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1、第七章 数字频带传输系统,通信原理,通信原理,主要内容,通信原理,7.1 引 言,数字传输的两种方式：基带传输和频带传输 数字基带传输：直接传输数字基带信号 数字基带信号：来自数据终端的原始数据信号，包含丰富的低频分量，甚至直流分量 数字频带传输：实际信道具有带通传输特性。具有丰富低频成分的数字基带信号不能通过带通信道直接传输，必须将数字基带信号的频谱变为适合信道传输的频谱后(数字调制)，才能在信道中传输，在接收端再将变换后的信号还原为基带信号(数字解调)。这种传输基带信号的方式称为数字频带传输 完成数字频带传输的两个关键过程：调制与解调,通信原理,数字系统模型（调制、解调的位置）,7.1 引
2、 言,.,调制器,模拟调制,数字调制,脉冲载波调制,连续载波调制,单频正弦波,通信原理,7.1 引 言,调制与解调 调制：将基带信号频谱搬移至适合信道频谱进行传输的过程. 解调：调制的逆过程. 调制与解调过程中的信号 调制信号：被搬移频谱的基带信号 已调信号：搬移频谱后得到的信号 载波信号：完成搬移频谱的工具。从原理上说，载波信号的波形可以是任意的，但实际数字通信系统，都选择正弦信号作为载波正弦载波调制,通信原理,7.1 引 言,正弦载波调制 用数字基带信号改变正弦型载波的幅度、频率或相位中的某个参数，产生相应的数字振幅调制、数字频率调制和数字相位调制 数字基带信号为二进制时，相应的三种数字调
3、制信号：振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键控（PSK）,通信原理,主要内容,通信原理,7.2 二进制数字调制与解调原理,若调制信号是二进制数字基带信号时，这种调制称为二进制数字调制。,通信原理,二进制振幅键控（2ASK） Amplitude Shift Keying,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。 二进制振幅键控（2ASK）调制 二进制振幅键控（2ASK）解调,通信原理,二进制振幅键控(2ASK),2ASK信号的产生,发送的二进制符号序列,其中,2ASK信号,通信原理,二进制振幅键控（2ASK）信号,2ASK信
4、号的时域波形,2ASK信号的时间波形随二进制基带信号通断变化，所以又称为通断键控信号（OOK信号）,单极性矩形脉冲序列,t,载波信号,2ASK信号,通信原理,二进制振幅键控（2ASK）信号,2ASK信号产生的两种调制方法：模拟相乘与数字键控,数字键控,模拟相乘,通信原理,二进制振幅键控（2ASK）调制,二进制振幅键控（2ASK）信号 二进制振幅键控（2ASK）信号的频谱,通信原理,二进制振幅键控(2ASK)信号的功率谱密度,实际的S(t)均为随机脉冲序列，在讨论2ASK信号的频谱时，应讨论其功率谱密度。已假设S(t)为单极性脉冲序列，因此：,2ASK调制信号,频谱,S(t)的频谱S()搬移而得
5、,通信原理,二进制振幅键控（2ASK）信号的频谱,二进制振幅键控（2ASK）信号的频谱,传输2ASK信号所需频带,通信原理,2ASK的带宽和频带利用率,通信原理,二进制振幅键控,二进制振幅键控（2ASK）调制 二进制振幅键控（2ASK）解调,通信原理,二进制振幅键控（2ASK）解调,非相干解调(包络检波法) 相干解调(同步检测法),通信原理,非相干解调,非相干解调(包络检波法)方式的接收系统框图,抽样 判决器,通信原理,二进制振幅键控（2ASK）解调,非相干解调(包络检波法) 相干解调(同步检测法),通信原理,相干解调,相干解调(同步检测法)方式的接收系统框图,解调原理：将已调信号e2ASK(
