第四章_数据信号的频带传输.ppt

第四章数据信号的频带传输 结束放映 学习目录 学习要求 内容简介 作者 蒋占军 内容简介 所谓频带传输是指在发送端 经过调制 把基带信号变成频带信号传输 接收端再由解调器将频带信号恢复成基带信号的传输系统 调制解调器是频带传输系统的核心部分 本章将对数字调制解调的实现 调制解调器等频带传输系统的关键技术和设备进行详细介绍 返回 结束 学习要求 1 掌握数据信号频带传输系统 2 掌握二进制调制解调系统的基本原理及主要特点3 掌握多进制调制解调系统的基本原理及主要特点 4 了解各种调制解调系统的性能 5 掌握调制解调器的基本概念 6 理解各种典型的调制解调器的主要性能 7 掌握ADSL系统的基本原理 返回 结束 学习目录 返回 4 1频带传输系统组成4 2二进制数字调制解调4 3多进制数字调制解调4 4调制解调器4 5ADSL调制解调器 结束 4 1频带传输系统组成 频带传输系统组成 典型应用 使用模拟电话信道传呼数据信号 单极性NRZ码频谱 单极性NRZ码频谱 4 2二进制数字调制解调 本节内容提要 介绍二进制数字调制的基本原理 时域信号表达方式 频谱及带宽 解调原理以及调制解调的实现方式等内容 4 2 1二进制幅移键控 调制实现 4 2 1二进制幅移键控 调制模型 ASK信号 其中 g t 是单位矩形脉冲 周期为Tb an取值为 4 2 1二进制幅移键控 频谱及带宽 2ASK频谱 4 2 1二进制幅移键控 2ASK信号带宽 2ASK信号的零点带宽为B 2fb 也即2ASK系统的传输带宽至少应该是2fb 这比基带信号宽一倍 频带利用率 解调方式 非相干检测 4 2 1二进制幅移键控 相干检测 4 2 2二进制频移键控 调制实现 基带信号直接控制压控振荡器产相位连续频移键控信号 CPFSK 4 2 2二进制频移键控 键控法 产生相位不连续频移键控信号 DPFSK 频谱及带宽 2DPFSK信号的表达式 4 2 2二进制频移键控 2DPFSK信号频谱 2DPFSK零点信号带宽 其中h fc1 fc2 fb 称为调制指数或频移指数 为保证接收端能够正确接收 fc1 fc2 通常取2fb或更大 频带利用率 4 2 2二进制频移键控 解调实现 过零点检测 差分检测 4 2 2二进制频移键控 相干检测 非相干检测 4 2 2二进制频移键控 4 2 2二进制相移键控 绝对调相与相对调相 绝对调相 PSK 固定的用某种相位的载波表示 1 另一种相位的载波表示 0 相对调相 DPSK 利用前后相邻码元的相对相位值来表示数据码元 例如常用的方式是相邻码元载波相位 一般为初相 变化表示 1 不变表示 0 二进制相移键控信号矢量图 载波相位的选取 4 2 2二进制相移键控 频谱与带宽 波形示例 2PSK信号表达式 4 2 2二进制相移键控 调相信号的相位变化可以反映到幅度变化上 其表达式可表达为 2PSK信号频谱 2PSK信号的带宽也是2fb 2DPSK调制和2PSK调制的区别仅在于对应的基带信号是差分双极性码 所以其频谱结构与2PSK信号的完全相同 4 2 2二进制相移键控 调制解调的实现 直接调相法实现2PSK调制 键控法实现2PSK调制 4 2 2二进制相移键控 2PSK相干检测 4 2 2二进制相移键控 正常工作波形示意图 4 2 2二进制相移键控 反向工作波形示意图 4 2 2二进制相移键控 2DPSK调制实现 2DPSK检测 相干检测 差分译码 2DPSK检测 差分检测 4 2 2二进制相移键控 差分检测波形示意图 4 2 4二进制数字调制系统性能分析与比较 频带利用率 2ASK 2PSK和2DPSK信号频带利用率都为0 5Baud Hz 2CPFSK在调制指数h 1时 带宽会较小 但调制指数太小会导致系统的抗干扰性能下降 2DPFSK频带利用率最低 