第4章数据传输技术
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• 数字调制就是利用数字信号键控载波的幅度、频 率和相位，实现振幅键控(ASK) 、频移键控 (FSK) 和相移键控(PSK) 。
• 数字调制形式的选择往往是频带利用率、差错率 、信噪比和设备实现复杂性等因素综合考虑的结 果。
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4.2.1 基本数字调制技术
1、数字幅度调制
(1)二进制幅度键控(2ASK)
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4.2.1 基本数字调制技术(续8)
(1)二进制频移键控(2FSK) • 2FSK信号一般用频率选择法和载波调频法。频
率选择法产生相位不连续的2FSK信号。载波调 频法产生相位连续的2FSK信号(如下图所示)。
基带信号 0 1 0 0 1 1 1 0 0
调频
2020/9/18
基带传输：把基带信号直接加到信道上而不作任何处理， 直接进行传输。
注：由终端输出的原始数据，由于频率特性的不理想和 噪声的影响，通常不适合直接在传输系统中使用，而需 要对其进行码型变换和波形处理。
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4.1.1 基带传输对信号的要求(续2)
• 基带传输对传输信号的要求： ①应有利于提高系统的频带利用率。 ②应含有少量的直流、甚低频及高频分量。 ③应含有可供提取定时信号的信号分量。 ④其码型不应受信源统计特性的影响。 ⑤其频谱能量要集中，所占带宽要窄。 ⑥码型应具有较强的抵抗力和自检能力。 ⑦变换电路应简单，成本低，性能好，易调整。
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第4章：内容提纲
4.1 基带传输技术
4.2 频带传输与调制技术 4.3 信道访问技术 4.4 信道复用技术 4.5 扩频技术 4.6 同步控制技术 4.7 数据交换技术 4.8 差错控制技术
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4.1 基带传输技术
基带：指的是基本频带，也就是传输数据编码电信号所 固有的频带（包含直流分量和谐波分量），这种 原始信号称为基带信号。
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30wk.baidu.com
4.2.1 基本数字调制技术(续17)
调相
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4.2.1 基本数字调制技术(续14)
• 载波相位变化有“绝对移相”和“相对移相”两 种。“绝对移相”是利用载波的不同相位直接去
表示数字信息，而“相对移相”则利用载波的相
对相位，即前后码元载波相位的相对变化来表示
数字信息的。由于表征信息的载波相位只取有限 个离散值，故又称相移键控(PSK)。
• 基本思想：利用数字基带信号键控载波幅度的变 化，即传送“1”信号输出正弦载波信号
Acosct(c)，传送“0”信号无载波输出。
基带信号 0 1 0 0 1 1 1 0 0
调幅
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4.2.1 基本数字调制技术(续1)
• 生成2ASK信号的原理框图及波形
• 2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。 2ASK信号的带宽是基带脉冲波形带宽的两倍，
• 按照上述基带信号波形的特征，可将其归纳为三 种基本分类：
(1)按照信号的极性不同，分为单极性和双极性信 号。
(2)按照每位信号的单一极性电位是否占满整个码 元时间，分为归零信号与不归零信号。
(3)按照信号幅度的取值不同，分为二电平信号和 多电平信号。
• 因单极性信号含有较大的直流分量，且判决可靠
• 基带波形为矩形脉冲的正交幅度调制，称为正交 幅度键控(QASK)。基带波形为多电平时，则构 成多电平正交幅度键控(MQASK)。
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4.2.1 基本数字调制技术(续6) 正交幅度调制的原理框图
正交幅度键控信号解调必须采用相干解调法。
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4.2.1 基本数字调制技术(续7)
⑵ 差分双相码。利用“差分”的概念，将双相码 中用绝对电平表示的波形改为用电平的相对变化 的波形。
⑶ 传号交替反转码。记作AMI码。其编码规则是 ：信息“0”变换为基带信号幅度取值为零，而 “1”则交替地变换取值为+E和-E的归零码。
⑷ 三阶高密度双极性码HDB3 。
