[工学]数据通信原理课件——第三章频带传输.ppt

Ch3 频带传输,主 讲 人：陈艳平 联系方式：,数据信号的频带传输,频带传输系统构成 调制的基本概念 数字信号调制的方法 数字调幅 数字调相 数字调频,带通型信道不适合于直接传输基带信号，需要对基带信号进行调制以实现频谱搬移使信号频带适合于信道频带。 频带传输系统与基带传输系统的区别在于在发送端增加了调制，在接收端增加了解调，以实现信号的频带搬移，调制和解调合起来称为Modem。,调制的功能,频谱变换 对基带信号进行频率变换，以利于信号的发送和在信道中传输。例如，音频信号或基带数字代码进行直接传输，因较大的损耗不适于长距离传送，如果利用无线信道或分配的频段实施通信，都需要基带频谱通过某种调制方式搬移到高频波段。这样可以提高传输性能，以较小的发送功率与较短的天线来辐射电磁波。,调制的实现,用基带数据信号对载波波形的某些参数进行控制，使这些参数随基带数据信号的变化而变化。数字调制的基本方法有三种： 数字调幅（ASK） 数字调相（PSK） 数字调频（FSK,数字调幅,概念以基带数据信号控制一个载波的幅度，称为数字调幅，又称幅移键控，简写为ASK。,2ASK的实现OOK调制,载波信号 Carrier signal,2ASK的实现原理,2ASK的实现原理,频谱搬移示意图,角频率是多少？,ASK信号波形形成,2ASK的解调,调幅信号的解调有相干解调法和非相干解调法。 非相干解调包络解调法 是利用包络检波器或波形整流器对幅度键控信号进行检波以恢复基带信号的方法,相干解调法 第一项是数字基带调制信号，第二项是以为载波频率的高频信号，这两个信号的频谱相差很远，将此信号通过低通滤波器就可以滤除第二项，只输出第一项，从而得到原调制信号。,相干解调原理框图,两种解调方式比较 包络检波器由于电路简单、检波效率高、稳定性好、价格便宜等优点，应用范围较为广泛 对于高速的数字传输系统，由于码元较窄，无明显的包络，则必须应用相干解调法。 实现相干解调法的关键是需要在接收端产生一个与发送端的发生载波一模一样的同频同相本地载波（称为同步载波或相干载波），否则会造成解调后波形失真。故接收端设备复杂,2ASK所需带宽和特点,信号的带宽是信号占据的整个频率范围。一个基带信号调制成2ASK信号时，会得到一个有许多简单频率组成的谱系。但是，有意义的频率是与之间载波频率。 对于ASK技术所使用的带宽用下式计算： 式中，为带宽，为波特率，d为和线路有关的因子，最小值为0。 由此可知，传输ASK信号所需要的最小带宽等于波特率。,求出码元变化率为400Baud的2ASK半双工系统的最小带宽和信息传输速率。若采用八进制ASK系统，该系统最小带宽和速率是多少？ 解：在2ASK半双工系统中，一个系统的最小带宽等于其波特率，所以，该信号带宽是400Hz。同理，对于2ASK信号，波特率等于比特率，所以信息传输率也等于400bps。,MASK的概念和特点,2ASKMASK MASK的特点 在相同的码元速率下， MASK信号有很高的信息传输速率 抗干扰能力差（码元之间的差距变小了）,Binary frequency shift keying 2FSK,2FSK调制原理：用二进制数去控制载波的频率,2FSK实现方法之一,压控振荡器,2FSK原理框图,2FSK解调,相干解调法 包络解调法（非相干解调法） 鉴频法 过零检测法 差分检波法,差分检波法,2FSK所需带宽及其特点,此时可以把FSK的频谱当成中心频率分别为和的两个ASK频谱的组合 载波频率,例4.2:一相位不连续的2FSK信号，发“1”码时信为 ，发“0”码时信号为 ，码元速率为600baud，传输系统为全双工方式系统的频带带宽是多少？ 解：根据正弦波角频率与频率之间的关系： ，所以两个信号的频率分别为1000Hz和4000Hz。而波特率等于比特速率（码元速率），所以波特率为600 baud。系统带宽 Hz。由于系统采用的书全双工模式，所以传输介质的带宽为7200Hz。 2FSK是一种抗衰能力很强的频带传输方式，因此得到了广泛的应用，特别适用于数字电路。ITU-T推荐当数据速率低于1200bps时，使用FSK。但这种方法产生的2FSK信号的相位是不连续的，而且占用带宽较大。,讨论,相位连续FSK 相位不连续FSK,Binary phase shift keying 2PSK,1 0相位表示 0180相位表示,绝对移相（PSK） 相位与数字基带信号的离散状态一一对应 1 0相位表示 0180相位表示 相对移相（DPSK） 利用载波的相对相位来表示数字基带信号的离散状态 0相对相位为0 1相对相位为180,载波,基带信号,PSK特点,数字相移键控PSK调制方式和ASK调制方式相比 抗干扰性强 信道的频带利用率比较高 因此PSK调制方式在数字通信中得到了广泛应用。