6-lx-通信概論-數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸.ppt

1、,6.0 引言 6.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理 6.2 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 6.3 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較 6.4 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,本章內(nèi)容簡(jiǎn)介,6.0 引言,數(shù)字調(diào)制就是對(duì)基帶數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行變換，實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜的“搬移”，即把含有大量低頻成分的基帶信號(hào)頻譜搬移到一個(gè)很高的頻段上去。這種向高頻的搬移在數(shù)據(jù)的發(fā)送端進(jìn)行，搬移的過程稱作“調(diào)制”，在稱作調(diào)制器的設(shè)備中完成。在數(shù)據(jù)的接收端，有一個(gè)相反的變換被稱作“解調(diào)”的過程，解調(diào)過程在稱作解調(diào)器的設(shè)備中完成。,經(jīng)過調(diào)制的后的信號(hào)在一個(gè)很高的頻段上占有一定的帶寬，由于所處頻段很高，使得其最高頻率和最低頻率的相

2、對(duì)偏差變?。ㄗ罡哳l率和最低頻率的比值略大于1），這樣的信號(hào)稱為頻帶信號(hào)或射頻信號(hào)，相應(yīng)的傳輸系統(tǒng)稱作頻帶傳輸系統(tǒng)。,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.0 引言,調(diào)制實(shí)現(xiàn)對(duì)基帶數(shù)據(jù)信號(hào)頻譜的“搬移”，即把含有大量低頻成分的基帶信號(hào)頻譜搬移到一個(gè)很高的頻段上去。其目的主要有兩個(gè)： 無線(Wireless)傳輸 頻分多路復(fù)用(FDM),頻帶傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型,基帶信號(hào)為什么要進(jìn)行調(diào)制？,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.0 引言,數(shù)字調(diào)制就是用待傳輸?shù)幕鶐?shù)據(jù)信號(hào)控制某一高頻正弦波（載波）的參數(shù)：振幅、頻率或相位。 控制正弦波振幅稱作“數(shù)字振幅調(diào)制”，控制正弦波頻率稱作“數(shù)字頻率調(diào)制”，控制正弦波相位稱作

3、“數(shù)字相位調(diào)制”。 由于數(shù)字基帶信號(hào)只有有限種符號(hào)（電平），調(diào)制后的正弦波也只有有限種振幅、頻率或相位，因此這幾種調(diào)制常稱為“振幅鍵控”、“頻移鍵控”和“相移鍵控”。,如何進(jìn)行調(diào)制實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)頻譜的“搬移” ？,圖6-1 正弦載波的三種二進(jìn)制鍵控波形,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.1 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),一.2ASK信號(hào)的波形與頻譜,圖6-2 基帶數(shù)據(jù)信號(hào)s(t)與2ASK信號(hào)eo(t)的波形示意圖,可以看出，2ASK信號(hào)可以看作是單極性二進(jìn)制基帶數(shù)據(jù)矩形脈沖序列信號(hào)s(t)和一個(gè)高頻載波cosc t 相乘的結(jié)果。,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,一.2ASK信號(hào)的波形與頻譜,6.1 二

4、進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),可以看出，2ASK信號(hào)可以看作是單極性二進(jìn)制基帶數(shù)據(jù)矩形脈沖序列信號(hào)s(t)和一個(gè)高頻載波cosc t 相乘的結(jié)果。,由于高頻載波cosc t 在數(shù)字序列s(t)的控制(調(diào)制)下，一會(huì)兒有波形，一會(huì)兒沒有波形，就象用一個(gè)開關(guān) (Key)控制通斷(ON and OFF)一樣，因此，2ASK又稱為OOK。,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,一.2ASK信號(hào)的波形與頻譜,6.1 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),由于基帶數(shù)據(jù)脈沖序列信號(hào)s(t)是隨機(jī)的,則2ASK(OOK)信號(hào)也是隨機(jī)的、功率型信號(hào), 其頻譜特性須用功率譜密度來表示。,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,一.2ASK信號(hào)的波形

