第2章 數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸

1、第第2 2章章 數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸?shù)诘? 2章章 數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸v數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸是數(shù)據(jù)通信的基本問題數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸是數(shù)據(jù)通信的基本問題v三種傳輸方式：基帶傳輸、頻帶傳輸和數(shù)字傳輸三種傳輸方式：基帶傳輸、頻帶傳輸和數(shù)字傳輸v基帶傳輸基帶傳輸：不搬移基帶信號(hào)頻譜直接傳輸基帶信：不搬移基帶信號(hào)頻譜直接傳輸基帶信v號(hào)號(hào)v頻帶傳輸：頻帶傳輸：經(jīng)過調(diào)制將基帶信號(hào)的頻譜搬移到相經(jīng)過調(diào)制將基帶信號(hào)的頻譜搬移到相應(yīng)的載頻頻帶再進(jìn)行傳輸應(yīng)的載頻頻帶再進(jìn)行傳輸v數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸：在數(shù)字信道中傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)在數(shù)字信道中傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)v信道（信道（Channel）是通信系統(tǒng)中必不可少的）是通信

2、系統(tǒng)中必不可少的部分。信道是指以傳輸介質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通部分。信道是指以傳輸介質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通路。具體地說，信道是指由有線或無線電線路。具體地說，信道是指由有線或無線電線路提供的信號(hào)通路；抽象的說，路提供的信號(hào)通路；抽象的說，信道是指定信道是指定的一段頻帶，它讓信號(hào)通過，同時(shí)又給信號(hào)的一段頻帶，它讓信號(hào)通過，同時(shí)又給信號(hào)以限制和損害以限制和損害。信道的作用是傳輸信號(hào)。信道的作用是傳輸信號(hào)。v基帶傳輸是指由數(shù)據(jù)終端設(shè)備（基帶傳輸是指由數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）送出的二進(jìn)制）送出的二進(jìn)制“1” v或或“0”的電信號(hào)直接送到電路的傳輸方式。基帶信號(hào)未經(jīng)調(diào)制，的電信號(hào)直接送到電路的傳輸方式?；鶐盘?hào)未經(jīng)調(diào)制

3、，可可v以經(jīng)過碼形變換（或波形變換）進(jìn)行驅(qū)動(dòng)后直接傳輸?；鶐乓越?jīng)過碼形變換（或波形變換）進(jìn)行驅(qū)動(dòng)后直接傳輸?；鶐盘?hào)號(hào)v的特點(diǎn)是頻譜中的特點(diǎn)是頻譜中含有直流、低頻和高頻分量含有直流、低頻和高頻分量，隨著頻率升高，隨著頻率升高，其其v幅度相應(yīng)減小，最后趨于零。幅度相應(yīng)減小，最后趨于零?；鶐鬏敹嘤迷诙叹嚯x的數(shù)據(jù)傳基帶傳輸多用在短距離的數(shù)據(jù)傳輸輸v中，如近程計(jì)算機(jī)間數(shù)據(jù)通信或局域網(wǎng)中用雙絞線或同軸電纜中，如近程計(jì)算機(jī)間數(shù)據(jù)通信或局域網(wǎng)中用雙絞線或同軸電纜為為v介質(zhì)的數(shù)據(jù)傳輸。介質(zhì)的數(shù)據(jù)傳輸。v大多數(shù)傳輸信道是帶通型特性，基帶信號(hào)通不過大多數(shù)傳輸信道是帶通型特性，基帶信號(hào)通不過。采用調(diào)制。采用調(diào)制

4、v方法把基帶信號(hào)方法把基帶信號(hào)調(diào)制到信道帶寬范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸調(diào)制到信道帶寬范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸，接收端通過，接收端通過解解v調(diào)方法再還原出基帶信號(hào)的方式，稱為頻帶傳輸。這種方式可調(diào)方法再還原出基帶信號(hào)的方式，稱為頻帶傳輸。這種方式可實(shí)實(shí)v現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信，例如利用電話網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)全國或全球范圍現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信，例如利用電話網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)全國或全球范圍的的v數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信。v數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸是利用數(shù)字話路傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的一種方式。例數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸是利用數(shù)字話路傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的一種方式。例v如，利用如，利用PCM（脈沖編碼調(diào)制）數(shù)字電話通路，每一個(gè)話路可（脈沖編碼調(diào)制）數(shù)字電話通路，每一個(gè)話路可以以v傳輸傳輸64kb

5、it/s的數(shù)據(jù)信號(hào)，不需要調(diào)制，效率高，傳輸質(zhì)量好，的數(shù)據(jù)信號(hào)，不需要調(diào)制，效率高，傳輸質(zhì)量好，是是v數(shù)據(jù)通信很好的一種傳輸方式數(shù)據(jù)通信很好的一種傳輸方式。2.1 數(shù)據(jù)信號(hào)及特性描述v2.1.12.1.1數(shù)據(jù)序列的電信號(hào)表示數(shù)據(jù)序列的電信號(hào)表示v1 1 單極性不歸零信號(hào)（單極性不歸零信號(hào)（NRZNRZ），碼元間隔內(nèi)，），碼元間隔內(nèi)，用正電位表示用正電位表示1 1碼，用零電位表示碼，用零電位表示0 0碼碼v2 2 單極性歸零信號(hào)，用寬度為單極性歸零信號(hào)，用寬度為t t的正脈沖表示的正脈沖表示1 1，用零電位表示用零電位表示0 0v3 3 雙極性不歸零信號(hào)雙極性不歸零信號(hào) 分別用正和負(fù)表示分別用正