6、t)与相干载波c(t)在相乘器中相乘，然后由低通滤波器输出所需的基带波形。,抽样 判决器,通信原理,解调,假设,相乘器输出,低通滤波器滤除,低通滤波器输出,KC为低通滤波器的电压传输系数,相干条件,满足相干条件下，相干检测器的输出为,通信原理,相干解调,相干解调条件：接收端必须提供一个与2ASK信号的载波保持同频同相的相干载波，否则将会造成解调后的波形失真。 相干载波一般可通过窄带滤波或锁相环路来提取。,通信原理,相干解调波形图,低通滤波,抽样判决,通信原理,7.2 二进制数字调制与解调原理,通信原理,二进制频移键控（2FSK） Frequency Shift Keying,（1）2FSK波形
7、,原始信息,t,2ASK,2FSK,通信原理,(2)2FSK的表达式,2FSK,可分 解成,可见2FSK可看作是2个2ASK信号之和,原始信息,t,通信原理,(2)2FSK的表达式,通信原理,二进制频移键控（2FSK）,二进制频移键控（2FSK）调制 二进制频移键控（2FSK）解调,通信原理,二进制频移键控（2FSK）调制,2FSK调制是数字通信中用得较广得一种方式，用于话音通信（频率低于1200bps）、衰落信道中传输数据等情况。 二进制频移键控（2FSK）信号 二进制频移键控（2FSK）信号的频谱,通信原理,二进制频移键控（2FSK）信号,2FSK信号的产生 二进制移频键控信号可以看成是两
8、个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1，0符号对应于载波频率f2，则二进制移频键控信号的时域表达式为,g(t)为单个矩形脉冲，脉宽为Ts,其中,通信原理,二进制频移键控（2FSK）信号,2FSK信号产生的两种调制方法： 模拟调频 数字键控,通过基带信号控制振荡器中的某一元件数值(例如电容量的大小)来得到不同频率的信号，它产生的两个频率f1和f2在转换时刻的相位是连续的，故这种2FSK信号称为相位连续的2FSK信号。,模拟调频,通信原理,二进制频移键控（2FSK）信号,由于两个频率来自两个振荡源，所以在f1与f2之间的转换瞬间相位不连续。这种方法产生的2
9、FSK信号称为相位不连续的2FSK信号，或相位离散的2FSK信号。,数字键控,通信原理,二进制频移键控（2FSK）调制,二进制频移键控（2FSK）信号 二进制频移键控（2FSK）信号的频谱,通信原理,2FSK的功率谱密度,P2FSK(f)= P1(f) + P2(f),通信原理,频谱分析,通信原理,7.2.2 二进制频移键控（2FSK）,二进制频移键控（2FSK）调制 二进制频移键控（2FSK）解调,通信原理,二进制移频键控（2FSK）解调,常用解调方法： 非相干解调 相干解调 其它解调方法 过零检测法,通信原理,非相干解调（包络检波法）,抽样判决器：判定哪一个输入样值大，此时可以不专门设置门
10、限电平,通信原理,二进制移频键控（2FSK）解调,常用解调方法： 非相干解调 相干解调 其它解调方法 过零检测法,通信原理,2FSK相干解调法,通信原理,二进制移频键控信号的时间波形,输入序列s(t),已调信号,e1(t),e2(t),抽样判决器：判定哪一个输入样值大，此时可以不专门设置门限电平,通信原理,二进制移频键控（2FSK）解调,常用解调方法： 非相干解调 相干解调 其它解调方法 过零检测法,通信原理,其它解调方法过零检测法,该序列与频率变化相对应，代表着调频波的过零点,低通滤波器滤除高次谐波得到,基本思想：数字调频波的过零点数随不同载频而异，故检出零点数可以得到关于频率的差异,通信原
11、理,7.2 二进制数字调制与解调原理,通信原理,7.3 二进制相位键控,正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化，则产生二进制相移键控(2PSK)信号 二进制相位键控信号表达式：,通信原理,二进制相位键控,绝对移相(2PSK) 相对移相(2DPSK) 2PSK信号及2DPSK信号的解调 二进制相位键控信号的功率谱密度,通信原理,绝对移相(2PSK),S(t)实际是取值为1的双极性的矩形脉冲序列，其矩形脉冲宽度为TS。所以可表示为,2PSK表达式,an为双极性,通信原理,绝对移相（2PSK）,若用(n)表示第n个符号的绝对相位，则有,原始信息,t,2PSK,载波,1,0,0,1,1,0,通信原
