5数字信号的频带传输.ppt

1、1,第5章 数字信号的频带传输,胡玉佩,2,目标要求,一、基本要求,1、掌握数字调制的概念及目的； 2、掌握2ASK信号的调制与解调基本原理； 3、掌握2FSK信号的调制与解调基本原理； 4、掌握2PSK信号的调制与解调基本原理； 5、掌握2DPSK信号的调制与解调基本原理； 6、熟悉二进制数字键控传输系统性能比较； 7、了解多进制数字键控的调制与解调基本原理。,3,主要内容,5.1 概述 5.2 二进制振幅键控（2ASK） 5.3 二进制频移键控（2FSK） 5.4 二进制相移键控（2PSK） 5.5 二进制差分相移键控（2DPSK） 5.6 二进制数字载波传输系统性能比较 5.7 多进制数

2、字调制系统 小结 思考题、习题,4,一、数字调制的定义： 1. 定义 调制：用来自信源的基带信号去控制载波的幅度、频率或者相位的过程，称为调制。 调制信号：此基带信号被称为调制信号。 载波：是一个确知的周期性波形，一般选择余弦波。 已调信号：经过调制之后形成的频带信号称为已调信号。,5.1 概述,5,2. 组成 调制信号m(t)自信源来的基带信号 已调信号s(t)调制后的载波称为已调信号 调制器进行调制的部件,5.1 概述,6,二、调制的分类（按调制器的功能分）： 1. 幅度调制-ASK： 用调制信号去控制载波的振幅。 2. 频率调制-FSK： 用调制信号去控制载波的频率。 3. 相位调制-P

3、SK： 用调制信号去控制载波的相位。,5.1 概述,7,从原理上来说，模拟调制和数字调制是一样 的，那么这两者的区别是什么？ 数字调制又有什么特征呢？,5.1 概述,8,5.1 概述,三、正弦形载波表达式： 或 式中，A 振幅 (V)； f0 频率 (Hz)； 0 = 2 f0 角频率 (rad/s)； 为初始相位 (rad)。,9,5.1 概述,四、3种基本的调制制度： 1、振幅键控ASK 2、频移键控FSK 3、相移键控PSK,10,一、基本原理 1、时域表示式： 调制信号： 则已调信号为：,5.2 二进制振幅键控(2ASK),11,2、调制方法 : 相乘法：直接使用相乘器 开关法：使用双

4、向选择开关,5.2 二进制振幅键控(2ASK),12,3、 解调方法 相干解调法：需要在接收端恢复出与发送端载波同频同相的本地载波,5.2 二进制振幅键控(2ASK),作用是什么？如何用?,13,5.2 二进制振幅键控(2ASK),抽样判决器的作用是什么？ 对接收信号先进行“抽样”，得到在不同的时刻的一些离散的值； 按照判决准则判断离散值是0还是1，将原来的基带信号恢复或者再生。 2ASK抽样判决准则如何制定？ 抽样离散值0.5为1； 抽样离散值0.5为0；,14,5.2 二进制振幅键控(2ASK),3、 解调方法： 包络检波法（非相干解调）:不需要恢复本地载波,15,【例5.1】：设发送的二

5、进制信息为101011001，采用2ASK方式传输。试画出2ASK信号的时间波形。,5.2 二进制振幅键控(2ASK),返回,16,5.3 二进制频移键控(2FSK),一、基本原理 1、时域表示式： 2、产生方法： 调频法： 相位连续 开关法： 相位不连续,17,5.3 二进制频移键控(2FSK),如果用相乘器能不能生成2FSK信号？ 如何生成？,18,5.3 二进制频移键控(2FSK),3、解调： 相干解调：,2FSK解调中的抽样判决器的使用方法和2ASK解调中用的有什么区别？,19,5.3 二进制频移键控(2FSK),2FSK抽样判决准则如何制定？ V1-V00为1； V1-V00为0；,

6、20,3、解调： 非相干解调： （1）包络检波法：,5.3 二进制频移键控(2FSK),21,（2）过零点检测法,a,b,c,e,d,f,5.3 二进制频移键控(2FSK),a,c,b,d,e,f,22,【例5.2】：设发送的二进制信息为101011001，采用2FSK方式传输。试画出2FSK信号的时间波形。,5.3 二进制频移键控(2FSK),返回,23,一、基本原理 1.表示式： 式中， 或,5.4 二进制相移键控(2PSK),24,2.例：波形“1 0 1” 整数个周期：图a和c相位不连续； 多半个周期：图b和d相位连续； 上述例子说明，相邻码元的相位是否连续与相邻码元的初始相位是否相同

7、不可混为一谈。 只有当一个码元中包含有整数个载波周期时，相邻码元边界处的相位跳变才是由调制引起的相位变化。,5.4 二进制相移键控(2PSK),25,5.4 二进制相移键控(2PSK),3.产生方法 （1）相乘法： 用二进制基带不归零矩形脉冲信号A(t)去和载波相乘。,26,3.产生方法 （2）选择法： 用开关电路去选择相位相差的同频载波。,5.4 二进制相移键控(2PSK),27,4.解调方法 必须采用相干解调。,5.4 二进制相移键控(2PSK),28,5.4 二进制相移键控(2PSK),2PSK抽样判决准则如何制定？ V0为1； V0为0；,29,【例5.3】：设发送的二进制信息为111

