数据通信原理ppt2-3讲述

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1、第三章 数据信号传输 数据通信原理 函授讲义（二）ppt2-3 从第三节 3、多相调相开始 到第四节数据信号的数字传输的结束 1 目 录 第一节 概述 一、数据信号及特性描述 二、传输信道及数据信号传输的基本方法 三、信道容量的概念 第二节 数据信号的基带传输 一、基带传输系统构成模型 二、理想低通网络波形形成，奈奎斯特第一准则 三、具有幅度滚降特性的低通网络波形形成 四、部分响应形成系统 五、数据序列的扰乱与解扰（了解基本概念） 六、数据传输系统中的时域均衡（了解基本概念） 七、数据传输系统中的时钟同步（了解基本概念） 八、基带传输的最佳化和系统性能分析 （不要求） 九、基带数据传输系统及应

2、用 （自学） 2 第三节 数据信号的频带传输 一、频带传输系统 二、数字调幅 三、数字调相 四、数字调频 五、频带传输误码性能分析 （不要求） 六、数字调制中的载波提取和形成 （了解基本概念） 七、格型编码调制（TCM）的概念 （不要求） 八、电话网中应用的几种Modem标准建议的简介 （自学 ） 第四节 数据信号的数字传输 一、数据信号数字传输的概念及特点 二、数字数据传输的实现 三、数字数据的时分复用TDM 四、数字数据传输系统的构成 小结 习题 1、2、4、5、8 3 本 章 要 求 一、考核知识点 1、数据信号的基带传输 2、数据信号的频带传输 3、数据信号的数字传输 二、学习要求 数

3、据信号的传输是实现数据通信的基础。本章是全书的重点， 介绍了数据信号的三种基本传输方法。 本章总的要求是：弄清三种传输方式的基本原理、系统公尺和 各自的基本特点。 本章的重点是：数据信号的波形形成与比特率关系、部分响应 原理、QAM调制、二相四相相对相移、数字频移信号的产生和解 调和数据数字传输的一般原理。 4 第三节 数据信号传输 3、多相调相 在数字相位调制中，比较可以采用二相调制，还可以采用多相 调制，即用多种相位或相位差来表示数字数据信息，分别实现多 相绝对调相和多相相对调相。 具体来说，把输入二进制数据的每 k 个比特编成一组，则构成 所谓的k比特码元。每一个k比特码元都2k 有种不

4、同状态，因而必 须用M= 2k种不同相位或相位差来表示，M相调相。 四相调相，即4PSK 4PSK是用载波的四种不同相位来表征传送的数据信息。 5 如前面学习过的 4QAM一样，在 4PSK 调制中，首先对输入 的二进制数据进行分组， 将二位数字编成一组， 即构成双比特 码元，双比特码元有 22 种组合，即有 22 种不同状态，故可以有 22种不同相位或相位差来表示，故称为四相调相。 习惯上把组成双比特码元的前一信息比特用A代表，后一信息 比特用B代表，并按格雷码排列，以便提高传输的可靠性。 按国际统一标准规定，双比特码元与载波相位的对应关系有两 种，称为方式 A和B方式，它们的对应关系如表3

5、-1所示，它们之 间的矢量关系如图3-52所示。 6 表3-1 双比特码元与 载波相位对应关系 双比特码 元 载波相位 A B A 方式 B方式 0 0 1 0 1 1 0 1 0 90 180 270 225 315 45 135 图3-52 4PSK矢量图 (a)A方式 参考矢量 00 AB 10 11 01 (b)B方式 参考矢量 AB 11 01 00 10 由上表或矢量图都可看出， 4PSK调相信号载波幅度为常数， 其矢量的终点都在一个圆弧上。 并且，两种方式都是把圆弧 360度平均分成了4份，这样双比 特码元AB的四种组合对应的四种矢量之间的相角差都是 90度， 相邻的星点的距离是

6、均匀的，则 4PSK的抗噪声干扰能力最好。 7 4PSK信号可采用调相法（与QAM原理一致）产生。 (a) 4PSK信号原理图 二进制 数字序列 串/并 转化 载波 移相 平衡调制器 平衡调制器 A B + 2PSK 2PSK 输出 (b) 调相法产生 4PSK信号矢量图 A(0) A(1) B(0) B(1) 0010 0111 8 4PSK 信号可以看作两种正交的 2PSK 信号的合成，可用串/并 变换电路将输入的二进制序列依次分为两个并行的序列。 设二进制数字分别以A和B表示，每一对AB成为一个双比特码 元。 双极性的A和B数据脉冲分别经过平衡调制器，对 0相位载波 cosct 和与之正

7、交的载波cos(ct+/2)进行二相调相，得到如图 3- 53(b)所示的四相信号的矢量表示图。 4PSK信号可用两路相干解调器分别解调，而后再进行串/并变 换，变为串行码序列。 图3-54是4PSK解调原理框图。 9 接 收 信 号 相干载波 移相 积分器 积分器 清洗t=T 清洗t=T 取样判决器 取样判决器 定时 t=T 定时 t=T 串/并 转化 A B 输出 在解调图中，上、下两个支路分别是 2PSK 信号解调器，它 们分别用来检测双比特码元中的 A和B 码元，然后通过并/串变 换电路还原为串行数据信息。 10 另外，如在图3-53的串/并变换之前加入一码变换器，把输入数 据序列变换

