数字信号的频带传输

1、1数字信号的频带传输2基带和频带传输模型数字信号码型生成器数字信道接收滤波器抽样判决器噪声数字基带传输模型数字基带传输模型数字基带信号信道接收滤波器噪声调制器解调器抽样判决器频带传输模型频带传输模型3基本概念 调制调制- - 把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。调制信号调制信号- 指来自信源的基带信号 载波调制载波调制- 用调制信号去控制载波的参数的过程。用调制信号去控制载波的参数的过程。载波载波- 未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波， 也可以是非正弦波。 已调信号已调信号- 载波受调制后称为已调信号载波受调制后称为已调信号。 解调

2、解调- - 调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号 恢复出来。恢复出来。（检波）（检波） 用基带信号对载波波形的某些参数进行控制，用基带信号对载波波形的某些参数进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓所谓调制。调制。4调制的基本特征和分类调制器调制器m (t )C (t )sm (t )连续变化的模拟量：模拟调制模拟调制离散的数字量：二进制数字脉冲数字调制数字调制单频正弦波连续波形连续载波调制连续载波调制脉冲波形脉冲载波调制脉冲载波调制矩形周期脉冲5调制的基本特征和分类调制器调制器m (

3、t )C (t )sm (f )线性调制线性调制非线性调制非线性调制m (f )sm (f )m(t)改变载波信号C(t)的不同参数幅度调制：AM、PAM、ASK sm (t )相位调制：PPM、PSK频率调制：FM、FSK频谱之间呈线性搬移关系： AM、ASK频谱之间没有线性对应关系： FM、PM、FSK 数字调制基本方法1 0 0 1( )s t2FSKt2PSKt调制器调制器m (t )C (t )sm (t )数字基带数字基带信号信号正弦载波正弦载波2ASKtASK、PSK、FSK7主要内容一、数字调幅一、数字调幅ASKASK二、数字调频二、数字调频FSKFSK三、数字调相三、数字调相

4、PSKPSK2ASK2ASK2FSK2FSK2PSK2PSK一、数字幅度调制概念概念 以基带数据信号控制一个载波的幅度，称 为数字调幅，又称幅移键控，简写为ASK。Amplitude Shift Keying一、数字幅度调制 二进制幅移键控二进制幅移键控(2(2ASK)ASK) 基本思想基本思想：利用数字基带信号键控载波幅度的变化，即传送“1”信号输出正弦载波信号Acos(ct+c)，传送“0”信号无载波输出。 010011100基带信号调幅OOK”时发送“以概率，”时发送“以概率信号波形：0P101P, )tAcos()(2cOOKcteASK10u2ASK信号的一般表达式： ttstecc

5、os)(2ASKnsnnTtgats)()(其中Ts 码元持续时间；g(t) 持续时间为Ts的基带脉冲波形，通常假设是高度为1， 宽度等于Ts的矩形脉冲； an 第N个符号的电平取值，若取P0P1an1,概率为概率为则相应的2ASK信号就是OOK信号。 2ASK实现方法实现方法- 模拟调制法（相乘器法）- 键控法tccos)(ts)(2teASK开关电路乘法器)(2teASK二进制不归零信号tccos)(ts 2ASK实现原理实现原理 ttsteccos)(2ASK设： Ps (f ) s(t)的功率谱密度P2ASK (f ) 2ASK信号的功率谱密度则已调信号的功率谱可表示为：)()(41)

6、(2ASKcscsffPffPfP由上式可见，2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱Ps (f )的线性搬移（属线性调制）。13单极性单极性NRZ码功率谱码功率谱2ASK已调信号功率谱已调信号功率谱B2ASK传输带宽： B2ASK=2B双极性双极性NRZ码功率谱码功率谱抑制载频的抑制载频的2ASK已调信号功率谱已调信号功率谱DSB-SCASK信号波形形成 2ASK信号解调方法信号解调方法- 非相干解调(包络检波法) - 相干解调(同步检测法) 2ASK信号解调方法信号解调方法- 非相干解调(包络检波法) n是利用包络检波器或波形整流器对幅度键控信号进行检波以恢复基带信号的方法 2ASK信号解调方

