第6 6章 章 数字频带传输系统频带传输:为解决在模拟信道上进行数据传输的问题,因为,目前大量存在的是传送语音的模拟信道。基本原理:是把数据信号寄生在载波的某个参数上:幅度、频率和相位,即用数据信号来进行幅度调制、频率调制和相位调制,因而可有幅移键控( ASK )、频移键控( FSK )和相移键控( PSK )三种基本方式。第六章 数字调制系统在 在ASK 中载波的幅度随着调制信号而变化,而2ASK 是用二进制调制信号1 或0 来控制载波的通或断。形象的思维是“Shift” 键( (Key )的通(On )—— 断(Off )控制,故2ASK 也称为:OOK一、二进制振幅键控(2ASK) 第6 6章 章 数字频带传输系统图中 , m(t) 为二进制序列的矩形波信号:式中a a n n 为数字序列 ,t g(t - - n n T T s s ) ) 表示宽度为T T s s 的矩形波形 。则2ASK信号为E(t)=m(t)cosw0t 第6 6章 章 数字频带传输系统2ASK调制器及其波形Kcos\uf077 \uf077 c te 0 (t)s(t)(a)s(t)~载波。。。e 0 (t)开关电路(b)s(t)e o (t)1 0 0 1(c) 第6 6章 章 数字频带传输系统2ASK的非相干解调器定时脉冲输入带通滤波器半波或全波整流器低通滤波器抽样判决器输出 第6 6章 章 数字频带传输系统2ASK的相干解调器抽样判决器输入带通滤波器cos\uf077 \uf077 c t低通滤波器输出定时脉冲 第6 6章 章 数字频带传输系统\uf028 \uf029 \uf028 \uf029\uf028 \uf029 \uf028 \uf029 \uf028 \uf029 \uf05b \uf05d\uf028 \uf029 \uf028 \uf029 \uf028 \uf029\uf028 \uf029\uf028 \uf029 \uf028 \uf029 \uf028 \uf029 \uf05b \uf05d\uf028 \uf029\uf028 \uf029 \uf028 \uf029 \uf028 \uf029 \uf028 \uf029\uf028 \uf029 \uf028 \uf029 \uf028 \uf029 \uf028 \uf029 \uf05b \uf05d \uf028 \uf029 \uf028 \uf029 \uf028 \uf029 \uf028 \uf029 \uf05b \uf05d0 0 020220 000 00 00161) (1641441cos21) cos 2 ( cos21) ( cos coscos2f f f f T f f Sa T f f SaTPf fT SaTPt SP P PRt t S t S Et t S t t S E Rt t S t mASKs ssmssss s mSm\uf02d \uf02b \uf02b \uf02b \uf02d \uf02b \uf02b \uf03d\uf02b \uf03d\uf02d \uf02b \uf02b \uf03d\uf03d\uf0fa\uf0fb\uf0f9\uf0ea\uf0eb\uf0e9\uf02b \uf02b \uf0d7 \uf02b \uf0d7 \uf03d\uf02b \uf02b \uf0d7 \uf03d\uf03d\uf064 \uf064 \uf070 \uf070 \uf077\uf064 \uf070 \uf077\uf077 \uf077 \uf077 \uf077 \uf077\uf074 \uf077 \uf074\uf074 \uf077 \uf074 \uf077 \uf074\uf074 \uf077 \uf074 \uf077 \uf074\uf077脉冲时 为等概且为单极性矩形 在数是一对傅氏变换对 由于功率谱与自相关函的频谱特性 第6 6章 章 数字频带传输系统2ASK信号功率谱S x (\uf077)\uf077S y (\uf077)\uf07700\uf077 c -\uf077 c 第6 6章 章 数字频带传输系统结论:1、2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成,连续谱由基带信号决定,离散谱由载波分量确定。2、2ASK信号的带宽是调制信号带宽的两倍。 第6 6章 章 数字频带传输系统2 2 FSK 是利用不同频率f f 1 1 和f f 2 2 来表示 “1 1” 或 “0 0” , 这里f f 1 1 和f f 2 2 均称为特征频率 。 有时也用中心频率f f c c 和频偏Δ f f 来表示特征频率:f f c c = =( ( f f 1 1 + f 2 2 ) /2f f c c \uf0b1 \uf0b1 Δ f f = = f f 1 1 或 或 f f 2 2由于数字信号是寄生在载波的频率上 , 数字信号跳变时 , 希望相位仍然是连续的 ,故 故 K FSK 续 通常是相位连续 FSK (P CP - - FSK ) 。二、二进制移频键控(2FSK) 第6 6章 章 数字频带传输系统2FSK调制器及其波形Ke 0 (t)模拟调频器s(t)(a)s(t)\uf07ef 1载波。。。