,PSK产生,2PSK相位键控法原理 相移键控法也称为相位选择法，使用数字基带信号来控制电子开关，选择不同相位的载波信号进行输出,2PSK解调,解调难点,2PSK信号解调的关键是要产生相干载波。 在接收端必须要能够产生同频同相位的相干载波信号，如果产生的相干载波信号不同相，有相位误差，则会造成错误判决，这种现象称为相位模糊。 严重时本地载波发生相位反转，称为“倒”现象 为了克服这一问题，人们提出了二相相对移相调制方法（2DPSK）。,2DPSK信号的产生,首先绝对码转换为相对码 再进行绝对调相2PSK,1变0不变,？,相对码和绝对码之间是相互可以互换的，如果用J表示绝对码，用X表示相对码，它们之间的转换关系为 将绝对码变成相对码的器件称为差分编码器，将相对码变成绝对码的器件称为差分译码器。,2DPSK信号的调制过程,2DPSK信号的解调过程,相干解调差分译码法 相位比较差分检测法,相位比较差分检测法波形图,2PSK与2DPSK比较,2PSK信号和2DPSK信号的带宽是一样的，都是基带信号带宽的两倍。 2DPSK系统的抗噪声性能不如2PSK系统。 2PSK信号的解调由于本地相干载波的相位模糊很难消除，实际应用较少； 2DPSK则不受本地相干载波的相位模糊现象的影响，还可以采用差分检测法的方法实现解调。在实际的数字通信系统中，数字相位解调的信号几乎都是DPSK。,多进制数字相位调制（MPSK）,MPSK信号使用种不同的相位来对应进制基带数字信号的状态。例如对4PSK信号，要有4个相位与四进制的4个状态相对应。 0、90 、180 、270 45、135、225、315 一般相位数M取2的权值，例如4PSK、8PSK和16PSK等。 4PSK信号的4个相位所对应的是2位二进制码元的组合00、01、10和11。,QPSK and its implementation,4PSK直接调相法原理框图,4DPSK产生,constellation diagram星座图,正交幅度调制QAM,正交幅度调制（QAM），是将两路独立的基带信号分别对两个相互正交的同频载波进行抑制载频的双边带调制，所得到的两路已调信号叠加起来的过程，称为正交幅度调制。,QAM=ASK+PSK,Quadrature amplitude modulation is a combination of ASK and PSK.,Note,Constellation diagrams for some QAMs,nASK+mPSK，其中n=？m=?,在实际的数字通信系统中，多进制数字调制方式MSAK、MFSK和MPSK由于有较高的频带利用率和数据传输率，因而得到了广泛的应用。但是多进制数字解调系统的抗噪声性能要低于二进制数字调制系统。 数字解调方式主要可以分为相干解调方法和非相干解调方法，由于相干解调法需要在接收端产生相干载波，不仅使得解调器设备变得复杂，而且由于相位模糊现象导致误码，限制了相干解调法的使用。一般当通信信道存在比较严重的干扰时，采用非相干解调方法，这时候在接收端是很难得到相干调节所需要的本地载波。但是当发送端的发送功率受到限制的时候，使用相干调解法则更经济，因为相干调解法所要求的信噪比较小。 目前使用最多的数字调制方式是相干QAM系统和非相干2FSK系统。相干QAM系统主要用在高速数据传输中，非相干FSK系统主要用在中、低速数据传输中。,频带传输部分小结,频带传输系统组成 调制解调器modem 基带信号01代码模拟信号的转换方法 ASK 基带信号控制幅度 调幅 FSK 基带信号控制频率 调频 PSK 基带信号控制相位 调相 QAM ASK+QPSK 分两路调相，其中每路又可以采用NASK,习题 1.什么是调制与解调？调制有哪些功能和分类？ 2.什么是基带信号？什么是基带传输？ 3.什么是频带信号？什么是频带传输？ 4.经过调制的已调信号有什么基本性质？ 5.什么是数字调制？它和模拟调制有哪些异同点？ 8.简述相干解调和非相干解调。 9.简述2ASK幅移键控调制原理。如何产生2ASK幅移键控信号？ 10.简述2FSK频移键控原理以及信号的调制方法。 15.简述2FSK频移键控的解调方法。 16.简述2FSK所需带宽及其特点。,17.什么是绝对码和相对码？ 18.什么是绝对相移和相对相移？它们