12、理,绝对移相(2PSK),2PSK信号的两种产生方法（调制方式）： 模拟调制 数字键控,模拟调制,数字键控,通信原理,2PSK的相干解调器,注意: 2PSK只能采用相干解调,因为发”0”或发”1”时,采用相位变化携带信息。 具体地说： 其振幅不变(无法提取不同的包络) 频率也不变(无法用滤波器分开),通信原理,2PSK相干解调框图（与2ASK相干解调基本一样）,只不过低通滤波器的输出是双极性的,低通滤波,抽样判决,通信原理,2PSK的“相位模糊”现象,通信原理,绝对移相（2PSK）,绝对移相2PSK存在的问题“倒”现象 当恢复的相干载波产生180o倒相时，解调出的数字基带信号将与发送的数字基带
13、信号正好是相反，解调器输出数字基带信号全部出错。这种现象通常称为“倒”现象。 由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180o的相位模糊，而且这种模糊不易被发现。所以2PSK信号的相干解调存在随机的“倒”现象 2PSK方式在实际中很少采用。,通信原理,二进制相位键控,绝对移相（2PSK） 相对移相（2DPSK） 2DPSK信号的解调 二进制相位键控信号的功率谱密度,通信原理,相对移相（2DPSK）,二进制差分相位键控(2DPSK)方式的提出 在2PSK信号中，信号相位的变化是以未调正弦载波的相位作为参考，用载波相位的绝对数值表示数字信息，所以称为绝对移相。 为了解决2PSK信号解调过程的“倒”
14、现象，提出了二进制差分相位键控(2DPSK)方式 2DPSK方式中，用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息相对移相,通信原理,相对移相(2DPSK),假设前后相邻码元的载波相位差为,数字信息与之间的关系也可以定义为,通信原理,二进制差分相移键控(2DPSK)调制,各时间点波形,DPSK信号,载波,绝对码,相对码,通信原理,相对移相(2DPSK),2DPSK信号的产生方法 间接法：通常采用的方法，即将绝对码变成相对码后再对其绝对移相. 直接法：主要用微波调相法(用得较少) 2DPSK信号的两种调制电路(用间接法) 模拟调制 数字键控,通信原理,二进制差分相移键控(2DPSK)调制,模拟调
15、制,绝 对 码,相 对 码,2PSK调制,通信原理,二进制差分相移键控(2DPSK)调制,数字键控,绝对码转换为到相对码,通信原理,二进制相位键控,绝对移相（2PSK） 相对移相（2DPSK） 2DPSK信号的解调 二进制相位键控信号的功率谱密度,通信原理,二进制差分相移键控(2DPSK)解调,2DPSK信号解调的两种方式 相干解调(极性比较法) 差分相干解调方式(相位比较法),通信原理,2DPSK解调相干解调,对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。,在解调过程中，若相干载波产生相位模糊，使得解调出的相对码产生倒置现象。但是经
16、过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊度的问题。,通信原理,2DPSK解调相干解调,各时间点波形,b,a,通信原理,二进制差分相移键控（2DPSK）解调,相干解调(极性比较法) 差分相干解调方式(相位比较法),通信原理,2DPSK解调差分相干解调,2DPSK,2DPSK 延迟Tb,低通滤波,1,0,0,1,0,1,1,0,0,1,1,0,通信原理,二进制相位键控,绝对移相（2PSK） 相对移相（2DPSK） 2PSK信号及2DPSK信号的解调 二进制相位键控信号的功率谱密度,通信原理,2PSK和2DPSK的功率谱,由于它们看作是“双极性不归零码”与载波相乘的结果，所以,通信原理,2PSK和2DPSK的功率谱,2(D)PSK的功率谱,双极
