《计算机网络通信技术第03章 调制解调和多路复用技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络通信技术第03章 调制解调和多路复用技术（97页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第03章章 调制解调和多路复用技术调制解调和多路复用技术第第03章章 调制解调和多路复用技术调制解调和多路复用技术内容提要内容提要：pp调制与解调调制与解调调制与解调调制与解调pp基带传输基带传输基带传输基带传输pp频带传输频带传输频带传输频带传输ppPSKPSK、FSKFSK、ASKASKpp多路复用技术多路复用技术多路复用技术多路复用技术调制和解调调制和解调 在计算机与打印机之间的在计算机与打印机之间的近距离近距离数据数据传输、在局域网和一些域域网中计算机间传输、在局域网和一些域域网中计算机间的数据传输等都是基带传输。的数据传输等都是基带传输。 基带传输实现简单，但传输距离受限。基带传输
2、实现简单，但传输距离受限。 调制和解调调制和解调 频频频频带带带带传传传传输输输输：指指指指数数数数据据据据信信信信号号号号在在在在送送送送入入入入信信信信道道道道前前前前，要要要要对对对对其其其其进进进进行行行行调调调调制制制制，实实实实现现现现频频频频率率率率搬搬搬搬移移移移，通通通通过过过过功功功功率率率率放放放放大大大大等等等等环节后再送入信道传输的一种传输方式。环节后再送入信道传输的一种传输方式。环节后再送入信道传输的一种传输方式。环节后再送入信道传输的一种传输方式。 普普普普通通通通家家家家庭庭庭庭用用用用户户户户，通通通通过过过过调调调调制制制制解解解解调调调调器器器器与与与与电
3、电电电话话话话线线线线连连连连接上网就是频带传输方式。接上网就是频带传输方式。接上网就是频带传输方式。接上网就是频带传输方式。 基带数据传输系统的模型基带数据传输系统的模型 . 发送滤波器：来自发送滤波器：来自DTE的数据脉冲变换成适应信道传输的基带信号，同时的数据脉冲变换成适应信道传输的基带信号，同时对信号的频带加以限制。对信号的频带加以限制。. 信道：信号的通路，可以是双绞线、光纤及其他广义信道。信道：信号的通路，可以是双绞线、光纤及其他广义信道。. 接收滤波器：接收信道传来的信号，限制带外噪声进入接收端。接收滤波器：接收信道传来的信号，限制带外噪声进入接收端。.抽样判决器：带有噪声的数据
4、波形恢复成标准的数据基带信号抽样判决器：带有噪声的数据波形恢复成标准的数据基带信号。 1理想基带传输系统n n 理理理理想想想想基基基基带带带带传传传传输输输输系系系系统统统统的的的的传传传传输输输输特特特特性性性性具具具具有有有有理理理理想想想想低低低低通通通通特特特特性，其传输函数为性，其传输函数为性，其传输函数为性，其传输函数为理想基带传输系统理想基带传输系统数据信号的频带传输数据信号的频带传输 n n数据信号：基带传输、频带传输。数据信号：基带传输、频带传输。 n n频带传输系统组成频带传输系统组成 n n传输语音为主的模拟信道，不能传输基带数传输语音为主的模拟信道，不能传输基带数据信
5、号，对信号变换（调制）才能传输，即据信号，对信号变换（调制）才能传输，即要采用频带传输（收端采用相反的过程）。要采用频带传输（收端采用相反的过程）。信号的远距离传输信号的远距离传输可能存在的问题可能存在的问题可能存在的问题可能存在的问题n n 在在远远程程串串行行通通信信中中，应应使使用用通通信信电电缆缆，从从成本角度考虑通常使用电话线作为传输线。成本角度考虑通常使用电话线作为传输线。n n 串串行行通通信信中中，传传输输的的数数字字信信号号（方方波波脉脉冲冲序序列列）要要求求通通信信媒媒介介（如如电电缆缆、双双绞绞线线）必必须须有有比比方方波波本本身身频频率率更更宽宽的的频频带带，否否则则高
6、高频频分分量量将被滤掉，使方波出现毛刺而变形。将被滤掉，使方波出现毛刺而变形。信号的远距离传输信号的远距离传输可能存在的问题可能存在的问题可能存在的问题可能存在的问题n n 在在短短距距离离通通信信时时，用用连连接接电电缆缆直直接接传传送送数字信号，问题不十分严重；数字信号，问题不十分严重；n n 在在远远距距离离通通信信时时，常常是是利利用用电电话话线线传传送送信息，电话线频带很窄，约信息，电话线频带很窄，约303000Hz。电话线的频带图电话线的频带图（窄）（窄）（窄）（窄） n n数据信号并不能沿导线传输任意长的距离数据信号并不能沿导线传输任意长的距离数据信号并不能沿导线传输任意长的距离
7、数据信号并不能沿导线传输任意长的距离n n信号功率在经过一段距离后会逐渐减弱信号功率在经过一段距离后会逐渐减弱信号功率在经过一段距离后会逐渐减弱信号功率在经过一段距离后会逐渐减弱传输不同频率的波形图传输不同频率的波形图传输线上的电容对不同频率脉冲影响的波形图数字信号通过电话线传送产生畸变数字信号通过电话线传送产生畸变噪声的影响长距离传输系统的波形长距离传输系统的波形 n n 正弦波信号能比其他信号传播得更远，这一正弦波信号能比其他信号传播得更远，这一正弦波信号能比其他信号传播得更远，这一正弦波信号能比其他信号传播得更远，这一性质形成了绝大多数长途通信系统的基础。性质形成了绝大多数长途通信系统的
