6-lx-通信概论-数字信号的频带传输
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模块六数字信号的频带传输课件
电话网络
在电话网络中，采用脉冲编码调 制（PCM）等技术将模拟语音信 号转换为数字信号进行传输，提
高通话质量和网络效率。
有线电视网络
在有线电视网络中，采用数字调制 技术将数字视频信号转换为适合同 轴电缆或光纤传输的模拟信号，实 现高清电视节目的传输。
以太网
在以太网等局域网中，利用数字基 带传输技术将数字信号直接传输到 目的地，实现高速数据交换和文件 共享等功能。
光纤通信系统中的数字信号频带传输
波分复用技 术
在光纤通信系统中，采用波分复用（WDM）等技术将多个数字信 号调制到不同波长的光载波上进行传输，提高光纤的传输容量和利 用率。
光放大器
利用光放大器对光纤中传输的数字信号进行放大和补偿，延长光纤 的传输距离和提高信号质量。
光交换技术
在光网络中，采用光交换技术对数字信号进行路由选择和交换，实现 光层上的高速数据传输和灵活组网。
PSK调制原理
调制方式
相移键控（PSK）是一种数字调制方式，通过改变载波的相位来传递数字信息。
调制原理
在PSK调制中，二进制数字信号“0”和“1”分别对应载波的两种不同相位状态。当发送 “1”时，载波相位发生180度的变化；当发送“0”时，载波相位保持不变。
优缺点
PSK调制具有较高的频谱利用率和抗干扰能力，适用于高速率、远距离的数字通信系统。 此外，PSK调制还具有实现简单、成本低的优点。然而，PSK调制对相位噪声和频偏较为 敏感，因此需要采取一定的措施来减小这些影响。
80%
高速化
随着通信技术的不断发展，数字 信号的频带传输速度将不断提高， 满足日益增长的信息传输需求。
100%
宽带化
为了适应多媒体信息的传输需求， 频带宽度将不断拓展，实现更高 速率的信息传输。
频带传输技术
频带传输技术
频带传输的定义
频带传输，有时也称宽带传输，是指将数字信号调制成音频信号后再发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。
我们将这种利用模拟信道传输数字信号的方法称为频带传输技术。
是利用模拟信号进行数据传输是一种比较普遍的通信方式。
频带传输将代表二进制数据的“1”和“0”信号，通过调制解调器变成具有一定频带范围的模拟信号进行传输。
典型的例子就是电话电路，其特性是带通型，一般频率范围为300～3400Hz，基带信号不能通过，所以要采取措施把基带信号调制解调到电话电路的频带范围内传输，频带传输可实现远距离的数据通信。
在实现远距离通信时，经常借助于电话线路，此时就需要利用频带传输方式。
采用频带传输时，调制解调器 Modem）是最典型的通信设备，要求在发送和接收端都要安装调制解调器。
《数字频带传输系统》课件
数字频带传输系统的软件实现技术
数字信号处理算法
包括调制解调、信道编码解码、同步算法等，这些算法通过编程实 现，是数字频带传输系统的软件基础。
实时操作系统
为了实现软件的实时性，需要采用实时操作系统（RTOS），它能 够提供多任务管理和任务调度等功能，保证软件的实时性和稳定性 。
软件测试与验证
为了保证软件的正确性和可靠性，需要进行软件测试和验证，包括单 元测试、集成测试和系统测试等。
降低误码率的方法
采用信道编码、差错控制编码等技术来降低误码率， 提高传输的可靠性。
数字频带传输系统的频谱效率分析
01
频谱效率定义
频谱效率是指在一定的带宽内传 输一定速率的数据所需的调制样 值数目。
02
频谱效率与调制方 式的关系
不同的调制方式具有不同的频谱 效率，例如QPSK的频谱效率较 低，而16QAM的频谱效率较高 。
信号的编码与解码
编码
将原始信息转换为二进制代码，以便在数字频带传输系统中传输。常见的编码方 式包括曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。
解码
将经过编码的二进制代码还原为原始信息，以便在接收端显示或处理。解码过程 与编码过程相反。
信号的同步与去同步
同步
使发送端和接收端的时钟频率保持一致，以确保信号在传输 过程中不会出现失真或错位。同步通常通过提取时钟信号或 使用同步协议实现。
云计算与大数据
数字频带传输系统将为云计算和大数据提供稳定 、高效的数据传输服务，支持大规模数据处理和 分析。
数字频带传输系统的标准化与互通性
01
02
03
国际标准组织
数字频带传输系统将积极 参与国际标准组织的工作 ，推动数字频带传输技术 的标准化和互通性。
第5章 数字信号的频带传输
l 振幅键控(也称幅移键控)，记作ASK(Amplitude Shift Keying)； 或
称其为开关键控(通断键控)，记作OOK(On Off Keying)；二进制
数字振幅键控通常记作2ASK
l 在二进制里，2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉
冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出——有载波输 出时表示发送“1”， 无载波输出时表示发送“0”
n n
《数字通信原理》
第5章 数字信号的频带传输
2、频谱特性（主要讨论相位不连续的2FSK）
fs
fs
fs
fs
《数字通信原理》
第5章 数字信号的频带传输
(1) 相位不连续2FSK信号的功率谱与 2ASK信号的功率谱相似，同
样由离散谱和连续谱两部分组成。其中，连续谱与2ASK信号的
相同，而离散谱是位于±f1, ±f2处的两对冲激
《数字通信原理》
第5章 数字信号的频带传输
l 数学表示如下：
1 A cos(2f1t c ) 发“ ”码 eFSK (t ) A cos(2f 2t c ) 发“0”码
一般，f1 f 2 ，即“0”码频率比“1”码频率高 l 标称载频： f 0 ( f1 f 2 ) / 2
态来表征所传送的信息，在接收端也只是对载波信号的离散调制
参量进行检测 因此，数字调制信号也称为键控信号 《数字通信原理》
第5章 数字信号的频带传输
频带传输系统的组成方框图
基带信号 s(t) 键控器 形成器 原始数字序列
