6147-數(shù)據(jù)通信技術(shù)教程-第2版-電子教案-蔣占軍主編-數(shù)據(jù)信號(hào)的頻帶傳輸省公開課一等獎(jiǎng)全國(guó)示范

第四章數(shù)據(jù)信號(hào)頻帶傳輸結(jié)束放映學(xué)習(xí)目錄學(xué)習(xí)要求內(nèi)容介紹作者：蔣占軍第1頁內(nèi)容介紹——所謂頻帶傳輸是指在發(fā)送端，經(jīng)過調(diào)制，把基帶信號(hào)變成頻帶信號(hào)傳輸，接收端再由解調(diào)器將頻帶信號(hào)恢復(fù)成基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)，調(diào)制解調(diào)器是頻帶傳輸系統(tǒng)關(guān)鍵部分?！菊聦?duì)數(shù)字調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)、調(diào)制解調(diào)器等頻帶傳輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)介紹。返回結(jié)束第2頁學(xué)習(xí)要求1.掌握數(shù)據(jù)信號(hào)頻帶傳輸系統(tǒng)。2.掌握二進(jìn)制調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)基本原理及主要特點(diǎn)3.掌握多進(jìn)制調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)基本原理及主要特點(diǎn)。4.了解各種調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)性能。5.掌握調(diào)制解調(diào)器基本概念。6.了解各種經(jīng)典調(diào)制解調(diào)器主要性能。7.掌握ADSL系統(tǒng)基本原理。返回結(jié)束第3頁學(xué)習(xí)目錄返回4.1頻帶傳輸系統(tǒng)組成4.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制解調(diào)4.3多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制解調(diào)4.4調(diào)制解調(diào)器4.5ADSL調(diào)制解調(diào)器結(jié)束第4頁4.1頻帶傳輸系統(tǒng)組成頻帶傳輸系統(tǒng)組成經(jīng)典應(yīng)用——使用模擬電話信道傳呼數(shù)據(jù)信號(hào)單極性NRZ碼頻譜單極性NRZ碼頻譜第5頁4.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制解調(diào)本節(jié)內(nèi)容提要：——介紹二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制基本原理、時(shí)域信號(hào)表示方式、頻譜及帶寬、解調(diào)原理以及調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)方式等內(nèi)容。4.2.1二進(jìn)制幅移鍵控4.2.2二進(jìn)制頻移鍵控4.2.3二進(jìn)制相移鍵控4.2.4二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能分析與比較第6頁4.2.1二進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制實(shí)現(xiàn)第7頁4.2.1二進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制模型ASK信號(hào)其中g(shù)(t)是單位矩形脈沖，周期為Tb，an取值為：第8頁4.2.1二進(jìn)制幅移鍵控頻譜及帶寬2ASK頻譜第9頁4.2.1二進(jìn)制幅移鍵控2ASK信號(hào)帶寬——2ASK信號(hào)零點(diǎn)帶寬為B=2fb，也即2ASK系統(tǒng)傳輸帶寬最少應(yīng)該是2fb，這比基帶信號(hào)寬一倍頻帶利用率解調(diào)方式非相干檢測(cè)第10頁4.2.1二進(jìn)制幅移鍵控相干檢測(cè)第11頁4.2.2二進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)直接控制壓控振蕩器產(chǎn)相位連續(xù)頻移鍵控信號(hào)(CPFSK)第12頁4.2.2二進(jìn)制頻移鍵控鍵控法，產(chǎn)生相位不連續(xù)頻移鍵控信號(hào)(DPFSK)頻譜及帶寬2DPFSK信號(hào)表示式第13頁4.2.2二進(jìn)制頻移鍵控2DPFSK信號(hào)頻譜2DPFSK零點(diǎn)信號(hào)帶寬——其中h=|fc1－fc2|/fb，稱為調(diào)制指數(shù)或頻移指數(shù),為確保接收端能夠正確接收，|fc1－fc2|通常取2fb或更大頻帶利用率第14頁4.2.2二進(jìn)制頻移鍵控解調(diào)實(shí)現(xiàn)過零點(diǎn)檢測(cè)差分檢測(cè)第15頁4.2.2二進(jìn)制頻移鍵控相干檢測(cè)非相干檢測(cè)第16頁4.2.2二進(jìn)制頻移鍵控第17頁4.2.2二進(jìn)制相移鍵控絕對(duì)調(diào)相與相對(duì)調(diào)相絕對(duì)調(diào)相（PSK）——固定用某種相位載波表示“1”，另一個(gè)相位載波表示“0”相對(duì)調(diào)相（DPSK）——利用前后相鄰碼元相對(duì)相位值來表示數(shù)據(jù)碼元，比如慣用方式是相鄰碼元載波相位（普通為初相）改變表示“1”，不變表示“0”二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)矢量圖——載波相位選取第18頁4.2.2二進(jìn)制相移鍵控頻譜與帶寬波形示例2PSK信號(hào)表示式第19頁4.2.2二進(jìn)制相移鍵控調(diào)相信號(hào)相位改變能夠反應(yīng)到幅度改變上，其表示式可表示為：2PSK信號(hào)頻譜2PSK信號(hào)帶寬也是2fb