6、和負(fù)表示1 1和和0 0v4 4 雙極性歸零信號(hào)雙極性歸零信號(hào) 結(jié)合結(jié)合2 2和和3 3v5 5 差分信號(hào)差分信號(hào) 前后碼元電位改變表示前后碼元電位改變表示1 1，不變?yōu)?，不變?yōu)? 02.1 數(shù)據(jù)信號(hào)及特性描述v2.1.2基帶數(shù)據(jù)信號(hào)的功率譜特性v在通信中在通信中,除特殊情況除特殊情況(如測試信號(hào)如測試信號(hào))外外,數(shù)數(shù)字基帶信號(hào)通常都是字基帶信號(hào)通常都是隨機(jī)脈沖序列隨機(jī)脈沖序列。因?yàn)?。因?yàn)槿粼跀?shù)字通信系統(tǒng)中所傳輸?shù)臄?shù)字序列不若在數(shù)字通信系統(tǒng)中所傳輸?shù)臄?shù)字序列不是隨機(jī)的是隨機(jī)的,而是確知的而是確知的,則消息就不攜帶任則消息就不攜帶任何信息何信息,通信就失去意義。通信就失去意義。v研究隨機(jī)脈沖序列

7、的頻譜研究隨機(jī)脈沖序列的頻譜,要從統(tǒng)計(jì)分析要從統(tǒng)計(jì)分析的角度出發(fā)的角度出發(fā),研究它的功率譜密度。研究它的功率譜密度。 功率譜密度定義是：對于具有連續(xù)頻譜和有限功率譜密度定義是：對于具有連續(xù)頻譜和有限平均功率的信號(hào)或噪聲，表示其頻譜分量的單位帶寬平均功率的信號(hào)或噪聲，表示其頻譜分量的單位帶寬功率的頻率函數(shù)。功率的頻率函數(shù)。 在物理學(xué)中，信號(hào)通常是波的形式，例如電磁波、在物理學(xué)中，信號(hào)通常是波的形式，例如電磁波、隨機(jī)振動(dòng)或者聲波。當(dāng)波的頻譜密度乘以一個(gè)適當(dāng)?shù)碾S機(jī)振動(dòng)或者聲波。當(dāng)波的頻譜密度乘以一個(gè)適當(dāng)?shù)南禂?shù)后將得到每單位頻率波攜帶的功率，這被稱為信系數(shù)后將得到每單位頻率波攜帶的功率，這被稱為信號(hào)的

8、功率譜密度或者譜功率分布。功率譜密度的單位號(hào)的功率譜密度或者譜功率分布。功率譜密度的單位通常用每赫茲的瓦特?cái)?shù)（通常用每赫茲的瓦特?cái)?shù)（W/Hz）表示，或者使用波）表示，或者使用波長而不是頻率，即每納米的瓦特?cái)?shù)（長而不是頻率，即每納米的瓦特?cái)?shù)（W/nm）來表示。）來表示。 上面能量譜密度的定義要求信號(hào)的傅里葉變換必上面能量譜密度的定義要求信號(hào)的傅里葉變換必須存在，也就是說信號(hào)平方可積或者平方可加。如果須存在，也就是說信號(hào)平方可積或者平方可加。如果信號(hào)可以看作是平穩(wěn)隨機(jī)過程，那么功率譜密度就是信號(hào)可以看作是平穩(wěn)隨機(jī)過程，那么功率譜密度就是信號(hào)自相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換。信號(hào)自相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換。 v傅

9、里葉分析的結(jié)果之一就是Parseval定理，這個(gè)定理表明能量譜密度曲線下的面積等于信號(hào)幅度平方下的面積，總的能量是：2.1.2基帶數(shù)據(jù)信號(hào)的頻譜特性v隨機(jī)信號(hào)的功率譜密度是隨機(jī)信號(hào)的功率譜密度是用來描述信號(hào)的能量特征隨用來描述信號(hào)的能量特征隨頻率的變化關(guān)系。頻率的變化關(guān)系。v功率譜密度簡稱為功率譜，是自相關(guān)函數(shù)的傅里葉變功率譜密度簡稱為功率譜，是自相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換。對功率譜密度的估計(jì)又稱功率譜估計(jì)。換。對功率譜密度的估計(jì)又稱功率譜估計(jì)。v由于隨機(jī)信號(hào)的隨機(jī)性，各樣本函數(shù)不同，故任一樣由于隨機(jī)信號(hào)的隨機(jī)性，各樣本函數(shù)不同，故任一樣本函數(shù)對應(yīng)的功率譜密度函數(shù)都不能用來代表隨機(jī)過本函數(shù)對應(yīng)的功率