设备复杂性 对于同一种调制方式 相干检测设备要比非相干检测设备复杂 同为非相干检测时 2DPSK的设备最复杂 2FSK次之 2ASK最简单 信噪比较高的系统通常采用非相干检测 而在小信噪比工作的环境中 需要采用相干检测 4 2 4二进制数字调制系统性能分析与比较 误码率 4 2 4二进制数字调制系统性能分析与比较 误码率比较 4 3多进制数字调制解调 本节内容提要 介绍多进制数字调制的基本原理 时域信号表达方式 频谱及带宽 解调原理以及调制解调的实现方式等内容 4 3 1多进制幅移键控 其中s t 是多进制基带信号 bn是M进制电平码其取值为 且 MASK信号表达式 频带利用率 4 3 2多进制频移键控 MDPFSK信号 且 MDPFSK频谱 4 3 3多进制相移键控 多相调相信号矢量图 四相调相A方式 四相调相B方式 四相调相A方式 四相调相B方式 4 3 3多进制相移键控 4PSK调制原理框图 直接调相法 B方式 相位选择法 A方式 4 3 4幅相联合调制 幅相联合调制的优势 MASK星座图 8PSK星座图 A方式 4 3 4幅相联合调制 MQAM系统原理框图 调制原理框图 调制原理框图 4 3 4幅相联合调制 MQAM频带利用率 调制原理框图 调制原理框图 调制原理框图 4 3 4幅相联合调制 MQAM星座图 64QAM星座图 4 3 4幅相联合调制 128QAM星座图 4 4调制解调器 本节内容提要 介绍调制解调器的基本原理 ITU TV系列主要调制解调器标准以及常用调制解调器的主要特性 4 4 1调制解调器基本概念 1 调制解调器组成与分类 Modem组成 接口电路 控制单元 数据输入输出单元 Modem外观 4 4 1调制解调器基本概念 有线Modem和无线Modem 单工 半双工 双工Modem 同步传输和异步传输Modem 低速 中速和高速Modem 外置Modem和内置Modem 硬件Modem和软件Modem Modem分类 广义调制解调器不对称数字用户环路 ADSL 终端适配器综合业务数字网 ISDN 终端适配器有线电视网 CATV 数据终端适配器 4 4 1调制解调器基本概念 2 调制解调器的速率 DTE速率 与计算机连接的串口速率 典型值为115 2kbit s等 4 4 1调制解调器基本概念 2 调制解调器的速率 DCE速率 与电话线相连的速率 典型值为56kbit s等 上行速率和下行速率 4 4 1调制解调器基本概念 3 两线双工技术 频分双工 ITU TV 21调制解调器频分双工方式 4 4 1调制解调器基本概念 基本原理 时分双工 4 4 1调制解调器基本概念 时分双工框图 4 4 1调制解调器基本概念 回波抵消法 基本思想 允许收发双方同时把信号送到二线用户环路上即线路上同时存在收发两端的信号 接收端根据信道特性和发送信号特性 自动估算出接收信号中包含本端发送信号分量 并将其从接收信号中减去 即得到对端发来的信号 回波抵消法原理示意图 4 4 2调制解调器标准简介 标准化组织及其标准 ITU T的V系列建议 主要由原CCITT制定 美国Bell通信公司制定的Bell标准 美国联邦电信标准委员会 FTSC 制定的标准FED STD 美国国家军用标准 MTL STD ITU T有关调制解调器的主要建议 V 34调制解调器 V 90调制解调器 V 92调制解调器 V系列调制解调器如下表 4 4 2调制解调器标准简介 4 4 2调制解调器标准简介 4 4 3V 29调制解调器 特性 上世纪80年代能够提供9600bit s速率的主流调制解调器 载频为1700Hz 标准速率是9600bit s 可以降低速率在7200bit s 4800bit s工作 16APK 幅相联合调制 待传输的比特流扰码后经串并转换变成16进制码元 