第7章?数字信号的调制传输
7.1?二进制数字调制
7.1.1?二进制幅度键控（2ASK）
图7-1 OOK信号的波形
图7-2 OOK信号的功率谱
(a) 基带信号功率谱； (b) 已调信号功率谱
图7-3 升余弦滚降基带信号的2ASK信号功率谱
(a) 基带信号功率谱； (b) 已调信号功率谱
图7-4 2ASK调制器
图7-5 2ASK信号的解调器
(a) 包络检波； (b) 相干解调
7.1.2?二进制频移键控（2FSK）
图7-6 2FSK信号的波形及分解
图7-7 2FSK信号的功率谱
图7-8 2FSK信号调制器
图7-9 2FSK接收机方框图
(a) 非相干解调； (b) 相干解调
图7-10 2FSK信号的过零检测法
7.1.3?二进制相移键控（2PSK或BPSK）
图7-11 2PSK信号的典型波形
图7-12 2PSK调制器
(a) 相乘法； (b) 相位选择法
图7-13 载波恢复电路
平方环； (b) 科斯塔斯环
图7-14 2PSK相干解调器
7.1.4?二进制差分相移键控（2DPSK）
图7-15 2DPSK调制器及波形
图7-16 2DPSK相干解调器及各点波形
图7-17 2DPSK差分相干解调器及各点波形
7.2?二进制数字调制的抗噪声性能
7.2.1?ASK系统的抗噪声性能
1. 相干接收时ASK系统的误比特率
2. 非相干ASK的误比特率
图7-19 包络值的概率密度曲线
(7-33)
7.2.2?FSK的抗噪声性能
1. 相干FSK的误比特率
2. 非相干FSK的误比特率
7.2.3?2PSK和2DPSK的抗噪声性能
7.2.4?二进制数字调制系统的性能比较
表7-1?二进制数字调制系统的性能比较
方 式
误比特率
近似带宽
相干ASK
非相干ASK
相干FSK
非相干FSK
相干PSK
延迟DPSK
7.3?数字信号的最佳接收
7.3.1?使用匹配滤波器的最佳接收机
图7-20 简化的接收设备 图7-21 匹配滤波器
图7-22 匹配滤波器的冲激响应
上式表明，匹配滤波器在t = T瞬间的输出信噪比与输入信号s(t)的能量成正比，与
图7-23 例7-3匹配滤波器的冲激
响应和输出波形
图7-24 匹配滤波器的一种结构
图7-25 例7-4匹配滤波器的冲激响应和输出波形
7.3.2?相关接收机
图7-26 相关最佳接收机
7.3.3?应用匹配滤波器的最佳接收性能
图7-27 接收机结构
图7-28 概率密度曲线
图7-29 2FSK信号的相关系数
7.3.4?最佳非相干接收
图7-30 匹配滤波器的输出波形
图7-31 最佳非相干2FSK接收机方框图
7.3.5?最佳系统性能比较
表7-2 最佳系统性能
方 式
误比特率
说 明
相干ASK
非相干ASK
相干FSK
非相干FSK
相干PSK
延迟DPSK
图7-32 二进制调制的误比特率曲线
7.4?多进制数字调制
7.4.1?多进制幅度键控（MASK）
图7-33 4ASK信号的波形
7.4.2?多进制相移键控（MPSK）
1. MPSK信号的表达
图7-34 MPSK信号的矢量图表示
2. MPSK信号的调制
图7-35 QPSK正交调制器
(a) 原理框图； (b) 典型波形图
图7-36 相位选择法产生QPSK信号
图7-37 8PSK正交调制器
3. MPSK信号的解调
图 7-38 QPSK相干解调器
7.4.3?多进制频移键控（MFSK）
图7-39 MFSK调制器和非相干解调器
7.4.4?多进制正交幅度调制（MQAM）
图7-40 16PSK和16QAM星座图
(a) 16PSK； (b) 16QAM
图7-41 MQAM调制器与解调器
(a) 调制器； (b) 解调器
7.5?最小频移键控（MSK）
习??题
7.1?已知待传送二元序列为，试画出ASK，FSK，PSK和DPSK信号波形图。
7.2?在相对相移键控中，假设传输的差分码是01111001000110101011，且规定差分码的前一位为0，试求出下列两种情况下原来的数字信号：
(1) 规定遇到数字信号为1时，差分码保持前位信号不变，否则改变前位信号；
