第5章数据信号的频带传输电子信息工程专业教学课件PPT

1、 问题：什么是基带信号？问题：什么是基带信号？ 回顾回顾基带传输基带传输内容：内容： 1、理想低通、理想低通 2、滚降幅频特性低通网络、滚降幅频特性低通网络 3、部分响应系统、部分响应系统 频带利用率频带利用率第第5章章 数据信号的频带传输数据信号的频带传输 5.1 频带传输系统频带传输系统 5.2 数字调幅数字调幅 5.3 数字调相数字调相 5.4 频移键控频移键控 5.5 最小频移键控最小频移键控 5.6 各种调制方式的频带利用率各种调制方式的频带利用率 5.7 数字调幅调相数字调幅调相 5.8 数据信号的数字传输数据信号的数字传输 教学目标教学目标了解频带传输概念及分类了解频带传输概念及

2、分类掌握数字调幅概念、实现方法掌握数字调幅概念、实现方法掌握正交幅度调制方式掌握正交幅度调制方式第第5章章 数据信号的频带传输数据信号的频带传输 一、调制和频带传输系统一、调制和频带传输系统 二、数字调幅二、数字调幅 三、正交幅度调制三、正交幅度调制教学内容教学内容 重点难点：数字调幅和正交幅度调制重点难点：数字调幅和正交幅度调制 基带信号：数据终端输出数据信号代码序列，基带信号：数据终端输出数据信号代码序列，能量能量主要集中从主要集中从0开始到某频率开始到某频率低通低通型频带。型频带。(功率谱功率谱) 基带传输：不搬移基带信号频谱传输方式编码基带传输：不搬移基带信号频谱传输方式编码处理后信号

3、直接在信道中传输处理后信号直接在信道中传输模拟电话信道特性 如何在带通信道上传如何在带通信道上传输基带信号呢？输基带信号呢？基带信号功率谱基带信号功率谱能不能通过？能不能通过？单极性单极性NRZ码频谱码频谱 数字基带信号频谱仍然在基带范围内。数字基带信号频谱仍然在基带范围内。 不可能在诸如无线信道等传输媒介中直不可能在诸如无线信道等传输媒介中直接传输。接传输。合肥人民广播电台合肥人民广播电台 交通台交通台 调频调频 102.6 MHz 声音如何传输到声音如何传输到收音机呢？收音机呢？在发送端和接受在发送端和接受端如何处理？端如何处理？卫星通信等远距离传输等卫星通信等远距离传输等 调制：信源产生

4、低频基带数据信号，附加一个调制：信源产生低频基带数据信号，附加一个载波，使基带信号在带通信道上传输。载波，使基带信号在带通信道上传输。 频带传输（调制传输）：适用于电话网信道传频带传输（调制传输）：适用于电话网信道传输、信道具有带通特性，将基带信号频谱搬移输、信道具有带通特性，将基带信号频谱搬移到某个载波频带内进行传输，到某个载波频带内进行传输， 频带传输广泛应用于频带传输广泛应用于: 数字卫星传输系统数字卫星传输系统 光纤数字传输系统光纤数字传输系统 数字微波传输系统数字微波传输系统发发 送送 低低 通通发发 送送 带带 通通 调调 制制 信信 道道接接 收收 带带 通通 解解 调调接接 收

5、收 低低 通通取取 样样 判判 决决数据数据信号信号数据数据信号信号频带传输系统的结构频带传输系统的结构 1、数据信号经、数据信号经发送低通发送低通形成基带信号形成基带信号P98 2、调制和、调制和发送带通发送带通形成信道信号频谱形成信道信号频谱 3、接收带通接收带通滤除带外噪声滤除带外噪声 4、接收低通接收低通除去解调中出现的高次产物并起基础除去解调中出现的高次产物并起基础 带形成作用带形成作用 5、基带信号进入、基带信号进入取样判决取样判决电路，完成传输。电路，完成传输。 频带传输系统与基带传输系统有何区别？频带传输系统与基带传输系统有何区别？发发 送送 滤滤 波波 信信 道道 接接 收收