2DPSK調(diào)制和2PSK調(diào)制區(qū)分僅在于對(duì)應(yīng)基帶信號(hào)是差分雙極性碼，所以其頻譜結(jié)構(gòu)與2PSK信號(hào)完全相同第20頁4.2.2二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)直接調(diào)相法實(shí)現(xiàn)2PSK調(diào)制鍵控法實(shí)現(xiàn)2PSK調(diào)制第21頁4.2.2二進(jìn)制相移鍵控2PSK相干檢測(cè)第22頁4.2.2二進(jìn)制相移鍵控正常工作波形示意圖第23頁4.2.2二進(jìn)制相移鍵控反向工作波形示意圖第24頁4.2.2二進(jìn)制相移鍵控2DPSK調(diào)制實(shí)現(xiàn)2DPSK檢測(cè)——相干檢測(cè)－差分譯碼

2DPSK檢測(cè)——差分檢測(cè)

第25頁4.2.2二進(jìn)制相移鍵控差分檢測(cè)波形示意圖第26頁4.2.4二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能分析與比較頻帶利用率——2ASK、2PSK和2DPSK信號(hào)頻帶利用率都為0.5Baud/Hz——2CPFSK在調(diào)制指數(shù)h<1時(shí)，帶寬會(huì)較小，但調(diào)制指數(shù)太小會(huì)造成系統(tǒng)抗干擾性能下降，——2DPFSK頻帶利用率最低。設(shè)備復(fù)雜性——對(duì)于同一個(gè)調(diào)制方式，相干檢測(cè)設(shè)備要比非相干檢測(cè)設(shè)備復(fù)雜，——同為非相干檢測(cè)時(shí)，2DPSK設(shè)備最復(fù)雜，2FSK次之，2ASK最簡(jiǎn)單——信噪比較高系統(tǒng)通常采取非相干檢測(cè)，而在小信噪比工作環(huán)境中，需要采取相干檢測(cè)。第27頁4.2.4二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能分析與比較調(diào)制方式解調(diào)方式誤碼率公式2ASK非相干檢測(cè)相干檢測(cè)2FSK非相干檢測(cè)相干檢測(cè)2PSK相干檢測(cè)2DPSK差分檢測(cè)誤碼率第28頁4.2.4二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能分析與比較誤碼率比較第29頁

4.3多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制解調(diào)本節(jié)內(nèi)容提要：——介紹多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制基本原理、時(shí)域信號(hào)表示方式、頻譜及帶寬、解調(diào)原理以及調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)方式等內(nèi)容。4.3.1多進(jìn)制幅移鍵控4.3.2多進(jìn)制頻移鍵控4.3.3多進(jìn)制相移鍵控4.3.4幅相聯(lián)合調(diào)制第30頁

4.3.1多進(jìn)制幅移鍵控其中s(t)是多進(jìn)制基帶信號(hào)，bn是M進(jìn)制電平碼其取值為：且MASK信號(hào)表示式頻帶利用率第31頁

4.3.2多進(jìn)制頻移鍵控MDPFSK信號(hào)且MDPFSK頻譜第32頁

4.3.3多進(jìn)制相移鍵控多相調(diào)相信號(hào)矢量圖四相調(diào)相A方式四相調(diào)相B方式四相調(diào)相A方式四相調(diào)相B方式第33頁

4.3.3多進(jìn)制相移鍵控4PSK調(diào)制原理框圖直接調(diào)相法（B方式）相位選擇法（A方式）第34頁

4.3.4幅相聯(lián)合調(diào)制幅相聯(lián)合調(diào)制優(yōu)勢(shì)MASK星座圖8PSK星座圖（A方式）第35頁

4.3.4幅相聯(lián)合調(diào)制MQAM系統(tǒng)原理框圖調(diào)制原理框圖調(diào)制原理框圖第36頁

4.3.4幅相聯(lián)合調(diào)制MQAM頻帶利用率調(diào)制原理框圖調(diào)制原理框圖調(diào)制原理框圖第37頁

4.3.4幅相聯(lián)合調(diào)制MQAM星座圖64QAM星座圖第38頁

4.3.4幅相聯(lián)合調(diào)制128QAM星座圖第39頁4.4調(diào)制解調(diào)器本節(jié)內(nèi)容提要：——介紹調(diào)制解調(diào)器基本原理、ITU-TV系列主要調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)以及慣用調(diào)制解調(diào)器主要特征。4.4.1調(diào)制解調(diào)器基本概念4.4.2調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)介紹4.4.3V.29調(diào)制解調(diào)器4.4.4V.32調(diào)制解調(diào)器4.4.5V.34調(diào)制解調(diào)器4.4.6V.90和V.92調(diào)制解調(diào)器第40頁4.4.1調(diào)制解調(diào)器基本概念