10、譜密度函數(shù)都不能用來代表隨機(jī)過程的功率譜密度函數(shù)。程的功率譜密度函數(shù)。因此，只有將所有可能出現(xiàn)的因此，只有將所有可能出現(xiàn)的每一個(gè)樣本函數(shù)的功率譜密度函數(shù)的統(tǒng)計(jì)平均值作為每一個(gè)樣本函數(shù)的功率譜密度函數(shù)的統(tǒng)計(jì)平均值作為隨機(jī)過程的功率譜密度函數(shù)才是合理的。隨機(jī)過程的功率譜密度函數(shù)才是合理的。2.1.2基帶數(shù)據(jù)信號(hào)的頻譜特性v通常把來自計(jì)算機(jī)、電傳機(jī)、傳真機(jī)等數(shù)據(jù)通常把來自計(jì)算機(jī)、電傳機(jī)、傳真機(jī)等數(shù)據(jù)終端設(shè)備的信號(hào)稱為基帶數(shù)據(jù)信號(hào)。基帶數(shù)終端設(shè)備的信號(hào)稱為基帶數(shù)據(jù)信號(hào)?；鶐?shù)據(jù)信號(hào)的主要特征是：信號(hào)的主要能量都集據(jù)信號(hào)的主要特征是：信號(hào)的主要能量都集中在從零頻（直流）或非常低的頻率開始，中在從零頻（直

11、流）或非常低的頻率開始，至某頻率的頻帶范圍內(nèi)。至某頻率的頻帶范圍內(nèi)。這種數(shù)據(jù)信號(hào)所占這種數(shù)據(jù)信號(hào)所占的頻段不是低通型頻帶就是帶通型頻帶。的頻段不是低通型頻帶就是帶通型頻帶。如如果是帶通型，則其下限頻率也是在距零頻不果是帶通型，則其下限頻率也是在距零頻不遠(yuǎn)處。遠(yuǎn)處。2.1.2基帶數(shù)據(jù)信號(hào)的頻譜特性v傅立葉變換能將滿足一定條件的某個(gè)傅立葉變換能將滿足一定條件的某個(gè)函數(shù)函數(shù)表表示成三角函數(shù)（正弦和示成三角函數(shù)（正弦和/或余弦函數(shù)）或者它或余弦函數(shù)）或者它們的積分的線性組合。們的積分的線性組合。 v傅里葉變換是一種分析信號(hào)的方法，它可分傅里葉變換是一種分析信號(hào)的方法，它可分析信號(hào)的成分，也可用這些成分

12、合成信號(hào)。析信號(hào)的成分，也可用這些成分合成信號(hào)。許多波形可作為信號(hào)的成分，比如正弦波、許多波形可作為信號(hào)的成分，比如正弦波、方波、鋸齒波等，傅里葉變換用正弦波作為方波、鋸齒波等，傅里葉變換用正弦波作為信號(hào)的成分。信號(hào)的成分。 v1. 基帶數(shù)據(jù)信號(hào)的一般表示式基帶數(shù)據(jù)信號(hào)的一般表示式v 一般令一般令g1 (t)代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)符號(hào)的代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)符號(hào)的“0”,g2 (t)代代表表“1”,碼元的時(shí)間間隔為碼元的時(shí)間間隔為T。 假設(shè)數(shù)據(jù)序列出現(xiàn)假設(shè)數(shù)據(jù)序列出現(xiàn)“0”,“1”概率分別為概率分別為P和和1-P,且認(rèn)為它們的出現(xiàn)彼此且認(rèn)為它們的出現(xiàn)彼此統(tǒng)計(jì)獨(dú)立統(tǒng)計(jì)獨(dú)立,則基帶數(shù)據(jù)信號(hào)可表示為則基帶數(shù)據(jù)信號(hào)可

13、表示為v2. 基帶數(shù)據(jù)信號(hào)的功率譜密度基帶數(shù)據(jù)信號(hào)的功率譜密度v(1) 基本分析基本分析v利用隨機(jī)信號(hào)的分析方法可得隨機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)序列的利用隨機(jī)信號(hào)的分析方法可得隨機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)序列的功率譜密度表示式為功率譜密度表示式為kkTtgtf)()(nssssnffnfGPnfPGffp)()()1 ()()(2212221)()()1 (fGfGPPfsv幾種數(shù)據(jù)序列的功率譜密度幾種數(shù)據(jù)序列的功率譜密度 v（1）單極性歸零序列）單極性歸零序列v功率譜密度為功率譜密度為v（2）雙極性歸零序列）雙極性歸零序列v功率譜密度為功率譜密度為v（3）雙極性不歸零序列）雙極性不歸零序列v功率譜密度為功率譜密度為v分析系

14、帶數(shù)據(jù)信號(hào)的功率譜意義有：分析系帶數(shù)據(jù)信號(hào)的功率譜意義有：v1 研究能否獲取時(shí)鐘頻率分量研究能否獲取時(shí)鐘頻率分量v2 大致了解傳播數(shù)據(jù)信號(hào)所需基帶寬度大致了解傳播數(shù)據(jù)信號(hào)所需基帶寬度v3 判斷能否用基帶傳輸判斷能否用基帶傳輸2.2 數(shù)據(jù)信號(hào)的基帶傳輸v數(shù)據(jù)終端輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)代碼序列為基帶數(shù)據(jù)信號(hào)，數(shù)據(jù)終端輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)代碼序列為基帶數(shù)據(jù)信號(hào)，基帶數(shù)據(jù)信號(hào)的主要特征是：信號(hào)的主要能量是集中基帶數(shù)據(jù)信號(hào)的主要特征是：信號(hào)的主要能量是集中于于 0 開始至某一頻率帶。開始至某一頻率帶。 這種基帶數(shù)據(jù)信號(hào)所占的這種基帶數(shù)據(jù)信號(hào)所占的通型頻帶即為基帶。通型頻帶即為基帶。不搬移基帶信號(hào)頻譜的傳輸方式不搬移基