6、 滤滤 波波取取 样样 判判 决决基基 带带 数数 据据 传传 输输 系系 统统 频带传输系统与基带传输系统区别频带传输系统与基带传输系统区别： 发送端增加发送端增加调制调制， 接收端增加接收端增加解调解调， 实现信号频带搬移。实现信号频带搬移。 调制和解调综合设备称调制解调器调制和解调综合设备称调制解调器Modem? P97 调制：按调制信号（基带信号）的变化规律去调制：按调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波的某些参数的过程。改变载波的某些参数的过程。P98 解调则是相反的过程，即由载波参数的变换去解调则是相反的过程，即由载波参数的变换去恢复基带信号恢复基带信号 用以调制基带信号是数字信

7、号，数字调制。用以调制基带信号是数字信号，数字调制。 在调制解调器中正弦（或余弦）信号载波。在调制解调器中正弦（或余弦）信号载波。 Acos（ct+） 正弦信号正弦信号三要素三要素 A 幅度幅度调幅调幅 c 频率频率调频调频 相位相位调相调相（1 1）调幅（）调幅（AMAM）振幅振幅随基带数字信号而变化随基带数字信号而变化. . “1” “1”对应有载波对应有载波 “ “0”0”对应无载波对应无载波调制方法调制方法: :AMAM 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1（2 2）调频（）调频（FMFM）：）： 即载波即载波频率频率随数字信号而变化随数字信号而变化 “ “0”0”对应对应”

8、f1”f1” “1” “1”对应对应“f2”f2”f1f2FM 0 1 0 0 1 1n (3)调相（调相（PM）：）：相位随基带数字信号变相位随基带数字信号变化化.0度180度PM“ 0”对应相位对应相位0度度“1”对应相位对应相位180度度 一、调制和频带传输系统一、调制和频带传输系统 二、数字调幅二、数字调幅 三、正交幅度调制三、正交幅度调制 1、数字调幅概念及实现方法、数字调幅概念及实现方法 2、解调实现方法、解调实现方法 3、2ASK调制波功率谱调制波功率谱 4、单边带和残余边带调制、单边带和残余边带调制二、数字调幅二、数字调幅 什么叫数字调幅？什么叫数字调幅？以基带数据信号控制一个

9、载波幅度的调以基带数据信号控制一个载波幅度的调制方式称为数字调幅，又称制方式称为数字调幅，又称幅移键控幅移键控，简写为简写为ASK。P985.2 数字调幅数字调幅 5.2.1 ASK信号调制解调原理信号调制解调原理P98图图5-2 5-2 数字调幅基本框图数字调幅基本框图 调调 制制 解解 调调S（t）e（t） 已调信号可以表示为：已调信号可以表示为： e（t）=S（t）cosct e（t） ：已调信号：已调信号 S（t）：调制信号（基带信号）：调制信号（基带信号） cosct：载波：载波 2ASK调制（二进制数字信号）调制（二进制数字信号） 1.调制信号为单极性脉冲序列调制信号为单极性脉冲序

10、列 2.调制信号为双极性脉冲序列调制信号为双极性脉冲序列11100单极性不单极性不 归零码归零码11100双极性不双极性不 归零码归零码11100未调载波未调载波单极性不单极性不 归零码归零码已调波形已调波形11100S（t）e（t）调制完成调制完成 到到 的转换的转换S（t）e（t）未调载波未调载波双极性不双极性不 归零码归零码?已调波形已调波形1110011100书本P99更正调制变调制变换前后换前后的信号的信号?S（t）e（t）调制完成调制完成 到到 的转换的转换S（t）e（t） 调制是在发送端进行的调制是在发送端进行的, 已调载波经过信道传输后已调载波经过信道传输后. 接收端接收后进行

