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1、2020/8/12,6.1 基带数据信号及其频谱特性 6.1.1 数据序列的电信号表示 6.1.2 二进制基带数据信号的频谱特性6.2 数字调制技术 6.2.1 二值幅移键控(2ASK) 6.2.2 二值频移键控(2FSK) 6.2.3 二值相移键控(2PSK) 6.2.4 多值数字调制与MPSK 6.2.5 差分相移键控2DPSK与4DPSK 6.2.6 数字调制系统的性能6.3 扩展频谱技术 6.3.1 直接序列扩展频谱(DSSS) 6.3.2 跳频扩频(FHSS) 6.3.3 混合扩频系统,2020/8/12,6.1 基带数据信号及其频谱特性,所谓基带（Baseband）是指没有经过调制
2、变换的信号所占有的频带。一般说来，基带信号指那些信号频谱从零频率（直流）开始，或者说信号的最高频率与最低频率之比远远大于1的信号。象音频信号（通常认为其频带为从零频到几KHZ）、视频信号（通常认为其频带为从零频到几MHZ）属于模拟基带信号，而常说的二进制（或多进制）信号属于数字基带信号。 数字基带信号实际上就是数据序列的电信号表示。许多有线网络中都是直接传输数字基带信号。这样传输的系统称为基带传输系统。,2020/8/12,6.1 基带数据信号及频谱特性,6.1.1 数据序列的电信号表示,图6.1 常见数据序列的电信号表示举例（水平：时间t，垂直：幅度v）,2020/8/12,6.1 基带数据
3、信号及频谱特性,6.1.2 二进制基带数据信号的频谱特性,图6.2 基带（二进制）数据信号的一般表示波形,表示“1”的电信号，以概率（1-P）出现。,表示“0”的电信号，以概率P出现。,2020/8/12,6.1.2 二进制基带数据信号的频谱特性,基带数据信号s（t）的功率谱密度为：,1 基带数据信号的频谱一般由连续谱和离散谱两部分组成。连续谱总是存在的，但有的情况下可以没有离散谱。例如对双极性信号，由于g0（t）= g1（t），当P =（1-P）= 0.5 时，不存在离散谱。 2 基带数据信号的频谱的结构（幅度、宽度、形状等）与采用的代表数据“0”和“1”的电符号（码元）g0（t）与g1（t
4、）的形状（可决定G0（f）和G1（f）有关；和输出数据符号的速率fs （或码宽Ts）有关；和两种符号g0（t）与g1（t）的出现概率（P与1-P）有关。,2020/8/12,6.1.2 二进制基带数据信号的频谱特性,图6.1中（a）（b）（c）和（d）四种基带数据信号的功率谱密度分别是：,功率谱密 度图形,2020/8/12,6.1.2 二进制基带数据信号的频谱特性,图6.1中（a）（b）（c）和（d）四种基带数据信号的功率谱密度图形：,图6.3 几种常见数据信号的功率谱密度（单位：W/Hz）示意图,2020/8/12,几种数据基带信号的频率成分都集中在低频段，且功率谱密度随着频率的升高而减小
5、。频谱包络有呈现周期性（脉冲宽度的倒数）的零点，通常认为从零频率（直流）到频谱第一个零点处的频段内包含了信号绝大部分能量，从而把这一频段定义为基带数据信号的带宽，用符号Bb表示，单位为赫兹（Hz）。,6.1.2 二进制基带数据信号的频谱特性,基带数据信号可以在有线媒体（如双绞线、同轴电缆、光纤等）中直接进行传输，这样的系统被称作基带传输系统。但是，由于基带数据信号含有很低的频率成分，这些低频成分对应极长的波长（波长= c/f ，c为电信号每秒钟的传播距离，f为信号频率 ），不适于在无线媒体中传输（除非有和信号波长相当长度的天线，如/4天线）。,2020/8/12,6.2 数字调制技术,数字调制
6、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。,图6.4 频带传输系统结构模型,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。,2020/8/12,6.2 数字调制技术,6.2.1 二值幅移键控
7、(2ASK),图6.5 基带数据信号s（t）与2ASK信号m（t）的波形示意图,可以看出，2ASK信号可以看作二进制基带数据序列信号s（t）和一个高频载波cos2fc t 相乘的结果。即 m（t）= s（t）cos2fc t （64） 其中 是一个单极性基带数据序列信号。,一.2ASK信号的波形与频谱,2020/8/12,6.2.1 二值幅移键控(2ASK),可以证明已调2ASK信号m（t）的功率谱密度Pm（f）可通过Ps（f）应用频移定理而获得，即有,，- f （68）,图6.6基带数据s（t）与2ASK信号m（t）的功率谱密度示意图,2ASK信号的带宽B2ASK = 2 fs （Hz），是
8、基带数据信号s（t）带宽Bb的两倍（注意计算带宽只考虑正频率部分），称作双边带信号，相应地把这种调制称为双边带调制。,一.2ASK信号的波形与频谱,2020/8/12,6.2 数字调制技术,6.2.1 二值幅移键控(2ASK),二.2ASK信号的产生与解调,图6.7 2ASK信号的产生与解调原理框图,2020/8/12,6.2 数字调制技术,6.2.2 二值频移键控(2FSK),一.2FSK信号的波形与频谱,图6.8 基带数据s（t）与2FSK信号m（t）的波形示意图,2020/8/12,6.2.2 二值频移键控(2FSK),一.2FSK信号的波形与频谱,图6.9 基带数据s（t）与2FSK信