15、帶信號(hào)頻譜的傳輸方式為基帶傳輸。為基帶傳輸。v2.2.1 2.2.1 基帶數(shù)據(jù)傳輸構(gòu)成模型基帶數(shù)據(jù)傳輸構(gòu)成模型v基帶傳輸系統(tǒng)的基本原理框圖基帶傳輸系統(tǒng)的基本原理框圖,如圖如圖2-6所示。所示。v圖中，發(fā)送濾波器的作用是限制信號(hào)頻帶并起波形形圖中，發(fā)送濾波器的作用是限制信號(hào)頻帶并起波形形v成作用；信道是信號(hào)的傳輸媒介，可以是各種形式的成作用；信道是信號(hào)的傳輸媒介，可以是各種形式的電、電、v纜；接收濾波器用來濾除帶外噪聲和干擾，并起波形纜；接收濾波器用來濾除帶外噪聲和干擾，并起波形形形v成作用；均衡器用來均衡信道特性不理想成作用；均衡器用來均衡信道特性不理想,采樣判決采樣判決器器v的作用是恢復(fù)發(fā)送

16、的數(shù)碼的作用是恢復(fù)發(fā)送的數(shù)碼.由于有噪聲和碼間干擾恢由于有噪聲和碼間干擾恢復(fù)復(fù)v的數(shù)碼可能有差別，故判決輸出用另外的符號(hào)表示。的數(shù)碼可能有差別，故判決輸出用另外的符號(hào)表示。我我v們將研究從們將研究從 1 點(diǎn)到點(diǎn)到 2 點(diǎn)之間的傳輸特性。點(diǎn)之間的傳輸特性。v 如何從如何從2點(diǎn)的波形中準(zhǔn)確的進(jìn)行判決，從而恢復(fù)發(fā)送點(diǎn)的波形中準(zhǔn)確的進(jìn)行判決，從而恢復(fù)發(fā)送v的數(shù)據(jù)序列，這是基帶傳輸所要研究的主要問題。的數(shù)據(jù)序列，這是基帶傳輸所要研究的主要問題。 v2.2.2 幾種基帶形成網(wǎng)絡(luò)v1 理想低通網(wǎng)絡(luò)v假定圖假定圖2-6中中1-2點(diǎn)的系統(tǒng)傳輸特性是理想低通傳輸特性，如圖點(diǎn)的系統(tǒng)傳輸特性是理想低通傳輸特性，如圖2

17、-7所示。所示。 其傳遞函數(shù)可表示為其傳遞函數(shù)可表示為v 據(jù)信號(hào)與傳輸理論可知，網(wǎng)絡(luò)對單位沖激脈沖的響應(yīng)，就據(jù)信號(hào)與傳輸理論可知，網(wǎng)絡(luò)對單位沖激脈沖的響應(yīng)，就是網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的傅立葉反變換，即是網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的傅立葉反變換，即 v3 3 部分響應(yīng)系統(tǒng)部分響應(yīng)系統(tǒng)v1. 基本原理基本原理v 部分響應(yīng)形成系統(tǒng)是一種可實(shí)現(xiàn)的傳輸系統(tǒng)，部分響應(yīng)形成系統(tǒng)是一種可實(shí)現(xiàn)的傳輸系統(tǒng)，它允許存在一定的、受控的碼間干擾，而在接收端它允許存在一定的、受控的碼間干擾，而在接收端可以加以消除，這樣的系統(tǒng)既能使頻帶利用率提高可以加以消除，這樣的系統(tǒng)既能使頻帶利用率提高到理論上的最大值，又可近似地物理實(shí)現(xiàn)。這類系到理論上的最大

18、值，又可近似地物理實(shí)現(xiàn)。這類系統(tǒng)稱為部分響應(yīng)形成系統(tǒng)。統(tǒng)稱為部分響應(yīng)形成系統(tǒng)。v2.第一類部分響應(yīng)形成系統(tǒng)第一類部分響應(yīng)形成系統(tǒng)v 這里采用兩個(gè)在時(shí)間錯(cuò)開的這里采用兩個(gè)在時(shí)間錯(cuò)開的 波形相加，波形相加，即系統(tǒng)的沖激響應(yīng)為即系統(tǒng)的沖激響應(yīng)為tftfNN22sinv2.2.3 時(shí)域均衡v1. 時(shí)域均衡的作用v 時(shí)域均衡的思路是時(shí)域均衡的思路是消除消除接收的時(shí)域信號(hào)波接收的時(shí)域信號(hào)波形的取樣點(diǎn)處的形的取樣點(diǎn)處的碼間干擾碼間干擾,并不要求傳輸波形的并不要求傳輸波形的所有細(xì)節(jié)都與奈氏準(zhǔn)則所要求的理想波形完全所有細(xì)節(jié)都與奈氏準(zhǔn)則所要求的理想波形完全一致。一致。v2.時(shí)域均衡的基本原理v 時(shí)域均衡器主要是由