11、解调接收端接收后进行解调,恢复信号恢复信号 1、数字调幅概念及实现方法、数字调幅概念及实现方法 2、解调实现方法、解调实现方法 3、2ASK调制波功率谱调制波功率谱 4、单边带和残余变带调制、单边带和残余变带调制双极性不双极性不 归零码归零码已调波形已调波形11100接收到信接收到信号如何恢号如何恢复呢复呢? 2ASK已调波解调已调波解调: 非相干解调非相干解调相干解调。相干解调。 如何完成如何完成e(t)-s(t)的转换的转换?非相干检测 11100未调载波未调载波单极性不单极性不 归零码归零码已调波形已调波形11100相相 干干 解解 调（同步检测法）调（同步检测法）未调载波未调载波信号相

12、乘会信号相乘会什么情况什么情况相相 干干 解解 调调 带通带通滤波器滤波器 低通低通滤波器滤波器 抽样抽样判决器判决器 相乘器相乘器定时脉冲已已 调调 波波解解 调调 1、数字调幅概念及实现方法、数字调幅概念及实现方法 2、解调实现方法、解调实现方法 3、2ASK调制波功率谱调制波功率谱 4、单边带和残余变带调制、单边带和残余变带调制单极性不归零码频谱单极性不归零码频谱基带信号，是什么码型的？基带信号，是什么码型的？经过调制后产生的功率谱是什么情况？经过调制后产生的功率谱是什么情况？从频域的角度看调制从频域的角度看调制,是什么情况是什么情况? 2ASK频谱 )()(41)(cscseffPff

13、PfP单极性不归零码功率谱单极性不归零码功率谱思考思考:有什有什么关系和么关系和特点？特点？调调制制 调制后频谱特点调制后频谱特点1、基带信号线性搬移、基带信号线性搬移2、由连续谱和离散谱组成；、由连续谱和离散谱组成；3、 是双边带谱，是双边带谱，带宽是基带信号的两倍带宽是基带信号的两倍会带来会带来什么问什么问题题?频带利频带利用率低用率低 刚才是单极性不归零调制功率谱情况刚才是单极性不归零调制功率谱情况 双极性不归零调制后什么情况双极性不归零调制后什么情况?抑制载频的双边带抑制载频的双边带双极性信号调制后的功双极性信号调制后的功率谱，不含有直流分量，率谱，不含有直流分量，已调信号功率谱不含有

14、已调信号功率谱不含有WC的频率分量，叫抑制的频率分量，叫抑制载频双边带调制载频双边带调制 1、数字调幅概念及实现方法、数字调幅概念及实现方法 2、解调实现方法、解调实现方法 3、2ASK调制波功率谱调制波功率谱 4、单边带和残余边带调制、单边带和残余边带调制5.2.3 单边带和残余边带调制P101 ASK信号两个边带，含有相同的信息。信号两个边带，含有相同的信息。 提高信道频带利用率，传送一个边带能实现信提高信道频带利用率，传送一个边带能实现信息传递。息传递。 单边带调制单边带调制好处好处:提高频带利用率提高频带利用率 残余边带调制是介于双边带和单边带残余边带调制是介于双边带和单边带 使已调双

15、边带信号通过一个残余边带滤使已调双边带信号通过一个残余边带滤波器，波器， 使其双边带中的一个边带绝大部分和另使其双边带中的一个边带绝大部分和另一个边带小部分通过一个边带小部分通过 残余边带调制残余边带调制残残 余余 边边 带带 一、频带传输和频带传输系统一、频带传输和频带传输系统 二、数字调幅二、数字调幅 三、正交幅度调制三、正交幅度调制 由于由于2ASK信号带宽是基带信号带宽信号带宽是基带信号带宽2倍倍; 传输速率不变的情况下传输速率不变的情况下; 频带利用率降低频带利用率降低50%,有效性降低有效性降低. 提高提高频带利用率频带利用率,正交幅度调制正交幅度调制 正交幅度调制（正交幅度调制（