7、法信号解调方法- 非相干解调(包络检波法) - 相干解调(同步检测法)2/ )t2(cos2/ )t ( stcos)t ( stcos)t (scc2cm数字基带调制信号以2c为载波频率的高频信号将此信号通过低通滤波器就可以滤除第二项，只输出第一项，从而得到原调制信号。与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波）二、数字调频概念概念 以基带数据信号控制载波的频率，称为数字调频，又称频移键控，简写为FSK。Frequency Shift Keying二进制频移键控二进制频移键控(2(2FSK)FSK)基本原理 在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变

8、化。故其表达式为:”时发送“”时发送“0),cos(A1),cos(A)(212FSKnnttte2FSK典型波形典型波形212FSK实现方法（一） 压控振荡器相位连续的2FSK信号222FSK实现方法（二） 23相位连续性相位连续性概念概念 以基带数据信号控制载波的相位，称为数 字调相，又称相移键控，简写为PSK。三、数字调相Phase Shift Keying 基本思想：基本思想：利用基带数字信号控制载波相位的变化来传输数字信息利用基带数字信号控制载波相位的变化来传输数字信息“1”和和“0”。调相010011100基带信号概念概念 以基带数据信号控制载波的相位，称为数 字调相，又称相移键控

9、，简写为PSK。三、数字调相Phase Shift Keying1 1、二进制绝对相移键控、二进制绝对相移键控 2PSK2PSK2 2、二进制差分相移、二进制差分相移键控 2DPSK2DPSK利用两种相位来传输二元符号。1、2PSK在2PSK中，通常用初始相位 0 和分别表示二进制”1”和”0”,故其表达式为： P1 t Acos- t Acos)(cc2PSK概率为概率为Pte由于两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK信号的时间表达式又可写成： tnTtgattstecnsnccos )(cos)(2PSK其中其中 s(t) 为双极性为双极性NRZNRZ矩形脉冲序列；矩形脉冲序列； 第第n

10、个符号个符号an的电平取值为的电平取值为PPan1, 1, 1概率为概率为“1”“0” 这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对相移方式。 2PSK时间波形时间波形“1” 0相位表示相位表示 “0”相位表示相位表示 2PSK调制原理图调制原理图乘法器)(2tePSK双极性不归零tccos)(ts码型变换tccos)(ts)(2tePSK开关电路移相01800- 模拟调制法（相乘器法）- 键控法 2PSK解调方法解调方法 相干解调法相干解调法带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2tePSKtccosabcde相位模糊相位模糊倒倒现象现象2、2DP

11、SK 2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称相对相移键控。假设为当前码元与前一码元的载波相位差，定义数字信息与 之间的关系为”表示数字信息“，”表示数字信息“10, 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 02DPSK01 1 0 0 1 0 1 1或信号相位：二进制数字信息：Ex: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 02DPSK01 1 0 0 1 0 1 1或信号相位：二进制数字信息：Ex:相应的相应的2DPSK2DPSK信号的波形如下：信号的波形如下：NoteNote 数字信息与 之间的关系也可定义为”表示数字信息“，”表示数字信息“01, 0 2DPSK

12、信号的矢量图参考相位参考相位/2/2(a) A方式 参考相位参考相位/2/2(b) B方式 在B方式中，当前码元的相位相对于前一码元的相位改变/2。因此，在相邻码元之间必定有相位突跳。在接收端检测此相位突跳就能确定每个码元的起止时刻。 2DPSK信号的产生方法信号的产生方法 将绝对码进行码变换（差分编码）得到相对码（差分码）；将绝对码进行码变换（差分编码）得到相对码（差分码）； 然后进行绝对调相。然后进行绝对调相。产生方法：产生方法：2DPSK 上图中使用的是传号差分码，即载波的相位遇到原数字信息“1”变化，遇到“0”则不变。1nnnbab图中的码变换（绝对码相对码）规则为：1nnnbba接收端码反变换（相对码绝对码）规则为： 2DPSK调制原理图调制原理图tccos)(ts)(2teDPSK开关电路移相01800码变换差分码可取传号差分码或空号差分码。其中，传号差分码的编码规则为1nnnbab逆过程称为差分译码（码反变换），即1nnnbba 2DPSK解调方法解调方法I. 相干解调相干解调(极性比较法极性比较法)加码反变换法加码反变换法原理：原理：先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再经码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，由于载波相位模糊性的影响，使得解调出的相对码也可能是“1”和“0”倒置，但经差分译码（码反变换）得到的