an
载波信号
数字调制信号
信 道
接 收 滤波器
解调器
s(t)
噪 声
l 数字基带信号经调制后再传输的方式称为基带信号的频带传输
称其为开关键控(通断键控)，记作OOK(On Off Keying)；二进制
数字振幅键控通常记作2ASK
l 在二进制里，2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉
冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出——有载波输 出时表示发送“1”， 无载波输出时表示发送“0”
n n
《数字通信原理》
第5章 数字信号的频带传输
2、频谱特性（主要讨论相位不连续的2FSK）
fs
fs
fs
fs
《数字通信原理》
第5章 数字信号的频带传输
(1) 相位不连续2FSK信号的功率谱与 2ASK信号的功率谱相似，同
样由离散谱和连续谱两部分组成。其中，连续谱与2ASK信号的
相同，而离散谱是位于±f1, ±f2处的两对冲激
《数字通信原理》
第5章 数字信号的频带传输
l 数学表示如下：
1 A cos(2f1t c ) 发“ ”码 eFSK (t ) A cos(2f 2t c ) 发“0”码
一般，f1 f 2 ，即“0”码频率比“1”码频率高 l 标称载频： f 0 ( f1 f 2 ) / 2
态来表征所传送的信息，在接收端也只是对载波信号的离散调制
参量进行检测 因此，数字调制信号也称为键控信号 《数字通信原理》
第5章 数字信号的频带传输
频带传输系统的组成方框图
基带信号 s(t) 键控器 形成器 原始数字序列
an
载波信号
数字调制信号
信 道
接 收 滤波器
解调器
s(t)
噪 声
l 数字基带信号经调制后再传输的方式称为基带信号的频带传输
《数字频带传输技术》课件
PART 06
数字频带传输技术的应用 案例
数字电视广播系统
01
数字电视广播系统的概述
数字电视广播系统是一种利用数字信号处理和传输技术实现电视节目传
输的系统。
02
数字电视广播系统的优势
数字电视广播系统具有高清晰度、高稳定性、高抗干扰能力等优点，能
够提供更好的视听体验。
03
数字电视广播系统的应用场景
高频谱利用率
总结词
随着频谱资源的日益紧张，提高频谱利用率已成为数字频带传输技术的重要发展方向。
详细描述
通过采用先进的信号处理技术和调制解调算法，数字频带传输技术能够更高效地利用有 限的频谱资源，提高频谱利用率。这有助于缓解频谱资源紧张的问题，并支持更多无线
通信服务的发展。
低功耗技术
总结词
降低功耗是数字频带传输技术的另一重要发 展方向，有助于延长设备使用寿命和降低运 营成本。
宽带传输是指利用较宽的频带进行信号传输，通 常指利用比常规频带更宽的频带来传输信号。
2
宽带传输适用于高速、大容量的通信系统，如宽 带互联网接入和数字电视。
3
宽带传输的优点是传输速率高、容量大、支持多 媒体应用，但需要高速数据传输设备和光纤等先 进技术，成本较高。
PART 04
数字频带传输技术的性能 指标
PART 01
数字频带传输技术概述
定义与特点
定义
数字频带传输技术是指利用频带 传输方式实现数字信号传输的技 术。
特点
具有抗干扰能力强、传输质量高 、可实现远距离传输等优点，广 泛应用于通信、广播、电视等领 域。
数字频带传输技术的应用场景
有线电视网络
数字频带传输技术用于传输电视信号，提供高清 、稳定的电视节目。
高级通信原理第5章数字信号频带传输(于秀兰)讲述资料
讨论S1出错的条件概率
4
P e | s1 P2 sk | s1 k2
4
类似地，P e | si P2 sk | si k 1 k i
因为二进制系统的条件差错概率P2 sk | si Q(
di2k ) 2 N0
M
所以 Pe P si
判决概率最大。 ➢ 最大后验概率准则 ➢ 最大似然准则 ➢ 最小距离准则
最大后验概率（MAP）准则（最小错误概率准则）：
选择后验概率集合Psm | rm 1,2, , M 中最大值的信号。 等价于“选择 P(sm ) pr | sm 最大值的信号”。
最大似然（ML）准则：
当先验等概时，即对所有 M 有 Psm 1/ M ，最大后验概率（MAP） 准则可等价为寻求使 pr | sm 最大的信号。
器或者匹配滤波器解调器产生的向量 r r1, r2 , rN 包含了
接收信号波形中所有的信息。本节将描述基于观测向量 r 的 最佳判决准则。
假定在连续信号间隔内的发送信号中不存在记忆。设计 一个信号检测器，它根据每个信号间隔中的观测向量
r r1, r2 , rN 对该间隔内的发送信号作出判决，并使正确
sQAM t mI t cosωct mQ t sin ωct
mI t 相乘器
相乘器
cos ωct 相加器
信道
mQ t 相乘器
sin ωct
cos ωct
相乘器
sin ωct
当正交分量是同相分量的希尔伯特变换时，QAM变成了单边带 调制；当它们取±1时，则变成了QPSK。
16QAM
信 号 矢 量 端 点 的 分 布 图 称 为 星 座 图 。 对 于 M=16 的 16QAM来说，有多种分布形式的信号星座图。
通信原理第6章数字频带传输系统-简
影响因素
误码率受到多种因素的影 响，包括信噪比、信号功 率、信道特性等。
降低方法
为了降低误码率，可以采 用差错控制编码、信道优 化、提高信号功率等方法。
频带利用率
频带利用率
是指数字频带传输系统在单位频 带内的数据传输速率，是衡量数 字频带传输系统性能的重要指标
之一。
影响因素
频带利用率受到多种因素的影响， 包括信号调制方式、信道带宽、数 据传输速率等。
提高信号的抗干扰能力，减少信号失真和畸变，提高通信系统的性 能。
频谱效率优化
频谱效率优化
01
通过提高频谱利用效率和降低频谱占用率，实现通信系统的节
能和高效运行。
频谱效率优化方法
02
采用高效调制技术、频谱压缩技术、频谱共享技术等，提高频
谱利用效率。
频谱效率优化的优势
03
降低通信系统的能耗和成本，提高通信系统的容量和覆盖范围，
有线电视网络
移动通信网络
利用数字频带传输系统，实现高质量的视 频传输和交互式电视服务。
