擴(kuò)頻通信講義-chapter4

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1、第四章數(shù)字信號(hào)的載波傳輸載波傳輸是把基帶信號(hào)以一定方式調(diào)制到載波上進(jìn)行傳輸，一般用于無線信道或?qū)拵в芯€信道（如光纖等）。載波信號(hào)與基帶信號(hào)傳輸之間有密切的聯(lián)系。在許多情況下，可以把載波信號(hào)等效成基帶信號(hào)，因而可把基帶信號(hào)傳輸?shù)姆治龇椒ê徒Y(jié)論應(yīng)用于對(duì)載波信號(hào)的分析。4.1載波傳輸系統(tǒng)模型如上圖所示，為一般載波信號(hào)傳輸?shù)姆娇驁D。由于變頻只是把信號(hào)由中頻搬到射頻（發(fā)端）或由射頻搬到中頻，而不改變頻譜結(jié)構(gòu)。可以把上圖簡化成如下模型。51發(fā)端：調(diào)制前的成形濾波器和發(fā)送端帶通濾波器（包括變頻后濾波），使得發(fā)送信號(hào)的譜具有一定的形狀和一定的帶寬。調(diào)制器是選用一定的調(diào)制方式（ASK、FSK、PSK）把基

2、帶信號(hào)頻譜搬到中頻或射頻上。收端：接收濾波器用來濾除信號(hào)帶寬之外的干擾和噪聲，解調(diào)后濾波器用來對(duì)波形響應(yīng)進(jìn)行選擇。在數(shù)字通信中解調(diào)器常用相干解調(diào)方法，因?yàn)槠湫阅鼙确窍喔山庹{(diào)好許多，它的具體形式由載波信號(hào)的調(diào)制方式?jīng)Q定。是加性噪聲，可以是外來的，也可是接收機(jī)本身的。再生器對(duì)經(jīng)濾波器和基帶信號(hào)進(jìn)行判決，并按一定的邏輯恢復(fù)出與發(fā)端數(shù)字信號(hào)序列相應(yīng)的接收序列，實(shí)際上僅是的估計(jì)值，有時(shí)可能出錯(cuò)。4.2幾種常用的數(shù)字載波調(diào)制解調(diào)技術(shù)從對(duì)載波參數(shù)的改變方式上可把調(diào)制方式分成三種類型：ASK、FSK和PSK。每種類型又有多種不同的具體形式。如在ASK有正交載波調(diào)制技術(shù)、單邊帶技術(shù)、殘留邊帶技術(shù)和部分響應(yīng)

3、技術(shù)等。FSK中有連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)等，PSK中有2PSK、4PSK、……，在這些調(diào)制技術(shù)中常用的是多相相移鍵控技術(shù)、正交幅度鍵控技術(shù)和連續(xù)相位的頻率鍵控技術(shù)。數(shù)字載波鍵控信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：其中為載波角頻率，u(t)為鍵控信號(hào)的復(fù)包絡(luò)，常稱它為數(shù)字載波鍵控信號(hào)的等效基帶信號(hào)，可把u(t)寫為其中a(t)稱為等效基帶信號(hào)的模，為幅角，x(t)為實(shí)部，y(t)為虛部。不同的載波鍵控方式改變不同的參數(shù)，如：ASK中，信息載荷于a(t)上，正交載波鍵控載荷于x(t)，y(t)，MPSK、FSK則載荷于上。4．2．1載波鍵控信號(hào)的正交相干解調(diào)在許多數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，載波鍵控信號(hào)，如多相相移鍵控，正交

4、幅度鍵控，以及連續(xù)相位鍵控等的解調(diào)是采用正交相干解調(diào)方法。如圖所示：它用同相參考載波和相交參考載波分別和接收到的載波鍵控信號(hào)r(t)51相乘，然后經(jīng)過低通濾波取差頻分量，即得到同相與正交兩路基帶輸出信號(hào)和。a)如不考慮信道傳輸?shù)挠绊懀膊豢紤]噪聲（幅度全通，相位線性），則其等效基帶信號(hào)為：也為兩個(gè)正交分量。假定本地參考信號(hào)為，，所以，若，則：可見，中包含分量y(t)，中包含分量x(t)，這種包含實(shí)際上是兩路信號(hào)間形成的干擾，稱為正交串?dāng)_。這種串?dāng)_的來源是載波相位誤差不為零或參考載波不正交。b)考慮信道影響正交串?dāng)_還有一個(gè)重要來源是帶通信道引起的畸變。我們知道，載波鍵控信號(hào)通過帶通信道后的

5、特性可以用其等效基帶信號(hào)的特性v(t)來表示，即等效于發(fā)送信號(hào)的等效基帶信號(hào)通過帶通信道的等效低通后的特性。即：51其中，v(t)為接收信號(hào)r(t)的等效基帶信號(hào)，。為帶通信道的等效低通的時(shí)域響應(yīng)，一般情況下，這時(shí)，取，即不考慮由靜相差帶來的正交串?dāng)_，且理想正交，得到：可見，即使，由于帶通信道的不理想，也產(chǎn)生正交串?dāng)_。要想清除這種正交串?dāng)_，必需使。這時(shí)為實(shí)函數(shù)，即帶通信道的時(shí)域響應(yīng)為實(shí)函數(shù)才可清除由信道特性的不帶來的正交串?dāng)_。從頻域看其特征：由付氏變換知，實(shí)函數(shù)f(t)的付氏變換F(f)必定滿足：令則所以這說明，若一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性在原點(diǎn)偶對(duì)稱，相頻特性在原點(diǎn)滿足奇對(duì)稱，則其時(shí)域響應(yīng)必為

6、實(shí)函數(shù)。對(duì)于帶通信道（網(wǎng)絡(luò)），根據(jù)它與其物資低通特性間的關(guān)系，只需把對(duì)原點(diǎn)的對(duì)稱條件變換為對(duì)的對(duì)稱條件即可，即：51所以消除由帶通信道畸變引起的正交串?dāng)_的一個(gè)充要條件是在點(diǎn)的幅度特性滿足偶對(duì)稱，相頻特性滿足奇對(duì)稱。多相相移鍵控信號(hào)的正交展開它的等效基帶信號(hào)為：其中k=0,1,2,3…，是脈沖波形的幅度濾波。或其中是脈沖波形的相位濾波。其中M為相移鍵控的相位數(shù)，為載波的初相位，為調(diào)制符號(hào)的寬度，一般不是bit寬度，但對(duì)2PSK，。為碼元的數(shù)字信息。取值為。g(t)為時(shí)間響應(yīng)波形，如果相移鍵控信號(hào)是不限帶的，g(t)為寬度為的矩形脈沖。這時(shí)上二式無任何區(qū)別，如相移鍵控信號(hào)是限帶的，則g(t)

7、為某種限帶的脈沖波形。則前式表示幅度濾波，后一式表示相位濾波。把前一式化為實(shí)部、虛部之和：51其中若，,,取，則：相當(dāng)于用雙極性基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行平衡調(diào)幅，矢量圖如左。當(dāng)然，設(shè)，相當(dāng)于用雙極性基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行平衡調(diào)幅。若M＝4（4相相移鍵控），，，則51，矢量圖如右。若M＝8（8相相移鍵控），，，求和矢量圖。xk=cosπ/8,Ik=0,7sinπ/8,Ik=1,6-sinπ/8,Ik=2,5-cosπ/8,Ik=3,4yk=co