數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點

1、數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點2低通信道用基帶信號傳輸?shù)屯ㄐ诺烙没鶐盘杺鬏旊娐钒迳系你~線電路板上的銅線如果帶通信道用什么信號傳輸。如果帶通信道用什么信號傳輸。調(diào)制傳輸：頻譜搬移到規(guī)定的頻帶內(nèi)調(diào)制傳輸：頻譜搬移到規(guī)定的頻帶內(nèi)數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點3引言引言p數(shù)字信號的分類和傳輸方式數(shù)字信號的分類和傳輸方式p數(shù)字信號數(shù)字信號n數(shù)字基帶信號數(shù)字基帶信號n數(shù)字調(diào)制信號數(shù)字調(diào)制信號p傳輸方式傳輸方式n數(shù)字信號的基帶傳輸數(shù)字信號的基帶傳輸n數(shù)字信號的調(diào)制傳輸數(shù)字信號的調(diào)制傳輸p以哪種傳輸方式為主？以哪種傳輸方式為主？n由信道類型確定由信道類型確定p低通型信道低通型信道- -數(shù)字信號的基帶傳

2、輸數(shù)字信號的基帶傳輸p帶通型信道帶通型信道- -數(shù)字信號的調(diào)制傳輸數(shù)字信號的調(diào)制傳輸數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點42 2數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制p數(shù)字調(diào)制目的與本質(zhì)數(shù)字調(diào)制目的與本質(zhì)n載波：連續(xù)的正（余）弦信號載波：連續(xù)的正（余）弦信號n調(diào)制信號：數(shù)字基帶信號調(diào)制信號：數(shù)字基帶信號p數(shù)字調(diào)制完成基帶信號功率譜的搬移數(shù)字調(diào)制完成基帶信號功率譜的搬移p 數(shù)字調(diào)制的過程數(shù)字調(diào)制的過程n模擬調(diào)制的過程，載波參數(shù)連續(xù)變化模擬調(diào)制的過程，載波參數(shù)連續(xù)變化n數(shù)字調(diào)制的過程，載波參數(shù)離散變化數(shù)字調(diào)制的過程，載波參數(shù)離散變化調(diào)制，調(diào)制，modulationmodulation鍵控，鍵控，shift keyingshift k

3、eying數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點53 3模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制方式對照模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制方式對照 模擬調(diào)制模擬調(diào)制 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制幅度調(diào)制幅度調(diào)制(AM) (AM) 幅度鍵控幅度鍵控(ASK)(ASK)頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM) (FM) 頻移鍵控頻移鍵控(FSK)(FSK)相位調(diào)制相位調(diào)制(PM) (PM) 相移鍵控相移鍵控(PSK)(PSK)振幅鍵控振幅鍵控頻移鍵控頻移鍵控相移鍵控相移鍵控數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點6本章目錄本章目錄p7.1 7.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制p7.27.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的抗噪聲性能二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的抗噪聲性能p7.37.3數(shù)字信號的最佳接收數(shù)字信號的最佳接收p7.

4、47.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制主要內(nèi)容要點主要內(nèi)容要點怎么調(diào)制，怎么解調(diào)，怎么調(diào)制，怎么解調(diào)，性能分析：性能分析：有效性：帶寬、頻帶利用率有效性：帶寬、頻帶利用率可靠性：誤碼率可靠性：誤碼率優(yōu)缺點總結(jié)優(yōu)缺點總結(jié)數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點7 二進(jìn)制是數(shù)字調(diào)制最簡單的情況，它改變載波的幅二進(jìn)制是數(shù)字調(diào)制最簡單的情況，它改變載波的幅度、頻率、相位只有兩種狀態(tài)。度、頻率、相位只有兩種狀態(tài)。7.1.1 7.1.1 二進(jìn)制幅度鍵控（二進(jìn)制幅度鍵控（ASKASK：amplitude shift keying amplitude shift keying ）1. 2ASK1. 2ASK信號時域表達(dá)式信號時域