利用数字频带传输系统，实现手机、平板 电脑等移动终端的高速数据传输和语音通 话。
02
数字频带传输系统的基本 原理
数字信号的调制和解调
数字信号的调制
将数字信号转换为适合在信道中 传输的信号形式，常用的调制方 式有振幅键控、频率键控和相位 键控等。
数字信号的频谱特性
数字信号的频谱
数字信号的频谱由离散谱和连续谱两部分组成，离散谱对应于信号的频率分量， 连续谱对应于信号的过渡频率分量。
数字信号的功率谱密度
描述数字信号能量在各频率分量上的分布情况，是评估数字信号频带利用率的 重要参数。
03
数字频带传输系统的性能 指标
北邮版数字通信原理第六章
6.3 数字信号的基带传输
6.3.1 基带传输信道特性
信道是指信号的传输通道，目前 有两种定义方法：
狭义信道——是指信号的传输媒 介，其范围是从发送设备到接收设备 之间的媒质。
广义信道——指消息的传输媒介。
如果把信道特性等效成为一个 传输网络，则信号通过信道的传输 可用图6.17所示模型来表示。
1. 无码间干扰的时域条件
（不考虑噪声干扰）
图6.8 理想低通特性
图6.9 理想低通网络的输出响应
此波形的特点为：
（ 1 ） t=0 时 有 输 出 最 大 值 ， 且波形出现拖尾，其拖尾的幅 度是随时间而逐渐衰减的；
(2) 其响应值在时间轴上具 有很多零点。第一个零点是 ±1/2fc，以后各相邻零点的间 隔都是1/2fc（fc是理想低通的截 止频率）。
0
X
X0
(c)
6.2、二进制数字调制系统
二进制移幅键控(2ASK) 基带信号：
s(t) ang(t nTs )
0, 概率为P an 1, 概率为(1- P)
2ASK信号：
1
0
0
1
e0 t stcosct
st
t
e0 (t) [ an g(t nTs )]cosct e0 t
t
n
(a)
图6.20基带传输的再生中继系统
2. 再生中继系统的特点
再生中继系统中，由于每隔一 定的距离加一再生中继器，所以它 有以下两个特点：
（1） 无噪声积累 （2） 有误码率的积累
3、 再生中继器
图6.21 再生中继器方框简图
均衡放大——将接收的失真信号均衡 放大成宜于抽样判决的波形（均衡波形）。
数字调幅（ASK）是利用基带数字信 号控制载波幅度变化。
数字频带传输系统资料课件
。
码分多路复用
码分多路复用器利用不同的编码 方式对信号进行调制，从而实现
同时传输和相互不干扰。
信号处理技术的选择和应用场景
根据传输距离和环境选择信号处理技术
01
在长距离传输或复杂环境中，需要选择适合的信号处理技术来
保证信号的质量和稳定性。
根据业务类型选择信号处理技术
Байду номын сангаас
02
不同的业务类型对信号处理的要求不同，需要根据实际情况选
协同通信
协同通信技术可以利用多个节点的协作来提高通信性能，降 低干扰，增强系统可靠性。在数字频带传输系统中，协同通 信技术是实现高效无线通信的关键。
多模态信号处理和跨层优化
多模态信号处理
多模态信号处理技术可以针对不同传输环境和应用需求，选择合适的信号处理模 式，以实现最佳的传输性能。
跨层优化
跨层优化技术可以将物理层、链路层、网络层等多个层次进行协同优化，以实现 系统整体性能的最优。在数字频带传输系统中，跨层优化技术可以提高频谱利用 率和数据传输速率。
在实际应用中，线性分组码通常用于要求较低的数字通信系统，如低速数据传输和数字电话等；循环 码和卷积码则广泛应用于高速数据传输和无线通信系统等领域。同时，针对不同的应用场景，还可以 对编码技术进行优化和改进，以满足特定的性能要求。
04
数字频带传输系统的信号 处理技术
滤波器
01
02
03
信号滤波
通过滤波器对信号进行滤 波，以去除噪声和干扰， 提高信号质量。
自适应均衡器
自适应均衡器能够自动调 整自身的参数，以适应信 道的改变，从而保持良好 的传输性能。
多路复用器
时分多路复用
时分多路复用器将时间划分为多 个小段，然后将不同的信号调制 到不同的频带上，实现同时传输
码分多路复用
码分多路复用器利用不同的编码 方式对信号进行调制，从而实现
同时传输和相互不干扰。
信号处理技术的选择和应用场景
根据传输距离和环境选择信号处理技术
01
在长距离传输或复杂环境中，需要选择适合的信号处理技术来
保证信号的质量和稳定性。
根据业务类型选择信号处理技术
Байду номын сангаас
02
不同的业务类型对信号处理的要求不同，需要根据实际情况选
协同通信
协同通信技术可以利用多个节点的协作来提高通信性能，降 低干扰，增强系统可靠性。在数字频带传输系统中，协同通 信技术是实现高效无线通信的关键。
多模态信号处理和跨层优化
多模态信号处理
多模态信号处理技术可以针对不同传输环境和应用需求，选择合适的信号处理模 式，以实现最佳的传输性能。
跨层优化
跨层优化技术可以将物理层、链路层、网络层等多个层次进行协同优化，以实现 系统整体性能的最优。在数字频带传输系统中，跨层优化技术可以提高频谱利用 率和数据传输速率。
在实际应用中，线性分组码通常用于要求较低的数字通信系统，如低速数据传输和数字电话等；循环 码和卷积码则广泛应用于高速数据传输和无线通信系统等领域。同时，针对不同的应用场景，还可以 对编码技术进行优化和改进，以满足特定的性能要求。
04
数字频带传输系统的信号 处理技术
滤波器
01
02
03
信号滤波
通过滤波器对信号进行滤 波，以去除噪声和干扰， 提高信号质量。
自适应均衡器
自适应均衡器能够自动调 整自身的参数，以适应信 道的改变，从而保持良好 的传输性能。
多路复用器
时分多路复用
时分多路复用器将时间划分为多 个小段，然后将不同的信号调制 到不同的频带上，实现同时传输
文元美现代通信原理课件第8章_数字信号的频带传输资料
带通 滤波 器
相乘 器 cos ct (b )
低通 滤波 器
抽样 判决 器控信号解调器原理框图
所以2ASK 信号的功率谱密度由连续谱和离散谱两部分组成。
它的连续谱取决于数字基带信号基本脉冲的频谱 G(f) ；它的 离散谱是位于±fc处一对频域冲击函数，这意味着2ASK信号 中存在着可作载频同步的载波频率fc的成分。
2018/12/7
通信原理
数字信号的频带传输
