数据通信原理课件——第三章频带传输

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s(t)
s2FSK(t)
c1(t)
c2(t)
2FSK实现方法之一
压控振 荡器
2FSK原理框图
载波发生器1 电子开关1
c1(t)
s(t)
倒相器 相加器 s2FSK(t)
c2(t)
载波发生器2 电子开关2
2FSK解调
相干解调法 包络解调法（非相干解调法） 鉴频法 过零检测法 差分检波法
BW (1 d ) Nbaud

求出码元变化率为400Baud的2ASK半双工系统的 最小带宽和信息传输速率。若采用八进制ASK系 统，该系统最小带宽和速率是多少？ 解：在2ASK半双工系统中，一个系统的最小带宽 等于其波特率，所以，该信号带宽是400Hz。同 理，对于2ASK信号，波特率等于比特率，所以信 息传输率也等于400bps。
频带传输部分小结
频带传输系统组成 调制解调器modem 基带信号[01代码]<->模拟信号的转换方法
抗干扰性强 信道的频带利用率比较高

因此PSK调制方式在数字通信中得到了广 泛应用。
PSK产生

2PSK相位键控法原理

相移键控法也称为相位选择法，使用数字基带信号 来控制电子开关，选择不同相位的载波信号进行输 出
cosωt 载波发生器 电子开关1 s2PSK(t) 倒相器 倒相器 相加器
a
b
c
d
e
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2PSK与2DPSK比较



2PSK信号和2DPSK信号的带宽是一样的，都是 基带信号带宽的两倍。 2DPSK系统的抗噪声性能不如2PSK系统。 2PSK信号的解调由于本地相干载波的相位模糊很 难消除，实际应用较少； 2DPSK则不受本地相干载波的相位模糊现象的影 响，还可以采用差分检测法的方法实现解调。在 实际的数字通信系统中，数字相位解调的信号几 乎都是DPSK。

调幅信号的解调有相干解调法和非相干解 调法。
非相干解调——包络解调法

是利用包络检波器或波形整流器对幅度键控信号进 行检波以恢复基带信号的方法
抽样脉冲 带通滤波器 整流器 包络检波器 低通滤波器 抽样判决器
SASK(t) s(t)
{Sn}0 1 1

相干解调法
sm (t ) cosc t s(t ) cos2 c t s(t ) / 2 (cos2 c t ) / 2
1<-> 0相位表示 0<->180相位表示


相对移相（DPSK）
利用载波的相对相位来表示数字基带信号的离
散状态
0<->相对相位为0 1<->相对相位为180

{an}
0
1
0
0
1
1
s(t)
基带信号 载波
c(t)
2PSK
2DPSK1
2DPSK2
PSK特点

数字相移键控PSK调制方式和ASK调制方 式相比
解调难点

2PSK信号解调的关键是要产生相干载波。 在接收端必须要能够产生同频同相位的相干载波 信号，如果产生的相干载波信号不同相，有相位 误差，则会造成错误判决，这种现象称为相位模 糊。
严重时本地载波发生相位反转，称为“倒”现象

为了克服这一问题，人们提出了二相相对移相调 制方法（2DPSK）。
性好、价格便宜等优点，应用范围较为广泛 对于高速的数字传输系统，由于码元较窄，无 明显的包络，则必须应用相干解调法。 实现相干解调法的关键是需要在接收端产生一 个与发送端的发生载波一模一样的同频同相本 地载波（称为同步载波或相干载波），否则会 造成解调后波形失真。故接收端设备复杂
2ASK所需带宽和特点
00、01、10和11。
QPSK and its implementation
4PSK直接调相法原理框图
0相~π相 极性变换器
相乘器
{an}
串 并 变 换 器
A S4PSK(t) 载波发生器 B 极性变换器 相乘器 -π/2相~π/2相 移相器 cos(ωt-π/2) 相加器
4DPSK产生
极性变换器 串 A 并 变 换 器 B 差 分 编 码 器 C 载波发生器 D 极性变换器 3π/4相~-π/4相 相乘器 cos(ωt-π/2) S4PDSK(t) 移相器 相加器