19、橫截濾波器構(gòu)成時(shí)域均衡器主要是由橫截濾波器構(gòu)成,它是它是由多級(jí)抽頭遲延線、可變增益電路和求和器組由多級(jí)抽頭遲延線、可變增益電路和求和器組成的線性系統(tǒng)成的線性系統(tǒng),構(gòu)成結(jié)構(gòu)圖如圖構(gòu)成結(jié)構(gòu)圖如圖2-15所示。所示。v2 時(shí)域均衡的基本原理v3 注意分析例2-2v2.2.4 2.2.4 數(shù)據(jù)序列的擾亂與解擾數(shù)據(jù)序列的擾亂與解擾v1 擾亂與解擾的作用v 所謂擾亂所謂擾亂,就是將輸入數(shù)據(jù)序列按某就是將輸入數(shù)據(jù)序列按某種規(guī)律變換成長周期序列種規(guī)律變換成長周期序列,使之具有使之具有足夠足夠的隨機(jī)性。的隨機(jī)性。v 經(jīng)過擾亂的數(shù)據(jù)序列通過系統(tǒng)傳輸后經(jīng)過擾亂的數(shù)據(jù)序列通過系統(tǒng)傳輸后,在接收端還要還原成原始數(shù)據(jù)序列

20、在接收端還要還原成原始數(shù)據(jù)序列,這就這就需要在接收端進(jìn)行擾亂的逆過程需要在接收端進(jìn)行擾亂的逆過程解解擾。擾。 v2 基本原理v 最有效的數(shù)據(jù)序列擾亂方法是用一個(gè)最有效的數(shù)據(jù)序列擾亂方法是用一個(gè)隨機(jī)序列與輸入數(shù)據(jù)序列進(jìn)行邏輯加隨機(jī)序列與輸入數(shù)據(jù)序列進(jìn)行邏輯加,這這樣就能把任何輸入數(shù)據(jù)序列變換為隨機(jī)樣就能把任何輸入數(shù)據(jù)序列變換為隨機(jī)序列。序列。v擾亂器與解擾器原理如圖擾亂器與解擾器原理如圖2-17所示。所示。v2.2.5數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的時(shí)鐘同步v 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)接收端就需要有一個(gè)定時(shí)時(shí)鐘信號(hào)，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)接收端就需要有一個(gè)定時(shí)時(shí)鐘信號(hào)，并對這定時(shí)時(shí)鐘信號(hào)的要求是：并對這定時(shí)時(shí)鐘信號(hào)的要求是：定時(shí)時(shí)鐘

21、信號(hào)速率與定時(shí)時(shí)鐘信號(hào)速率與接收信號(hào)碼元速率完全相同，接收信號(hào)碼元速率完全相同，并使定時(shí)時(shí)鐘信號(hào)與接并使定時(shí)時(shí)鐘信號(hào)與接收信號(hào)碼元保持固定的最佳相位關(guān)系。接收端獲得或收信號(hào)碼元保持固定的最佳相位關(guān)系。接收端獲得或產(chǎn)生符合這一要求的定時(shí)時(shí)鐘信號(hào)的過程稱為時(shí)鐘同產(chǎn)生符合這一要求的定時(shí)時(shí)鐘信號(hào)的過程稱為時(shí)鐘同步，或稱為位同步或比特同步。步，或稱為位同步或比特同步。v 在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中通常是采用時(shí)鐘提取的方法實(shí)在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中通常是采用時(shí)鐘提取的方法實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步，時(shí)鐘提取的現(xiàn)時(shí)鐘同步，時(shí)鐘提取的 方法分為兩類：自同步法和方法分為兩類：自同步法和外同步法，在基帶數(shù)據(jù)傳輸中，多數(shù)場合是采用自同外同步法，在

22、基帶數(shù)據(jù)傳輸中，多數(shù)場合是采用自同步法。步法。2.3 數(shù)據(jù)信號(hào)的頻帶傳輸v 頻帶傳輸又稱調(diào)制傳輸。電話網(wǎng)傳輸信道是帶通型頻帶傳輸又稱調(diào)制傳輸。電話網(wǎng)傳輸信道是帶通型信道。信道。 通帶范圍是通帶范圍是3003400,帶通型信道不適合于帶通型信道不適合于直接傳輸基帶信號(hào)，需要對基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制以實(shí)直接傳輸基帶信號(hào)，需要對基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制以實(shí)現(xiàn)頻譜搬移使信號(hào)頻帶適合于信道頻帶?，F(xiàn)頻譜搬移使信號(hào)頻帶適合于信道頻帶。v理想低通信道理想低通信道“就是信號(hào)的所有低頻分量，只要其頻就是信號(hào)的所有低頻分量，只要其頻率不超過某個(gè)上限值，都能夠不失真地通過此信道。率不超過某個(gè)上限值，都能夠不失真地通過此信道。而頻率

23、超過該上限值的所有高頻分量都不能通過該而頻率超過該上限值的所有高頻分量都不能通過該信道。信道。帶通信道只允許上下限之間帶通信道只允許上下限之間 的信號(hào)頻率成分不失真的信號(hào)頻率成分不失真的通過，其他頻率成分不能通過。的通過，其他頻率成分不能通過。 2.3 數(shù)據(jù)信號(hào)的頻帶傳輸v頻帶傳輸系統(tǒng)與基帶傳輸系統(tǒng)的區(qū)別在于：頻帶傳輸系統(tǒng)與基帶傳輸系統(tǒng)的區(qū)別在于：頻頻帶帶v傳輸系統(tǒng)在發(fā)送端增加了調(diào)制，在接收端增加傳輸系統(tǒng)在發(fā)送端增加了調(diào)制，在接收端增加了了v解調(diào)，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻帶搬移。解調(diào)，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻帶搬移。v基帶傳輸和頻帶傳輸主要是由于傳輸?shù)男诺啦换鶐鬏敽皖l帶傳輸主要是由于傳輸?shù)男诺啦籿同，頻帶傳輸需