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4.1.2 基带信号的波形及其传输码型(续4)
• MASK信号的解调方法与2ASK相同，也有 包络检波法和相干解调法。
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4.2.1 基本数字调制技术(续5)
(3)正交幅度调制(QAM) • 基本思想：利用两个独立的基带波形对两个相互
正交的同频载波进行抑制载波的双边带幅度调制 。
• 利用合成的已调信号在相同频带范围内频谱正交 特性，从而实现了在同一频带内两路数据信息的 并行传输。
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4.2.1 基本数字调制技术(续16)
• 从分析数字信息与码元信号载波相位的关系可知 ：把数字信息码先变换成相对码，再用它去进行 绝对移相，与将它直接进行相对移相的结果是一 样的。这说明相对移相是变换成相对码后的数字 信号序列的绝对移相。在用相对码表示传送信息 之后，2DPSK信号的时域表达式和功率谱密度与 2PSK信号是相同的。
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4.2.1 基本数字调制技术(续15)
(1)二进制相对相移键控(2DPSK)
• 由于相对移相是利用前后码元之间载波相位的相 对变化来传送数字信息的，当保持前后码元载波 相位差不变，解调后恢复的数字信息就不会出现 极性相位，因此相对移相能够克服相位模糊现象 。
• 2DPSK信号的典型波形如图4-16所示。每个码 元中载波相位的变化是以前一码元载波相位作为 参考的。若假定当传送的数字信号为“1”时， 码元中载波的相位相对于前一码元的载波相位差 为π；当传送的数字信号为“0”时，码元中载 波的相位相对于前一码元的载波相位不变。
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4.1.2 基带信号的波形及其传输码型
1、基带信号的波形
• 基带信号的波形有多种，但矩形易于形成和变换 ，故最为常用。
• 常用的基带信号波形：
• 单极性不归零脉冲 • 单极性归零脉冲 • 双极性不归零脉冲 • 双极性归零脉冲 • 差分波形 • 多电平脉冲
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4.1.2 基带信号的波形及其传输码型(续1)
“1”---- E “0”---- 0
“1”---E “0”---- -E
“1”---- E / 0
“0”---- 0 / E
“1”→“0”
或
“0”→“1”
“进0行0”极-性---变3E化
“01”---- E
“11”---- -E
“10”---- -3E
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4.1.2 基带信号的波形及其传输码型(续2)
保持同相同频的的相干载波，否则会产生波形失 真。
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4.2.1 基本数字调制技术(续3)
(2)多进制幅度键控(MASK) • 基本思想：利用多电平的矩形基带脉冲去控制正
弦载波信号幅度。
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4.2.1 基本数字调制技术(续4)
• 多电平信号所包含的信息量是二电平信号 的lb M倍(M为电平数)，所以多电平调制的 频带利用率(指单位频带内的信息传输速率 )比二电平调制高。MASK信号的带宽与 2ASK相同，均为2fs。
• 在数据通信系统中，对受调载波的波形，原理上 并无特殊的要求，一般选用形式简单、便于生成
和接收的正弦信号作为载波。
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4.2 频带传输与调制技术(续1)
• 数据通信一般采用数字调制，它是用载波信号参 量的离散状态来表征所传输的数据信息，在解调 时只需对载波信号的受调参量进行检测和判决。
数据通信与计算机网络
第 4 章 数据传输技术
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第 4 章 数据传输技术
教学目的
掌握实现数据传输的各 种基本技术，包括基带 传输技术、频带传输技 术、信道访问技术、信 道复用技术、扩频技术、 同步控制技术、数据交 换技术和差错控制技术。
学习内容
▪ 基带传输技术 ▪ 频带传输与调制技术 ▪ 信道访问技术 ▪ 信道复用技术 ▪ 扩频技术 ▪ 同步控制技术 ▪ 数据交换技术 ▪ 差错控制技术
即2fs。
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4.2.1 基本数字调制技术(续2)
• 2ASK信号的解调主要有包络检波法和相干解调法 。
• 相干调解法的基本原理：将输入已调信号S(t)与 相干载波信号C(t)在相乘器相乘后，再由低通滤 波器过滤，即得所需的基带信号(图4-8)。