调制的功能

频谱变换
对基带信号进行频率变换，以利于信号的发送
和在信道中传输。例如，音频信号或基带数字 代码进行直接传输，因较大的损耗不适于长距 离传送，如果利用无线信道或分配的频段实施 通信，都需要基带频谱通过某种调制方式搬移 到高频波段。这样可以提高传输性能，以较小 的发送功率与较短的天线来辐射电磁波。
多进制数字相位调制（MPSK）

MPSK信号使用种不同的相位来对应进制基带数 字信号的状态。例如对4PSK信号，要有4个相位 与四进制的4个状态相对应。
、180 、270 45、135、225、315
0、90

一般相位数M取2的权值，例如4PSK、8PSK和 16PSK等。
4PSK信号的4个相位所对应的是2位二进制码元的组合
第一项是数字基带调制信号，第二项是以为载
波频率的高频信号，这两个信号的频谱相差很 远，将此信号通过低通滤波器就可以滤除第二 项，只输出第一项，从而得到原调制信号。

相干解调原理框图
本地载波 抽样脉冲
带通滤波器
相乘器
低通滤波器
抽样判决器

两种解调方式比较
包络检波器由于电路简单、检波效率高、稳定

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差分检波法
s2FSK(t) 带通滤波器 s(t)
相乘器
s2FSK(t-τ)
低通滤波器
抽样判决器
延迟
抽样脉冲
2FSK所需带宽及其特点

此时可以把FSK的频谱当成中心频率分别为 和的两个ASK频谱的组合
BW ( f c1 f c0) N baud

载波频率




A cos( ) 例4.2:一相位不连续的2FSK信号，发“1”码时信为 2000t ， A cos( 发“0”码时信号为 8000t ) ，码元速率为600baud，传输 系统为全双工方式系统的频带带宽是多少？ 解：根据正弦波角频率与频率之间的关系： 2f ，所以两 个信号的频率分别为1000Hz和4000Hz。而波特率等于比 特速率（码元速率），所以波特率为600 baud。系统带宽 BW ( f c1 f c0 ) Nbaud (4000 1000 600 3600 Hz。由于 ) 系统采用的书全双工模式，所以传输介质的带宽为 7200Hz。 2FSK是一种抗衰能力很强的频带传输方式，因此得到了 广泛的应用，特别适用于数字电路。ITU-T推荐当数据速 率低于1200bps时，使用FSK。但这种方法产生的2FSK 信号的相位是不连续的，而且占用带宽较大。
载波发生器
电子开关1
2DPSK信号的解调过程

相干解调差分译码法
S2DPSK(t) 2PSK解调器 {Xn} 差分译码器 {Jn}

相位比较差分检测法
s2DPSK(t) 带通滤波器
s(t)
a 相乘器 s2FSK(t-TB) 延迟TB c 低通滤波器 d 抽样判决器 e
b
抽样脉冲
相位比较差分检测法波形图

将绝对码变成相对码的器件称为差分编码器，将 相对码变成绝对码的器件称为差分译码器。
2DPSK信号的调制过程
{Jn} 差分编码器 Xn 极性转换 X’n 相乘器 c(t) 载波发生器 (a) cosωt Xn {Jn} 倒相器 cos(ωt+π) 差分编码器 Xn 电子开关2 (b) S2DPSK(t) 相加器 S2DPSK(t)
载波信号 Carrier signal
2ASK的实现原理
如s(t ) sin 0t 1 s(t ) cosc t [sin(c 0 ) sin(c 0 )] 2
频谱搬移示意图
角频率是 多少？
0 0 0
c 0
c 0
ASK信号波形形成
2ASK的解调
Ch3 频带传输
主 讲 人：陈艳平 联系方式：chenyphfuu@qq.com
数据信号的频带传输
频带传输系统构成 调制的基本概念 数字信号调制的方法