8、基础。性质形成了绝大多数长途通信系统的基础。性质形成了绝大多数长途通信系统的基础。n n 远距离传输的信号加在一个正弦波信号上，比远距离传输的信号加在一个正弦波信号上，比远距离传输的信号加在一个正弦波信号上，比远距离传输的信号加在一个正弦波信号上，比该信号直接在线路上传输的距离要远得多。该信号直接在线路上传输的距离要远得多。该信号直接在线路上传输的距离要远得多。该信号直接在线路上传输的距离要远得多。 电话线传送的数据电话线传送的数据（通过（通过（通过（通过 ModemModem） 调制器和解调器调制器和解调器 n n调制器（调制器（调制器（调制器（modulatormodulator）：）：）
9、：）： 将信号依附于载波的技术称为将信号依附于载波的技术称为调制，调制载波以进行传输的硬件设备称。调制，调制载波以进行传输的硬件设备称。n n解调器（解调器（解调器（解调器（demodulatordemodulator）：）：）：）： 将信号由所依附的载波上分将信号由所依附的载波上分离出来的技术称为解调，接收载波并获取信号的硬件设备。离出来的技术称为解调，接收载波并获取信号的硬件设备。 n n 远程数据传输要求：远程数据传输要求：远程数据传输要求：远程数据传输要求：在线路的一端有一个调制器，另一在线路的一端有一个调制器，另一端有一个解调器。端有一个解调器。利用电话线进行信息传输利用电话线进行信
10、息传输使用拨号调制解调器使用拨号调制解调器使用电话系统的拨号调制解调器示意图利用电话线进行信息传输利用电话线进行信息传输利用电话线进行信息传输利用电话线进行信息传输三种基本数字调制方式三种基本数字调制方式 高频载波的参数有幅度、频率和相位pp 幅移键控（ASK）pp 频移键控（FSK）pp 相移键控（PSK） 按照对数字信号的调制技术按照对数字信号的调制技术MODEM MODEM 也可分为三类：也可分为三类： （1）频移键控（）频移键控（FSK）型型（2）相移键控（）相移键控（PSK）型型（3）相幅调制（）相幅调制（PAM）型型 MODEM的分类方法之间关系如图之间关系如图（1 1）应答式应答
11、式MODEMMODEM的发送器的发送器 低低低低速速速速MODEMMODEM均均均均采采采采用用用用FSKFSK调调调调制制制制技技技技术术术术，即即即即采采采采用用用用两种不同的音频信号来调制数字信号。两种不同的音频信号来调制数字信号。两种不同的音频信号来调制数字信号。两种不同的音频信号来调制数字信号。n n“ “0 0 0 0” ”和和和和“ “1 1 1 1” ”。调制频率的分配是：。调制频率的分配是：。调制频率的分配是：。调制频率的分配是：n n1070107010701070HzHzHzHz发送空号（逻辑发送空号（逻辑发送空号（逻辑发送空号（逻辑0 0 0 0）n n12701270
12、12701270HzHzHzHz发送传号（逻辑发送传号（逻辑发送传号（逻辑发送传号（逻辑1 1 1 1） MODEMMODEM的调制原理 调制原理n n 两两两两个个个个调调调调制制制制信信信信号号号号分分分分别别别别由由由由两两两两个个个个振振振振荡荡荡荡器器器器产产产产生生生生，被被被被调调调调制制制制数数数数字字字字信信信信号号号号由由由由RSRS232C232C总线送来。总线送来。总线送来。总线送来。n n 调调调调制制制制后后后后的的的的模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号由由由由运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器组组组组合合合合后后后后沿沿沿沿着着着着公公公公用用用用电电电电话话
13、话话线线线线发发发发送送送送出去。出去。出去。出去。n n 当当当当RS-232CRS-232C的的的的TXDTXD线线线线为为为为-12V-12V（逻逻逻逻辑辑辑辑1 1）时时时时，电电电电子子子子开开开开关关关关1 1开开开开启启启启（电电电电子子子子开开开开关关关关2 2断断断断开开开开），故故故故一一一一串串串串12701270HzHz脉脉脉脉冲冲冲冲便便便便可可可可经经经经运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器OAOA后输出传号脉中（逻辑后输出传号脉中（逻辑后输出传号脉中（逻辑后输出传号脉中（逻辑1 1）；当）；当）；当）；当RS-232CRS-232C的的的的TXDTXD线为线为
14、线为线为1212V V（2）应答式应答式MODEMMODEM的接收器的接收器 n nMODEMMODEM在在在在次次次次通通通通道道道道上上上上接接接接收收收收对对对对方方方方发发发发来来来来的的的的模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号，模拟信号的两种频率和主通道不同。通常为：模拟信号的两种频率和主通道不同。通常为：模拟信号的两种频率和主通道不同。通常为：模拟信号的两种频率和主通道不同。通常为：n n2 0252 025HzHz接收空号（逻辑接收空号（逻辑接收空号（逻辑接收空号（逻辑0 0）n n2 2252 225HzHz接收传号（逻辑接收传号（逻辑接收传号（逻辑接收传号（逻辑1 1）n n对对
15、对对方方方方MODEMMODEM发发发发来来来来的的的的由由由由上上上上述述述述频频频频率率率率调调调调制制制制的的的的模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号由电话传输到接收器的。由电话传输到接收器的。由电话传输到接收器的。由电话传输到接收器的。MODEMMODEM的接收器解调的接收器解调 频带传输系统频带传输系统n n频带传输系统的组成如图图3 31717所示，它主要由调制器、解调器、信道、滤波器和抽样判决器组成。 调制解调技术调制解调技术n n 在在在在频频频频带带带带系系系系统统统统中中中中，调调调调制制制制器器器器、解解解解调调调调器器器器是是是是核核核核心心心心，调调调调制制制制解解解解调