8、010011，采用2PSK方式传输。 （1）试画出2PSK信号的时间波形； （2）若采用相干解调方式进行解调，试画出各点时间波形。,5.4 二进制相移键控(2PSK),30,5.4 二进制相移键控(2PSK),上一题，如果要实现正确判决，对本地载波有什么要求？ 本地载波必须和发送端使用的载波同频同相。 否则会出现倒现象。,31,5.4 二进制相移键控(2PSK),什么是倒现象？ 由于BPSK信号实际上是以一个固定初相的未调载波为参考的，因此，解调时必须有与此同频同相的本地载波。如果本地载波的相位发生变化，如0相位变为相位或相位变为0相位，则恢复的数字信息就会发生“0”变“1”或“1”变“0”，

9、从而造成错误的恢复。这种因为本地参考载波倒相，而在接收端发生错误恢复的现象称为“倒”现象或“反向工作”现象。 倒现象如何解决？ 2DPSK方式是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。即用前后两个码元之间相差来表示码元的值“0”和“1”。例如，假设相差值“”表示符号“1”，相差为“0”表示符号“0”。,32,一、基本原理 2DPSK-相对相移键控 2PSK-绝对相移键控 1.表示式 设为当前码元和前一码元的相位之差： 则，信号可以表示为 式中，02f0为载波的角频率； 为前一码元的相位。,5.5 二进制差分相移键控(2DPSK),33,2.直接法产生2DPSK信号 可以看出：

10、初相不同，相同的基带码元序列的相位 也可不同，即，码元的相位并不直接代表基带信号； 相邻码元的相位差才代表基带信号。,5.5 二进制差分相移键控(2DPSK),34,【例5.4】：设发送的二进制信息为101011001，采用2DPSK方式传输。试画出2DPSK信号的时间波形。,5.5 二进制差分相移键控(2DPSK),返回,35,3.间接法产生2DPSK信号 若将待发送的序列A，先进行差分编码变成序列B，再用B对载波进行2PSK调制，结果和用A直接进行2DPSK调制一样: 基带序列： A = 1 1 1 0 0 1 1 0 1（绝对码） 变换后序列：B = (0)1 0 1 1 1 0 1 1

11、 0（相对码） 2PSK调制后的相位: (0) 0 0 0 变换规律： 绝对码元“1” 使相对码元改变； 绝对码元“0” 使相对码元不变。,5.5 二进制差分相移键控基本原理,36,变换方法：用一个双稳态触发器 间接法2DPSK信号调制器原理方框图,5.5 二进制差分相移键控(2DPSK),37,【例5.5】：设发送的二进制信息为101011001，采用2DPSK方式传输。试画出2DPSK信号的时间波形。,5.5 二进制差分相移键控(2DPSK),返回,38,4.2DPSK信号的解调 （1）相位比较法： 缺点：对于延迟单元的延时精度要求很高，较难作到。,5.5 二进制差分相移键控(2DPSK)

12、,39,5.5 二进制差分相移键控(2DPSK),（2）相干解调法： 先把接收信号当作绝对相移信号进行相干解调，解调后是相对码，再将此相对码作逆码变换，还原成绝对码。,40,逆码变换器,5.5 二进制差分相移键控(2DPSK),41,5.6 二进制数字键控传输系统性能比较,1.误码率曲线,42,误码率公式,5.6 二进制数字键控传输系统性能比较,43,1. 多进制振幅键控(MASK) 多电平单极性不归零信号 MASK信号 （图a 图b） 多电平双极性不归零信号 抑制载波MASK信号 （图c 图d） 图示为4ASK信号： 每码元含2比特,5.7 多进制数字键控,44,2. 多进制频移键控(MFS

13、K) 基本原理 MFSK的码元采用M个不同频率的载波。,5.7 多进制数字键控,45,3. 多进制频移键控(MPSK) 基本原理 MPSK的码元采用M个不同相位的载波。,5.7 多进制数字键控,46,正交相移键控(QPSK) （1）相位配置规则：A和B两种方式,5.7 多进制数字键控,47,正交相移键控(QPSK) （2）码元与相位对应规则,5.7 多进制数字键控,48,（3）产生方法 第一种方法：相乘法 二进制码元“1” 双极性脉冲“+1” 二进制码元“0” 双极性脉冲“-1” 对应A相位配置方式,5.7 多进制数字键控,49,5.7 多进制数字键控,50,第二种方法：选择法,5.7 多进制

14、数字键控,51,（4）解调方法 相干解调,5.7 多进制数字键控,52,基本原理 以4进制DPSK(QDPSK )信号为例 表中k是相对于前一相邻码元的相位变化,5.7 多进制数字键控,53,产生方法 相乘的信号应该是不归零二进制双极性矩形脉冲“+1”和“-1”， 对应关系是： 二进制码元“0” “1” 二进制码元“1” “1”,A方式编码,5.7 多进制数字键控,54,QDPSK码变换关系:,55,5.7 多进制数字键控,4. 振幅相位联合键控(APK) APK信号的振幅和相位独立地同时受到调制 ： 式中，k = 整数；Ak和k分别可以取多个离散值。 上式可以展开为 令 Xk = Akcosk Yk = -Aksink 从上式看出，sk(t)可以看作是两个正交的振幅键控信号之和,代入上式，得到,56,若k值取0和90，Ak值取+A和-A，则 APK信号 QPSK信号 4QAM信号,5.7 多进制数字键控,57,MQAM 又称星座调制,5.7 多进制数字键控,58,16QAM信号的产生方法 正交调幅法 复合相移法,5.7 多进制数字键控,59,目标要求,重点、难点,1、重