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1、计算机学院1 数据通信基础 第6章 数字信号的频带传输（1 ） 数据通信基础 计算机学院2 复习 1、数字基带信号的波形 单极性矩形脉冲波形，双极性矩形脉冲波形 ，单极性归零脉冲波形，双极性归零脉冲波形，差 分波形 数据通信基础 传输码型的选择 1、线路码的功率谱应当和信道的传输特性相匹配； 2、能够从基带信号中提取码元同步所需的定时信息 （即时钟信号）； 3、有较低的误码率； 4、有一定的误码检测能力； 5、线路编译码容易实现，电路比较简单； 6、功率谱主瓣宽度小，以节省传输带宽。 计算机学院4 复习 2、数字基带信号的编码原则 1、有利于提高系统的频带利用率 2、基带数字信号应该具有尽量少
2、的直流、甚低频和高频 分量 3、基带信号中应该具有足够大的供提取码元同步信号 用的信号分量 4、基带传输的码型应基本上不受信号源统计特性的影响 5、基带传输码型最好对噪声和码间串扰具有较强的抵抗 力和自检能力 6、尽量降低译码过程引起的误码扩散，提高传输性能 数据通信基础 计算机学院5 复习 3、常用基带信号的传输码型 AMI，HDB3，CMI，裂相码，密勒码，mBnB编码 4、传输码型的选择 a) 1、线路码的功率谱应当和信道的传输特性相匹配 ； b) 2、能够从基带信号中提取码元同步所需的定时信 息 c) （即时钟信号）； d) 3、有较低的误码率； e) 4、有一定的误码检测能力； f)
3、 5、线路编译码容易实现，电路比较简单； g) 6、功率谱主瓣宽度小，以节省传输带宽。 数据通信基础 计算机学院6 复习 4、基带传输系统的组成 数据通信基础 计算机学院7 复习 5、码间串扰是数字通信特有的问题，在数字通信 中要尽可能的减小它，理想基带传输特性在理论上 可以避免码间串扰。 6、带限传输系统对信号波形的影响 7、均衡原理 数据通信基础 计算机学院8 复习 8、眼图：是一种利用实验手段可方便地估计系统性能的 方法。从眼图上可以判定码间串扰和噪声的影响。 数据通信基础 9 第12次课要求 数据通信基础 内容： 6.1 引言 6.2 数字振幅调制 掌握： 1、调制的概念 2、调制的功
4、能 3、2ASK调制 理解： 1、2ASK信号的解调 2、正交振幅调制 计算机学院10 6.1 引言 n在数字基带传输系统中，基带信号包含低频分量，所以 只能在低通型的信道中传输。 n但是在实际的信道中，大多数信道具有带通传输特性， 数字信号不能直接在这种信道中传输。 n所以，必须进行调制，实现频谱搬移，使信号适合信道 频谱。 数据通信基础 计算机学院11 1、调制的产生： n人类早期用电缆传送电信号的时候，已经预计到电信号通过电缆会产生衰 减，电缆越长，衰减越大，因此需要加大信号发送功率和提高接收端灵敏 度来对抗衰减。 n但实际通信中，接收端收到的波形与发送端的波形完全不同，这大大出乎 预料
5、。 n后来，人们发现信道具有一定的频率特性，并不是信号中所有的频率成分 都能通过信道进行传输，而且不同的信道，能通过的频率成分也不一样。 n当包括不同频率成分的信号通过信道时，有一些频率成分被吸收掉，只有 一部分频率成分被传输到接收端，因此接收端的波形与发送端的波形不一 样，这种现象称为频率失真。 数据通信基础 6.1 引言 计算机学院12 2、调制的概念： n调制指的是将输入的基带信号变换为适合于信道传输的频带信号形式，这 个变换过程称为调制。 n调制是一种信号处理技术，调制的本质是进行频谱变换，把携带有用信息 的基带信号的频谱都低频范围搬移到高频范围。 n调制是用基带信号控制高频载波的振幅