1．調(diào)制解調(diào)器組成與分類Modem組成——接口電路——控制單元——數(shù)據(jù)輸入輸出單元Modem外觀第41頁4.4.1調(diào)制解調(diào)器基本概念

——有線Modem和無線Modem——單工、半雙工、雙工Modem——同時(shí)傳輸和異步傳輸Modem——低速、中速和高速M(fèi)odem——外置Modem和內(nèi)置Modem——硬件Modem和軟件ModemModem分類——廣義調(diào)制解調(diào)器不對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL）終端適配器綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）終端適配器有線電視網(wǎng)（CATV）數(shù)據(jù)終端適配器第42頁4.4.1調(diào)制解調(diào)器基本概念

2．調(diào)制解調(diào)器速率DTE速率——與計(jì)算機(jī)連接串口速率，經(jīng)典值為115.2kbit/s等第43頁4.4.1調(diào)制解調(diào)器基本概念

2．調(diào)制解調(diào)器速率DCE速率——與電話線相連速率，經(jīng)典值為56kbit/s等上行速率和下行速率第44頁4.4.1調(diào)制解調(diào)器基本概念

3．兩線雙工技術(shù)頻分雙工ITU-TV.21調(diào)制解調(diào)器頻分雙工方式第45頁4.4.1調(diào)制解調(diào)器基本概念

基本原理時(shí)分雙工第46頁4.4.1調(diào)制解調(diào)器基本概念

時(shí)分雙工框圖第47頁4.4.1調(diào)制解調(diào)器基本概念

回波抵消法基本思想——允許收發(fā)雙方同時(shí)把信號(hào)送到二線用戶環(huán)路上即線路上同時(shí)存在收發(fā)兩端信號(hào)，接收端依據(jù)信道特征和發(fā)送信號(hào)特征，自動(dòng)估算出接收信號(hào)中包含本端發(fā)送信號(hào)分量，并將其從接收信號(hào)中減去，即得到對(duì)端發(fā)來信號(hào)?；夭ǖ窒ㄔ硎疽鈭D第48頁4.4.2調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)介紹標(biāo)準(zhǔn)化組織及其標(biāo)準(zhǔn)——ITU-TV系列提議（主要由原CCITT制訂）——美國(guó)Bell通信企業(yè)制訂Bell標(biāo)準(zhǔn)——美國(guó)聯(lián)邦電信標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（FTSC）制訂標(biāo)準(zhǔn)FED-STD——美國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)（MTL-STD）ITU-T相關(guān)調(diào)制解調(diào)器主要提議——V.34調(diào)制解調(diào)器——V.90調(diào)制解調(diào)器——V.92調(diào)制解調(diào)器——V系列調(diào)制解調(diào)器以下表第49頁4.4.2調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)介紹第50頁4.4.2調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)介紹第51頁4.4.3

V.29調(diào)制解調(diào)器特征——上世紀(jì)80年代能夠提供9600bit/s速率主流調(diào)制解調(diào)器——載頻為1700Hz——標(biāo)準(zhǔn)速率是9600bit/s，能夠降低速率在7200bit/s、4800bit/s工作——16APK（幅相聯(lián)合調(diào)制）——待傳輸比特流擾碼后經(jīng)串并轉(zhuǎn)換變成16進(jìn)制碼元，即4比特組，記作Q1Q2Q3Q4，——其中第一個(gè)比特用于確定載波幅度——其余三個(gè)用于確定載波相位——以下表所表示調(diào)制第52頁4.4.3

V.29調(diào)制解調(diào)器Q1決定載波幅度相位編碼第53頁4.4.3

V.29調(diào)制解調(diào)器9600bit/s時(shí)星座圖7200bit/s時(shí)星座圖第54頁4.4.4

V.32調(diào)制解調(diào)器非冗余16QAM調(diào)制調(diào)制原理圖特征——回波抵消法實(shí)現(xiàn)兩線全雙工9600bit/s數(shù)據(jù)傳輸——提出了兩種調(diào)制方式：非冗余16QAM調(diào)制和網(wǎng)格編碼調(diào)制(TCM)第55頁4.4.4