5、與頻譜,6.1 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),單極性矩形不歸零脈沖基帶數(shù)據(jù)序列信號(hào)s(t) 的功率譜密度表示:,代入式（6.1-4), 便可獲得已調(diào)制2ASK信號(hào)的功率譜密度PE(f) 結(jié)果:,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,一.2ASK信號(hào)的波形與頻譜,6.1 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),圖6-3 基帶數(shù)據(jù)s(t)與2ASK信號(hào)eo(t)的功率譜密度示意圖,正頻率： 0頻到第一零點(diǎn),正頻率： 主瓣寬度,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,二. 2ASK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào),6.1 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),圖6-4 2ASK信號(hào)的產(chǎn)生原理框圖, 2ASK信號(hào)的產(chǎn)生,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,二. 2ASK

6、信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào),6.1 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),圖6-5 2ASK信號(hào)的解調(diào)原理框圖, 2ASK信號(hào)的解調(diào),框圖中各點(diǎn)波形如何 ？,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.2 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),一.2FSK信號(hào)的波形與頻譜,2FSK信號(hào)可看作是兩路不同高頻載波(cos1t 和cos2t )產(chǎn)生的2ASK信號(hào)波形的疊加結(jié)果。,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.2 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),一.2FSK信號(hào)的波形與頻譜,圖6-7 2FSK信號(hào)eo(t)可表示為兩路2ASK信號(hào)波形疊加,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.2 二進(jìn)制頻移鍵控

7、(2FSK),2FSK信號(hào)可看作是兩路不同高頻載波(cos1t 和cos2t )產(chǎn)生的2ASK信號(hào)波形的疊加結(jié)果。,一.2FSK信號(hào)的波形與頻譜,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,一.2FSK信號(hào)的波形與頻譜,6.2 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,一.2FSK信號(hào)的波形與頻譜,6.2 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,一.2FSK信號(hào)的波形與頻譜,6.2 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),圖6-8 基帶數(shù)據(jù)s(t)與2FSK信號(hào)eo(t)的功率譜密度示意圖,正頻率： 0頻到第一零點(diǎn),正頻率： 含兩主瓣,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.2 二進(jìn)制頻移鍵控(2F

8、SK),圖6-9 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生原理框圖, 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生,二. 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào),第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.2 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),圖6-10a 2FSK信號(hào)解調(diào)原理（非相干解調(diào)）, 2FSK信號(hào)的解調(diào),框圖中各點(diǎn)波形如何？,二. 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào),第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.2 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),圖6-10b 2FSK信號(hào)解調(diào)原理（相干解調(diào)）, 2FSK信號(hào)的解調(diào),框圖中各點(diǎn)波形如何 ？,二. 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào),第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.2 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),圖6-11 2FSK信號(hào)解調(diào)原理（過零檢測(cè)法）, 2FS

9、K信號(hào)的解調(diào),框圖中各點(diǎn)波形如何 ？,二. 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào),第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.2 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK), 2FSK信號(hào)的解調(diào)（其他方法）,二. 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào),第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.3 二進(jìn)制相移鍵控(2PSK/2DPSK),一.2PSK信號(hào)的波形與頻譜,圖6-12 基帶數(shù)據(jù)信號(hào)s(t)與2PSK信號(hào)eo(t)的波形示意圖,可以看出，2PSK信號(hào)可以看作是雙極性二進(jìn)制基帶數(shù)據(jù)矩形脈沖序列信號(hào)s(t)和一個(gè)高頻載波cosc t 相乘的結(jié)果。,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,一.2PSK信號(hào)的波形與頻譜,6.3 二進(jìn)制相移鍵控,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳

10、輸,一.2PSK信號(hào)的波形與頻譜,6.3 二進(jìn)制相移鍵控,假設(shè)信源輸出碼元中“1”和“0”等概率，前面章節(jié)中給出雙極性矩形不歸零脈沖基帶信號(hào)s(t) 的功率譜密度表示:,代入式（6.3-2), 便可獲得已調(diào)制2PSK信號(hào)的功率譜密度PE(f) 結(jié)果:,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,一.2PSK信號(hào)的波形與頻譜,6.3 二進(jìn)制相移鍵控,圖6-13 基帶數(shù)據(jù)s(t)與2PSK信號(hào)eo(t)的功率譜密度示意圖,正頻率： 0頻到第一零點(diǎn),正頻率： 主瓣寬度,2PSK頻譜與2ASK頻譜有何區(qū)別？,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,2DPSK信號(hào)的波形與頻譜,6.4 二進(jìn)制差分相移鍵控, 2DPSK信號(hào)用前后碼元