e 0 (t)天关电路(b)s(t)e o (t)1 0 0 1(c)\uf07ef 2载波f 1 f 2 f 2 f 1 第6 6章 章 数字频带传输系统2FSK的非相干解调器\uf077 1抽样脉冲输入带通滤波器包络检波器抽样判决器输出图 图6-5(a) 非相干方式输入带通滤波器包络检波器\uf077 2 第6 6章 章 数字频带传输系统2FSK的相干解调器图6 6- -5 5 (b) 相干方式输入带通滤波器cos\uf077 1 t低通滤波器抽样脉冲抽样判决器输出输入带通滤波器cos\uf077 2 t低通滤波器\uf077 1\uf077 2 第6 6章 章 数字频带传输系统一个常用而简便的解调方法——2FSK 信号的过零检测法。 第6 6章 章 数字频带传输系统\uf028 \uf029 \uf028 \uf029 \uf028 \uf029\uf028 \uf029 \uf028 \uf029 \uf05b \uf05d \uf028 \uf029 \uf05b \uf05d \uf05b \uf05d\uf028 \uf029 \uf05b \uf05d \uf028 \uf029 \uf05b \uf05d \uf05b \uf05d\uf028 \uf029 \uf028 \uf029 \uf05b \uf05d \uf028 \uf029 \uf028 \uf029 \uf05b \uf05dssss sss ssEf f f Bf f ff f fFSKf f f f f f f fT f f Sa T f f SaTT f f Sa T f f SaTPt t S t t S t eASK FSKFSK2 3,, 22 11611611616cos cos2 221 21 21 22 2 1 1222212122 2 1 1\uf02b \uf02d \uf03d\uf02d\uf03c \uf02d\uf02d \uf02b \uf02b \uf02b \uf02d \uf02b \uf02b\uf02b \uf02d \uf02b \uf02b\uf02b \uf02d \uf02b \uf02b \uf03d\uf02b \uf03d、带宽则出现双峰 》 若则出现单峰 、若的频谱由两部分组成 、结论:的叠加 可看成两个的频谱特性\uf064 \uf064 \uf064 \uf064\uf070 \uf070\uf070 \uf070 \uf077\uf077 \uf077 第6 6章 章 数字频带传输系统由上图可知 ,2 2 FSK 信号频带宽度: : B B = = f f 2 2 - - f f 1 1 + + 2 2f f s s , 频带利用率R R b b / /B B = = f f S S / / (f 2 2 - - f f 1 1 + + 2 2f f s s ) 。频谱图Rb/ B=fs/(f2 - f1 + 2fs ) =1/3 bps/Hz 第6 6章 章 数字频带传输系统2FSK信号功率谱f 00ff 1 =f 0 +f sf 2 =f 0 -f sf 1 =f 0 +0.5*f sf 2 =f 0 -0.5*f sf 1 =f 0 +0.4*f sf 2 =f 0 -0.4*f s 第6 6章 章 数字频带传输系统三、二进制移相键控及二进制差分相位键控(2PSK 及2DPSK)PSK :指数据信号寄生在载波的相位上的数字调制方式 。 由于表示信息的载波相位变化只取有限个离散值 , 故称为相移键控 。 分为绝对调相( (PSK) ) 和相对调相( (DPSK) ) 。PSK :是指利用载波相位的绝对值来传送数字信息 ,DPSK :是利用前后码元所对应的载 波的相对相位变化来传送数字信息 。“ 相位模糊 ”在 :接收端提供的相干载波可能与发送端存在180\uf0b0 \uf0b0的 的不确定相位差 。 这会妨碍PSK 信号的解调 , 而对DPSK却无影响 , 故实际应用时几乎都采用DPSK。 。1 1. . 2 2 PSK 的调制2PSK 是用载波的两种不同相位来分别表示调制数字信号的“ “1”或 或“ “0”。 。 通常采用的两种相位是0和 和 \uf070 \uf070 ,是 或是 - \uf070 \uf070/2和 和 \uf070 \uf070/2。 。 第6 6章 章 数字频带传输系统2PSK调制器及其波形e 0 (t)π0s(t)~φ移相载波k(b)1 0 0 1 0 1 1 0绝对码载波2PSK信号cos\uf077 \uf077 c te 0 (t)s(t)(a) 第6 6章 章 数字频带传输系统2PSK的相干解调器抽样判决器输入 带通滤波器cos\uf077 c t低通滤波器输出图6-12 (a)定时脉冲 第6 6章 章 数字频带传输系统鉴相器2PSK解调器抽样判决器输入 带通滤波器cos\uf077 c t低通滤波器输出定时脉冲 第6 6章 章 数字频带传输系统2 、2DPSK利用载波相位传送数字信号的方式称为相对调相,它不是利用载波相位的绝对数值,而是用前后码元的相对相位变化传送数字信号。实现相对调相的最常用方法是:首先对数字基带信号进行差分编码,将其表示成相对码(差分码),然后再进行绝对调相。对于二进制数字信号,这种方法称为二进制差分相移键控。