24、要對信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。同，頻帶傳輸需要對信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。v 2.3 數(shù)據(jù)信號(hào)的頻帶傳輸v調(diào)制的定義：用基帶信號(hào)對載波波形的某些參數(shù)進(jìn)調(diào)制的定義：用基帶信號(hào)對載波波形的某些參數(shù)進(jìn)v行控制，使這些參量隨基帶信號(hào)的變化而變化。行控制，使這些參量隨基帶信號(hào)的變化而變化。v 所謂調(diào)制，就是在基帶數(shù)據(jù)信號(hào)上附加一個(gè)載所謂調(diào)制，就是在基帶數(shù)據(jù)信號(hào)上附加一個(gè)載v波，通過載波的幫助使基帶信號(hào)在帶通信道上傳輸，波，通過載波的幫助使基帶信號(hào)在帶通信道上傳輸，v就如我們騎馬上山，馬就相當(dāng)于載波。頻帶傳輸又就如我們騎馬上山，馬就相當(dāng)于載波。頻帶傳輸又稱稱v調(diào)制傳輸，它主要適用于電話網(wǎng)信道的傳輸。調(diào)制傳輸，它主要適用于電話網(wǎng)信

25、道的傳輸。v用以調(diào)制的基帶信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，所以又稱為數(shù)字用以調(diào)制的基帶信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，所以又稱為數(shù)字調(diào)制。調(diào)制。2.3 數(shù)據(jù)信號(hào)的頻帶傳輸v在調(diào)制解調(diào)器中都在調(diào)制解調(diào)器中都選擇正弦（或余弦）信號(hào)選擇正弦（或余弦）信號(hào)v作為載波作為載波。這是因?yàn)檎倚盘?hào)形式簡單，便。這是因?yàn)檎倚盘?hào)形式簡單，便于于v產(chǎn)生和接受，且由于正弦信號(hào)有幅度、頻率、產(chǎn)生和接受，且由于正弦信號(hào)有幅度、頻率、v相位相位3種基本參量，因此可以構(gòu)造數(shù)字調(diào)幅、種基本參量，因此可以構(gòu)造數(shù)字調(diào)幅、v數(shù)字調(diào)相和數(shù)字調(diào)頻數(shù)字調(diào)相和數(shù)字調(diào)頻3種基本調(diào)制方式種基本調(diào)制方式。2.3.1頻帶傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成v頻帶傳輸系統(tǒng)與基帶傳輸系統(tǒng)的區(qū)別在于頻帶

26、傳輸系統(tǒng)與基帶傳輸系統(tǒng)的區(qū)別在于在發(fā)送端增加了在發(fā)送端增加了調(diào)制調(diào)制，在接收端增加了解，在接收端增加了解調(diào)，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻帶搬移，調(diào)制和解調(diào)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻帶搬移，調(diào)制和解調(diào)合起來稱為合起來稱為Modem。v 當(dāng)基帶信號(hào)為二進(jìn)制時(shí)，所進(jìn)行的數(shù)字當(dāng)基帶信號(hào)為二進(jìn)制時(shí)，所進(jìn)行的數(shù)字調(diào)調(diào)v制就是二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制，常見的有二進(jìn)制制就是二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制，常見的有二進(jìn)制振振v幅鍵控幅鍵控2ASK、頻移鍵控、頻移鍵控2FSK和相移鍵控和相移鍵控v2PSK及差分相移鍵控及差分相移鍵控2DPSK。2.3.2數(shù)字調(diào)幅v以基帶數(shù)據(jù)信號(hào)控制一個(gè)載波的幅度，稱為以基帶數(shù)據(jù)信號(hào)控制一個(gè)載波的幅度，稱為v數(shù)字調(diào)幅，又稱幅移鍵

27、控，數(shù)字調(diào)幅，又稱幅移鍵控，ASK。v 1. 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)幅二進(jìn)制數(shù)字調(diào)幅v幅度鍵控可以通過幅度鍵控可以通過乘法器乘法器和和開關(guān)電路開關(guān)電路來實(shí)現(xiàn)。載波來實(shí)現(xiàn)。載波在在v數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)1或或0的控制下通或斷，在信號(hào)為的控制下通或斷，在信號(hào)為1的狀態(tài)的狀態(tài)載載v波接通，此時(shí)傳輸信道上有載波出現(xiàn)；在信號(hào)為波接通，此時(shí)傳輸信道上有載波出現(xiàn)；在信號(hào)為0的的v狀態(tài)下，載波被關(guān)斷，此時(shí)傳輸信道上無載波傳送。狀態(tài)下，載波被關(guān)斷，此時(shí)傳輸信道上無載波傳送。v那么在接收端我們就可以根據(jù)載波的有無還原出數(shù)那么在接收端我們就可以根據(jù)載波的有無還原出數(shù)v字信號(hào)的字信號(hào)的1和和0。對于二進(jìn)制幅度鍵控信號(hào)的頻帶寬。對于