5、表達(dá)式p2ASK2ASK信號，其幅度按調(diào)制信號取信號，其幅度按調(diào)制信號取0 0或或1 1有兩種取值，有兩種取值，最簡單的形式為通斷鍵控（最簡單的形式為通斷鍵控（OOKOOK）。）。pOOKOOK信號的表達(dá)式為：信號的表達(dá)式為： 調(diào)制信號調(diào)制信號 為：為：tAatsncOOKcos)(na1,0,1nPaP出現(xiàn)概率為出現(xiàn)概率為7.1 7.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點8 OOKOOK信號波形：信號波形： 一般地，調(diào)制信號具有一定波形，可表示為：一般地，調(diào)制信號具有一定波形，可表示為： 所以，所以，2ASK2ASK信號為：信號為： 可見，可見，2ASK2ASK為雙邊帶調(diào)幅信

6、號。為雙邊帶調(diào)幅信號。)()(snTtgatBnntnTtgatsnncsASKcos)()(數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點9 2. 2. 功率譜密度功率譜密度 設(shè)調(diào)制信號功率譜為設(shè)調(diào)制信號功率譜為 ，則，則2ASK2ASK信號功率譜為：信號功率譜為： )(BP)()()(cBcBASK41PPP圖圖7-2 OOK7-2 OOK信號的功率譜信號的功率譜(a)(a)基帶信號功率譜；基帶信號功率譜； (b) (b) 已調(diào)信號功率譜已調(diào)信號功率譜2ASK2ASK信號的帶寬信號的帶寬 ？基帶信號帶寬？基帶信號帶寬？數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點10分析p功率譜是基帶信號功率譜的線性搬移功率譜是基帶信號功率譜的線性搬移

7、n頻帶寬度是基帶信號的兩倍頻帶寬度是基帶信號的兩倍 基帶信號為矩形波基帶信號為矩形波n基帶信號的理論帶寬無限寬基帶信號的理論帶寬無限寬nNRZNRZ碼，基帶信號的近似帶寬碼，基帶信號的近似帶寬 ：p功率譜的第一個過零點帶寬，譜零點帶寬，主瓣帶寬功率譜的第一個過零點帶寬，譜零點帶寬，主瓣帶寬 B BB B= =f fs s= =R Rs s （f fs s：位定時的頻率）：位定時的頻率）nOOKOOK信號的理論帶寬無限寬信號的理論帶寬無限寬nOOKOOK信號的近似帶寬：信號的近似帶寬： p功率譜的功率譜的 第一對第一對 過零點帶寬，譜零點帶寬；主瓣帶過零點帶寬，譜零點帶寬；主瓣帶寬寬 B BS

8、S=2=2f fs s=2=2R Rs s數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點11 基帶信號為升余弦滾降信號基帶信號為升余弦滾降信號n基帶信號帶寬有限寬基帶信號帶寬有限寬n2ASK2ASK信號帶寬有限寬信號帶寬有限寬TB21BBs2BB TB1s圖圖7-3 7-3 升余弦滾降基帶信號的升余弦滾降基帶信號的2ASK2ASK信號功率譜信號功率譜 (a)(a)基帶信號功率譜；基帶信號功率譜； (b) (b) 已調(diào)信號功率譜已調(diào)信號功率譜數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點12 3. 2ASK3. 2ASK信號的調(diào)制方法信號的調(diào)制方法tnTtgatsnncsASKcos)()(tccos)(ts)(2teASK開關(guān)電路模擬調(diào)制法

9、（相乘器法）模擬調(diào)制法（相乘器法）鍵控法鍵控法數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點134. 2ASK4. 2ASK信號解調(diào)方法信號解調(diào)方法 n非相干解調(diào)非相干解調(diào)( (包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法) ) (a)(a)原理框圖；原理框圖；(b)(b)各點波形圖各點波形圖 數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點14n相干解調(diào)相干解調(diào)( (同步檢測法同步檢測法) ) ：穩(wěn)定，有利于位定時的提取。：穩(wěn)定，有利于位定時的提取。(a)(a)原理框圖；原理框圖；(b)(b)各點波形圖各點波形圖 2ASK2ASK信號早期用于無線電報，由于抗噪聲性能差現(xiàn)在已較少使用，但信號早期用于無線電報，由于抗噪聲性能差現(xiàn)在已較少使用，但2ASK2ASK信號是其