关于相对码:设a n 、 、d n 分别为绝对码和相对码,则有:即:当a n =1 时,d n \uf0b9 \uf0b9 d n - 1 ;当a n = 0 时,d n = d n - 1 。 第6 6章 章 数字频带传输系统DPSK信号波形1 0 0 1 0 1 1 0绝对码载波2PSK信号(0) (\uf070) (\uf070) (0) (\uf070) (0) (0) (\uf070)DPSK信号(0) (0) (0) (\uf070) (\uf070) (0) (\uf070) (\uf070)相对码1 1 1 0 0 1 0 0 第6 6章 章 数字频带传输系统DPSK信号调制器(绝对码)DPSK信号(相对码)差 分编 码二进信息cos\uf077 c t0s(t)(b)~φk e 0 (t)π移相载波差 分编 码(a) 第6 6章 章 数字频带传输系统DPSK信号解调器码(反)变换器2PSK解调器数据输出定时脉冲DPSK信号(b)DPSK带 通低 通抽 样判 决 器信号输出延迟T s(a) 第6 6章 章 数字频带传输系统 第6 6章 章 数字频带传输系统图2-19 差分相干解调框图及波形 第6 6章 章 数字频带传输系统2PSK信号功率谱S x (\uf077)\uf077S y (\uf077)\uf07700\uf077 c -\uf077 c 第6 6章 章 数字频带传输系统第四节 二进制数字调制系统的性能比较1、频带宽度当码元宽度为Ts时,2ASK和2PSK系统的第一零点带宽为2/Ts,2FSK系统的第一零点带宽为f2-f1+2/Ts。因此,从频带宽度或频带利用率上看,2FSK系统最不可取。2、误码率在每一对相干和非相干的键控系统中,相干方式略优于非相干方式。在相同误码率条件下,在信噪比要求上2PSK比2FSK小3dB。在抗加性高斯白噪声方面,相干2PSK性能最好,2FSK次之,OOK最差。3、对信道特性变化的敏感性4、设备的复杂程度 第6 6章 章 数字频带传输系统其中:ε 为解调输入端信号平均功率与噪声平均功率之比,erfc 表示概率论中误差函数表达式。 第6 6章 章 数字频带传输系统第五节 多进制数字调制多进制信号:指不同状态数目大于2 的调制信号,又称为多元调制信号。一个M 进制的符号一般可以代表log 2 M个 个二进制符号。多进制数字调制系统的特点:第一,在相同的信道码元传输速率下,多进制系统的信息传输速率显然比二进制系统的高。第二,在相同的系统信息传输速率下,由于多进制方式的信道码元传输速率可以比二进制的低,因而, 多进制信号码元的持续时间要比二进制的宽。显然加宽码元宽度,就会增加信号码元的能量,也能减小由于信道特性引起的码间串扰的影响等。NBN bR R2log \uf03d 第6 6章 章 数字频带传输系统一 、 多进制幅移键控 ( MASK )用多电平的矩形脉冲去控制正弦载波的幅度就是多进制幅移键控 , 它又称为多电平调制 。MASK 的调制与2 2 ASK 相似 , 是用相乘器实现的 。 只要将多电平矩形脉冲序列与正弦载 波在相乘器中相乘 , 即可获得多电平调制信号 。MASK虽然是一种高效率的传输方式,但由于它的抗噪声能力,尤其是抗衰落的能力不强,因而它一般只适宜在恒参信道中采用。 第6 6章 章 数字频带传输系统多电平调制信号可用下式表示 :式中,A 、\uf077 \uf077 、\uf06a \uf06a 分别为正弦载波的幅度、角频率和初始相位,bn 满足以下关系:且有 P P 1 1 + + P P 2 2 + + P P 3 3 + + ...+ + P P M M = = 1 1下图为四电平调制的波形图。SM (t) ) 可看成是时间上互不相容的M 个不同幅度的通断键控信号的叠加。可以证明就信号带宽而言,多电平调制信号的带宽与通断键控信号的带宽相同。因此MASK 的频带利用率比2ASK 的高。 第6 6章 章 数字频带传输系统二、多进制频移键控( MFSK )多频制系统可用下图所示: 第6 6章 章 数字频带传输系统 第6 6章 章 数字频带传输系统三、多进制相移键控(MPSK) )多频制要占据较宽(相对于多电平调制或多进制调相)的频带。多频制的信号带宽一般定义为f n - f 1 +Δf 其中,f n 为最高选用载频;f 1 为最低选用载频;Δf 为单个信号码元的带宽。可见,多频制的频带利用率不高。MPSK 又称多相制。这种键控方式是多进制键控的主要方式。多进制移相有:4 相制、8 相制等,下图示出了2 相、4 相、8 相数字调制方式的向量图。 第6 6章 章 数字频带传输系统 第6 6章 章 数字频带传输系统 第6 6章 章 数字频带传输系统由此可见,多相已调信号可以看成两个正交载波进行多电平调幅(QAM ), 所以可以证明多相键控信号的带宽与双边带调幅( (2ASK) )及 及2PSK 信号带宽相同。因此说多相键控是一种高效率的信息传输方式。4DPSK 信号调制的常用方法有两种。一种是由码型变换和四相绝对调制两个步骤来完成。另一种产生4DPSK 信号的方法是码型变换后对两路正交载波分别二相调制,然后合成4DPSK 已调信号。 第6 6章 章 数字频带传输系统4 4K DPSK 信号的解调常见的基本方法有:极性比较法和相位比较法 , 如图所示。 第6 6章 章 数字频带传输系统