• 实现相干解调的关键：有一个与ASK信号的载波
(a)单极性 不归零脉冲
(b)单极性 归零脉冲
0
E 0
E 0
10 1 1 0 1
00 1 1 1
01
(c)双极性不 归零脉冲
E 0
-E
(d)双极性
E
归零脉冲
0
-E
(e)(传号)
E
差分脉冲
0
(f)多电平 脉冲
3E E
-E -3E
01 00 10 11 10 11 01 01 00 00 11 10 00 01
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4.2.1 基本数字调制技术(续12)
• MFSK信号的解调有相干解调法和非相干解调法( 图4-15) 。
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4.2.1 基本数字调制技术(续13) 3、数字相位调制
• 基本思想：利用基带数字信号控制载波相位的变 化来传输数字信息“1”和“0”。
基带信号 0 1 0 0 1 1 1 0 0
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4.2 频带传输与调制技术
• 在数据传输中基带传输并非占据主导地位。因为 多数信道(尤其是无线电信道)并不能进行直接传
输，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行 控制，使这些参量随基带信号的变化而变化，这 就是“调制”的概念。
• “调制”是实现频谱搬移，将数字基带信号变换 成适合于信道传输的频带信号。用载波调制进行 传输的方式称为频带传输。
E→-E “1”→“0” 极性变化
“1”---- E / E “0”---- 0
“1”---- E / -E “0000”---- 000V / B00V “0”→0
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第4章：内容提纲
4.1 基带传输技术
4.2 频带传输与调制技术
4.3 信道访问技术 4.4 信道复用技术 4.5 扩频技术 4.6 同步控制技术 4.7 数据交换技术 4.8 差错控制技术
• 实现非相干解调的关键是匹配滤波器(图4-13) 。
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4.2.1 基本数字调制技术(续11)
(2)多进制频移键控(MFSK)
• 基本思想：利用M个不同频率的信号波形(如正弦 波)来代表M进制的M个码元符号。
• MFSK信号的生成常采用频率选择法(图4-14)。
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2、数字频率调制
• 基本思想：利用数字基带信号控制载波频率的变 化来传输数字信息“1”和“0”。
• FSK的抗噪声、抗衰落优于ASK，设备不复杂、 实现较容易，所以一直被广泛应用在中、低速数 据通信系统中。但是，由于在功率和频率利用率 方面，传统的2FSK不及PSK，在DPSK取得成 功后，被逐渐取而代之。近年来，FSK有着很大 进步，在卫星、无线电通信中得到应用。
性较差，所以使用双极性信号较为普遍。多电平
信号所含的信息量是二电平信号的 n 倍，因此在
相同信号速率的情况下，多电平信号的速率仅为
2020二/9/18电平信号的1/n。
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4.1.2 基带信号的波形及其传输码型(续3)
2、常用的基带传输码型
⑴ 双相码。又称分相码、裂相码或曼彻斯特 (Manchester)码。它用一个周期的方波表示“1” ，而用它的反相波形表示“0”。
• 由于实际系统中接收端提供的相干载波往往存在 “相位模糊”现象。因此，“绝对移相”虽提出
很早，但实用的却是“相对移相” (DPSK)。
• 相移键控不仅在恒参信道上具有较优的抗噪声性
能和频带利用率，而且在有衰落和多径现象的信
道上也有较好的接收结果。与幅度键控、频移键
控相比，是一种比较优越的调制形式。
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4.2.1 基本数字调制技术(续9)
用频率选择法生成2FSK信号的 原理框图及波形
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4.2.1 基本数字调制技术(续10)
• 2FSK信号的解调有相干解调法和非相干解调法。 目前常用非相干解调法(下图)，虽然它的抗干扰 性能不及相干解调法优越，但解调时无需从FSK 信号中提取相干载波，因而实现起来比较简单。
(a)双相码
(b)差分 双相码
( c) 传 号 交 替反转码
(d)三阶高密 度码HDB3
0 101 101 00 1 1 10 1
E 0 -E
E 0 -E
E 0 -E
001 0 0 0 011 0 0 0 0 1 E 0 -E
