通信概论-朱志良-24890ch6

第6章数字信号的频带传输,软件工程研究所,6.0引言6.1二进制数字调制原理6.2二进制数字调制系统的抗噪声性能6.3二进制数字调制系统的性能比较6.4多进制数字调制系统,本章内容简介,6.0引言,数字调制就是对基带数据信号进行变换，实现信号频谱的“搬移”，即把含有大量低频成分的基带信号频谱搬移到一个很高的频段上去。这种向高频的搬移在数据的发送端进行，搬移的过程称作“调制”，在称作调制器的设备中完成。在数据的接收端，有一个相反的变换被称作“解调”的过程，解调过程在称作解调器的设备中完成。,经过调制的后的信号在一个很高的频段上占有一定的带宽，由于所处频段很高，使得其最高频率和最低频率的相对偏差变小（最高频率和最低频率的比值略大于1），这样的信号称为频带信号或射频信号，相应的传输系统称作频带传输系统。,第六章数字带通传输系统,6.0引言,调制实现对基带数据信号频谱的“搬移”，即把含有大量低频成分的基带信号频谱搬移到一个很高的频段上去。其目的主要有两个：无线(Wireless)传输频分多路复用(FDM),频带传输系统结构模型,基带信号为什么要进行调制？,第六章数字带通传输系统,6.0引言,数字调制就是用待传输的基带数据信号控制某一高频正弦波（载波）的参数：振幅、频率或相位。控制正弦波振幅称作“数字振幅调制”，控制正弦波频率称作“数字频率调制”，控制正弦波相位称作“数字相位调制”。由于数字基带信号只有有限种符号（电平），调制后的正弦波也只有有限种振幅、频率或相位，因此这几种调制常称为“振幅键控”、“频移键控”和“相移键控”。,如何进行调制实现基带信号频谱的“搬移”？,图6-1正弦载波的三种二进制键控波形,第六章数字带通传输系统,6.1二进制数字调制原理,6.1.1二进制振幅键控(2ASK),一.2ASK信号的波形与频谱,图6-2基带数据信号s(t)与2ASK信号eo(t)的波形示意图,可以看出，2ASK信号可以看作是单极性二进制基带数据矩形脉冲序列信号s(t)和一个高频载波cosct相乘的结果。,第六章数字带通传输系统,一.2ASK信号的波形与频谱,6.1.1二进制振幅键控(2ASK),可以看出，2ASK信号可以看作是单极性二进制基带数据矩形脉冲序列信号s(t)和一个高频载波cosct相乘的结果。,由于高频载波cosct在数字序列s(t)的控制(调制)下，一会儿有波形，一会儿没有波形，就象用一个开关(Key)控制通断(ONandOFF)一样，因此，2ASK又称为OOK。,第六章数字带通传输系统,一.2ASK信号的波形与频谱,6.1.1二进制振幅键控(2ASK),由于基带数据脉冲序列信号s(t)是随机的,则2ASK(OOK)信号也是随机的、功率型信号,其频谱特性须用功率谱密度来表示。,第六章数字带通传输系统,一.2ASK信号的波形与频谱,6.1.1二进制振幅键控(2ASK),前面章节中，式(6.1-30)给出了单极性矩形不归零脉冲基带数据序列信号s(t)的功率谱密度表示:,代入式（6.1-4),便可获得已调制2ASK信号的功率谱密度PE(f)结果:,第六章数字带通传输系统,一.2ASK信号的波形与频谱,6.1.1二进制振幅键控(2ASK),图6-3基带数据s(t)与2ASK信号eo(t)的功率谱密度示意图,正频率：0频到第一零点,正频率：主瓣宽度,第六章数字带通传输系统,二.2ASK信号的产生与解调,6.1.1二进制振幅键控(2ASK),图6-42ASK信号的产生原理框图,2ASK信号的产生,第六章数字带通传输系统,二.2ASK信号的产生与解调,6.1.1二进制振幅键控(2ASK),图6-52ASK信号的解调原理框图,2ASK信号的解调,框图中各点波形如何？,第六章数字带通传输系统,第六章数字带通传输系统,第六章数字带通传输系统,6.1二进制数字调制原理,6.1.2二进制频移键控(2FSK),一.2FSK信号的波形与频谱,2FSK信号可看作是两路不同高频载波(cos1t和cos2t)产生的2ASK信号波形的叠加结果。,第六章数字带通传输系统,6.1.2二进制频移键控(2FSK),一.2FSK信号的波形与频谱,图6-72FSK信号eo(t)可表示为两路2ASK信号波形叠加,第六章数字带通传输系统,6.1.2二进制频移键控(2FSK),2FSK信号可看作是两路不同高频载波(cos1t和cos2t)产生的2ASK信号波形的叠加结果。,一.2FSK信号的波形与频谱,第六章数字带通传输系统,一.2FSK信号的波形与频谱,6.1.2二进制频移键控(2FSK),第六章数字带通传输系统,一.2FSK信号的波形与频谱,6.1.2二进制频移键控(2FSK),第六章数字带通传输系统,6.1.2二进制频移键控(2FSK),图6-92FSK信号的产生原理框图,2FSK信号的产生,二.2FSK信号的产生与解调,第六章数字带通传输系统,6.1.2二进制频移键控(2FSK),图6-10a2FSK信号解调原理（非相干解调）,2FSK信号的解调,框图中各点波形如何？