16、技术也是通信学科中的关键技术和重要内容。调技术也是通信学科中的关键技术和重要内容。调技术也是通信学科中的关键技术和重要内容。调技术也是通信学科中的关键技术和重要内容。n n 在在在在频频频频带带带带系系系系统统统统中中中中还还还还有有有有功功功功率率率率放放放放大大大大器器器器、混混混混频频频频器器器器、馈馈馈馈线线线线系系系系统统统统、天天天天线线线线等等等等部部部部分分分分，这这这这些些些些部部部部分分分分从从从从原原原原理理理理角角角角度度度度看看看看对对对对信信信信号号号号不不不不会会会会产生有本质变化，不列在频带系统中。产生有本质变化，不列在频带系统中。产生有本质变化，不列在频带系统
17、中。产生有本质变化，不列在频带系统中。 调制解调技术调制解调技术（2 2）n n 数数数数据据据据信信信信号号号号的的的的调调调调制制制制是是是是指指指指利利利利用用用用数数数数据据据据信信信信号号号号来来来来控控控控制制制制一一一一定定定定形式高频载波的参数形式高频载波的参数形式高频载波的参数形式高频载波的参数，以实现其，以实现其，以实现其，以实现其频率搬移频率搬移频率搬移频率搬移的过程。的过程。的过程。的过程。n n 高高频频载载波波的的的的参参参参数数数数有有有有幅幅度度、频频率率和和相相位位，因因因因此此此此，就就就就形形形形成成成成了了了了幅幅移移键键控控（ASKASK）、频频移移键
18、键控控（FSKFSK）和和和和相移键控相移键控（PSKPSK）三种基本数字调制方式。三种基本数字调制方式。三种基本数字调制方式。三种基本数字调制方式。幅移键控幅移键控（ASK）（）（ 1.定义定义 ） n n 幅移键控幅移键控幅移键控幅移键控（ASKASK， Amplitude Shift Keying Amplitude Shift Keying）又称又称又称又称幅度键控幅度键控幅度键控幅度键控，它是利用数字信号来控制一定形式高频载波的幅度参数，以它是利用数字信号来控制一定形式高频载波的幅度参数，以它是利用数字信号来控制一定形式高频载波的幅度参数，以它是利用数字信号来控制一定形式高频载波的幅
19、度参数，以实现其调制的一种方式。实现其调制的一种方式。实现其调制的一种方式。实现其调制的一种方式。n n 二进制信号，称为二进制信号，称为二进制信号，称为二进制信号，称为二进制幅移键控（二进制幅移键控（二进制幅移键控（二进制幅移键控（2 2ASKASK）；）；）；）；是多进制是多进制是多进制是多进制（MM进制），称为多进制幅移键控（进制），称为多进制幅移键控（进制），称为多进制幅移键控（进制），称为多进制幅移键控（MASKMASK）。）。）。）。若进制数若进制数若进制数若进制数MM趋于非常大非常大（无穷大），则此时趋于非常大非常大（无穷大），则此时趋于非常大非常大（无穷大），则此时趋于非常大非
20、常大（无穷大），则此时MASKMASK数字信号就变数字信号就变数字信号就变数字信号就变成了成了成了成了AMAM模拟信号。模拟信号。模拟信号。模拟信号。 2实现逻辑 n n 数数据据信信号号d d（t t）控控制制开开关关的的通通断断。1 1信信号号时时开开关关S S合合上上，让让载载波波通通过过；0 0信信号号时时开开关关S S断断开开，载载波波不不能能通通过过。这这种种通通过过开开关关的的通通断断达达到到载载波波的的有有无无（实实质质上上是是改改变变载载波波的的幅幅度度）所形成的信号也叫所形成的信号也叫 OOKOOK（OnOnoff Keyingoff Keying）信号。信号。 3波形n
21、n 由定义和实现逻辑都可画出由定义和实现逻辑都可画出2ASK信信号的波形，如图所示。号的波形，如图所示。 谱密度n n谱密度为谱密度为：n n 二二进进制制幅幅移移键键控控信信号号功功率率谱谱密密度度如如图图所所示示。从从图图中中可可以以求求出出信信号号的的频频带带宽宽度度，数数字字信信号号的的带带宽宽度度通通常常定定义义为为谱谱幅幅度度从从最最大大值值下下降降到到第第一一个个点点处处的的宽宽度。度。n n 因此因此2 2ASKASK的频带宽度为的频带宽度为n n B B2ASK2ASK=2=2 b b谱密度谱密度( (频带传输系统的频带利用率与基带系统相比是较低的频带传输系统的频带利用率与基
22、带系统相比是较低的频带传输系统的频带利用率与基带系统相比是较低的频带传输系统的频带利用率与基带系统相比是较低的) ) 5信号的产生信号的产生（调制） 2ASK信号的产生（调制）有两类方法n n一类是把数字信号看成是一种特殊的模拟信号一类是把数字信号看成是一种特殊的模拟信号，用模拟的方法实现n n另一类用键控的方法实现另一类用键控的方法实现n n这这两两类类方方法法的的原原理理方方框框图图分分别别如如图图3 3- -2121（a a）和和（b b）所所示示。图图中中BPFBPF是是带带通通滤滤波波器器，其其作作用用是是让让信信号号顺顺利利通通过过，同同时时抑抑制制谐谐波波；方方框框 c c表表示
23、示频频率率为为 c c的的载波源。载波源。 信号的产生信号的产生（调制）n n用用用用模模模模拟拟拟拟法法法法产产产产生生生生2 2ASKASK信信信信号号号号时时时时，数数数数据据据据信信信信号号号号一一一一定定定定要要要要是是是是单单单单极极极极性性性性不不不不归归归归零零零零形形形形式式式式的的的的信信信信号号号号，否否否否则则则则不不不不能能能能产产产产生生生生出出出出2 2ASKASK信号信号信号信号 调制调制产生产生2 2ASKASK信号的信号的具体电路具体电路 6信号的接收（解调） n n2 2ASKASK信号的接收有两类方法：n n相干接收法相干接收法n n和非相干接收法和非相