数字调幅 数字调相 数字调频
带通型信道不适合于直接传输基带信号， 需要对基带信号进行调制以实现频谱搬移 使信号频带适合于信道频带。 频带传输系统与基带传输系统的区别在于 在发送端增加了调制，在接收端增加了解 调，以实现信号的频带搬移，调制和解调 合起来称为Modem。
{an}
cos(ωt+π/4)
相乘器 -3π/4相~π/4相
constellation diagram星座图
正交幅度调制——QAM

正交幅度调制（QAM），是将两路独立的 基带信号分别对两个相互正交的同频载波 进行抑制载频的双边带调制，所得到的两 路已调信号叠加起来的过程，称为正交幅 度调制。
1 2
讨论
相位连续FSK 载波发生器1 相位不连续FSK

c1(t)
电子开关1
s(t)
倒相器 相加器 s2FSK(t)
c2(t)
载波发生器2 电子开关2
Binary phase shift keying 2PSK
1<-> 0相位表示
0<->180相位表示

绝对移相（PSK）
相位与数字基带信号的离散状态一一对应


信号的带宽是信号占据的整个频率范围。一个基 带信号调制成2ASK信号时，会得到一个有许多简 单频率组成的谱系。但是，有意义的频率是与之 间载波频率。 对于ASK技术所使用的带宽用下式计算： 式中，为带宽， 为波特率，d为和线路有关的因子，最小值为0。 由此可知，传输ASK信号所需要的最小带宽等于 波特率。
s(t)
cos(ωt+π)
电子开关2
2PSK解调
s2PSK(t) 带通滤波器 相乘器 y(t) 低通滤波器 x 抽样判决器 s(t)
cosωct 相干载波
抽样脉冲
y (t ) s 2 PSK (t ) cos c t cos( c t n ) cos c t 1 1 cos n cos(2 c t n ) 2 2
Note
Quadrature amplitude modulation is a combination of ASK and PSK.

QAM=ASK+PSK
Constellation diagrams for some QAMs
nASK+mPSK，其中n=？m=?



在实际的数字通信系统中，多进制数字调制方式MSAK、 MFSK和MPSK由于有较高的频带利用率和数据传输率， 因而得到了广泛的应用。但是多进制数字解调系统的抗噪 声性能要低于二进制数字调制系统。 数字解调方式主要可以分为相干解调方法和非相干解调方 法，由于相干解调法需要在接收端产生相干载波，不仅使 得解调器设备变得复杂，而且由于相位模糊现象导致误码， 限制了相干解调法的使用。一般当通信信道存在比较严重 的干扰时，采用非相干解调方法，这时候在接收端是很难 得到相干调节所需要的本地载波。但是当发送端的发送功 率受到限制的时候，使用相干调解法则更经济，因为相干 调解法所要求的信噪比较小。 目前使用最多的数字调制方式是相干QAM系统和非相干 2FSK系统。相干QAM系统主要用在高速数据传输中，非 相干FSK系统主要用在中、低速数据传输中。
2DPSK信号的产生
首先绝对码转换为相对码 再进行绝对调相2PSK

{an} 绝对码 相对码1 1 0 1 1 1 0 0 1
1变0不变
？
相对码2

相对码和绝对码之间是相互可以互换的，如果用J 表示绝对码，用X表示相对码，它们之间的转换 关系为
X n J n X n1, J n X n X N 1

MASK的概念和特点
2ASKMASK MASK的特点

在相同的码元速率下，
MASK信号有很高的信
息传输速率 抗干扰能力差（码元之间的差距变小了）
Binary frequency shift keying 2FSK

2FSK调制原理：用二进制数去控制载波的 频率
{sn}
0
1
0
0
1
调制的实现
用基带数据信号对载波波形的某些参数进 行控制，使这些参数随基带数据信号的变 化而变化。数字调制的基本方法有三种： 数字调幅（ASK） 数字调相（PSK） 数字调频（FSK

数字调幅

概念——以基带数据信号控制一个载波的 幅度，称为数字调幅，又称幅移键控，简 写为ASK。
2ASK的实现——OOK调制