,二.2FSK信号的产生与解调,为何不用一条支路解调？,第六章数字带通传输系统,一.2FSK信号的波形与频谱,6.1.2二进制频移键控(2FSK),图6-8基带数据s(t)与2FSK信号eo(t)的功率谱密度示意图,正频率：0频到第一零点,正频率：含两主瓣,第六章数字带通传输系统,6.1.2二进制频移键控(2FSK),图6-10b2FSK信号解调原理（相干解调）,2FSK信号的解调,框图中各点波形如何？,二.2FSK信号的产生与解调,第六章数字带通传输系统,6.1.2二进制频移键控(2FSK),图6-112FSK信号解调原理（过零检测法）,2FSK信号的解调,框图中各点波形如何？,二.2FSK信号的产生与解调,第六章数字带通传输系统,6.1.2二进制频移键控(2FSK),2FSK信号的解调（其他方法）,二.2FSK信号的产生与解调,第六章数字带通传输系统,6.1二进制数字调制原理,6.1.3二进制相移键控(2PSK/2DPSK),一.2PSK信号的波形与频谱,图6-12基带数据信号s(t)与2PSK信号eo(t)的波形示意图,可以看出，2PSK信号可以看作是双极性二进制基带数据矩形脉冲序列信号s(t)和一个高频载波cosct相乘的结果。,第六章数字带通传输系统,一.2PSK信号的波形与频谱,6.1.3二进制相移键控,第六章数字带通传输系统,一.2PSK信号的波形与频谱,6.1.3二进制相移键控,假设信源输出码元中“1”和“0”等概率，前面章节中给出双极性矩形不归零脉冲基带信号s(t)的功率谱密度表示:,代入式（6.1-11),便可获得已调制2PSK信号的功率谱密度PE(f)结果:,第六章数字带通传输系统,一.2PSK信号的波形与频谱,6.1.3二进制相移键控,图6-13基带数据s(t)与2PSK信号eo(t)的功率谱密度示意图,正频率：0频到第一零点,正频率：主瓣宽度,2PSK频谱与2ASK频谱有何区别？,第六章数字带通传输系统,2DPSK信号的波形与频谱,6.1.4二进制差分相移键控,2DPSK信号用前后码元载波相位的变化量传递信息。当输入基带数据为“0”时，输出载波相位相对前一码元变化=0；当输入基带数据为“1”时，输出载波相位相对前一码元变化=1。,第六章数字带通传输系统,2DPSK信号的波形与频谱,6.1.4二进制差分相移键控,绝对码,相对码/差分码,图6-14基带数据信号s(t)与2DPSK信号eo(t)的波形示意图,第六章数字带通传输系统,2DPSK信号的波形与频谱,6.1.4二进制差分相移键控,用绝对码直接控制载波相位，产生PSK信号，称为绝对相移键控；用差分码控制载波相位，产生DPSK信号，称为差分相移键控。,为什么通常用差分相移键控2DPSK调制，而一般不用绝对相移键控2PSK调制？,第六章数字带通传输系统,2DPSK信号的波形与频谱,6.1.4二进制差分相移键控,2DPSK信号的频谱与2PSK信号的频谱有什么不同？,结论：由于差分码与绝对码的码速、码形都相同，如果“0”和“1”出现概率也相同，则2DPSK信号的频谱与2PSK信号的频谱将完全相同。,eo(t)是2PSK还是2DPSK？,eo(t)与s1(t)是何关系？,eo(t)与s2(t)是何关系？,第六章数字带通传输系统,2DPSK信号的波形与频谱,6.1.4二进制差分相移键控,图6-15基带数据s(t)与2DPSK信号eo(t)的功率谱密度示意图,正频率：0频到第一零点。,正频率：主瓣宽度,结论：2DPSK信号的频谱与2PSK信号的频谱将完全相同。,第六章数字带通传输系统,6.1.4二进制差分相移键控,2PSK/2DPSK的移相方式与矢量图,第六章数字带通传输系统,6.1.4二进制差分相移键控,二.2PSK/2DPSK信号的产生与解调,图6-17a2PSK信号的产生原理框图,2PSK信号的产生,如何产生DPSK信号？,第六章数字带通传输系统,6.1.4二进制差分相移键控,二.2PSK/2DPSK信号的产生与解调,图6-17b2DPSK信号的产生原理框图,2DPSK信号的产生,差分编码器如何实现？,第六章数字带通传输系统,6.1.4二进制差分相移键控,二.2PSK/2DPSK信号的产生与解调,差分编码/解码器实现,差分编码dk=akdk-1,差分解码ak=dkdk-1,第六章数字带通传输系统,6.1.4二进制差分相移键控,二.2PSK/2DPSK信号的产生与解调,2PSK/2DPSK信号对于数字信号的“0”、“1”具有相同的载波幅度和载波频率，因此无法使用包络检波方法进行非相干解调。,2PSK信号的解调,框图中各点波形如何？,第六章数字带通传输系统,6.1.4二进制差分相移键控,二.2PSK/2DPSK信号的产生与解调,第六章