24、干接收法图中图中，LEDLED为线性包络检波器，为线性包络检波器，输出的波形是输入高频信号的包络；输出的波形是输入高频信号的包络；BPFBPF常用匹配滤波器代替常用匹配滤波器代替 LPFLPF为低通滤波器为低通滤波器， 相干接收法相干接收法( ( ( (叫同步法叫同步法叫同步法叫同步法)()()()(理解理解理解理解) ) ) ) 非相干接收法非相干接收法( ( ( (工作原理可以用各点波形加以描述工作原理可以用各点波形加以描述工作原理可以用各点波形加以描述工作原理可以用各点波形加以描述) ) ) ) 包络检波法包络检波法 和相干解调法是数字调制系统中通用的两类接收方法和相干解调法是数字调制系
25、统中通用的两类接收方法 由于由于2 2ASKASK信号是用幅度携带数字信号信号是用幅度携带数字信号1 1和和0 0的，的，振幅调制一般振幅调制一般不容易抗衰落，传输距离不容易抗衰落，传输距离受限制受限制。2 2ASKASK常用于数据传输速率常用于数据传输速率较低较低的场合。的场合。 频移键控频移键控（FSK）1 1定义定义 n n 频频频频移移移移键键键键控控控控（FSKFSK，Frequency Frequency Shift Shift KeyingKeying）是是利利用用数数字字信信号号控控制制一一定定形形式式高高频频载载波波的的频频率率参参数数以以实实现现调调制制的的一一种方法。种方
26、法。n n调制信号是二进制信号，为二进制频移键控调制信号是二进制信号，为二进制频移键控（2 2FSKFSK）；n n若是若是MM进制信号，则称为进制信号，则称为MM进制频移键控进制频移键控（MFSKMFSK）。）。n n频频移移键键控控与与模模拟拟调调制制的的调调频频（FMFM）相相对对应应，当当MFSKMFSK的的进进制数制数MM时，时，MFSKFMMFSKFM。2实现逻辑实现逻辑 n n2 2FSKFSK信号的实现逻辑如图所示。信号的实现逻辑如图所示。n n原理同原理同2 2ASKASK信号一样，数据信号控制开关信号一样，数据信号控制开关S S。pp对对“ “1 1” ”信号，信号，S S
27、接在载波接在载波 c1c1端，让频率为端，让频率为 c1c1的载波通过；的载波通过；pp对对“ “0 0” ”信号，信号，S S接在载波接在载波 c0c0上，让其通过。上，让其通过。pp这样，这样，“ “1 1” ”和和“ “0 0” ”信号用两个不同频率的载波来表征。信号用两个不同频率的载波来表征。 3.3.FSK信号波形信号波形 n nFSKFSK信号波形的特点是幅度恒定不变，在每个码元周期内只有频率的变化信号波形的特点是幅度恒定不变，在每个码元周期内只有频率的变化 4谱特性 n n2 2FSKFSK信号的时域表达式也有两种表示方法：信号的时域表达式也有两种表示方法： 式式中中g g（t
28、t）为为宽宽度度为为T Tb b的的矩矩形形脉脉冲冲， n n表表示示a an n的的非非，（即即a an n1 1和和0 0时时， n n0 0和和1 1。为为了了方方便便，表表达达式式中中认认为为高高频频载载波波的的起起始相位为零。始相位为零。 2FSK信号的信号的功率密度功率密度n n2FSK信号系统频带利用率比较低。信号系统频带利用率比较低。 5调制调制2 2FSKFSK信号的产生两类产生方法信号的产生两类产生方法信号的产生两类产生方法信号的产生两类产生方法n n模拟调制的方法模拟调制的方法：它是直接把数据信号：它是直接把数据信号 d d（t t）加到调频器上而加到调频器上而产生产生
29、2 2FSKFSK信号。这种方法对信号。这种方法对 d d（t t）的要求是只要不归零，单、的要求是只要不归零，单、双极性信号都可以。用调频器产生的双极性信号都可以。用调频器产生的2 2FSKFSK信号通常都是相位信号通常都是相位的信号。的信号。n n方法是键控法方法是键控法：它是用数据信号来控制两个门电路，这两个它是用数据信号来控制两个门电路，这两个门电路始终是一个打开时另一个关闭，都是高电平有效。因门电路始终是一个打开时另一个关闭，都是高电平有效。因此，在此，在“ “1 1” ”信号时载频信号时载频 c1c1通过，在通过，在“ “0 0” ”信号时载频信号时载频 c0c0通过。通过。键控法
30、产生的一般是离散的键控法产生的一般是离散的2 2FSKFSK信号。信号。产生产生产生产生2FSK信号的两种方法如图如图如图如图 6解调n n 2FSK信号的解调方法比较多，有相干接收法、非相干接收法（包络检波法）、过零检测法和差分检波法等。下面简要介绍这些方法。 （1）相干接收法相干接收法 n n其其原原理理方方框框图图所所示示，图图中中两两个个BPFBPF起起分分路路作作用用，其其中中心心频频率率分分别别是是 c1c1和和 c0c0，其其作作用用分分别别是是让让coscosc1c1t t和和coscosc0c0t t形形式式的的信信号通过。工作过程可用各点表达式描述如下：号通过。工作过程可用
31、各点表达式描述如下：（2 2）非相干接收法非相干接收法其原理如图其原理如图其原理如图其原理如图 所示所示所示所示 （3）过零检测法）过零检测法n n在在码码元元周周期期内内通通过过检检测测信信号号过过零零点点的的次次数数，就就可可衡衡量量出出频频率率的的高高低低，从从而而恢恢复复出出1 1和和0 0信信息息，这这就就是是过过零零检检测测法法的的基基本本思思想。它的实现原理方框图及各点波形如图所示。想。它的实现原理方框图及各点波形如图所示。（4）差分检波法）差分检波法n n差差分分检检波波法法原原理理如如图图所所示示。输输入入信信号号经经带带通通滤滤波波器器滤滤除除带带外外噪噪声声和和无无用用信
