第七章 数字带通传输系统.ppt

1、,7.0 引言 7.1 二进制数字调制原理 7.2 二进制数字调制系统的抗噪声性能 7.3 二进制数字调制系统的性能比较 7.4 多进制数字调制系统,第七章 数字带通传输系统,本章内容简介,7.0 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

2、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。,第七章 数字带通传输系统,7.0 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？,第七章 数字带通传输系统,7.0 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

3、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7-1 正弦载波的三种二进制键控波形,第七章 数字带通传输系统,7.1 二进制数字调制原理,7.1.1 二进制振幅键控(2ASK),一.2ASK信号的波形与频谱,图7-2 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cosc t 相乘的结果。,第七章 数字带通传输系统,一.2ASK信号的

4、波形与频谱,7.1.1 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cosc t 相乘的结果。,由于高频载波cosc t 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(ON and OFF)一样，因此，2ASK又称为OOK。,第七章 数字带通传输系统,一.2ASK信号的波形与频谱,7.1.1 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。,第七章 数字带通传输系

5、统,一.2ASK信号的波形与频谱,7.1.1 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（7.1-4), 便可获得已调制2ASK信号的功率谱密度PE(f) 结果:,第七章 数字带通传输系统,一.2ASK信号的波形与频谱,7.1.1 二进制振幅键控(2ASK),图7-3 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,第七章 数字带通传输系统,二. 2ASK信号的产生与解调,7.1.1 二进制振幅键控(2ASK),图7-4 2ASK信号的产生原理

6、框图, 2ASK信号的产生,第七章 数字带通传输系统,二. 2ASK信号的产生与解调,7.1.1 二进制振幅键控(2ASK),图7-5 2ASK信号的解调原理框图, 2ASK信号的解调,框图中各点波形如何 ？,第七章 数字带通传输系统,第七章 数字带通传输系统,第七章 数字带通传输系统,7.1 二进制数字调制原理,7.1.2 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。,第七章 数字带通传输系统,7.1.2 二进制频移键控(2FSK),一.2FSK信号的波形与频谱,图7-7 2FS

7、K信号eo(t)可表示为两路2ASK信号波形叠加,第七章 数字带通传输系统,7.1.2 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,第七章 数字带通传输系统,一.2FSK信号的波形与频谱,7.1.2 二进制频移键控(2FSK),第七章 数字带通传输系统,一.2FSK信号的波形与频谱,7.1.2 二进制频移键控(2FSK),第七章 数字带通传输系统,一.2FSK信号的波形与频谱,7.1.2 二进制频移键控(2FSK),图7-8 基带数据s(t)与2FSK信号eo(t)的功率谱密度示

8、意图,正频率： 0频到第一零点,正频率： 含两主瓣,第七章 数字带通传输系统,7.1.2 二进制频移键控(2FSK),图7-9 2FSK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,第七章 数字带通传输系统,7.1.2 二进制频移键控(2FSK),图7-10a 2FSK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？,第七章 数字带通传输系统,7.1.2 二进制频移键控(2FSK),图7-10b 2FSK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

9、信号的产生与解调,第七章 数字带通传输系统,7.1.2 二进制频移键控(2FSK),图7-11 2FSK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,第七章 数字带通传输系统,7.1.2 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,第七章 数字带通传输系统,7.1 二进制数字调制原理,7.1.3 二进制相移键控(2PSK/2DPSK),一.2PSK信号的波形与频谱,图7-12 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

10、矩形脉冲序列信号s(t)和一个高频载波cosc t 相乘的结果。,第七章 数字带通传输系统,一.2PSK信号的波形与频谱,7.1.3 二进制相移键控,第七章 数字带通传输系统,一.2PSK信号的波形与频谱,7.1.3 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（7.1-11), 便可获得已调制2PSK信号的功率谱密度PE(f) 结果:,第七章 数字带通传输系统,一.2PSK信号的波形与频谱,7.1.3 二进制相移键控,图7-13 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

11、到第一零点,正频率： 主瓣宽度,2PSK频谱与2ASK频谱有何区别？,第七章 数字带通传输系统,2DPSK信号的波形与频谱,7.1.4 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 。,第七章 数字带通传输系统,2DPSK信号的波形与频谱,7.1.4 二进制差分相移键控,绝对码,相对码/差分码,图7-14 基带数据信号s(t)与2DPSK信号eo(t)的波形示意图,第七章 数字带通传输系统,2DPSK信号的波形与频谱,7.1.4 二进制