6、、频率和相位，使高频载波的振幅 、频率和相位随着基带信号的变化而变化。 n根据所控制参量的不同，调制方法有：幅度调制、频率调制、相位调制。 数据通信基础 6.1 引言 13 v数字调制： v在数字通信系统中，用数字基带信号控制高频 载波的振幅、频率或者相位，使高频载波的振 幅、频率或者相位随着数字基带信号的不同而 不同，从而将数字基带信号的频谱搬移到高频 载波频率上形成数字频带信号，这种信号处理 技术称为数字调制 3、数字调制与解调 返回目录 6.1 引言 14 3、数字调制与解调 返回目录 n数字解调： 在数字通信系统的接收端，从已调高频载波上 将数字基带信号还原出来，或者说将数字基带 信号
7、的频谱从高频载波频率上搬移下来，这个 过程称为数字解调，它是数字调制的逆过程。 6.1 引言 15 数字调制与解调 返回目录 n数字调制与解调总是成对出现的，数字调制和解调是 数字通信系统的非常重要的一个组成部分。 n数字调制和解调合起来称为数字调制系统或者数字调 制方式，简称数字调制。 n数字调制也分为三种基本方式：幅度键控、频移键控 和相移键控。 三种键控方式示意图 16 4调制的功能 1）调制可以方便发射。 返回目录 用无线信道进行通信时，发射信号的波长与发射天线的尺寸 应该匹配（天线尺寸应该大于波长的1/10），这样发射信号才 可以通过天线有效地发射。 电话语音信号的频率范围为300-
8、3400Hz，其最小波长为： 波长=c/f=3X108 /3400=100KM 则如果用天线发射信号，其天线尺寸为10KM，在实际应用中是 不可能的 怎么办？ 对语音信号进行调制，提高发射信 号的载波频率，使天线尺寸大大建 少。 17 4调制的功能 2）调制可以进行频率分配。 使用调制技术则可以将不同的无线电信号（ 频率范围相同或者重叠）调制到不同的频率范 围上，来避免相互干扰。 返回目录 18 4、调制的功能 3）调制可以实现信道多路复用。 所谓多路复用指的是将多路信号在同一个 物理信道中互不干扰地进行传输的一种通信方 式。 返回目录 采用调制技术，将不同的语音信号调制到不 同的频率范围，各
9、频率范围互不重叠，称为 频道 19 4、调制的功能 4）调制可以减少噪声和干扰。 通过不同的调制方式可以抑制噪声和干扰。 返回目录 采用频移键控方式将数字基带信号幅度的变化转 换为数字频带信号频率频率的变化，就可以大大降低 信道加性噪声 20 5调制的分类 1）根据调制信号的不同可以分为 模拟调制和数字调制两类。 调制信号为模拟基带信号的称为模拟调 制； 调制信号为数字基带信号的称为数字调 制。 返回目录 21 5调制的分类 2）根据调制中的高频载波信号的不同可以 分为连续载波调制和脉冲载波调制两类 。 高频载波信号为连续波信号的调制称为连续 载波调制， 高频载波信号为周期脉冲信号的调制称为脉
10、 冲载波调制 返回目录 22 5调制的分类 3）按调制器传输特性不同可以分为线性调制 和非线性调制。 如果调制器的传输特性是线性函数表示的，在调 制前、后的频谱呈线性搬移关系，称为线性调制 ; 如果调制器的传输特性是非线性函数表示的，调 制之后会产生新的频率成分，称为非线性调制。 返回目录 23 5调制的分类 4)按调制器的调制方式不同，模拟调制可以分为幅度调 制、频率调制和相位调制三种。 如果使高频载波的幅度随着调制信号的变化而变化 ，这种调制称为幅度调制； 如果使高频载波的频率随着调制信号的变化而变化 ，这种调制称为频率调制； 如果使高频载波的相位随着调制信号的变化而变化 ，这种调制称为相