即4比特组 记作Q1Q2Q3Q4 其中第一个比特用于确定载波幅度 其余三个用于确定载波相位 如下表所示 调制 4 4 3V 29调制解调器 Q1决定载波幅度 相位编码 4 4 3V 29调制解调器 9600bit s时星座图 7200bit s时星座图 4 4 4V 32调制解调器 非冗余16QAM调制 调制原理图 特性 回波抵消法实现两线全双工的9600bit s数据传输 提出了两种调制方式 非冗余16QAM调制和网格编码调制 TCM 4 4 4V 32调制解调器 9600bit s的非冗余16QAM星座图 ABCD表示4800bit s调制解调器训练的4个状态 4 4 4V 32调制解调器 TCM32调制原理 一种将调制和信道编码结合 统一设计的技术 TCM32调制 4 4 4V 32调制解调器 V 32的TCM32原理图 4 4 4V 32调制解调器 9600bit sTCM星座图 ABCD表示4800bit s调制解调器训练的4个状态 4 4 4V 32调制解调器 V 32与V 32bis主要特性比较 4 4 5V 34调制解调器 自适应传输速率 概述 1994年完成的V 34建议中 引入了预编码自适应均衡技术和四维网格编码调制实现了28 8Kbit s的传输速率 1996年颁布的V 34bis的最高速率则高达33 6Kbit s 使用V 34调制解调器可以在传输普通的数据信号的同时 还可以传输语音信号和图像信号 V 34提供了6种波特率 为了能够实现28 8Kbit s的最高速率 V 34调制解调器必须工作在3200波特 每个码元包含9比特 除了3200波特 V 34还支持另外2种必备码元速率2400波特和3000波特 以及3种可选速率2743波特 2800波特和3429波特 4 4 5V 34调制解调器 波特率 载波频率和信息速率的关系 4 4 5V 34调制解调器 调制原理框图 4 4 6V 90和V 92调制解调器 V 90Modem主要特性 通过回波抵消法实现在PSTN两线线路上双工通信 下行方向采用PCM调制技术 符号速率为8000波特同步传输时下行信息速率最高达56Kbit s向下8000 6bit s的间隔兼容至28 8Kbit s 上行方向采用和V 34相同的方式工作 V 90调制解调器通信系统 4 4 6V 90和V 92调制解调器 V 92Modem主要特性 56Kbit s的下行速率 48Kbit s的上行速率 拨号设备在线 Modem on Hold 快速拨号连接 V 44压缩技术 4 4 6V 90和V 92调制解调器 V 92Modem示例 全向的秋池飞叶V 92MODEM 这是一款内置软猫 芯片采用CONEXANT公司的产品 其前身是ROCKWELL 4 4 6V 90和V 92调制解调器 继电器的作用是方便用户对电话和上网的切换 隔离变压器会对电话线产生的瞬间高压进行处理 4 5ADSL调制解调器 本节内容提要 介绍ADSL调制解调器的基本原理 系统结构 调制方式以及其主要特性等内容 4 5 1ADSL系统结构 数字用户线路 DSL 类别 4 5 1ADSL系统结构 ADSL系统结构 4 5 1ADSL系统结构 ADSL的带宽分配模式 FDM方式 回波抵消法方式 4 5 2ADSL数据信号调制方式 CAP调制 DMT调制 4 5 2ADSL数据信号调制方式 CAP与DMT比较 传输速率 抗噪声性能 自适应功能 线路驱动功率 ADSLModem分类 按照接口方式可以分为以太网 USB和PCI三种 USB PCI适用于家庭用户 性价比好 小巧 方便 实用 外置型以太网接口的ADSLModem更适用于企业和办公室的局域网 它可以带多台机器进行上网 有的以太网接口的ADSLModem同时具有桥接和路由的功能方便网络的搭建 从而给