教学PPT数字带频带传输技术.ppt

第6章数字信号的频带传输目的：将数字基带信号变成适于信道传输的数字频带信号，用载波调制方式进行传输。载波选取：高频正弦波。调制信号：数字、离散。原理：同于模拟，高频载波的离散状态携带信息。数字调制可以看成是模拟线性调制和角调制的特殊情况。分类：数字幅度调制幅度键控（ask）；数字频率调制频移键控（fsk）；数字相位调制相移键控（psk）。分别对应于用正弦波的幅度、频率和相位来传递数字基带信号。,二进制数字幅度调制,调制信号为二进制数字信号时，这种调制称为二进制数字调制。在二进制数字调制中，载波的幅度、频率或相位只有两种变化状态。一般原理与实现方法数字幅度调制又称幅度键控（ask），二进制幅度键控记作2ask。1.定义：2ask是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。ook,2.2ask信号时域表达式：,其中，s(t)为单极性nrz矩形脉冲序列：,3.2ask信号的产生方法（调制方法）模拟法；键控法。,问：2ask调制属于dsb调制？,（2）相干检测法:,4.2ask信号解调am常用方法主要有两种：（1）包络检波法：,2ask信号非相干解调过程的时间波形,2ask相干解调波形,二进制数字频率调制,调制原理与实现方法1.定义:数字频率调制又称频移键控（fsk），是用载波的频率不同来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。二进制频移键控记作2fsk，此时“1”f1“0”f2,（1）波形:“1”f1;“0”f2特点：基带信号s(t)为单极性nrz信号；一路2fsk信号可视为两路2ask信号的之合成！,2.波形与表达式,（2）时域表达式,其中:基带信号表达式（单极性nrz）,模拟法：如图a所示。键控法：如图b所示。,3.调制方法,4.2fsk信号的实现方法,核心思想：一路2fsk视为两路2ask信号的合成。,二进制移频键控信号的时间波形,相干检测法：一路2fsk视为两路2ask信号的合成。包络检波法：一路2fsk视为两路2ask信号的合成。鉴频法：模拟法：fm解调。过零检测法：2fsk特有。,2fsk信号的解调,1.包络检波法,核心思想：一路2fsk视为两路2ask信号的合成。,问：bpf1、bpf2的带宽？,2fsk非相干解调过程的时间波形,2.相干检测法,核心思想：一路2fsk视为两路2ask信号之合成。,2fsk相干解调波形,.过零检测法,常识：单位时间内信号经过零点的次数多少，可以用来衡量频率的高低。,二进制数字相位调制,数字相位调制又称相移键控（psk），是利用高频载波相位的变化来传送数字信息的。二进制相移键控记作2psk。根据载波相位表示数字信息的方式不同，数字调相分为绝对相移（psk）和相对相移（dpsk）两种。二进制相移键控（2psk）1.一般原理及实现方法（1）定义绝对相移是利用载波的相位（初相）直接表示数字信号的相移方式。相位选择原则：易于实现；相位间距尽可能大。二进制相移键控中:a方式：0和；b方式：/2和-/2。,（2）时域表达式a方式2psk已调信号的时域表达式为,其中：与2ask及2fsk时不同，s(t)为双极性数字基带信号:,在某一个码元持续时间tb内观察时，有,（4）2psk信号的调制方框图,（3）2psk信号的波形,（a）模拟调制法，（b）键控法,就模拟调制法而言，与产生2ask信号比较，只是对s(t)要求不同，因此，2psk信号可以看作是双极性基带信号作用下的dsb调幅信号。,不考虑噪声时，带通滤波器输出可表示为：,（5）2psk信号的解调,2psk信号相干解调各点时间波形,2psk接收系统各点波形如图所示：,相位模糊：相干载波的锁相环技术，它稳定工作在n点上，它输出的载波可能和接收信号载波相同，也可能相差相位。这种相位的不确定性在工程将会影响到数字信号的正确接收。这种现象叫做相位模糊。,二进制差分相移键控（2dpsk）1.