“1”---- -E→E “0”---- E→-E
“1”、“0”---- E→E
• 数字调制形式的选择往往是频带利用率、差错率 、信噪比和设备实现复杂性等因素综合考虑的结 果。
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4.2.1 基本数字调制技术
1、数字幅度调制
(1)二进制幅度键控(2ASK)
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4.2.1 基本数字调制技术(续8)
(1)二进制频移键控(2FSK) • 2FSK信号一般用频率选择法和载波调频法。频
率选择法产生相位不连续的2FSK信号。载波调 频法产生相位连续的2FSK信号(如下图所示)。
基带信号 0 1 0 0 1 1 1 0 0
调频
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基带传输：把基带信号直接加到信道上而不作任何处理， 直接进行传输。
注：由终端输出的原始数据，由于频率特性的不理想和 噪声的影响，通常不适合直接在传输系统中使用，而需 要对其进行码型变换和波形处理。
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4.1.1 基带传输对信号的要求(续2)
• 基带传输对传输信号的要求： ①应有利于提高系统的频带利用率。 ②应含有少量的直流、甚低频及高频分量。 ③应含有可供提取定时信号的信号分量。 ④其码型不应受信源统计特性的影响。 ⑤其频谱能量要集中，所占带宽要窄。 ⑥码型应具有较强的抵抗力和自检能力。 ⑦变换电路应简单，成本低，性能好，易调整。
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第4章：内容提纲
4.1 基带传输技术
4.2 频带传输与调制技术 4.3 信道访问技术 4.4 信道复用技术 4.5 扩频技术 4.6 同步控制技术 4.7 数据交换技术 4.8 差错控制技术
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4.1 基带传输技术
基带：指的是基本频带，也就是传输数据编码电信号所 固有的频带（包含直流分量和谐波分量），这种 原始信号称为基带信号。
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4.2.1 基本数字调制技术(续17)
调相
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4.2.1 基本数字调制技术(续14)
• 载波相位变化有“绝对移相”和“相对移相”两 种。“绝对移相”是利用载波的不同相位直接去
表示数字信息，而“相对移相”则利用载波的相
对相位，即前后码元载波相位的相对变化来表示
数字信息的。由于表征信息的载波相位只取有限 个离散值，故又称相移键控(PSK)。
• 基本思想：利用数字基带信号键控载波幅度的变 化，即传送“1”信号输出正弦载波信号
Acosct(c)，传送“0”信号无载波输出。
基带信号 0 1 0 0 1 1 1 0 0
调幅
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4.2.1 基本数字调制技术(续1)
• 生成2ASK信号的原理框图及波形
• 2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。 2ASK信号的带宽是基带脉冲波形带宽的两倍，
• 按照上述基带信号波形的特征，可将其归纳为三 种基本分类：
(1)按照信号的极性不同，分为单极性和双极性信 号。
(2)按照每位信号的单一极性电位是否占满整个码 元时间，分为归零信号与不归零信号。
(3)按照信号幅度的取值不同，分为二电平信号和 多电平信号。
• 因单极性信号含有较大的直流分量，且判决可靠
• 基带波形为矩形脉冲的正交幅度调制，称为正交 幅度键控(QASK)。基带波形为多电平时，则构 成多电平正交幅度键控(MQASK)。
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4.2.1 基本数字调制技术(续6) 正交幅度调制的原理框图
正交幅度键控信号解调必须采用相干解调法。
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4.2.1 基本数字调制技术(续7)
⑵ 差分双相码。利用“差分”的概念，将双相码 中用绝对电平表示的波形改为用电平的相对变化 的波形。
⑶ 传号交替反转码。记作AMI码。其编码规则是 ：信息“0”变换为基带信号幅度取值为零，而 “1”则交替地变换取值为+E和-E的归零码。
⑷ 三阶高密度双极性码HDB3 。
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4.1.2 基带信号的波形及其传输码型(续4)
