數(shù)字信號的頻帶傳輸

1、1數(shù)字信號的頻帶傳輸2基帶和頻帶傳輸模型數(shù)字信號碼型生成器數(shù)字信道接收濾波器抽樣判決器噪聲數(shù)字基帶傳輸模型數(shù)字基帶傳輸模型數(shù)字基帶信號信道接收濾波器噪聲調(diào)制器解調(diào)器抽樣判決器頻帶傳輸模型頻帶傳輸模型3基本概念 調(diào)制調(diào)制- - 把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。調(diào)制信號調(diào)制信號- 指來自信源的基帶信號 載波調(diào)制載波調(diào)制- 用調(diào)制信號去控制載波的參數(shù)的過程。用調(diào)制信號去控制載波的參數(shù)的過程。載波載波- 未受調(diào)制的周期性振蕩信號，它可以是正弦波， 也可以是非正弦波。 已調(diào)信號已調(diào)信號- 載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號。 解調(diào)

2、解調(diào)- - 調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號中的調(diào)制信號調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號中的調(diào)制信號 恢復出來?；謴统鰜?。（檢波）（檢波） 用基帶信號對載波波形的某些參數(shù)進行控制，用基帶信號對載波波形的某些參數(shù)進行控制，使載波的這些參量隨基帶信號的變化而變化，即使載波的這些參量隨基帶信號的變化而變化，即所謂所謂調(diào)制。調(diào)制。4調(diào)制的基本特征和分類調(diào)制器調(diào)制器m (t )C (t )sm (t )連續(xù)變化的模擬量：模擬調(diào)制模擬調(diào)制離散的數(shù)字量：二進制數(shù)字脈沖數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制單頻正弦波連續(xù)波形連續(xù)載波調(diào)制連續(xù)載波調(diào)制脈沖波形脈沖載波調(diào)制脈沖載波調(diào)制矩形周期脈沖5調(diào)制的基本特征和分類調(diào)制器調(diào)制器m (

3、t )C (t )sm (f )線性調(diào)制線性調(diào)制非線性調(diào)制非線性調(diào)制m (f )sm (f )m(t)改變載波信號C(t)的不同參數(shù)幅度調(diào)制：AM、PAM、ASK sm (t )相位調(diào)制：PPM、PSK頻率調(diào)制：FM、FSK頻譜之間呈線性搬移關(guān)系： AM、ASK頻譜之間沒有線性對應關(guān)系： FM、PM、FSK 數(shù)字調(diào)制基本方法1 0 0 1( )s t2FSKt2PSKt調(diào)制器調(diào)制器m (t )C (t )sm (t )數(shù)字基帶數(shù)字基帶信號信號正弦載波正弦載波2ASKtASK、PSK、FSK7主要內(nèi)容一、數(shù)字調(diào)幅一、數(shù)字調(diào)幅ASKASK二、數(shù)字調(diào)頻二、數(shù)字調(diào)頻FSKFSK三、數(shù)字調(diào)相三、數(shù)字調(diào)相

4、PSKPSK2ASK2ASK2FSK2FSK2PSK2PSK一、數(shù)字幅度調(diào)制概念概念 以基帶數(shù)據(jù)信號控制一個載波的幅度，稱 為數(shù)字調(diào)幅，又稱幅移鍵控，簡寫為ASK。Amplitude Shift Keying一、數(shù)字幅度調(diào)制 二進制幅移鍵控二進制幅移鍵控(2(2ASK)ASK) 基本思想基本思想：利用數(shù)字基帶信號鍵控載波幅度的變化，即傳送“1”信號輸出正弦載波信號Acos(ct+c)，傳送“0”信號無載波輸出。 010011100基帶信號調(diào)幅OOK”時發(fā)送“以概率，”時發(fā)送“以概率信號波形：0P101P, )tAcos()(2cOOKcteASK10u2ASK信號的一般表達式： ttstecc

5、os)(2ASKnsnnTtgats)()(其中Ts 碼元持續(xù)時間；g(t) 持續(xù)時間為Ts的基帶脈沖波形，通常假設是高度為1， 寬度等于Ts的矩形脈沖； an 第N個符號的電平取值，若取P0P1an1,概率為概率為則相應的2ASK信號就是OOK信號。 2ASK實現(xiàn)方法實現(xiàn)方法- 模擬調(diào)制法（相乘器法）- 鍵控法tccos)(ts)(2teASK開關(guān)電路乘法器)(2teASK二進制不歸零信號tccos)(ts 2ASK實現(xiàn)原理實現(xiàn)原理 ttsteccos)(2ASK設： Ps (f ) s(t)的功率譜密度P2ASK (f ) 2ASK信號的功率譜密度則已調(diào)信號的功率譜可表示為：)()(41)

6、(2ASKcscsffPffPfP由上式可見，2ASK信號的功率譜是基帶信號功率譜Ps (f )的線性搬移（屬線性調(diào)制）。13單極性單極性NRZ碼功率譜碼功率譜2ASK已調(diào)信號功率譜已調(diào)信號功率譜B2ASK傳輸帶寬： B2ASK=2B雙極性雙極性NRZ碼功率譜碼功率譜抑制載頻的抑制載頻的2ASK已調(diào)信號功率譜已調(diào)信號功率譜DSB-SCASK信號波形形成 2ASK信號解調(diào)方法信號解調(diào)方法- 非相干解調(diào)(包絡檢波法) - 相干解調(diào)(同步檢測法) 2ASK信號解調(diào)方法信號解調(diào)方法- 非相干解調(diào)(包絡檢波法) n是利用包絡檢波器或波形整流器對幅度鍵控信號進行檢波以恢復基帶信號的方法 2ASK信號解調(diào)方