32、信号号分分量量后后，被被分分成成两两路路，一一路路直直接接进进入入乘乘法法器器，另另一一路路经经时时延延 送送到到乘乘法器，相乘后再经法器，相乘后再经LPFLPF来提取信号。其解调原理说明如下。来提取信号。其解调原理说明如下。n n2 2FSKFSK是是一一种种广广泛泛应应用用的的方方式式，CCITTCCITT推推荐荐数数据据率率低低于于 1200 1200 bitbits s时时使使用用2 2FSKFSK方式。方式。n n2 2FSKFSK信号抗衰落性能比较好。信号抗衰落性能比较好。 相移键控相移键控（PSK）1定义 n n相相移移键键控控（PSKPSK，Dhase Dhase Shift
33、Shift KeyingKeying）是是利利用用数数字字信信号号来来控控制制一一定定形形式式高高频频载载波波的的相相位位参参数数，以以实实现现其调制的一种方式。其调制的一种方式。n n相相位位有有绝绝对对相相位位和和相相对对相相位位之之分分，相相移移键键控控也也有有绝绝对对相相移移键键控控（记记记记为为为为PSKPSK）和和相相对对相相移移键键控控（记记记记为为为为DPSKDPSK）之分。之分。相移键控n n PSKPSK的的的的相相相相位位位位变变变变化化化化是是是是以以以以未未未未调调调调载载载载波波波波的的的的相相相相位位位位为为为为参参参参考考考考基基基基准准准准的的的的，它它它它是
34、是是是利利利利用用用用载载载载波波波波相相相相位位位位的的的的绝绝绝绝对对对对值值值值来来来来表表表表示示示示数数数数据据据据信信信信息息息息的的的的。相相相相位位位位相相相相同同同同表表表表示示示示“ “1 1” ”信信信信号号号号，不不不不同同同同表表表表示示示示“ “0 0” ”信信信信号号号号。即即即即相移键控n n DPSKDPSK是用载波的相对相位变化表示数字信息的。相对是用载波的相对相位变化表示数字信息的。相对是用载波的相对相位变化表示数字信息的。相对是用载波的相对相位变化表示数字信息的。相对相位是指当前码元与前一码之载波的初相（或者末相）之相位是指当前码元与前一码之载波的初相（
35、或者末相）之相位是指当前码元与前一码之载波的初相（或者末相）之相位是指当前码元与前一码之载波的初相（或者末相）之差差差差，当载频与码速之比当载频与码速之比当载频与码速之比当载频与码速之比 c c b bn n（整数）时，初相与整数）时，初相与整数）时，初相与整数）时，初相与本相一致。通常规定：本相一致。通常规定：本相一致。通常规定：本相一致。通常规定： 2波形 波形波形n n 2 2PSKPSK，2DPSK2DPSK信信信信号号号号的的的的波波波波形形形形图图图图，图图图图中中中中假假假假定定定定 c c b b2 2。由由由由图图图图可可可可以以以以看看看看出出出出，2 2PSKPSK信信信
36、信号号号号和和和和2 2DPSKDPSK信信信信号号号号的的的的幅幅幅幅度度度度都都都都保保保保持持持持恒恒恒恒定定定定，用用用用相相相相位位位位代代代代表表表表数数数数据据据据信信信信息。息。息。息。n n2 2DPSKDPSK信信信信号号号号由由由由于于于于与与与与前前前前一一一一码码码码元元元元载载载载波波波波的的的的相相相相位位位位有有有有关关关关，因因因因此此此此画画画画出出出出了了了了两两两两种种种种形式：形式：形式：形式：n n1 1变变变变0 0不变不变不变不变 即即即即“ “1 1” ”信信信信号号号号时时时时载载载载波波波波波波波波形形形形与与与与前前前前一一一一波波波波形
37、形形形相相相相反反反反（变变变变化化化化），“ “0 0” ”信信信信号号号号时时时时不不不不变变变变化化化化（相同）；（相同）；（相同）；（相同）；n n0 0变变变变1 1不变不变不变不变 4谱特性谱特性 n n2PSK信号的时域数学表达式为 52PSK信号产生信号产生（调制）（调制） n n2 2PSKPSK信信号号的的产产生生有有直直接接调调相相法法和和相相位位选选择择法法（键键控控法法）。直直接接调调相相法法的原理可参考图的原理可参考图 n n要求信号要求信号d d（t t）必须是双极性不归零信号必须是双极性不归零信号 2PSK信号信号（调制）（调制）相位选择相位选择相位选择相位选择
38、n n相位选择法方框图如图所示相位选择法方框图如图所示相位选择法方框图如图所示相位选择法方框图如图所示 62PSK信号的接收信号的接收（解调）（解调） n n PSKPSK信信号号是是通通过过相相位位来来携携带带信信息息的的，用用相相干干接接收收法法解解调调（也称为极性比较法）。（也称为极性比较法）。n n 图图中中本本地地载载波波coscosc ct t必必须须与与发发端端载载波波同同频频同同相相，否否则则有有误差或者出现反相工作情况。误差或者出现反相工作情况。n n 反反反反相相相相工工工工作作作作：指指载载波波的的相相位位由由0 0相相位位变变成成 相相位位，或或 相相位位变变成成0 0
39、相相位位，使使恢恢复复的的数数字字信信息息就就会会发发生生0 0变变1 1或或者者1 1变变0 0的的现现象。象。2 2PSKPSK信号的接收信号的接收（解调）（解调）n n在不考虑噪声时，在不考虑噪声时，BPFBPF的输出为的输出为 2 2PSKPSK信号的接收（解调）（解调）n n相乘器的输出为相乘器的输出为n nz z（t t）经过经过LPFLPF后，输出表达式为后，输出表达式为 n n可以看出，抽样判决器的正确判决规则应为可以看出，抽样判决器的正确判决规则应为 小结小结2n n 主主主主要要要要介介介介绍绍绍绍了了了了数数数数据据据据信信信信号号号号进进进进行行行行基基基基带带带带传传
