主要想说明,在这些参数的有限种取值的转换过程中,可能是突变的,也可能有一定的过渡过程。

由于数字调制是离散地改变载波信号参数,故数字调制信号也称为键控信号。二进制数字调制的振幅键控 (ASK)、移频键控 (FSK)和移相键控 (PSK)三种基本信号形式如图 6-1-1所示。

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