一般原理及实现方法2dpsk不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。所谓相对载波相位是指本码元初相与前一码元初相之差。,关键：基带信号“1”、“0”与初相之间不存在一一对应关系,基带信号“1”、“0”与初相之间不存在一一对应关系（绝对关系），而是相对关系解决“倒”现象。单从波形上看，2dpsk与2psk是无法分辩的，比如图中2dpsk也可以是另一符号序列bn（称为相对码）经绝对移相而形成的。重要结论：相对移相信号可以看作是把数字信息序列an（绝对码）变换成相对码bn，然后再根据相对码进行绝对移相而形成。绝对码变相对码：绝对码为“0”码时，相对码不变；绝对码为“1”码时，相对码变化。,2dpsk信号调制过程波形图,2dpsk波形,2dpsk信号的调制与解调借助绝对移相途径实现的方法:,绝对码和相对码是可以互相转换的，其转换关系为：,关于绝对码和相对码的相互转换：,2dpsk实现方法：,相对相移本质上就是对差分(相对)码信号的绝对相移。2dpsk表达式,（a）模拟调制法，（b）键控法,（2）差分相干解调法。,2dpsk信号的解调有两种方法：相干解调-码变换法；差分相干解调。（1）相干解调-码变换法。,模型,波形,原理：直接比较前后码元的相位差而构成的。特点：不需要码变换器，也不需要专门的相干载波发生器，因此设备比较简单、实用。,2dpsk相干解调波形,2dpsk差分相干解调波形,2.2psk与2dpsk系统的比较（1）检测这两种信号时判决器均可工作在最佳门限电平（零电平）。（2）2dpsk抗噪声性能不及2psk。（3）2psk系统存在“反向工作”问题，而2dpsk系统不存在“反向工作”问题。因此在实际应用中，真正作为传输用的数字调相信号几乎都是dpsk信号。,二进制数字调制系统的性能比较内容:系统的误码率、频带宽度及频带利用率、对信道的适应能力、设备的复杂度等。,1.误码率对二进制数字调制系统的抗噪声性能做如下两个方面的比较：（1）同一调制方式不同检测方法的比较对于同一调制方式不同检测方法，相干检测的抗噪声性能优于非相干检测。,三种数字调制系统的误码率曲线图,、频带宽度：2fsk调制系统最差。、对信道特性变化的敏感性：信道特性变化的灵敏度对最佳判决门限有影响。2ask系统最差、2fsk系统和2psk系统较好。、设备的复杂程度:发送设备相当，接收设备中，相干解调比非相干解调大，2dpsk的设备复杂度最大,2ask最简单。,多进制数字调制目的：提高频带利用率，实现信息高效传输。定义：利用多进制数字基带信号去调制高频载波的某个参量，如幅度、频率或相位的过程。分类：根据被调参量的不同，多进制数字调制可分为：多进制幅度键控（mask）；多进制频移键控（mfsk）；多进制相移键控（mpsk）。,特点:与二进制数字调制相比，多进制数字调制有以下几个特点：（1）rbm=krbm，m=2k在码元速率（传码率）相同条件下，可以提高信息速率（传信率），使系统频带利用率增大。（2）rbm=rb2/k（信息速率不变时）减小带宽、增加码元能量（能减小码干影响）。正是基于这些特点，使多进制数字调制方式得到了广泛的使用。代价:信号功率需求增加和实现复杂度加大。,多进制数字振幅调制系统,进制数字振幅调制信号的时间波形,多进制数字频率调制系统,4fsk信号频率关系,多进制数字频率调制系统的组成方框图,多进制数字相位调制系统1.多进制数字相位调制(mpsk)信号的表示形式,4psk,2psk,8psk,(constellation),信号矢量图,2.4psk信号的产生与解调,双比特ab与载波相位的关系,相位选择法产生4psk信号原理图,4psk正交调制器,4psk信号相干解调原理图,4psk信号相干解调也会产生相位模糊问题，并且是0、90、180和270四个相位模糊。,4dpsk信号产生原理图,3.4dpsk信号的产生与解调,4dpsk信号相干解调加码反变换器方式原理图,4dpsk信号差分相干解调方式原理图,多进制正交幅度调制(mqam)系统,星座图,qam的星座图,课堂测验,1.已知某数字信息序列为