(2) 基于同样的原因，我们可以知道，上面所述的2ASK信 号实际上相当于双边带调幅(DSB)信号。因此，由图7 可以看出，
fc fb
f
(b)
2ASK信号的功率谱
2018/12/7 通信原理
数字信号的频带传输
则二进制振幅键控信号的功率谱密度P2ASK(f)为
1 2 ( f fc ) 2 ( f fc ) P2 ASK ( f ) Ts Sa [ ] Sa [ ] 16 fs fs 1 [ ( f f c ) ( f f c )] 16
数字信号的频带传输
5.1 引 言
基带信号 s(t) 键控器 形 成 器 原始数字序列
an
载波信号
数字调制信号
信 道
接 收 滤波器
解调器
s(t)
噪 声
图 1 频带传输系统的组成方框图
2018/12/7 通信原理
数字信号的频带传输
5.1 二进制数字幅度调制
调制信号为二进制数字信号时，这种 调制称为二进制数字调制。在二进制数字 调制中，载波的幅度、频率或相位只有两 种变化状态。
式中用到 P=1/2， fs=1/Ts
P2A SK( f )
0 dB
《数字频带传输技术》课件
数字频带传输技术通过将数字信号转化为模拟信号并传输，相比于模拟信号传输具有更广泛的传 输范围和更娱乐和工业领域具有广泛的应用，为人们的 生活和工作带来了便利和效率的提升。
数字频带传输技术的优势
抗干扰能力
数字频带传输技术能够 有效抵御来自外界的干 扰信号，确保传输的稳 定性和可靠性。
网络建设成本高
数字频带传输技术的应用可能需要进行网络基础设施的升级和建设，造成一定的成本投入。
传输延迟较大
由于数字信号的处理和传输过程，数字频带传输技术可能存在一定的传输延迟。
数字频带传输技术的发展趋势
1
多信道传输
将多个信道同时用于传输，实现更高效的数据传递和处理。
2
自适应调制技术
根据传输环境的变化，自动调整传输参数，提供更稳定和可靠的传输质量。
3
更高的传输速率
随着技术的不断进步，数字频带传输技术将能够实现更快速的数据传输，满足人 们对高速数据的需求。
结论
通过本课件，我们了解了数字频带传输技术的特点和应用，并展望了它未来的发展。数字频带传 输技术将继续推动数字化时代的发展和进步。
《数字频带传输技术》 PPT课件
数字频带传输技术是一种用于数字信号传输的先进技术。本课件将介绍该技 术的定义、特点以及应用领域，以及它的优势、局限性和未来发展趋势。
什么是数字频带传输技术？
数字频带传输技术是一种用于传输数字信号的技术，它具有高效、稳定和抗 干扰能力强等特点。
数字频带传输技术的原理
传输距离
数字频带传输技术能够 实现远距离传输，使得 信息能够覆盖更广泛的 范围。
传输速度
相比于传统的模拟信号 传输技术，数字频带传 输技术具有更高的传输 速度，能够实现更快速 的数据传输。
数字频带传输技术的优势
抗干扰能力
数字频带传输技术能够 有效抵御来自外界的干 扰信号，确保传输的稳 定性和可靠性。
网络建设成本高
数字频带传输技术的应用可能需要进行网络基础设施的升级和建设，造成一定的成本投入。
传输延迟较大
由于数字信号的处理和传输过程，数字频带传输技术可能存在一定的传输延迟。
数字频带传输技术的发展趋势
1
多信道传输
将多个信道同时用于传输，实现更高效的数据传递和处理。
2
自适应调制技术
根据传输环境的变化，自动调整传输参数，提供更稳定和可靠的传输质量。
3
更高的传输速率
随着技术的不断进步，数字频带传输技术将能够实现更快速的数据传输，满足人 们对高速数据的需求。
结论
通过本课件，我们了解了数字频带传输技术的特点和应用，并展望了它未来的发展。数字频带传 输技术将继续推动数字化时代的发展和进步。
《数字频带传输技术》 PPT课件
数字频带传输技术是一种用于数字信号传输的先进技术。本课件将介绍该技 术的定义、特点以及应用领域，以及它的优势、局限性和未来发展趋势。
什么是数字频带传输技术？
数字频带传输技术是一种用于传输数字信号的技术，它具有高效、稳定和抗 干扰能力强等特点。
数字频带传输技术的原理
传输距离
数字频带传输技术能够 实现远距离传输，使得 信息能够覆盖更广泛的 范围。
传输速度
相比于传统的模拟信号 传输技术，数字频带传 输技术具有更高的传输 速度，能够实现更快速 的数据传输。
北邮通信原理课件-第六章 数字信号的频带传输2教材
7
Gray映射
00 01 3
或
4
4
11 5
4
10 7
4
00 0 01
2 11 10 3
2
01
00
01
11
00
11
10
10
8
自然映射
或
00 0
00
01 34
01
2
4
5
10
10
4
3
7
11
11
2
01
4
00
01
10
00
10
11
11
9
6.3 QPSK 功率谱密度
si t
第六章 数字信号的频带传输
数字信号的正弦型载波调制
1
主要内容
正弦载波调制
调幅，调频，调相
多进制调制 信号的矢量表示 MSK
2
6.3 四相移相键控(QPSK、DQPSK、OQPSK)
QPSK信号形式
通常g(t)为矩形脉冲
si t Ag t nTs cosct i nTs t n 1Ts
判
决
并
r t
串 输出
上支路：
t T2 2Tb
h2 t s2 Ts t
判
y2
决
h1 t s1 Ts t s1 t cosct
变 换
0 t Ts
下支路： h2 t s2 Ts t s2 t sinct 0 t Ts
13
6.3 四相移相键控(QPSK、DQPSK、OQPSK) 用匹配滤波器解调的性能
线性空间：元素运算，数乘，群，环，域 基 维 线性组合 线性相关
Gray映射
00 01 3
或
4
4
11 5
4
10 7
4
00 0 01
2 11 10 3
2
01
00
01
11
00
11
10
10
8
自然映射
或
00 0
00
01 34
01
2
4
5
10
10
4
3
7
11
11
2
01
4
00
01
10
00
10
11
11
9
6.3 QPSK 功率谱密度
si t
第六章 数字信号的频带传输
数字信号的正弦型载波调制
1
主要内容
正弦载波调制
调幅，调频，调相
多进制调制 信号的矢量表示 MSK
2
6.3 四相移相键控(QPSK、DQPSK、OQPSK)
QPSK信号形式
通常g(t)为矩形脉冲