(2) 规定遇到数字信号为0时，差分码保持前位信号不变，否则改变前位信号。
7.3?已知二元序列为1100100010，采用DPSK调制。
(1) 若采用相对码调制方案，设计发送端方框图，并画出已调信号波形(设一个码元周期内含一个周期载波)；
(2) 设计两种解调方案，画出相应的接收端方框图，并画出各点波形(假设信道不限带)；
(3) 用列表的方式说明调制和解调的过程。
7.4?设输入二元序列为0，1交替码，计算并画出载频为的PSK信号频谱。
7.5?某ASK传输系统传送等概率的二元数字信号序列。已知码元宽度，信道白噪声功率谱密度为，
(1) 若利用相干方式接收，限定误比特率为，求所需ASK接收信号的幅度A；
(2) 若保持误比特率不变，改用非相干接收，求所需ASK接收信号的幅度A。
7.6?某一型号的调制解调器（Modem）利用FSK方式在电话信道600 Hz~3000 Hz范围内传送低速二元数字信号，且规定代表空号，代替传号，若信息速率，接收端输入信噪比要求为6 dB，求：
(1)?FSK信号带宽；
(2) 利用相干接收时的误比特率；
(3) 非相干接收时的误比特率，并与(2)的结果比较。
7.7?已知数字基带信号为1码时，发出数字调制信号的幅度为8 V，假定信道衰减为50 dB，接收端输入噪声功率为。试求：
(1) 相干ASK的误比特率；
(2) 相干PSK的误比特率。
7.8?已知发送载波幅度A = 10 V，在4 kHz带宽的电话信道中分别利用ASK，FSK及PSK系统进行传输，信道衰减为1 dB/km，，若采用相干解调，试求解以下问题：
(1) 误比特率都确保在时，各种传输方式分别传送多少公里？
(2) 若ASK所用载波幅度，并分别是FSK和PSK的1.4倍和2倍，重做(1)。
7.9?2PSK相干解调中相乘器所需的相干载波若与理想载波有相位差，求相位差对系统误比特率的影响。
7.10?一个使用匹配滤波器接收的ASK系统，在信道上发送的峰值电压为5 V，信道的损耗未知。如果接收端的白噪声功率谱密度，比特间隔的持续时间为，该系统的误比特率，试求信道的功率损耗为多少？
7.11?在使用匹配滤波器接收的2PSK系统中，数字信号为PCM信号。若误比特率，2PSK信号的幅度A = 10 V，在白噪声功率密度谱的信道上传输，求码元速率是多少？如果消息信号的频率范围，按奈奎斯特频率抽样，并采用5bit PCM编码（为不归零码），试问采用时分多路复用时可以通多少路消息信号。
7.12?已知矩形脉冲波形为阶跃函数，
(1) 求匹配滤波器的冲激响应；
(2) 求匹配滤波器的输出波形；
(3) 在什么时刻输出可以达到最大值？并求最大值。
7.13?在高频信道上使用ASK方式传输二进制数据，传输速率为，接收机输入的载波幅度A = 1 mV，信道噪声功率谱密度。
(1) 求相干和非相干接收机的误比特率；
(2) 如果采用匹配滤波器的最佳接收，求最佳相干和最佳非相干的。
7.14 在相同误比特率时，分别按接收机所需的最低峰值信号功率和平均信号功率对2ASK，2FSK和2PSK进行比较、排序。
7.15?基带数字信号如图题7.15所示。
(1) 试画出MASK的时域波形；
(2) 试大略画出MFSK的时域波形；
(3) 若图示波形直接作为调制信号进行DSB模拟调幅，已调波形是什么？与(1)的结果有何不同？
图题?7.15
7.16?待传送二元数字序列。
(1) 试画出QPSK信号波形。假定载频，4种双比特码00，10，11，01分别用相位偏移0，，，的振荡波形表示。
(2) 写出QPSK信号表达式。
7.17?已知电话信道可用的信号传输频带为600 Hz ~ 3 000 Hz，取载频为1 800 Hz，试说明：
(1) 采用升余弦滚降基带信号时，QPSK调制可以传输2 400 bit/s数据；
(2) 采用升余弦滚降基带信号时，8PSK调制可以传输4 800 bit/s数据。
7.18?采用8PSK调制传输4 800 bit/s数据，
(1) 最小理论带宽是多少？
(2) 若传输带宽不变，而数据率加倍，则调制方式应作何改变？
(3) 若调制方式不变，而数据率加倍，为达到相同误比特率，发送功率应作何变化？