11、載波相位的變化量傳遞信息。 當(dāng)輸入基帶數(shù)據(jù)為“0”時(shí)， 輸出載波相位相對(duì)前一碼元變化= 0 ； 當(dāng)輸入基帶數(shù)據(jù)為“1”時(shí)， 輸出載波相位相對(duì)前一碼元變化= 1 。,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,2DPSK信號(hào)的波形與頻譜,6.4 二進(jìn)制差分相移鍵控,絕對(duì)碼,相對(duì)碼/差分碼,圖6-14 基帶數(shù)據(jù)信號(hào)s(t)與2DPSK信號(hào)eo(t)的波形示意圖,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,2DPSK信號(hào)的波形與頻譜,6.4 二進(jìn)制差分相移鍵控,用絕對(duì)碼直接控制載波相位，產(chǎn)生PSK信號(hào)，稱為絕對(duì)相移鍵控；用差分碼控制載波相位，產(chǎn)生DPSK信號(hào)，稱為差分相移鍵控。,為什么通常用差分相移鍵控2DPSK調(diào)制，而一般不用絕

12、對(duì)相移鍵控2PSK調(diào)制？,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,2DPSK信號(hào)的波形與頻譜,6.4 二進(jìn)制差分相移鍵控,2DPSK信號(hào)的頻譜與2PSK信號(hào)的頻譜有什么不同？,結(jié)論：由于差分碼與絕對(duì)碼的碼速、碼形都相同，如果“0”和“1”出現(xiàn)概率也相同，則2DPSK信號(hào)的頻譜與2PSK信號(hào)的頻譜將完全相同。,eo(t)是2PSK還是2DPSK？,eo(t)與s1(t)是何關(guān)系？,eo(t)與s2(t)是何關(guān)系？,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,2DPSK信號(hào)的波形與頻譜,6.4 二進(jìn)制差分相移鍵控,圖6-15 基帶數(shù)據(jù)s(t)與2DPSK信號(hào)eo(t)的功率譜密度示意圖,正頻率： 0頻到第一零點(diǎn)。,正頻率：

13、主瓣寬度,結(jié)論：2DPSK信號(hào)的頻譜與2PSK信號(hào)的頻譜將完全相同。,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.4 二進(jìn)制差分相移鍵控, 2PSK/2DPSK的移相方式與矢量圖,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.4 二進(jìn)制差分相移鍵控,二. 2PSK/2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào),圖6-17a 2PSK信號(hào)的產(chǎn)生原理框圖, 2PSK信號(hào)的產(chǎn)生,如何產(chǎn)生DPSK信號(hào)？,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.4 二進(jìn)制差分相移鍵控,二. 2PSK/2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào),圖6-17b 2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生原理框圖, 2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生,差分編碼器如何實(shí)現(xiàn) ？,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.4 二進(jìn)制差分相移鍵控,二. 2PSK/2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào), 差分編碼/解碼器實(shí)現(xiàn),差分編碼 dk = akdk-1,差分解碼 ak = dkdk-1,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.4 二進(jìn)制差分相移鍵控,二. 2PSK/2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào),2PSK/2DPSK信號(hào)對(duì)于數(shù)字信號(hào)的“0”、“1”具有相同的載波幅度和載波頻率，因此無法使用包絡(luò)檢波方法進(jìn)行非相干解調(diào)。, 2PSK信號(hào)的解調(diào),框圖中各點(diǎn)波形如何 ？,第6章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,6.4 二進(jìn)制差分相移鍵控,二. 2PSK/2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào),第6章 數(shù)字信號(hào)的頻