• MASK信号的解调方法与2ASK相同，也有 包络检波法和相干解调法。
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4.2.1 基本数字调制技术(续5)
(3)正交幅度调制(QAM) • 基本思想：利用两个独立的基带波形对两个相互
正交的同频载波进行抑制载波的双边带幅度调制 。
• 利用合成的已调信号在相同频带范围内频谱正交 特性，从而实现了在同一频带内两路数据信息的 并行传输。
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4.2.1 基本数字调制技术(续16)
• 从分析数字信息与码元信号载波相位的关系可知 ：把数字信息码先变换成相对码，再用它去进行 绝对移相，与将它直接进行相对移相的结果是一 样的。这说明相对移相是变换成相对码后的数字 信号序列的绝对移相。在用相对码表示传送信息 之后，2DPSK信号的时域表达式和功率谱密度与 2PSK信号是相同的。
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4.2.1 基本数字调制技术(续15)
(1)二进制相对相移键控(2DPSK)
• 由于相对移相是利用前后码元之间载波相位的相 对变化来传送数字信息的，当保持前后码元载波 相位差不变，解调后恢复的数字信息就不会出现 极性相位，因此相对移相能够克服相位模糊现象 。
• 2DPSK信号的典型波形如图4-16所示。每个码 元中载波相位的变化是以前一码元载波相位作为 参考的。若假定当传送的数字信号为“1”时， 码元中载波的相位相对于前一码元的载波相位差 为π；当传送的数字信号为“0”时，码元中载 波的相位相对于前一码元的载波相位不变。
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4.1.2 基带信号的波形及其传输码型
1、基带信号的波形
• 基带信号的波形有多种，但矩形易于形成和变换 ，故最为常用。
• 常用的基带信号波形：
• 单极性不归零脉冲 • 单极性归零脉冲 • 双极性不归零脉冲 • 双极性归零脉冲 • 差分波形 • 多电平脉冲
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4.1.2 基带信号的波形及其传输码型(续1)
“1”---- E “0”---- 0
“1”---E “0”---- -E
“1”---- E / 0
“0”---- 0 / E
“1”→“0”
或
“0”→“1”
“进0行0”极-性---变3E化
“01”---- E
“11”---- -E
“10”---- -3E
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4.1.2 基带信号的波形及其传输码型(续2)
保持同相同频的的相干载波，否则会产生波形失 真。
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4.2.1 基本数字调制技术(续3)
(2)多进制幅度键控(MASK) • 基本思想：利用多电平的矩形基带脉冲去控制正
弦载波信号幅度。
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4.2.1 基本数字调制技术(续4)
• 多电平信号所包含的信息量是二电平信号 的lb M倍(M为电平数)，所以多电平调制的 频带利用率(指单位频带内的信息传输速率 )比二电平调制高。MASK信号的带宽与 2ASK相同，均为2fs。
• 在数据通信系统中，对受调载波的波形，原理上 并无特殊的要求，一般选用形式简单、便于生成
和接收的正弦信号作为载波。
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4.2 频带传输与调制技术(续1)
• 数据通信一般采用数字调制，它是用载波信号参 量的离散状态来表征所传输的数据信息，在解调 时只需对载波信号的受调参量进行检测和判决。
数据通信与计算机网络
第 4 章 数据传输技术
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第 4 章 数据传输技术
教学目的
掌握实现数据传输的各 种基本技术，包括基带 传输技术、频带传输技 术、信道访问技术、信 道复用技术、扩频技术、 同步控制技术、数据交 换技术和差错控制技术。
学习内容
▪ 基带传输技术 ▪ 频带传输与调制技术 ▪ 信道访问技术 ▪ 信道复用技术 ▪ 扩频技术 ▪ 同步控制技术 ▪ 数据交换技术 ▪ 差错控制技术
即2fs。
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4.2.1 基本数字调制技术(续2)
• 2ASK信号的解调主要有包络检波法和相干解调法 。
• 相干调解法的基本原理：将输入已调信号S(t)与 相干载波信号C(t)在相乘器相乘后，再由低通滤 波器过滤，即得所需的基带信号(图4-8)。
• 实现相干解调的关键：有一个与ASK信号的载波