40、传传输输输输和和和和频频频频带带带带传传传传输输输输时基本原理与技术。时基本原理与技术。时基本原理与技术。时基本原理与技术。 n n 基基基基带带带带数数数数据据据据信信信信号号号号常常常常见见见见的的的的波波波波形形形形有有有有单单单单双双双双极极极极性性性性归归归归零零零零不归零码、差分码、曼彻斯特码等。不归零码、差分码、曼彻斯特码等。不归零码、差分码、曼彻斯特码等。不归零码、差分码、曼彻斯特码等。小结2n n 基基基基带带带带数数数数据据据据传传传传输输输输系系系系统统统统主主主主要要要要由由由由收收收收发发发发滤滤滤滤波波波波器器器器、抽抽抽抽样样样样判判判判决决决决器器器器组组组组成
41、成成成，而而而而频频频频带带带带传传传传输输输输系系系系统统统统主主主主要要要要由由由由调调调调制制制制解解解解调调调调器、收发带通滤波器和抽样判决器组成。器、收发带通滤波器和抽样判决器组成。器、收发带通滤波器和抽样判决器组成。器、收发带通滤波器和抽样判决器组成。n n 在在频频带带传传输输系系统统中中，基基本本的的调调制制方方式式有有ASKASK，FSKFSK和和PSKPSK，在在此此基基础础上上有有QAMQAM，APKAPK和和TCMTCM等等。解解调调方方法法一一般般有有相相干干接接收收法法和和非非相相干干接接收收法法。其其性能也因采用不同解调方式而不同。性能也因采用不同解调方式而不同。
42、 正交调幅正交调幅 n n 结合使用结合使用频率、振幅和相移，频率、振幅和相移，这样不但可这样不但可以增加合法信号的数目，也能让信号之间保持以增加合法信号的数目，也能让信号之间保持较大的差异。较大的差异。n n 正交调幅正交调幅(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)，它为每个比特组合分，它为每个比特组合分配一个给定配一个给定振幅和相移振幅和相移的信号。的信号。 正交调幅正交调幅 把振幅定义为把振幅定义为A1A1和和A2A2，把相移定义为，把相移定义为0 0、1 1(4f)(4f)、2 2(4f)(4f)和和3 3(4f)(4f)，这里的，这里的f f代表频率
43、。代表频率。相移分别对应于相移分别对应于0 0、1 14 4、2 24 4、3 34 4个周期个周期。 比特值比特值比特值比特值产生信号的振幅产生信号的振幅产生信号的振幅产生信号的振幅产生信号的相移产生信号的相移产生信号的相移产生信号的相移000000A1A1 0 0001001A2A2 0 0010010A1A11/(4f)1/(4f)011011A2A21/(4f) 1/(4f) 100100A1A1 2/(4f)2/(4f)101101A2A2 2/(4f)2/(4f)110110A1A1 3/(4f)3/(4f)111111A2A2 3/(4f) 3/(4f) 正交调幅正交调幅 正交调
44、幅信号定义的规则正交调幅信号定义的规则前一信号前一信号前一信号前一信号的位置的位置的位置的位置没有相移没有相移没有相移没有相移1/41/4个周期相移个周期相移个周期相移个周期相移2/42/4个周期相移个周期相移个周期相移个周期相移3/43/4个周期相个周期相个周期相个周期相移移移移 0 0，增大，增大，增大，增大从从从从0 0开始增大开始增大开始增大开始增大从最大值开始从最大值开始从最大值开始从最大值开始从从从从0 0开始减小开始减小开始减小开始减小从最小值开始从最小值开始从最小值开始从最小值开始 最大值最大值最大值最大值从最大值开始从最大值开始从最大值开始从最大值开始从从从从0 0开始减小开
45、始减小开始减小开始减小从最小值开始从最小值开始从最小值开始从最小值开始从从从从0 0开始增大开始增大开始增大开始增大 0 0，减小，减小，减小，减小从从从从0 0开始减小开始减小开始减小开始减小从最小值开始从最小值开始从最小值开始从最小值开始从从从从0 0开始增大开始增大开始增大开始增大从最大值开始从最大值开始从最大值开始从最大值开始 最小值最小值最小值最小值从最小值开始从最小值开始从最小值开始从最小值开始从从从从0 0开始增大开始增大开始增大开始增大从最大值开始从最大值开始从最大值开始从最大值开始从从从从0 0开始减小开始减小开始减小开始减小模数转换模数转换 模数转换也叫解调，是从载波频段变
46、换到基带。模数转换也叫解调，是从载波频段变换到基带。模数转换也叫解调，是从载波频段变换到基带。模数转换也叫解调，是从载波频段变换到基带。 调制解调器检查进来的信号的调制解调器检查进来的信号的振幅、频率和相移，并产生相应的数字信号。，并产生相应的数字信号。 有两种通用的方法： (1) (1)直接检出包含在已调波中的直接检出包含在已调波中的相对变化成分相对变化成分； (2) (2)把已调波与未调波进行比较后检出其把已调波与未调波进行比较后检出其差分成分差分成分。 数字化模拟信号的方法数字化模拟信号的方法 脉冲幅度调制 脉码调制脉码调制n n 由由由由PAMPAM产生的信号看起来似乎是数字式的，由产
