6147-数据通信技术教程-第2版-电子教案-蒋占军主编-数据信号的频带传输省公开课一等奖全国示范

第四章数据信号频带传输结束放映学习目录学习要求内容介绍作者：蒋占军第1页内容介绍——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传输系统，调制解调器是频带传输系统关键部分。——本章将对数字调制解调实现、调制解调器等频带传输系统关键技术和设备进行详细介绍。返回结束第2页学习要求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基本原理及主要特点3.掌握多进制调制解调系统基本原理及主要特点。4.了解各种调制解调系统性能。5.掌握调制解调器基本概念。6.了解各种经典调制解调器主要性能。7.掌握ADSL系统基本原理。返回结束第3页学习目录返回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调制解调器结束第4页4.1频带传输系统组成频带传输系统组成经典应用——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码频谱第5页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基本原理、时域信号表示方式、频谱及带宽、解调原理以及调制解调实现方式等内容。4.2.1二进制幅移键控4.2.2二进制频移键控4.2.3二进制相移键控4.2.4二进制数字调制系统性能分析与比较第6页4.2.1二进制幅移键控调制实现第7页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：第8页4.2.1二进制幅移键控频谱及带宽2ASK频谱第9页4.2.1二进制幅移键控2ASK信号带宽——2ASK信号零点带宽为B=2fb，也即2ASK系统传输带宽最少应该是2fb，这比基带信号宽一倍频带利用率解调方式非相干检测第10页4.2.1二进制幅移键控相干检测第11页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)第12页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信号表示式第13页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,为确保接收端能够正确接收，|fc1－fc2|通常取2fb或更大频带利用率第14页4.2.2二进制频移键控解调实现过零点检测差分检测第15页4.2.2二进制频移键控相干检测非相干检测第16页4.2.2二进制频移键控第17页4.2.2二进制相移键控绝对调相与相对调相绝对调相（PSK）——固定用某种相位载波表示“1”，另一个相位载波表示“0”相对调相（DPSK）——利用前后相邻码元相对相位值来表示数据码元，比如惯用方式是相邻码元载波相位（普通为初相）改变表示“1”，不变表示“0”二进制相移键控信号矢量图——载波相位选取第18页4.2.2二进制相移键控频谱与带宽波形示例2PSK信号表示式第19页4.2.2二进制相移键控调相信号相位改变能够反应到幅度改变上，其表示式可表示为：2PSK信号频谱2PSK信号带宽也是2fb

2DPSK调制和2PSK调制区分仅在于对应基带信号是差分双极性码，所以其频谱结构与2PSK信号完全相同第20页4.2.2二进制相移键控调制解调实现直接调相法实现2PSK调制键控法实现2PSK调制第21页4.2.2二进制相移键控2PSK相干检测第22页4.2.2二进制相移键控正常工作波形示意图第23页4.2.2二进制相移键控反向工作波形示意图第24页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

第25页4.2.2二进制相移键控差分检测波形示意图第26页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，但调制指数太小会造成系统抗干扰性能下降，——2DPFSK频带利用率最低。设备复杂性——对于同一个调制方式，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设备最复杂，2FSK次之，2ASK最简单——信噪比较高系统通常采取非相干检测，而在小信噪比工作环境中，需要采取相干检测。第27页4.2.4二进制数字调制系统性能分析与比较调制方式解调方式误码率公式2ASK非相干检测相干检测2FSK非相干检测相干检测2PSK相干检测2DPSK差分检测误码率第28页4.2.4二进制数字调制系统性能分析与比较误码率比较第29页

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基本原理、时域信号表示方式、频谱及带宽、解调原理以及调制解调实现方式等内容。4.3.1多进制幅移键控4.3.2多进制频移键控4.3.3多进制相移键控4.3.4幅相联合调制第30页

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信号表示式频带利用率第31页

4.3.2多进制频移键控MDPFSK信号且MDPFSK频谱第32页

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方式第33页

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）第34页

4.3.4幅相联合调制幅相联合调制优势MASK星座图8PSK星座图（A方式）第35页

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第36页

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第37页

4.3.4幅相联合调制MQAM星座图64QAM星座图第38页

4.3.4幅相联合调制128QAM星座图第39页4.4调制解调器本节内容提要：——介绍调制解调器基本原理、ITU-TV系列主要调制解调器标准以及惯用调制解调器主要特征。4.4.1调制解调器基本概念4.4.2调制解调器标准介绍4.4.3V.29调制解调器4.4.4V.32调制解调器4.4.5V.34调制解调器4.4.6V.90和V.92调制解调器第40页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外观第41页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——同时传输和异步传输Modem——低速、中速和高速Modem——外置Modem和内置Modem——硬件Modem和软件ModemModem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）数据终端适配器第42页4.4.1调制解调器基本概念