28、二進(jìn)制幅度鍵控信號(hào)的頻帶寬v度為二進(jìn)制基帶信號(hào)寬度的兩倍。度為二進(jìn)制基帶信號(hào)寬度的兩倍。v幅移鍵控法幅移鍵控法(ASK)的載波幅度是的載波幅度是隨著調(diào)制隨著調(diào)制v信號(hào)而變化的信號(hào)而變化的， 其最簡單的形式是，載波其最簡單的形式是，載波在在v二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)控制下通斷，二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)控制下通斷， 此時(shí)又可稱此時(shí)又可稱作作v開關(guān)鍵控法開關(guān)鍵控法(OOK)。2 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)幅v多電平多電平MASK調(diào)制方式是一種比較高效的傳調(diào)制方式是一種比較高效的傳輸方式，但由于它的抗噪聲能力較差，尤其輸方式，但由于它的抗噪聲能力較差，尤其是抗衰落的能力不強(qiáng)，因而一般只適宜在恒是抗衰落的能力不強(qiáng)，因而一般只適宜在恒參信

29、道下采用。參信道下采用。 2.3.3數(shù)字調(diào)相v 以基帶數(shù)據(jù)信號(hào)控制載波的相位，稱為數(shù)字調(diào)相，又稱相以基帶數(shù)據(jù)信號(hào)控制載波的相位，稱為數(shù)字調(diào)相，又稱相移鍵控，簡寫為移鍵控，簡寫為PSK。v 1. PSK信號(hào)及功率譜密度信號(hào)及功率譜密度v 按按PSK的基本定義可畫出如圖的基本定義可畫出如圖2-46所示數(shù)據(jù)信號(hào)與所示數(shù)據(jù)信號(hào)與PSK信號(hào)信號(hào)v的對應(yīng)波形。圖中的對應(yīng)波形。圖中2-46 (a)是信號(hào)序列；是信號(hào)序列；2-46 (b)是未調(diào)載波是未調(diào)載波信信v號(hào)號(hào) ，2-44 (c)為二相絕對調(diào)相信號(hào)，記為為二相絕對調(diào)相信號(hào)，記為2PSK；2-46 (d)v為二相對調(diào)相信號(hào)，或稱差分調(diào)相信號(hào)，記為為二相對

30、調(diào)相信號(hào)，或稱差分調(diào)相信號(hào)，記為2DPSK。tccosv數(shù)字調(diào)相信號(hào)功率譜密度就是載波頻率為數(shù)字調(diào)相信號(hào)功率譜密度就是載波頻率為fc的抑的抑制制v載波的雙邊帶譜，與抑制載波的載波的雙邊帶譜，與抑制載波的2ASK功率譜相功率譜相v同，也是雙邊帶帶寬。同，也是雙邊帶帶寬。v (2) 2PSK信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào) v圖圖2-47 (a)給出的是一種用相位選擇法產(chǎn)生給出的是一種用相位選擇法產(chǎn)生2PSKv信號(hào)的原理框圖。信號(hào)的原理框圖。v這種這種2PSK信號(hào)的解調(diào)存在一個(gè)問題，即信號(hào)的解調(diào)存在一個(gè)問題，即2分頻器電分頻器電路路v輸出存在相位不定性或稱相位模糊問題。輸出存在相位不定性或稱相位模

31、糊問題。 v當(dāng)二分頻器電路輸出的相位為當(dāng)二分頻器電路輸出的相位為00或或1800不定時(shí)，相不定時(shí)，相干干v解調(diào)的輸出基帶信號(hào)就會(huì)存在解調(diào)的輸出基帶信號(hào)就會(huì)存在0或或1倒相現(xiàn)象，這就倒相現(xiàn)象，這就是是v二相絕對調(diào)相，即二相絕對調(diào)相，即2PSK方式不能直接應(yīng)用的原因所方式不能直接應(yīng)用的原因所在。在。v解決這一問題的方法就是采用相對調(diào)相，即解決這一問題的方法就是采用相對調(diào)相，即2DPSK式。式。 v(3)2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)v 2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生信號(hào)的產(chǎn)生v根據(jù)根據(jù)2DPSK信號(hào)和信號(hào)和2PSK信號(hào)的內(nèi)在聯(lián)系，只要將輸入的基信號(hào)的內(nèi)在聯(lián)系，只要將輸入的基帶帶v數(shù)據(jù)序列變換成相

32、對序列，即差分碼序列，然后用相對序列數(shù)據(jù)序列變換成相對序列，即差分碼序列，然后用相對序列去去v進(jìn)行絕對調(diào)相，便可得到進(jìn)行絕對調(diào)相，便可得到2DPSK信號(hào)。信號(hào)。 v 2DPSK信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào) v2DPSK的解調(diào)通常采用極性比較法，極性比較法是對的解調(diào)通常采用極性比較法，極性比較法是對2DPSK信信v號(hào)先進(jìn)行號(hào)先進(jìn)行2PSK解調(diào)，然后用碼變換器將差分碼變?yōu)榻^對碼。解調(diào)，然后用碼變換器將差分碼變?yōu)榻^對碼。在在v進(jìn)行進(jìn)行2PSK解調(diào)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)解調(diào)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)“1”，“0”倒相現(xiàn)象，但變倒相現(xiàn)象，但變換為絕換為絕v對碼后的碼序列是唯一的，即與倒相無關(guān)。對碼后的碼序列是唯一的，即與倒相無關(guān)。