11、位调制。 返回目录 6.2 数字振幅调制 n数字振幅调制又称振幅键控（Amplitude Shift Keying）是正弦载波的幅度随数字基带 信号而变化的数字调制。 n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。 6.2.1二进制幅移键控（2ASK） 设：调制信号为S(t), 载波为cosct, 则 1、2ASK信号的时域表达 振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带 信号而变化的数字调制。当数字基带信号为 二进制时，则为二进制振幅键控。 其中 Ts 码元持续时间； g(t) 持续时间为Ts的基带脉冲波形， 通常假设是高度
12、为1，宽度等于Ts的矩形脉冲； an 第n个符号的电平取值，若取 则相应的2ASK信号就是OOK信号。 On-Off Keying OOK是ASK调制的一个特例,把一个幅度取为0,另一个幅度为非0,就 是OOK，二进制启闭键控(OOK:On-Off Keying) 载波 s(t) 1 0 1 1 0 an 已调波 一个单极性矩形脉冲序列与正弦载波相乘 数字信号序列 载波 已调信号 数字信号序列 GND 载波 已调信号 10101 载波 s(t ) 1 0 1 1 0 an 已调波 2、2ASK信号的产生 （1）模拟相乘法 （2）键控法 29 二进制振幅键控信号调制器原理框图 模拟相乘法 数字键
13、控法 乘法器 coswct e2ASK(t) (a) coswct 开关电路 b(t) e2ASK(t) (b) b(t) 30 3、2ASK信号的解调 1、非相干解调 ：2ASK信号的幅度包络包含了基带 信号的全部信息 2ASK包络检波法解调原理图 31 2ASK包络检波法解调过程示意图 32 2、相干解调 ：接收端产生一个相干载波来解调 图中带通滤波器的作用是保证信号无失真通过且抑 制带外噪声（P117） 4、2ASK系统的抗噪声性能 （1）相干解调法的抗噪声性能 相干解调法的误码率为 为解调器的输入信噪比；a为 信号振幅， 为噪声功率。 当r1，即大信噪比时，上式可近似表示为 （2）非相
14、干解调法的抗噪声性能 误码率为 结 论： （1)信噪比一定时，相干解调法的抗噪声性能优于非相 干解调法的性能，但在大信噪比时，两者性能相差不大 ；在系统误码率一定时，相干解调法比非相干解调法对 信号的信噪比要求低。 （2）相干解调法需要提取相干载波，而非相干解调法 不需要，可见相干解调法比非相干解调法设备复杂。 （3）一般而言，对于2ASK系统，大信噪比条件下适宜 使用非相干解调法，而小信噪比情况下适宜使用相干解 调。 36 u 2ASK含有较大的载波分量，而载波分量不携带基 带信号的任何内容的，所以2ASK系统的频带利用率 和功率利用率较低。 u2ASK调制是一种线性调制，其信号带宽B2as
15、k 是二进 制基带信号带宽B的2倍。 u对于二进制基带信号而言，周期Ts，频率fs，则码 元速率RB 和信息速率Rb之间的关系： Rb= RB=fs=B 返回目录 5、2ASK的特点： 例：设发送数字信息序列为01101，已知某 2ASK系统的码元速率为1000B，所用载波频 率为2000HZ。 （1）画出相应的2ASK信号的波形图； （2）求2ASK信号的带宽。 38 在实际的数字通信系统中，常常采用多进制 数字调制来提高频带的利用率，实现高速信息 传输。如果用多进制数字基带信号对高频载波 进行调制，就可以得到多进制数字调制信号。 与二进制数字调制类似，它们也可以分为多进 制数字振幅键控（MASK）、多进制数字频率调 制（MFSK）和多进制数字相位调制（MPSK）。 返回目录5、多进制振幅调制简介 ： 计算机学院39 课程总结 1、调制的产生 2、调制的概念 3、数字调制与解调 4、调制的功能 5、2ASK调制的概念 6、2ASK调制的方法：直接相乘法、幅移键控法 7、2ASK的解调：包络解调和相干解调 8、2ASK的特点 9、MASK的概念 数据通信基础 计算机学院40 第13集预告 1、数字频率调制 2、数字相位调制 数据通信基础