2．调制解调器速率DTE速率——与计算机连接串口速率，经典值为115.2kbit/s等第43页4.4.1调制解调器基本概念

2．调制解调器速率DCE速率——与电话线相连速率，经典值为56kbit/s等上行速率和下行速率第44页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第45页4.4.1调制解调器基本概念

基本原理时分双工第46页4.4.1调制解调器基本概念

时分双工框图第47页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信号，接收端依据信道特征和发送信号特征，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，即得到对端发来信号。回波抵消法原理示意图第48页4.4.2调制解调器标准介绍标准化组织及其标准——ITU-TV系列提议（主要由原CCITT制订）——美国Bell通信企业制订Bell标准——美国联邦电信标准委员会（FTSC）制订标准FED-STD——美国国家军用标准（MTL-STD）ITU-T相关调制解调器主要提议——V.34调制解调器——V.90调制解调器——V.92调制解调器——V系列调制解调器以下表第49页4.4.2调制解调器标准介绍第50页4.4.2调制解调器标准介绍第51页4.4.3

V.29调制解调器特征——上世纪80年代能够提供9600bit/s速率主流调制解调器——载频为1700Hz——标准速率是9600bit/s，能够降低速率在7200bit/s、4800bit/s工作——16APK（幅相联合调制）——待传输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——以下表所表示调制第52页4.4.3

V.29调制解调器Q1决定载波幅度相位编码第53页4.4.3

V.29调制解调器9600bit/s时星座图7200bit/s时星座图第54页4.4.4

V.32调制解调器非冗余16QAM调制调制原理图特征——回波抵消法实现两线全双工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)第55页4.4.4

V.32调制解调器9600bit/s非冗余16QAM星座图——ABCD表示4800bit/s调制解调器训练4个状态第56页4.4.4

V.32调制解调器TCM32调制原理——一个将调制和信道编码结合，统一设计技术TCM32调制第57页4.4.4

V.32调制解调器V.32TCM32原理图第58页4.4.4

V.32调制解调器9600bit/sTCM星座图——ABCD表示4800bit/s调制解调器训练4个状态第59页4.4.4

V.32调制解调器V.32与V.32bis主要特征比较特征V.32V.32bis操作速率9600bit/s7300bit/s4800bit/s14400bit/s1bit/s9600bit/s7300bit/s4800bit/s不一样速率对应调制方式14400bit/s不可用TCM1281bit/s不可用TCM649600bit/sTCM32TCM32降速有有降速回升无有重新训练时间15秒10秒第60页4.4.5

V.34调制解调器自适应传输速率概述——1994年完成V.34提议中，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传输速率——1996年颁布V.34bis最高速率则高达33.6Kbit/s——使用V.34调制解调器能够在传输普通数据信号同时，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波特第61页4.4.5

V.34调制解调器波特率、载波频率和信息速率关系波特率(Baud)低频载波(Hz)高频载波(Hz)最高传信率(bit/s)RBabfccdfccd240011160023180034216002743871646351829232400028007616803518292324000300054180035232640032004318294719203528800342910719594719594728800和其中abcd是正整数第62页4.4.5

V.34调制解调器调制原理框图第63页4.4.6

V.90和V.92调制解调器V.90Modem主要特征——经过回波抵消法实现在PSTN两线线路上双工通信——下行方向采取PCM调制技术，符号速率为8000波特同时传输时下行信息速率最高达56Kbit/s向下8000/6bit/s间隔兼容至28.8Kbit/s——上行方向采取和V.34相同方式工作——V.90调制解调器通信系统第64页4.4.6

V.90和V.92调制解调器V.92Modem主要特征——56Kbit/s下行速率——48Kbit/s上行速率——拨号设备在线（Modem-on-Hold）——快速拨号连接——V.44压缩技术第65页4.4.6

V.90和V.92调制解调器V.92Modem示例——全向秋池飞叶V.92MODEM——这是一款内置软猫——芯片采取CONEXANT企业产品，其前身是ROCKWELL第66页4.4.6

V.90和V.92调制解调器——继电器作用是方便用户对电话和上网切换——隔离变压器会对电话线产生瞬间高压进行处理第67页4.5ADSL调制解调器

本节内容提要：——介绍ADSL调制解调器基本原理、系统结构、调制方式以及其主要特征等内容。4.5.1ADSL系统结构4.5.2数据信号调制方式第68页

4.5.1ADSL系统结构数字用户线路(DSL)类别类别最高速率上行数据速率下行数据速率不对称数字用户线路（ADSL）1Mbit/s8Mbit/s高比特速率数字用户线路（HDSL）1.5Mbit/或2Mbit/s1.5Mbit/s或2Mbit/s可变速率数