(a)单极性 不归零脉冲
(b)单极性 归零脉冲
0
E 0
E 0
10 1 1 0 1
00 1 1 1
01
(c)双极性不 归零脉冲
E 0
-E
(d)双极性
E
归零脉冲
0
-E
(e)(传号)
E
差分脉冲
0
(f)多电平 脉冲
3E E
-E -3E
01 00 10 11 10 11 01 01 00 00 11 10 00 01
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4.2.1 基本数字调制技术(续12)
• MFSK信号的解调有相干解调法和非相干解调法( 图4-15) 。
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4.2.1 基本数字调制技术(续13) 3、数字相位调制
• 基本思想：利用基带数字信号控制载波相位的变 化来传输数字信息“1”和“0”。
基带信号 0 1 0 0 1 1 1 0 0
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4.2 频带传输与调制技术
• 在数据传输中基带传输并非占据主导地位。因为 多数信道(尤其是无线电信道)并不能进行直接传
输，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行 控制，使这些参量随基带信号的变化而变化，这 就是“调制”的概念。
• “调制”是实现频谱搬移，将数字基带信号变换 成适合于信道传输的频带信号。用载波调制进行 传输的方式称为频带传输。
E→-E “1”→“0” 极性变化
“1”---- E / E “0”---- 0
“1”---- E / -E “0000”---- 000V / B00V “0”→0
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第4章：内容提纲
4.1 基带传输技术
4.2 频带传输与调制技术
4.3 信道访问技术 4.4 信道复用技术 4.5 扩频技术 4.6 同步控制技术 4.7 数据交换技术 4.8 差错控制技术
• 实现非相干解调的关键是匹配滤波器(图4-13) 。
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4.2.1 基本数字调制技术(续11)
(2)多进制频移键控(MFSK)
• 基本思想：利用M个不同频率的信号波形(如正弦 波)来代表M进制的M个码元符号。
• MFSK信号的生成常采用频率选择法(图4-14)。
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2、数字频率调制
• 基本思想：利用数字基带信号控制载波频率的变 化来传输数字信息“1”和“0”。
• FSK的抗噪声、抗衰落优于ASK，设备不复杂、 实现较容易，所以一直被广泛应用在中、低速数 据通信系统中。但是，由于在功率和频率利用率 方面，传统的2FSK不及PSK，在DPSK取得成 功后，被逐渐取而代之。近年来，FSK有着很大 进步，在卫星、无线电通信中得到应用。
性较差，所以使用双极性信号较为普遍。多电平
信号所含的信息量是二电平信号的 n 倍，因此在
相同信号速率的情况下，多电平信号的速率仅为
2020二/9/18电平信号的1/n。
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4.1.2 基带信号的波形及其传输码型(续3)
2、常用的基带传输码型
⑴ 双相码。又称分相码、裂相码或曼彻斯特 (Manchester)码。它用一个周期的方波表示“1” ，而用它的反相波形表示“0”。
• 由于实际系统中接收端提供的相干载波往往存在 “相位模糊”现象。因此，“绝对移相”虽提出
很早，但实用的却是“相对移相” (DPSK)。
• 相移键控不仅在恒参信道上具有较优的抗噪声性
能和频带利用率，而且在有衰落和多径现象的信
道上也有较好的接收结果。与幅度键控、频移键
控相比，是一种比较优越的调制形式。
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4.2.1 基本数字调制技术(续9)
用频率选择法生成2FSK信号的 原理框图及波形
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4.2.1 基本数字调制技术(续10)
• 2FSK信号的解调有相干解调法和非相干解调法。 目前常用非相干解调法(下图)，虽然它的抗干扰 性能不及相干解调法优越，但解调时无需从FSK 信号中提取相干载波，因而实现起来比较简单。
(a)双相码
(b)差分 双相码
( c) 传 号 交 替反转码
(d)三阶高密 度码HDB3
0 101 101 00 1 1 10 1
E 0 -E
E 0 -E
E 0 -E
001 0 0 0 011 0 0 0 0 1 E 0 -E
“1”---- -E→E “0”---- E→-E
“1”、“0”---- E→E