si t Ag t nTs cosct i nTs t n 1Ts
判
决
并
r t
串 输出
上支路：
t T2 2Tb
h2 t s2 Ts t
判
y2
决
h1 t s1 Ts t s1 t cosct
变 换
0 t Ts
下支路： h2 t s2 Ts t s2 t sinct 0 t Ts
13
6.3 四相移相键控(QPSK、DQPSK、OQPSK) 用匹配滤波器解调的性能
线性空间：元素运算，数乘，群，环，域 基 维 线性组合 线性相关
通信原理-数字信号的频带传输
第五章数字信号的频带传输5.1 引言与模拟通信相似，要使某一数字信号在带限信道中传输，就必须用数字信号对载波进行调制。
对于大多数的数字传输系统来说，由于数字基带信号往往具有丰富的低频成分，而实际的通信信道又具有带通特性，因此，必须用数字信号来调制某一较高频率的正弦或脉冲载波，使已调信号能通过带限信道传输。
这种用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程称为数字调制。
数字调制:用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程。
那么，已调信号通过信道传输到接收端，在接收端通过解调器把频带数字信号还原成基带数字信号，这种数字信号的反变换称为数字解调。
数字解调：在接收端通过解调器把频带数字信号还原成基带数字信号。
通常，我们把数字调制与解调合起来称为数字调制，把包括调制和解调过程的传输系统叫做数字信号的频带传输系统。
数字调制：把数字调制与解调的统称。
数字信号的频带传输系统：包括调制和解调过程的传输系统。
在大多数的数字通信系统中，通常选择正弦波信号为载波，这一点与模拟调制没有什么本质的差异，它们均属于正弦波调制。
然而数字调制与模拟调制又有不同点，其不同点在于模拟调制需要对载波信号的参量连续进行调制，在接收端需要对载波信号的已调参量连续进行估值；而在数字调制中则可用载波信号参量的某些离散状态来表征所传输的信息，在接收端也只要对载波信号的调制参量有限个离散值进行判决，以便恢复出原始信号。
数字调制技术分类：(1) 利用模拟方法去实现数字调制，即把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况来处理；(2) 利用数字信号的离散取值特点键控载波，从而实现数字调制。
第(2)种技术通常称为键控法，比如对载波的振幅、频率及相位进行键控，便可获得振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)及相移键控(PSK)调制方式。
键控法一般由数字电路来实现，它具有调制变换速率快，调整测试方便，体积小和设备可靠性高等特点。
文元美现代通信原理课件第5章 数字信号的频带传输
所以 2ASK 信号的功率谱密度由连续谱和离散谱两部分组成。
它的连续谱取决于数字基带信号基本脉冲的频谱 G(f) ；它的 离散谱是位于±fc处一对频域冲击函数，这意味着2ASK信号 中存在着可作载频同步的载波频率fc的成分。
2019/2/3
通信原理
数字信号的频带传输
(2) 基于同样的原因，我们可以知道，上面所述的2ASK信 号实际上相当于双边带调幅 (DSB)信号。因此，由图 5-7 可以
Pe P (1) P (0 / 1) P (0) P (0 / 1) r 1 erfc 2 通信原理 2
2019/2/3
数字信号的频带传输
当信噪比非常大时，系统的误码率可进一步近似为
Pe
1
r
e
r 4
上式表明， 随着输入信噪比的增加， 系统的误码率将更 迅速地按指数规律下降。
(1) 在码元速率 ( 传码率 ) 相同条件下，可以提高信息速率
(传信率)。当码元速率相同时，M进制数传系统的信息速率是 二进制的log2M倍。 (2) 在信息速率相同条件下，可降低码元速率，以提高传 输的可靠性。
(3) 在接收机输入信噪比相同条件下， 多进制数传系统的
误码率比相应的二进制系统要高。
求低。由此可见，相干解调 2ASK系统的抗噪声性能优于非相干
解调系统。 (3) 相干解调需要插入相干载波，而非相干解调不需要。可 见，相干解调时设备要复杂一些，而非相干解调时设备要简单一 2019/2/3 通信原理
数字信号的频带传输
5.2.2 多进制数字振幅键控(MASK)
在多进制数字调制中，在每个符号间隔Tb内，可能发送的 符号有 M 种，在实际应用中，通常取 M=2n ， n 为大于1 的正整
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s(t) 2ASK s(t) 2FSK s(t) 2PSK
图6-1 正弦载波的三种二进制键控波形
通信概论第6章 数字信号的频带传输
6.1 二进制振幅键控(2ASK) 一.2ASK信号的波形与频谱
二进制序列 s(t)
1 0 1 1 0
Ts
1
0
Ts
t
2ASK信号 eo(t)
t
图6-2 基带数据信号s(t)与2ASK信号eo(t)的波形示意图
代入式 (6.2-2), 可得到2FSK信号功率谱密度PE(f)表达式
Ts sin ( f f 1)Ts sin ( f f 1)Ts ] PE ( f ) [ 16 ( f f 1)Ts ( f f 1)Ts
2
2
Ts sin ( f f 0)Ts sin ( f f 0)Ts [ ] 16 ( f f 0)Ts ( f f 0)Ts
1 1 PE ( f ) [ Ps1 ( f f 1) Ps1 ( f f 1)] [ Ps 2 ( f f 0) Ps 2 ( f f 0)] 4 4
(6.2-2) 当基带数字信号中“0”和“1”等概时，s(t)与其反相序列 s(t) (均为单极性矩形不归零脉冲) 的功率谱密度相同，可表示 为: Ts 1
n
(6.1-3)
设基带数据脉冲序列信号s(t) 的功率谱用Ps(f)表示, 2ASK 信号的功率谱密度用PE(f)表示, 可以证明
1 P E ( f ) [ Ps ( f f c) Ps ( f f c)] 4
(6.1-4)
此式说明2ASK信号的功率谱密度PE(f)正是s(t) 的功率谱 密度Ps(f) 向载波频率fc处“搬移”的结果。