47、生的信号看起来似乎是数字式的，由产生的信号看起来似乎是数字式的，由产生的信号看起来似乎是数字式的，由于脉冲的振幅和采样信号一样，其取值是随意的。于脉冲的振幅和采样信号一样，其取值是随意的。于脉冲的振幅和采样信号一样，其取值是随意的。于脉冲的振幅和采样信号一样，其取值是随意的。 采样频率太低采样频率太低 的情的情景景多路复用技术多路复用技术n n 从电信角度看，从电信角度看，多路复用技术就是许多多路复用技术就是许多信号共用一个传输媒质的技术。信号共用一个传输媒质的技术。n n 在多路复用系统中，把两个或多个信号在多路复用系统中，把两个或多个信号组合起来，使其通过一个物理电缆或无线信组合起来，使其
48、通过一个物理电缆或无线信道发送。道发送。 多路复用技术多路复用技术II 在传输线路的在传输线路的在传输线路的在传输线路的二端对称地设置多路复用器，能相二端对称地设置多路复用器，能相二端对称地设置多路复用器，能相二端对称地设置多路复用器，能相互同时发送和接收数据。互同时发送和接收数据。互同时发送和接收数据。互同时发送和接收数据。II 发送数据，需要复接多路数据流；而接收数据，发送数据，需要复接多路数据流；而接收数据，发送数据，需要复接多路数据流；而接收数据，发送数据，需要复接多路数据流；而接收数据，就要将复合的数据流分解成相互独立的数据流。就要将复合的数据流分解成相互独立的数据流。就要将复合的数
49、据流分解成相互独立的数据流。就要将复合的数据流分解成相互独立的数据流。II 每个多路复用器都具有每个多路复用器都具有每个多路复用器都具有每个多路复用器都具有复接和分解数据流复接和分解数据流复接和分解数据流复接和分解数据流的功能，的功能，的功能，的功能，以适应双向双工的传输。以适应双向双工的传输。以适应双向双工的传输。以适应双向双工的传输。多路复用技术多路复用技术n n一般的多路复用功能，包括复合、传输、分离三个过程。 多路复用技术多路复用技术1 1、频分多路复用频分多路复用(FDM)(FDM)，应用很广，而且任何用过应用很广，而且任何用过收音机或电视机的人都熟悉它。收音机或电视机的人都熟悉它。
50、2 2、时分多路复用时分多路复用(TDM)(TDM)的一种，常称同步的一种，常称同步TDMTDM。3 3、增加、增加多路复用器的复杂性多路复用器的复杂性，对同步对同步TDMTDM效率的改效率的改进，为统计进，为统计TDMTDM。4 4、码分复用码分复用(CDM)(CDM)。5 5、空分复用技术空分复用技术。频分多路复用频分多路复用 FDM系统原理系统原理 2. 载波系统载波系统 n n电话信号的电话信号的电话信号的电话信号的频谱能量频谱能量频谱能量频谱能量主要在主要在主要在主要在0.30.33.4kHz3.4kHz之间。把一路电话信之间。把一路电话信之间。把一路电话信之间。把一路电话信号的频谱
51、限制在号的频谱限制在号的频谱限制在号的频谱限制在0.30.33.4kHz3.4kHz，能得到相当满意的话音质量。，能得到相当满意的话音质量。，能得到相当满意的话音质量。，能得到相当满意的话音质量。n n 传输媒质传输媒质传输媒质传输媒质( (如双绞线、电缆、微波等如双绞线、电缆、微波等如双绞线、电缆、微波等如双绞线、电缆、微波等) )，的频带远比，的频带远比，的频带远比，的频带远比4kHz4kHz宽。宽。宽。宽。n n 一条线路只用来传输一路电话，十分浪费。采用频分多路复一条线路只用来传输一路电话，十分浪费。采用频分多路复一条线路只用来传输一路电话，十分浪费。采用频分多路复一条线路只用来传输一
52、路电话，十分浪费。采用频分多路复用技术能改进传输效率。用技术能改进传输效率。用技术能改进传输效率。用技术能改进传输效率。FDMFDM 传输传输12路的载波系统为例来说明路的载波系统为例来说明FDM。 首先将首先将12路语音信号的频带各自限制在路语音信号的频带各自限制在0.33.4kHz内，分别用内，分别用64、68、72、76、80、84、88、92、96、100、104、108kHz的载波进行调幅变频，并分别取出的载波进行调幅变频，并分别取出它们的下边带。它们的下边带。 12 路载波系统路载波系统 北美和国际北美和国际FDM载波标准载波标准 同步时分多路复用同步时分多路复用 如果传输媒质达到
53、的数据率超过要传输的数字信号总的数据率时，同步时分同步时分多路复用才是可行的。 与FDM相比，TDM更适合于传输数字信号。 同步时分多路复同步时分多路复 2. 同步技术同步技术 多路复用器在构成千个传送帧时，需要有某种方法来保证帧同步。 维持帧同步显然很重要，如果源点和终点对每帧中时隙对应的信道分配错位，那么所有的数据都将失去。 通用的方法称为加位成帧技术。 3. 模拟和数字信号源的模拟和数字信号源的TDM 3032TDM复用制式帧结构复用制式帧结构小小 结结n n 本章主要讨论的是基带数据传输系统主要由本章主要讨论的是基带数据传输系统主要由本章主要讨论的是基带数据传输系统主要由本章主要讨论的
54、是基带数据传输系统主要由收收收收发滤波器、抽样判决器组成，发滤波器、抽样判决器组成，发滤波器、抽样判决器组成，发滤波器、抽样判决器组成，而频带传输系统主要而频带传输系统主要而频带传输系统主要而频带传输系统主要由由由由调制解调器调制解调器调制解调器调制解调器、收发带通滤波器和抽样判决器、收发带通滤波器和抽样判决器、收发带通滤波器和抽样判决器、收发带通滤波器和抽样判决器组成。组成。组成。组成。n n 在频带传输系统中，基本的调制方式有在频带传输系统中，基本的调制方式有在频带传输系统中，基本的调制方式有在频带传输系统中，基本的调制方式有ASKASK，FSKFSK和和和和PSKPSK等。等。等。等。n