10、它數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)。信號是其它數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)。 數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點15 7.1.2 7.1.2 二進(jìn)制移頻鍵控二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK2FSK：frequency shift keyingfrequency shift keying）p移頻鍵控是數(shù)字信號改變載波的頻率。移頻鍵控是數(shù)字信號改變載波的頻率。p載波頻率隨載波頻率隨0 0和和1 1有兩種取值，分別為有兩種取值，分別為f f1 1和和f f2 2。 1. 2FSK1. 2FSK的時域表達(dá)式：的時域表達(dá)式： tnTtgatnTtgatsnnnn2s1s2FSKcoscos)(0,1, 1,10,1nnPPaaPP概率為概率為概率為概率為

11、數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點16 2FSK 2FSK信號的波形及分解如下圖所示：信號的波形及分解如下圖所示：22112FSK2cos2cosfAtsfAtsts)()()(1 0 0 1 01 0 0 1 0 2FSK 2FSK相當(dāng)于兩個不同載頻的相當(dāng)于兩個不同載頻的ASKASK信號之和信號之和 所以所以2FSK2FSK還可表示成：還可表示成： 數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點17 2. 2. 功率譜：功率譜：p設(shè)設(shè)2FSK2FSK兩個載頻的中心頻率為兩個載頻的中心頻率為f fc c，頻差為，頻差為 f f，則，則 p定義調(diào)頻指數(shù)（頻移指數(shù)）為：定義調(diào)頻指數(shù)（頻移指數(shù)）為：c12() 2/fff21fff21

12、ssfffhRR數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點18 p功率譜分析：功率譜分析：n功率譜以功率譜以f fc c為中心，對稱分布。為中心，對稱分布。n在調(diào)頻指數(shù)較小時功率譜為單峰，隨著調(diào)頻指數(shù)的增大，在調(diào)頻指數(shù)較小時功率譜為單峰，隨著調(diào)頻指數(shù)的增大，功率譜出現(xiàn)雙峰。功率譜出現(xiàn)雙峰。n當(dāng)出現(xiàn)雙峰時，帶寬可近似為：當(dāng)出現(xiàn)雙峰時，帶寬可近似為： 3 32FSK2FSK信號的調(diào)制：頻率選擇法信號的調(diào)制：頻率選擇法12B2FSK2ffBB數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點19 4. 4. 解調(diào)方法：解調(diào)方法：(a)(a)非相干解調(diào)非相干解調(diào)(b)(b)相干解調(diào)相干解調(diào)n原理：將原理：將2FSK2FSK信號分解成兩路信號分解成兩

13、路2ASK2ASK信號分別進(jìn)行解調(diào)。信號分別進(jìn)行解調(diào)。數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點20 p過零解調(diào)：過零解調(diào)：p 原理：載頻不同，過零點數(shù)不同，檢測過零點原理：載頻不同，過零點數(shù)不同，檢測過零點數(shù)，即可進(jìn)一步得到原始的調(diào)制信號。數(shù)，即可進(jìn)一步得到原始的調(diào)制信號。數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點217.1.3 7.1.3 二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（2PSK2PSK或或BPSKBPSK）1. 2PSK1. 2PSK信號的表達(dá)式：信號的表達(dá)式：n原理：在原理：在2PSK2PSK中，通常用初始相位中，通常用初始相位0 0和和 分別表示分別表示二進(jìn)制二進(jìn)制“1”1”和和“0”0”。n時域表達(dá)式為時域表達(dá)式為 式中

14、，式中， n n表示第表示第n n個符號的絕對相位：個符號的絕對相位：即即)cos(A)(2PSKnctts”時發(fā)送“”時發(fā)送“，1,00nPtPttscc1,cosA,cosA)(2PSK概率為概率為數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點22 n若若g g( (t t) )是幅度為是幅度為A A寬度為寬度為T Ts s的單個矩形脈沖，則的單個矩形脈沖，則2PSK2PSK信號可表示為信號可表示為 n2PSK2PSK的典型波形的典型波形tnTtgatsnncs2PSKcos)(1,1,1nPaP概率為概率為數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點23 2. 2. 功率譜：功率譜：p2PSK2PSK與與2ASK2ASK的表達(dá)式形式