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.1 二进制振幅键控(2ASK) ■ 2ASK信号的解调
2ASK信号
eo(t) =s(t)cos2πfct
二. 2ASK信号的产生与解调
包络检波器
带接 通收
半或全 波整流
低滤 通波
判抽 决样
接收数据序列
s(t)
非相干解调 同步时钟 框 图 （a） 2ASK信号的解调（包络检波法）原理框图 中 接收数据序列 各 2ASK信号 带 接 判抽 低滤 模 拟 通收 决样 通波 乘法器 点 eo(t) s(t) 相干解调或同步解调 波 =s(t)cos2πf t c 同步载波 c(t)= cos2πfct 同步时钟 形 如 （b） 2ASK信号的解调（相干检测法）原理框图 何 ？
-fc –2fs fc -fc+2fs -fc –fs -fc +fs
0
fc -2fs fc fc+2fs fc –fs fc +fs
图6-3 基带数据s(t)与2ASK信号eo(t)的功率谱密度示意图
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.1 二进制振幅键控(2ASK) ■ 2ASK信号的产生
单极性不归零码 s(t) 载波 c(t)= cos2πfct 模拟乘法器 已调2ASK信号
通信概论第6章 数字信号的频带传输
6.1 二进制振幅键控(2ASK) 一.2ASK信号的波形与频谱 由于基带数据脉冲序列信号s(t)是随机的,则2ASK(OOK) 信号也是随机的、功率型信号, 其频谱特性须用功率谱密度来 表示。
eo (t ) [ ang (t nTs)]s(•t ) cosc t s(t ) cosct
图6-5 2ASK信号的解调原理框图
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.1 二进制振幅键控(2ASK) ■ 2ASK信号的解调 二. 2ASK信号的产生与解调
2ASK信号 eo(t) =s(t)cos2πfct
带接 通收
半或全波 整流
低滤 通波
判抽 决样
接收数据序列 s(t)
同步时钟
（a） 2ASK信号的解调（包络检波法）原理框图 非相干解调 包络检波器
可以看出，2ASK信号可以看作是单极性二进制基带数据 矩形脉冲序列信号s(t)和一个高频载波cosωc t 相乘的结果。
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.1 二进制振幅键控(2ASK) 一.2ASK信号的波形与频谱 可以看出，2ASK信号可以看作是单极性二进制基带数据 矩形脉冲序列信号s(t)和一个高频载波cosωc t 相乘的结果。
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
本章内容简介
6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 引言 二进制数字调制原理 二进制数字调制系统的抗噪声性能 二进制数字调制系统的性能比较 多进制数字调制系统
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.0 引言 数字调制就是对基带数据信号进行变换，实现信号频谱 的“搬移”，即把含有大量低频成分的基带信号频谱搬移到 一个很高的频段上去。这种向高频的搬移在数据的发送端进 行，搬移的过程称作“调制”，在称作调制器的设备中完成。 在数据的接收端，有一个相反的变换被称作“解调”的过程， 解调过程在称作解调器的设备中完成。 经过调制的后的信号在一个很高的频段上占有一定的带 宽，由于所处频段很高，使得其最高频率和最低频率的相对 偏差变小（最高频率和最低频率的比值略大于1），这样的信 号称为频带信号或射频信号，相应的传输系统称作频带传输 系统。
判抽 决样
接收数据序列 s(t)
同步载波 c(t)= cos2πfct
同步时钟
相干解调或同步解调 （b） 2ASK信号的解调（相干检测法）原理框图
通信概论第6章 数字信号的频带传输
6.2 二进制频移键控(2FSK) 一.2FSK信号的波形与频谱
二进制序列 s(t)
1 0 1 1 0
Ts
1
0
Ts
t
2FSK信号 eo(t)
Ps1( f ) Ps 2( f ) Ps( f )
2 Sa ( fTs ) ( f ) 4 4
通信概论第6章 数字信号的频带传输
6.2 二进制频移键控(2FSK) 一.2FSK信号的波形与频谱
Ts 2 1 将 Ps1( f ) Ps 2( f ) Ps( f ) Sa ( fTs ) ( f ) 4 4
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.1 二进制振幅键控(2ASK) 一.2ASK信号的波形与频谱 单极性矩形不归零脉冲基带数据序列信号s(t) 的功率谱密度表 示:
Ts 2 1 Ps ( f ) Sa (fT s ) ( f ) 4 4
(6.1-5)
代入式（6.1-4), 便可获得已调制2ASK信号的功率谱密度 PE(f) 结果:
1 [ ( f f 1) ( f f 1) ( f f 0) ( f f 0)] 16 (6.2-3)
2
2
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.2 二进制频移键控(2FSK) ■ 2FSK信号的 带宽是基带信号 带宽fs的2倍与两 载频f1、f0间隔 Δf=|f1-f0|之和。 一.2FSK信号的波形与频谱
Ps( f ) 基带信号带宽 Bb= fs
正频率： 0频到第一零点 正频率： 含两主瓣
-2fs - fs
0
fs
2fs
f (Hz)
PE( f )
2FSK信号带宽 B2FSK = 2 fs+ |f1-f0|
-f1 -f -f -f +f -f -f
f1 f0 f1 f1 f0 f1 f0 1 Ts 0 1
一.2FSK信号的波形与频谱
1 0 Ts 1 0 t
t
2ASK信号
s(t)cos2πf1t
t
2ASK信号
s(t)cos2πf0t
t