12、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？,第七章 数字带通传输系统,2DPSK信号的波形与频谱,7.1.4 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？,第七章

13、数字带通传输系统,2DPSK信号的波形与频谱,7.1.4 二进制差分相移键控,图7-15 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。,第七章 数字带通传输系统,7.1.4 二进制差分相移键控, 2PSK/2DPSK的移相方式与矢量图,第七章 数字带通传输系统,7.1.4 二进制差分相移键控,二. 2PSK/2DPSK信号的产生与解调,图7-17a 2PSK信号的产生原理框图, 2PSK信号的产生,如何产生DPSK信号？,第七章 数字带通传输系统,7.1.4 二进制差分相

14、移键控,二. 2PSK/2DPSK信号的产生与解调,图7-17b 2DPSK信号的产生原理框图, 2DPSK信号的产生,差分编码器如何实现 ？,第七章 数字带通传输系统,7.1.4 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,第七章 数字带通传输系统,7.1.4 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

15、如何 ？,第七章 数字带通传输系统,7.1.4 二进制差分相移键控,二. 2PSK/2DPSK信号的产生与解调,第七章 数字带通传输系统,7.1.4 二进制差分相移键控,二. 2PSK/2DPSK信号的产生与解调, 2DPSK信号的解调,图7-20 2DPSK信号的解调原理框图,框图中各点波形如何？,第七章 数字带通传输系统,第七章 数字带通传输系统,7.1.4 二进制差分相移键控,二. 2PSK/2DPSK信号的产生与解调,7.1.4 二进制差分相移键控,二. 2PSK/2DPSK信号的产生与解调,第七章 数字带通传输系统,7.4 多进制数字调制系统,多进制(M)振幅键控(MASK),多进制

16、(M)频移键控(MFSK),多进制(M)相移键控(MPSK/MDPSK),多进制(M)数字调制系统特点：,多进制(M2)数字调制系统在相同的码元速率下，信息传输速率比二进制系统要高。,多进制(M)数字调制系统在相同信息速率下，由于码速低，使得占用频带宽度比二进制系统要窄，信道利用率得以提高。,多进制(M)联合键控(如APK),多进制(M)数字调制系统在相同的信息速率下的低码速，使码元加宽，有利于提高系统的误码性能。,第五章 数字调制系统,7.4 多进制数字调制系统,7.4.1 多进制数字振幅调制原理及抗噪声性能,一. 多进制(M)数字振幅调制(MASK)原理,第五章 数字调制系统,7.4.1

17、多进制数字振幅调制原理及抗噪声性能,一. 多进制(M)数字振幅调制(MASK)原理,图7-22 多进制(M)数字振幅调制(MASK)波形,第五章 数字调制系统,7.4.1 多进制数字振幅调制原理及抗噪声性能,一. 多进制(M)数字振幅调制(MASK)原理,图7-23 多进制(M)数字振幅调制(MASK)的频谱与带宽,正频率： 主瓣宽度,第五章 数字调制系统,7.4.1 多进制数字振幅调制原理及抗噪声性能,二. 多进制(M)数字振幅调制(MASK)系统, MASK信号的发送与接收,严格说来这是一种振幅与相位联合调制，常称为抑制载波调幅。,第五章 数字调制系统,7.4 多进制数字调制系统,7.4.

18、2 多进制数字频率调制原理及抗噪声性能,一. 多进制(M)数字频率调制(MFSK)原理,第五章 数字调制系统,7.4 多进制数字调制系统,7.4.2 多进制数字频率调制原理及抗噪声性能,一. 多进制(M)数字频率调制(MFSK)原理,第五章 数字调制系统,7.4.2 多进制数字频率调制原理及抗噪声性能,一. 多进制(M)数字频率调制(MFSK)原理,图7-26 基带数据s(t)与MFSK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M个主瓣,第五章 数字调制系统,7.4 多进制数字调制系统,7.4.3 多进制数字相位调制原理及抗噪声性能,一. 多进制(M)数字相位调制(MPSK)原理,应用最多的是四相调制(4PSK或QPSK)和八相调制(8PSK)。而且常用差分方式。,第五章 数字调制系统,7.4