33、v2.多相調(diào)相及頻帶利用率多相調(diào)相及頻帶利用率v(1)四進(jìn)制調(diào)相四進(jìn)制調(diào)相v四相調(diào)相，即四相調(diào)相，即4PSK，是用載波的四種不同相位來表征傳送的，是用載波的四種不同相位來表征傳送的數(shù)據(jù)信息。如前所述，在數(shù)據(jù)信息。如前所述，在4PSK調(diào)制中，首先對輸入的二進(jìn)制調(diào)制中，首先對輸入的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，將二位數(shù)字編成一組，即構(gòu)成雙比特碼元。數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，將二位數(shù)字編成一組，即構(gòu)成雙比特碼元。k比特碼元有比特碼元有2k種組合，即有種組合，即有2k種不同狀態(tài)，故可以用種不同狀態(tài)，故可以用m= 2k種種不同相位或相位差來表示，對于不同相位或相位差來表示，對于k=2, 則則m22=4，故稱為，故稱為 四四相

34、調(diào)相。我們把組成雙比特碼元的前一信息比特用相調(diào)相。我們把組成雙比特碼元的前一信息比特用A代表，后代表，后一信息比特用一信息比特用B代表，并按格雷碼排列，以便提高傳輸?shù)目煽看?，并按格雷碼排列，以便提高傳輸?shù)目煽啃?。按國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，雙比特碼元與載波相位的對應(yīng)關(guān)系性。按國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，雙比特碼元與載波相位的對應(yīng)關(guān)系有兩種，稱為有兩種，稱為A方式和方式和B方式，它們的對應(yīng)關(guān)系如表方式，它們的對應(yīng)關(guān)系如表2-1所示，所示，它們之間的矢量關(guān)系如圖它們之間的矢量關(guān)系如圖2-53所示。所示。雙比特碼元 載波相位A BA方式B方式0 01 0 1 10 1 0 /2 3/2 5/47/4/43/4雙比特

35、碼元 載波相位A BA方式B方式0 01 0 1 10 1 0 /2 3/2 5/47/4/43/42)多相調(diào)相的頻帶利用率。多相調(diào)相的頻帶利用率為1log12Mk2.3.4 數(shù)字調(diào)頻v用基帶數(shù)據(jù)信號(hào)控制載波的頻率，稱為數(shù)字調(diào)頻，又稱頻移鍵控用基帶數(shù)據(jù)信號(hào)控制載波的頻率，稱為數(shù)字調(diào)頻，又稱頻移鍵控(FSK)。v12FSK信號(hào)及功率譜密度信號(hào)及功率譜密度v(1)2FSK信號(hào)信號(hào)v 二進(jìn)制移頻鍵控就是用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)控制載波頻率二進(jìn)制移頻鍵控就是用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)控制載波頻率f1，當(dāng)傳送，當(dāng)傳送“1”碼時(shí)輸出頻率碼時(shí)輸出頻率 ；當(dāng)傳送；當(dāng)傳送“0”碼時(shí)輸出頻率碼時(shí)輸出頻率f0。v(2) 2FSK信號(hào)

36、功率譜密度（相位不連續(xù)的）信號(hào)功率譜密度（相位不連續(xù)的）v 2FSK信號(hào)的功率譜密度，是兩個(gè)不抑制載波的信號(hào)的功率譜密度，是兩個(gè)不抑制載波的2ASK信號(hào)的功率譜密信號(hào)的功率譜密度的合成度的合成,如圖如圖2-57所示。所示。圖圖2-43相位不連續(xù)的相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)的功率譜密信號(hào)的功率譜密度度v22FSK信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)v (1)2FSK信號(hào)的產(chǎn)生信號(hào)的產(chǎn)生v 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生可用兩個(gè)數(shù)字調(diào)幅信信號(hào)的產(chǎn)生可用兩個(gè)數(shù)字調(diào)幅信號(hào)相加的辦法產(chǎn)生。如圖號(hào)相加的辦法產(chǎn)生。如圖2-58所示，就是所示，就是相位不連續(xù)的相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)產(chǎn)生的原理圖。信號(hào)產(chǎn)生的原理圖。v圖圖2-5

37、8 (b)為相位連續(xù)的為相位連續(xù)的2FSK信號(hào)產(chǎn)生的原理圖信號(hào)產(chǎn)生的原理圖,利利用數(shù)據(jù)信號(hào)的用數(shù)據(jù)信號(hào)的“1”和和“0”的電壓的不同控制一個(gè)可的電壓的不同控制一個(gè)可變頻率的電壓控制振蕩器以產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率的信變頻率的電壓控制振蕩器以產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率的信號(hào)號(hào)f1和和f0，這時(shí)兩個(gè)頻率變化時(shí)相位就是連續(xù)的。，這時(shí)兩個(gè)頻率變化時(shí)相位就是連續(xù)的。v(2) 2FSK信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào)v 這里討論兩種簡單的這里討論兩種簡單的2FSK的解調(diào)方法，如圖的解調(diào)方法，如圖2-60所所示。示。v圖圖2-60 (a)是采用分路選通濾波器進(jìn)行是采用分路選通濾波器進(jìn)行2FSK信號(hào)的非相干解調(diào)，當(dāng)信號(hào)的非相干解調(diào)，當(dāng)2FSK信號(hào)的頻偏較大信號(hào)的頻偏較大時(shí)，可以把時(shí)，可以把2FSK信號(hào)當(dāng)作兩路不同載頻的信號(hào)當(dāng)作兩路不同載頻的2ASK信號(hào)接收。圖信號(hào)接收。圖2-60 (b)是采用鑒頻解調(diào)是采用鑒頻解調(diào)方法的簡單框圖。方法的簡單框圖