55、 n 解调方法一般有相干接收法和非相干接收法。解调方法一般有相干接收法和非相干接收法。解调方法一般有相干接收法和非相干接收法。解调方法一般有相干接收法和非相干接收法。小小 结结n n幅度调制利用数字基带信号控制载波的幅度来传送信幅度调制利用数字基带信号控制载波的幅度来传送信幅度调制利用数字基带信号控制载波的幅度来传送信幅度调制利用数字基带信号控制载波的幅度来传送信息。息。息。息。n n常用的幅度调制方式有二进制振幅键控调制常用的幅度调制方式有二进制振幅键控调制常用的幅度调制方式有二进制振幅键控调制常用的幅度调制方式有二进制振幅键控调制（2ASK2ASK）、多进制振幅键控调制（）、多进制振幅键控
56、调制（）、多进制振幅键控调制（）、多进制振幅键控调制（MASKMASK）、双边）、双边）、双边）、双边带抑制载波调制（带抑制载波调制（带抑制载波调制（带抑制载波调制（DSBSCDSBSC）及正交幅度调制）及正交幅度调制）及正交幅度调制）及正交幅度调制（QAMQAM）等。）等。）等。）等。n n对于幅度调制信号的解调方法有两种，即相干解调和对于幅度调制信号的解调方法有两种，即相干解调和对于幅度调制信号的解调方法有两种，即相干解调和对于幅度调制信号的解调方法有两种，即相干解调和非相干解调。非相干解调。非相干解调。非相干解调。小小 结结n n频率调制利用数字基带信号控制载波的频率来传递信息。频率调制
57、利用数字基带信号控制载波的频率来传递信息。频率调制利用数字基带信号控制载波的频率来传递信息。频率调制利用数字基带信号控制载波的频率来传递信息。n n常用的频率调制方式有二进制频移键控调制（常用的频率调制方式有二进制频移键控调制（常用的频率调制方式有二进制频移键控调制（常用的频率调制方式有二进制频移键控调制（2FSK2FSK）、）、）、）、多进制频移键控调制（多进制频移键控调制（多进制频移键控调制（多进制频移键控调制（MFSKMFSK）及最小频移键控）及最小频移键控）及最小频移键控）及最小频移键控（MSKMSK）等。）等。）等。）等。n n解调方法分为相干解调和非相干解调两类。解调方法分为相干解
58、调和非相干解调两类。解调方法分为相干解调和非相干解调两类。解调方法分为相干解调和非相干解调两类。n n非相干解调又包含最佳非相干解调法、分路滤波法、鉴非相干解调又包含最佳非相干解调法、分路滤波法、鉴非相干解调又包含最佳非相干解调法、分路滤波法、鉴非相干解调又包含最佳非相干解调法、分路滤波法、鉴频器法、过零检测法及差分检波法等多种方法。频器法、过零检测法及差分检波法等多种方法。频器法、过零检测法及差分检波法等多种方法。频器法、过零检测法及差分检波法等多种方法。 小小 结结n n相位调制利用数字基带信号控制载波的相位相位调制利用数字基带信号控制载波的相位变化来传递信息。变化来传递信息。n n常用的
59、相位调制方式有绝对移相的相移键控常用的相位调制方式有绝对移相的相移键控（PSKPSK）和相对移相的相移键控（）和相对移相的相移键控（DPSKDPSK）。）。对于对于PSKPSK信号采用相干解调方法，而信号采用相干解调方法，而DPSKDPSK信信号的解调方法有极性比较法和相位比较法两号的解调方法有极性比较法和相位比较法两种。种。 小小 结结n n为了获得较好的频带利用率和功率利用率，为了获得较好的频带利用率和功率利用率，为了获得较好的频带利用率和功率利用率，为了获得较好的频带利用率和功率利用率，可采用幅度相位混合调制（可采用幅度相位混合调制（可采用幅度相位混合调制（可采用幅度相位混合调制（APK
60、APK）方式，即）方式，即）方式，即）方式，即对载波的振幅和相位同时进行数字调制的方对载波的振幅和相位同时进行数字调制的方对载波的振幅和相位同时进行数字调制的方对载波的振幅和相位同时进行数字调制的方式，适用于高效率的通信方式中。式，适用于高效率的通信方式中。式，适用于高效率的通信方式中。式，适用于高效率的通信方式中。n n信道传输中的复用技术，以时分和频分为主，信道传输中的复用技术，以时分和频分为主，信道传输中的复用技术，以时分和频分为主，信道传输中的复用技术，以时分和频分为主，兼顾码分技术及频分技术。兼顾码分技术及频分技术。兼顾码分技术及频分技术。兼顾码分技术及频分技术。n n几种基本方式的
61、组合，即混合复用信道。几种基本方式的组合，即混合复用信道。几种基本方式的组合，即混合复用信道。几种基本方式的组合，即混合复用信道。习习 题题 31. 1. 如果一条传送线使用双位信号，传送速度是如果一条传送线使用双位信号，传送速度是如果一条传送线使用双位信号，传送速度是如果一条传送线使用双位信号，传送速度是4 4，800bit800bits s，其波特率是多少，其波特率是多少，其波特率是多少，其波特率是多少? ?如果传送使用如果传送使用如果传送使用如果传送使用3 3位信号，其波特率又是位信号，其波特率又是位信号，其波特率又是位信号，其波特率又是多少多少多少多少? ?2. 2. 如果一条数据传送
62、线可以在如果一条数据传送线可以在如果一条数据传送线可以在如果一条数据传送线可以在4,000MHz4,000MHz6,500MHz6,500MHz的范的范的范的范围内传送数据，其频带宽度是多少围内传送数据，其频带宽度是多少围内传送数据，其频带宽度是多少围内传送数据，其频带宽度是多少? ?3. 3. 为什么要采用调制和解调为什么要采用调制和解调为什么要采用调制和解调为什么要采用调制和解调? ?4. 4. 如何区分调频、调幅和调相。如何区分调频、调幅和调相。如何区分调频、调幅和调相。如何区分调频、调幅和调相。5. 5. 如何区分相干解调和非相干解调。如何区分相干解调和非相干解调。如何区分相干解调和非相干解调。如何区分相干解调和非相干解调。6. 6. 如何区分脉码调制和脉冲幅度调制。如何区分脉码调制和脉冲幅度调制。如何区分脉码调制和脉冲幅度调制。如何区分脉码调制和脉冲幅度调制。