8、为差分码序列，则即为4DPSK信号产生的原理图；相 应的在图3-54的并/串变换之后再加入一个码反变换器，即把差分 序列变换为绝对码序列，则即为4DPSK信号解调的原理图。实际 中广泛使用的就是4DPSK，可克服相位模糊问题。 八相调相 八相调相中，将输入二元码每三位作为一组，k=3，M=23=8， 即三位二元码的组合共有八种组合，则分别用八种载波相位或相 位差来代表，称为8PSK或8DPSK。 图3-55给出了一种按格雷码次序排列的八相相位变换规则。 11 由矢量图都可看出， 8PSK 调相信号载波幅度为常数，其矢量 的终点都在一个圆弧上，并且，两种方式都是把圆弧 360度平均 分成了8份，

9、这样三比特码元 ABC的八种组合对应的八种矢量之 间的相角差都是 3608=45度，相邻的星点的距离是均匀的，则这 样的安排使4PSK的抗噪声干扰能力最好。 图3-55 八相相位矢量图 000 001 011 010110 111 101 100 参考 相位 12 在上图中，输入的串行二元码经串/并变换产生三路并行二元码 A,B,C，每路的码速是串行码码码速的三分之一。 幅度控制 幅度控制 串/并 数据 二元码 A B C 图3-56 八相调相实现框图 反相 低通 低通 A路 B路 相乘调制 相乘调制 带通 输出 13 0011 图3-57 A,B两路电平 AC 0011 B 1 1 0 0

10、C 1 1 0 0 A,B 为双极性不归零码，用正、 负电平分别表示 “1”和“0”。在送入 相乘调制器前，它们分别通过由 C 码控制的幅度控制电路控制其电平 大小。 A,B两种受C码控制的组合电平示 意图如图3-57所示。A,B两路电平的 正、负取决于A,B码的“1”和“0”。 需要说明的是，图3-57还是A 、B 两路调制后的载波信号的幅 度大小和极性， A、B 两路调制后的信号通过加法器加起来就合 成了如图3-55所示的八种不同相位的矢量之一。 14 000 001 011 010110 111 101 100 参考 相位 01001011 AC 01 BC 10 11 00 ABC 1

11、01 011 注意：横向和纵向矢 量中，始终一长一短 110 在图3-56中，在输入的串/并变换之前加入差分码变换电路，则 即为8DPSK。 八相调相信号的解调也是采用相干解调，如图3-58所示。 15 根据矢量图，AB二位码只要用相互正交的载cosct和cos(ct+/2)与 接收信号相乘即可获得，低通滤波器的作用是滤出对 2fc的调制产 物，其输出取样值为正值时判为“1”，负值时判为“0”。与4QAM解 调的工作原理和过程都基本相同，只是取样值的大小有两种。 带通 低通 低通 低通 低通 取样判决 取样 取样 取样判决 判决 串/并 A 路 B 路 C 路 数据 二元码 16 低通 低通取

12、样 取样 判决 C 路 M点 N点 000 001 011 010110 111 101 100 参考 相位 由右边的矢量图可见，红色的四个矢量的C码为“1”，而蓝色的 四个矢量的C码为“0”。 又看左图，解调C码用载波分别是： 和 它们也是互相正交的相干载波，它们相位差为90度，具体见图 。 17 当夹角小于90度时，数量积是正值，当夹角大于90度时，数量 积是负值。 相干解调后的取样值是正是负可以由矢量数学的方法来推导 ，相干解调就是求两个矢量的数量积，公式是： A B O O B A 18 根据上面的公式可得：矢量图中左边的两个红色矢量(即111和 101)与两个载波的夹角小于90度，它

13、们的数量积都该是正值，所 以解调的结果，即左图中上下取样器输出点M和N的电压都是正 值。 同样右边的两个红色矢量(即011和001)与两个载波的夹角大于 90度，它们的数量积都该是负值，所以解调的结果，即左图中上 下取样器输出点M和N的电压都是负值。 因此，当左图中上下取样器输出点M和N的电压都是正值或负 值时，判决C码为“1”。 低通 低通取样 取样 判决 C 路 M点 N点 000 001 011 010110 111 101 000 参考 相位 19 与上页一样， 根据上面的公式可得：矢量图中上边的两个蓝色 矢量 (即010和110) 与两个载波的夹角是一个小于90度，另一个大 于 90

14、度，它们的数量积是一正一负，所以解调的结果，即左图中 上下取样器输出点M和N的电压是一正一负值（例如对110矢量解 调的结果是上支路 M点是正电压；而下支路 N点是负电压）。 同样下边的两个蓝色矢量 (即000和100)与两个载波的夹角一个 小于90度，另一个大于90度，它们的数量积也是一正一负，所以 解调的结果，即左图中上下取样器输出点 M和 N的电压也是一正 一负。 低通 低通取样 取样 判决 C 路 M点 N点 000 001 011 010110 111 101 000 参考 相位 20 因此，当左图中上下取样器输出点M和N的电压是一正一负时， 判决C码为“0”。 最后将A,B,C三路

15、并行的二进制数据序列经并/串变换电路变换 ，即可恢复为一路的原串行的数据序列。 如发送端是 8DPSK 信号，则需要在图3-58中 8PSK解调电路 的 并/串 变换之后再加一个 差分码/绝对码 的码变换电路即可为 8DPSK信号的解调电路。 21 4、多相调相的频带利用率 M越大，频带利用率越高，但多相调相时，M越大，已调载波 信号的相位差也就越小，接收端在噪声干扰下越容易判错，使可 靠性下降。还可以证明16PSK的抗噪声性能要比16QAM差。 所以实际中，对调相方式一般不采用16PSK，采用4PSK和8PSK 较多。 5、数字调幅调相APK 前述讨论中曾讨论了采用多进制调制方式， 用以提高频带利用 率，如 MPSK 方式。 多相调相MQAM传输数码的比特率一样，按前面的分析它也应 与MQAM占有相同的频谱宽度。所以频带利用率也一样，其公式 也完全一