V.32調(diào)制解調(diào)器9600bit/s非冗余16QAM星座圖——ABCD表示4800bit/s調(diào)制解調(diào)器訓(xùn)練4個(gè)狀態(tài)第56頁4.4.4

V.32調(diào)制解調(diào)器TCM32調(diào)制原理——一個(gè)將調(diào)制和信道編碼結(jié)合，統(tǒng)一設(shè)計(jì)技術(shù)TCM32調(diào)制第57頁4.4.4

V.32調(diào)制解調(diào)器V.32TCM32原理圖第58頁4.4.4

V.32調(diào)制解調(diào)器9600bit/sTCM星座圖——ABCD表示4800bit/s調(diào)制解調(diào)器訓(xùn)練4個(gè)狀態(tài)第59頁4.4.4

V.32調(diào)制解調(diào)器V.32與V.32bis主要特征比較特征V.32V.32bis操作速率9600bit/s7300bit/s4800bit/s14400bit/s1bit/s9600bit/s7300bit/s4800bit/s不一樣速率對(duì)應(yīng)調(diào)制方式14400bit/s不可用TCM1281bit/s不可用TCM649600bit/sTCM32TCM32降速有有降速回升無有重新訓(xùn)練時(shí)間15秒10秒第60頁4.4.5

V.34調(diào)制解調(diào)器自適應(yīng)傳輸速率概述——1994年完成V.34提議中，引入了預(yù)編碼自適應(yīng)均衡技術(shù)和四維網(wǎng)格編碼調(diào)制實(shí)現(xiàn)了28.8Kbit/s傳輸速率——1996年頒布V.34bis最高速率則高達(dá)33.6Kbit/s——使用V.34調(diào)制解調(diào)器能夠在傳輸普通數(shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)，還可以傳輸語音信號(hào)和圖像信號(hào)——V.34提供了6種波特率，為了能夠?qū)崿F(xiàn)28.8Kbit/s最高速率，V.34調(diào)制解調(diào)器必須工作在3200波特，每個(gè)碼元包含9比特；——除了3200波特，V.34還支持另外2種必備碼元速率2400波特和3000波特，以及3種可選速率2743波特，2800波特和3429波特第61頁4.4.5

V.34調(diào)制解調(diào)器波特率、載波頻率和信息速率關(guān)系波特率(Baud)低頻載波(Hz)高頻載波(Hz)最高傳信率(bit/s)RBabfccdfccd240011160023180034216002743871646351829232400028007616803518292324000300054180035232640032004318294719203528800342910719594719594728800和其中abcd是正整數(shù)第62頁4.4.5

V.34調(diào)制解調(diào)器調(diào)制原理框圖第63頁4.4.6

V.90和V.92調(diào)制解調(diào)器V.90Modem主要特征——經(jīng)過回波抵消法實(shí)現(xiàn)在PSTN兩線線路上雙工通信——下行方向采取PCM調(diào)制技術(shù)，符號(hào)速率為8000波特同時(shí)傳輸時(shí)下行信息速率最高達(dá)56Kbit/s向下8000/6bit/s間隔兼容至28.8Kbit/s——上行方向采取和V.34相同方式工作——V.90調(diào)制解調(diào)器通信系統(tǒng)第64頁4.4.6

V.90和V.92調(diào)制解調(diào)器V.92Modem主要特征——56Kbit/s下行速率——48Kbit/s上行速率——撥號(hào)設(shè)備在線（Modem-on-Hold）——快速撥號(hào)連接——V.44壓縮技術(shù)第65頁4.4.6

V.90和V.92調(diào)制解調(diào)器V.92Modem示例——全向秋池飛葉V.92MODEM——這是一款內(nèi)置軟貓——芯片采取CONEXANT企業(yè)產(chǎn)品，其前身是ROCKWELL第66頁4.4.6

V.90和V.92調(diào)制解調(diào)器——繼電器作用是方便用戶對(duì)電話和上網(wǎng)切換——隔離變壓器會(huì)對(duì)電話線產(chǎn)生瞬間高壓進(jìn)行處理第67頁4.5ADSL調(diào)制解調(diào)器

本節(jié)內(nèi)容提要：——介紹ADSL調(diào)制解調(diào)器基本原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、調(diào)制方式以及其主要特征等內(nèi)容。4.5.1ADSL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.5.2數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制方式第68頁

4.5.1ADSL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)字用戶線路(DSL)類別類別最高速率上行數(shù)據(jù)速率下行數(shù)據(jù)速率不對(duì)稱數(shù)字用戶線路（ADSL）1Mbit/s8Mbit/s高比特速率數(shù)字用戶線路（HDSL）1.5Mbit/或2Mbit/s1.5Mbit/s或2Mbit/s可變速率數(shù)