图6-7 2FSK信号eo(t)可表示为两路2ASK信号波形叠加
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.2 二进制频移键控(2FSK) 一.2FSK信号的波形与频谱 2FSK信号可看作是两路不同高频载波(cosω1t 和cosω2t ) 产生的2ASK信号波形的叠加结果。
二. 2ASK信号的产生与解调
eo(t) =s(t)cos2πf t c
（a） 2ASK信号的产生（用模拟乘法器）原理框图
c(t)= cos2πfct
载波振荡器
已调2ASK信号 eo(t) =s(t)cos2πfct
单极性不归零码
s(t)
（b） 2ASK信号的产生（开关控制）原理框图
图6-4 2ASK信号的产生原理框图
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.1 二进制振幅键控(2ASK) ■ 2ASK信号的解调
s(t)cos2πfct• cos2πfct =1/2[s(t)+ s(t)cos4πfct ]
二. 2ASK信号的产生与解调
2ASK信号 eo(t) =s(t)cos2πfct
带接 通收
模 拟 乘法器
低滤 通波
6.1 二进制振幅键控(2ASK) 一.2ASK信号的波形与频谱
Ps( f ) 基带信号带宽 Bb= fs
■ 2ASK信号 的带宽是基带 数字信号带宽 的2倍。
正频率： 0频到第一零点 正频率： 主瓣宽度
2ASK信号带宽 B2ASK = 2 fs f（Hz）
-2fs - fs
0
fs
2fs
f（Hz）
PE( f )
◆ 无线(Wireless)传输
◆ 频分多路复用(FDM)
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.0 引言
如何进行调制实现基带信号频谱的“搬移” ？
数字调制就是用待传输的基带数据信号控制某一高频正弦 波（载波）的参数：振幅、频率或相位。 控制正弦波振幅称作“数字振幅调制”，控制正弦波频率 称作“数字频率调制”，控制正弦波相位称作“数字相位调 制”。 由于数字基带信号只有有限种符号（电平），调制后的正 弦波也只有有限种振幅、频率或相位，因此这几种调制常称 1 0 1 1 1 0 1 1 1 为“振幅键控”、“频移键控”和“相移键控”。0 1 1
图6-1 正弦载波的三种二进制键控波形
通信概论第6章 数字信号的频带传输
6.1 二进制振幅键控(2ASK) 一.2ASK信号的波形与频谱
二进制序列 s(t)
1 0 1 1 0
Ts
1
0
Ts
t
2ASK信号 eo(t)
t
图6-2 基带数据信号s(t)与2ASK信号eo(t)的波形示意图
代入式 (6.2-2), 可得到2FSK信号功率谱密度PE(f)表达式
Ts sin ( f f 1)Ts sin ( f f 1)Ts ] PE ( f ) [ 16 ( f f 1)Ts ( f f 1)Ts
2
2
Ts sin ( f f 0)Ts sin ( f f 0)Ts [ ] 16 ( f f 0)Ts ( f f 0)Ts
1 1 PE ( f ) [ Ps1 ( f f 1) Ps1 ( f f 1)] [ Ps 2 ( f f 0) Ps 2 ( f f 0)] 4 4
(6.2-2) 当基带数字信号中“0”和“1”等概时，s(t)与其反相序列 s(t) (均为单极性矩形不归零脉冲) 的功率谱密度相同，可表示 为: Ts 1
n
(6.1-3)
设基带数据脉冲序列信号s(t) 的功率谱用Ps(f)表示, 2ASK 信号的功率谱密度用PE(f)表示, 可以证明
1 P E ( f ) [ Ps ( f f c) Ps ( f f c)] 4
(6.1-4)
此式说明2ASK信号的功率谱密度PE(f)正是s(t) 的功率谱 密度Ps(f) 向载波频率fc处“搬移”的结果。
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.1 二进制振幅键控(2ASK) ■ 2ASK信号的解调
2ASK信号
eo(t) =s(t)cos2πfct
二. 2ASK信号的产生与解调
包络检波器
带接 通收
半或全 波整流
低滤 通波
判抽 决样
接收数据序列
s(t)
非相干解调 同步时钟 框 图 （a） 2ASK信号的解调（包络检波法）原理框图 中 接收数据序列 各 2ASK信号 带 接 判抽 低滤 模 拟 通收 决样 通波 乘法器 点 eo(t) s(t) 相干解调或同步解调 波 =s(t)cos2πf t c 同步载波 c(t)= cos2πfct 同步时钟 形 如 （b） 2ASK信号的解调（相干检测法）原理框图 何 ？
-fc –2fs fc -fc+2fs -fc –fs -fc +fs
0
fc -2fs fc fc+2fs fc –fs fc +fs
图6-3 基带数据s(t)与2ASK信号eo(t)的功率谱密度示意图
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.1 二进制振幅键控(2ASK) ■ 2ASK信号的产生
单极性不归零码 s(t) 载波 c(t)= cos2πfct 模拟乘法器 已调2ASK信号
通信概论第6章 数字信号的频带传输
6.1 二进制振幅键控(2ASK) 一.2ASK信号的波形与频谱 由于基带数据脉冲序列信号s(t)是随机的,则2ASK(OOK) 信号也是随机的、功率型信号, 其频谱特性须用功率谱密度来 表示。
eo (t ) [ ang (t nTs)]s(•t ) cosc t s(t ) cosct
图6-5 2ASK信号的解调原理框图
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.1 二进制振幅键控(2ASK) ■ 2ASK信号的解调 二. 2ASK信号的产生与解调
2ASK信号 eo(t) =s(t)cos2πfct
带接 通收
半或全波 整流
低滤 通波
判抽 决样
接收数据序列 s(t)
同步时钟
（a） 2ASK信号的解调（包络检波法）原理框图 非相干解调 包络检波器