16、QAM ）是将两路独立的基带波形分）是将两路独立的基带波形分别对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带别对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制调制,两路已调信号叠加起来。两路已调信号叠加起来。P101 两个载波通常是相位差为两个载波通常是相位差为90度（度（/2）的正弦波，称作）的正弦波，称作正交载波。正交载波。 两路已调信号在相同带宽内频谱正交两路已调信号在相同带宽内频谱正交. 在同一频带内并行传输两路数据信息在同一频带内并行传输两路数据信息. 频带利用率提高频带利用率提高,和单边带相同和单边带相同.图图5-6 5-6 正交幅度调制信号的产生和解调正交幅度调制信号的产生和解调

17、正交幅度调制信号产生正交幅度调制信号产生e1(t)= S1(t)cos cte2(t)= S2(t)sin ct e (t)= e1(t)+ e2(t)= S1(t)cos ct S2(t)sin cte1(t)= S1(t)cos ct e2(t)= S2(t)sin ct 正交幅度调制信号解调正交幅度调制信号解调e (t)= e1(t)+ e2(t)= S1(t)cosct S2(t)sinctttSttStStttSttStyccccc2sin)(2cos)(21)(21cossin)(cos)()(211211ttSttStStttSttStyccccc2cos)(2sin)(21)(

18、21sinsin)(cos)()(212212ttSttStStttSttStyccccc2sin)(2cos)(21)(21cossin)(cos)()(211211)(21)(11tStS)(21)(22tStSe (t)= e1(t)+ e2(t)= S1(t)cos ct S2(t)sin ct正交幅度调制正交幅度调制 若传输速率不变若传输速率不变,基带传输和基带传输和2ASK调制时调制时的频带利用率的频带利用率: 基带传输基带传输 =fb/B 2ASK =fb/2B正交调幅功率谱正交调幅功率谱,A B两路都是双边带调制两路都是双边带调制;在一频段中在一频段中,可同时传输两路信号可同时

19、传输两路信号.频带利用率是双边带调制两倍频带利用率是双边带调制两倍. 与基带和单边带频带利用率相同与基带和单边带频带利用率相同 （00）（1800）10AB（900）1（2700）0正交幅度调制的矢量关系正交幅度调制的矢量关系由抑制载频双边带调幅信号由抑制载频双边带调幅信号,对应对应+1或或-1信号的已调波信号相位相差信号的已调波信号相位相差180.01110010 正交幅度的正交幅度的A路路”1”对应于对应于”0”相位相位,A路的路的”0”对应于对应于180相相位位; B路的载波与路的载波与A差差90,B路的路的”1”对应于对应于90相位相位,B路的路的”0”对应对应于于270相位相位. A

20、 B两路输出信号有两路输出信号有4种不同相位种不同相位,各代表一组各代表一组AB的组合的组合,即即AB二元码组二元码组.正交幅度调制的矢量关系正交幅度调制的矢量关系4QAM正交调幅信号矢量图4QAM正交调幅信号矢量和星座正交调制星座图表示法正交调制星座图表示法星座图星座图: A路的路的”1”码位于星座图右侧码位于星座图右侧,”0”码在左码在左侧侧B路的路的”1”码在上侧码在上侧,”0”码在下侧码在下侧星座图上各信号点之间距离越大星座图上各信号点之间距离越大,抗误码能力越强抗误码能力越强.16QAM星座图星座图上点数越多，频带利用率星座图上点数越多，频带利用率越高，抗干扰能力越差。越高，抗干扰能力越差。正交调制星座图表示法正交调制星座图表示法 设设MQAMMQAM系统，输入数据的比特率，即系统，输入数据的比特率，即A A和和B B两路的两路的总比特率为总比特率为f fb b，信道带宽为，信道带宽为B B，求此，求此MQAMMQAM的频谱的频谱利用率利用率? ?。 A A、B B两路基带信号各有电平数为两路基带信号各有电平数为 A A、B B两路各路比特率为两路各路比特率为M2bfMNRBd2log其中其中M为进制数（电平数）为进制数（电平数）212log M