9、号m（t）的功率谱密度（单边）示意图,2020/8/12,6.2 数字调制技术,6.2.2 二值频移键控(2FSK),二.2FSK信号的产生与解调,图6.10 2FSK信号的产生（调制器）原理框图,2020/8/12,6.2 数字调制技术,6.2.2 二值频移键控(2FSK),二.2FSK信号的产生与解调,（a） 同步（相干）解调,（b） 鉴 频 器 解 调,图6.11 2FSK信号的解调（解调器）原理框图,2020/8/12,6.2 数字调制技术,6.2.3 二值相移键控(2PSK),一.2PSK信号的波形与频谱,图6.12(a) 基带数据s（t）与2PSK信号m（t）的波形,2PSK信号m
10、（t）是双极性基带数据信号s（t）和高频载波cos2fct （图中实际是sin2fct）相乘的结果。,2020/8/12,6.2.3 二值相移键控(2PSK),一.2PSK信号的波形与频谱,图6.12（b）基带数据s（t）与2PSK信号m（t）的功率谱密度（双边）,2020/8/12,6.2 数字调制技术,6.2.3 二值相移键控(2PSK),二.2PSK信号的产生与解调,图6.13 2PSK信号的产生与解调原理框图,2020/8/12,6.2 数字调制技术,6.2.4 多值数字调制与MPSK,一. 多值数字调制原理,在M进制（设M=2K）基带传输系统中，信源输出的每K=log2M位二进制数据
11、（Kbit信息）可用一个M进制传输符号（码）来传输。若信源数据速率仍为Rbit/s, 则传输的码元速率就是fs = R/K波特，占用频带为R/K Hz，频带利用率为Kbit/sHz。 一般说来，一个M进制系统的频带利用率要比二进制系统提高log2M倍，或者可以说对于一定的信源数据速率（常称信息速率，单位bit/s），M进制系统会比二进制系统节省大约log2M倍的占用频带宽度。,2020/8/12,6.2.4 多值数字调制与MPSK,一. 多值数字调制原理,图6.14 多值（M=4）数字调制的波形示意图,MASK和MFSK应用较少，MPSK应用较多。,2020/8/12,6.2 数字调制技术,6
12、.2.4 多值数字调制与MPSK,二. MPSK信号的矢量表示,（a）4PSK（QPSK）,（b） 8PSK（B方式）,图6.15 4PSK（QPSK）与8PSK信号的矢量图表示,A方式,B方式,B方式,2020/8/12,6.2 数字调制技术,6.2.4 多值数字调制与MPSK,三. 4PSK（QPSK）信号的产生与解调,图6.16 B方式4PSK（QPSK）调制实现框图,2020/8/12,6.2 数字调制技术,6.2.4 多值数字调制与MPSK,三. 4PSK（QPSK）信号的产生与解调, 当a, b= 00 时，调制器输出信号为 （617a） 当a, b= 01 时，调制器输出信号为
13、（617b） 当a, b= 11 时，调制器输出信号为 （617c） 当a, b= 10 时，调制器输出信号为 （617d）,2020/8/12,6.2 数字调制技术,6.2.4 多值数字调制与MPSK,三. 4PSK（QPSK）信号的产生与解调,图6.17 B方式4PSK（QPSK）解调实现框图,4PSK信号的频带宽度是四进制数据符号速率的两倍（双边带调制），或者说是串/并变换电路输出的二元码速率的两倍，而不是信源输出二进制数据速率的两倍。由于二元码（或四进制码）速率比信源二进制码的速率降低了一倍，尽管是双边带调制，4PSK仍可作到1bit/sHz的频带利用率。,2020/8/12,6.2
14、数字调制技术,6.2.5 差分相移键控2DPSK与4DPSK,2PSK和4PSK都是把基带数据信息承载在输出载波的绝对相位上。如2PSK中,基带数据信号为“1”时,输出载波相位=0；基带数据信号为“0”时,输出载波相位= 。这样的相位调制称为“绝对调相”。绝对调相时，须要求接收端的本地载波和发送端的调制载波同频率和同相位。事实上，接收端从接收PSK信号中提取本地载波，电路提取的本地载波和发送载波同频率一般没有问题，但本地载波(以2PSK为例)有可能与发送端的调制载波反相位，称为倒现象。发生倒的本地载波使得解调出的数据信号发生“0”和“1”的互换，而接收方并不知道，从而出现解调数据的错误。 解决
15、上述问题的方法就是采用差分相位调制，又称“相对调相”，如2DPSK、4DPSK等。无线局域网的物理层标准中就建议了这种调制方式。,2020/8/12,6.2 数字调制技术,6.2.5 差分相移键控2DPSK与4DPSK,一. 2DPSK信号的产生与解调, 当输入基带数据信号为“0”时，输出载波产生相位变化= 0 ； 当输入基带数据信号为“1”时，输出载波产生相位变化= 1 。 通常使用的方式有: A方式（0 = 0 ，1 =） B方式（0 = /2 ，1 = -/2）,图6.18 2DPSK信号的波形示意图,2020/8/12,6.2.5 差分相移键控2DPSK与4DPSK,一. 2DPSK信
16、号的产生与解调,图6.19 2DPSK信号的产生与解调原理框图,2020/8/12,6.2.5 差分相移键控2DPSK与4DPSK,二. 4DPSK信号的产生与解调,2020/8/12,6.2.5 差分相移键控2DPSK与4DPSK,二. 4DPSK信号的产生与解调,图6.21 4DPSK（DQPSK）系统中的码变换电路,2020/8/12,6.2.5 差分相移键控2DPSK与4DPSK,二. 4DPSK信号的产生与解调,2020/8/12,6.2.5 差分相移键控2DPSK与4DPSK,二. 4DPSK信号的产生与解调,图6.22 4DPSK（DQPSK）调制与解调实现原理框图,2020/8/12,6.2 数字调制技术,6.2.6 数字调制系统的性能,一. 数字调制系统的带宽与频带利用率,2020/8/12,6.2 数字调制