可以看出，2ASK信号可以看作是单极性二进制基带数据 矩形脉冲序列信号s(t)和一个高频载波cosωc t 相乘的结果。
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.1 二进制振幅键控(2ASK) 一.2ASK信号的波形与频谱 可以看出，2ASK信号可以看作是单极性二进制基带数据 矩形脉冲序列信号s(t)和一个高频载波cosωc t 相乘的结果。
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
本章内容简介
6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 引言 二进制数字调制原理 二进制数字调制系统的抗噪声性能 二进制数字调制系统的性能比较 多进制数字调制系统
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.0 引言 数字调制就是对基带数据信号进行变换，实现信号频谱 的“搬移”，即把含有大量低频成分的基带信号频谱搬移到 一个很高的频段上去。这种向高频的搬移在数据的发送端进 行，搬移的过程称作“调制”，在称作调制器的设备中完成。 在数据的接收端，有一个相反的变换被称作“解调”的过程， 解调过程在称作解调器的设备中完成。 经过调制的后的信号在一个很高的频段上占有一定的带 宽，由于所处频段很高，使得其最高频率和最低频率的相对 偏差变小（最高频率和最低频率的比值略大于1），这样的信 号称为频带信号或射频信号，相应的传输系统称作频带传输 系统。
判抽 决样
接收数据序列 s(t)
同步载波 c(t)= cos2πfct
同步时钟
相干解调或同步解调 （b） 2ASK信号的解调（相干检测法）原理框图
通信概论第6章 数字信号的频带传输
6.2 二进制频移键控(2FSK) 一.2FSK信号的波形与频谱
二进制序列 s(t)
1 0 1 1 0
Ts
1
0
Ts
t
2FSK信号 eo(t)
Ps1( f ) Ps 2( f ) Ps( f )
2 Sa ( fTs ) ( f ) 4 4
通信概论第6章 数字信号的频带传输
6.2 二进制频移键控(2FSK) 一.2FSK信号的波形与频谱
Ts 2 1 将 Ps1( f ) Ps 2( f ) Ps( f ) Sa ( fTs ) ( f ) 4 4
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.1 二进制振幅键控(2ASK) 一.2ASK信号的波形与频谱 单极性矩形不归零脉冲基带数据序列信号s(t) 的功率谱密度表 示:
Ts 2 1 Ps ( f ) Sa (fT s ) ( f ) 4 4
(6.1-5)
代入式（6.1-4), 便可获得已调制2ASK信号的功率谱密度 PE(f) 结果:
1 [ ( f f 1) ( f f 1) ( f f 0) ( f f 0)] 16 (6.2-3)
2
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6.2 二进制频移键控(2FSK) ■ 2FSK信号的 带宽是基带信号 带宽fs的2倍与两 载频f1、f0间隔 Δf=|f1-f0|之和。 一.2FSK信号的波形与频谱
Ps( f ) 基带信号带宽 Bb= fs
正频率： 0频到第一零点 正频率： 含两主瓣
-2fs - fs
0
fs
2fs
f (Hz)
PE( f )
2FSK信号带宽 B2FSK = 2 fs+ |f1-f0|
-f1 -f -f -f +f -f -f
f1 f0 f1 f1 f0 f1 f0 1 Ts 0 1
一.2FSK信号的波形与频谱
1 0 Ts 1 0 t
t
2ASK信号
s(t)cos2πf1t
t
2ASK信号
s(t)cos2πf0t
t
图6-7 2FSK信号eo(t)可表示为两路2ASK信号波形叠加
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.2 二进制频移键控(2FSK) 一.2FSK信号的波形与频谱 2FSK信号可看作是两路不同高频载波(cosω1t 和cosω2t ) 产生的2ASK信号波形的叠加结果。
二. 2ASK信号的产生与解调
eo(t) =s(t)cos2πf t c
（a） 2ASK信号的产生（用模拟乘法器）原理框图
c(t)= cos2πfct
载波振荡器
已调2ASK信号 eo(t) =s(t)cos2πfct
单极性不归零码
s(t)
（b） 2ASK信号的产生（开关控制）原理框图
图6-4 2ASK信号的产生原理框图
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.1 二进制振幅键控(2ASK) ■ 2ASK信号的解调
s(t)cos2πfct• cos2πfct =1/2[s(t)+ s(t)cos4πfct ]
二. 2ASK信号的产生与解调
2ASK信号 eo(t) =s(t)cos2πfct
带接 通收
模 拟 乘法器
低滤 通波
6.1 二进制振幅键控(2ASK) 一.2ASK信号的波形与频谱
Ps( f ) 基带信号带宽 Bb= fs
■ 2ASK信号 的带宽是基带 数字信号带宽 的2倍。
正频率： 0频到第一零点 正频率： 主瓣宽度
2ASK信号带宽 B2ASK = 2 fs f（Hz）
-2fs - fs
0
fs
2fs
f（Hz）
PE( f )
◆ 无线(Wireless)传输
◆ 频分多路复用(FDM)
通信概论 第6章 数字信号的频带传输
6.0 引言
如何进行调制实现基带信号频谱的“搬移” ？
数字调制就是用待传输的基带数据信号控制某一高频正弦 波（载波）的参数：振幅、频率或相位。 控制正弦波振幅称作“数字振幅调制”，控制正弦波频率 称作“数字频率调制”，控制正弦波相位称作“数字相位调 制”。 由于数字基带信号只有有限种符号（电平），调制后的正 弦波也只有有限种振幅、频率或相位，因此这几种调制常称 1 0 1 1 1 0 1 1 1 为“振幅键控”、“频移键控”和“相移键控”。0 1 1