15、一致：的表達(dá)式形式一致：n 2PSK2PSK信號：雙極性脈沖序列的雙邊帶調(diào)制信號：雙極性脈沖序列的雙邊帶調(diào)制n 2ASK2ASK信號：單極性脈沖序列的雙邊帶調(diào)制信號：單極性脈沖序列的雙邊帶調(diào)制p功率譜的差別僅在于離散的載波分量；功率譜的差別僅在于離散的載波分量；p帶寬：帶寬：tnTtgatsnncsASKcos)()(tnTtgatsnncs2PSKcos)(B2ASK2PSK2BBB數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點24 3. 2PSK3. 2PSK信號調(diào)制信號調(diào)制p相乘器相乘器p相位選擇器相位選擇器 相干解調(diào)方法，如何獲得同頻同相的載頻就成了關(guān)鍵相干解調(diào)方法，如何獲得同頻同相的載頻就成了關(guān)鍵問題。問題

16、。數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點25 4. 2PSK4. 2PSK信號的解調(diào)信號的解調(diào) p相干解調(diào)相干解調(diào)n相干載波，同頻同相的本地載波相干載波，同頻同相的本地載波 p同頻同相的本地載波的獲?。烘i相環(huán)同頻同相的本地載波的獲取：鎖相環(huán) （a a）平方環(huán)電路）平方環(huán)電路 （b b）科斯塔斯環(huán)電路）科斯塔斯環(huán)電路p鎖相環(huán)恢復(fù)載波的問題：鎖相環(huán)恢復(fù)載波的問題：n0 0， 相位不確定相位不確定p0 0， 相位模糊度相位模糊度數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點26p2PSK 相干解調(diào)原理框圖及各點波形圖相干解調(diào)原理框圖及各點波形圖數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點27 2PSK 2PSK調(diào)制與解調(diào)過程：調(diào)制與解調(diào)過程：121212101

17、101001110000000000000000001011010011101001011000nnnaaa 信碼碼元相位本地載波相位本地載波相位極性極性0， 相位不確定的影響數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點28 7.1.4 7.1.4 二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK2DPSK）p絕對調(diào)相：利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息；絕對調(diào)相：利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息；p相對調(diào)相：利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化傳遞數(shù)字相對調(diào)相：利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化傳遞數(shù)字信息信息1. 2DPSK1. 2DPSK信號的產(chǎn)生：信號的產(chǎn)生： 差分編碼后再進(jìn)行絕對調(diào)相。差分編碼后再進(jìn)行絕

18、對調(diào)相。數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點29 設(shè)絕對碼為設(shè)絕對碼為a an n，相對碼為，相對碼為b bn np傳號差分的編碼規(guī)則：傳號差分的編碼規(guī)則： 其中，其中， 的初始值可以任意設(shè)定。的初始值可以任意設(shè)定。p差分譯碼規(guī)則：差分譯碼規(guī)則： 顯然，只要傳輸沒有差錯，則譯碼顯然，只要傳輸沒有差錯，則譯碼值便是原始數(shù)據(jù)，即值便是原始數(shù)據(jù)，即 。1nnnbba1nnnbab1nbnnaa 由于初始相位不由于初始相位不同，同，2DPSK2DPSK信號信號的相位可以不同；的相位可以不同；2DPSK2DPSK信號的相信號的相位并不直接代表位并不直接代表基帶信號；基帶信號；前后碼元的相對前后碼元的相對相位才決定信息

19、相位才決定信息符號。符號。數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點30 2. 2DPSK2. 2DPSK解調(diào)器解調(diào)器n相干解調(diào)相干解調(diào)n延遲解調(diào)延遲解調(diào) （1 1）相干解調(diào)原理及各點波形）相干解調(diào)原理及各點波形數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點31 1212121011010011110010011101000000000000000000010010011101001101100010110110100111nnnnnabbba 絕對碼差分碼碼元相位載波相位載波相位極性極性1nnnbab1nnnbba2DPSK2DPSK調(diào)制及相干解調(diào)過程：調(diào)制及相干解調(diào)過程：數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點32 （2 2）差分解調(diào)原理及各點波形）差分解調(diào)原理及各點波形: :延遲解調(diào)延遲解調(diào)數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點33 2DPSK2DPSK信號調(diào)制與延遲解調(diào)過程如下信號調(diào)制與延遲解調(diào)過程如下 DD101101001110110110001010000000000010110100111nnnaba絕對碼差分碼碼元相位延遲碼元相位極性絕對碼數(shù)字信號的調(diào)制傳輸要點34 2PSK和2DPSK對比分析：1. 1. 相位與信息代碼的