7、法信號解調(diào)方法- 非相干解調(diào)(包絡檢波法) - 相干解調(diào)(同步檢測法)2/ )t2(cos2/ )t ( stcos)t ( stcos)t (scc2cm數(shù)字基帶調(diào)制信號以2c為載波頻率的高頻信號將此信號通過低通濾波器就可以濾除第二項，只輸出第一項，從而得到原調(diào)制信號。與接收的已調(diào)載波嚴格同步（同頻同相）的本地載波（稱為相干載波）二、數(shù)字調(diào)頻概念概念 以基帶數(shù)據(jù)信號控制載波的頻率，稱為數(shù)字調(diào)頻，又稱頻移鍵控，簡寫為FSK。Frequency Shift Keying二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控(2(2FSK)FSK)基本原理 在2FSK中，載波的頻率隨二進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變

8、化。故其表達式為:”時發(fā)送“”時發(fā)送“0),cos(A1),cos(A)(212FSKnnttte2FSK典型波形典型波形212FSK實現(xiàn)方法（一） 壓控振蕩器相位連續(xù)的2FSK信號222FSK實現(xiàn)方法（二） 23相位連續(xù)性相位連續(xù)性概念概念 以基帶數(shù)據(jù)信號控制載波的相位，稱為數(shù) 字調(diào)相，又稱相移鍵控，簡寫為PSK。三、數(shù)字調(diào)相Phase Shift Keying 基本思想：基本思想：利用基帶數(shù)字信號控制載波相位的變化來傳輸數(shù)字信息利用基帶數(shù)字信號控制載波相位的變化來傳輸數(shù)字信息“1”和和“0”。調(diào)相010011100基帶信號概念概念 以基帶數(shù)據(jù)信號控制載波的相位，稱為數(shù) 字調(diào)相，又稱相移鍵控

9、，簡寫為PSK。三、數(shù)字調(diào)相Phase Shift Keying1 1、二進制絕對相移鍵控、二進制絕對相移鍵控 2PSK2PSK2 2、二進制差分相移、二進制差分相移鍵控 2DPSK2DPSK利用兩種相位來傳輸二元符號。1、2PSK在2PSK中，通常用初始相位 0 和分別表示二進制”1”和”0”,故其表達式為： P1 t Acos- t Acos)(cc2PSK概率為概率為Pte由于兩種碼元的波形相同，極性相反，故2PSK信號的時間表達式又可寫成： tnTtgattstecnsnccos )(cos)(2PSK其中其中 s(t) 為雙極性為雙極性NRZNRZ矩形脈沖序列；矩形脈沖序列； 第第n

10、個符號個符號an的電平取值為的電平取值為PPan1, 1, 1概率為概率為“1”“0” 這種以載波的不同相位直接去表示相應二進制數(shù)字信號的調(diào)制方式，稱為二進制絕對相移方式。 2PSK時間波形時間波形“1” 0相位表示相位表示 “0”相位表示相位表示 2PSK調(diào)制原理圖調(diào)制原理圖乘法器)(2tePSK雙極性不歸零tccos)(ts碼型變換tccos)(ts)(2tePSK開關(guān)電路移相01800- 模擬調(diào)制法（相乘器法）- 鍵控法 2PSK解調(diào)方法解調(diào)方法 相干解調(diào)法相干解調(diào)法帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時脈沖輸出)(2tePSKtccosabcde相位模糊相位模糊倒倒現(xiàn)象現(xiàn)象2、2DP

11、SK 2DPSK是利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化傳遞數(shù)字信息，所以又稱相對相移鍵控。假設為當前碼元與前一碼元的載波相位差，定義數(shù)字信息與 之間的關(guān)系為”表示數(shù)字信息“，”表示數(shù)字信息“10, 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 02DPSK01 1 0 0 1 0 1 1或信號相位：二進制數(shù)字信息：Ex: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 02DPSK01 1 0 0 1 0 1 1或信號相位：二進制數(shù)字信息：Ex:相應的相應的2DPSK2DPSK信號的波形如下：信號的波形如下：NoteNote 數(shù)字信息與 之間的關(guān)系也可定義為”表示數(shù)字信息“，”表示數(shù)字信息“01, 0 2DPSK

12、信號的矢量圖參考相位參考相位/2/2(a) A方式 參考相位參考相位/2/2(b) B方式 在B方式中，當前碼元的相位相對于前一碼元的相位改變/2。因此，在相鄰碼元之間必定有相位突跳。在接收端檢測此相位突跳就能確定每個碼元的起止時刻。 2DPSK信號的產(chǎn)生方法信號的產(chǎn)生方法 將絕對碼進行碼變換（差分編碼）得到相對碼（差分碼）；將絕對碼進行碼變換（差分編碼）得到相對碼（差分碼）； 然后進行絕對調(diào)相。然后進行絕對調(diào)相。產(chǎn)生方法：產(chǎn)生方法：2DPSK 上圖中使用的是傳號差分碼，即載波的相位遇到原數(shù)字信息“1”變化，遇到“0”則不變。1nnnbab圖中的碼變換（絕對碼相對碼）規(guī)則為：1nnnbba接收端碼反變換（相對碼絕對碼）規(guī)則為： 2DPSK調(diào)制原理圖調(diào)制原理圖tccos)(ts)(2teDPSK開關(guān)電路移相01800碼變換差分碼可取傳號差分碼或空號差分碼。其中，傳號差分碼的編碼規(guī)則為1nnnbab逆過程稱為差分譯碼（碼反變換），即1nnnbba 2DPSK解調(diào)方法解調(diào)方法I. 相干解調(diào)相干解調(diào)(極性比較法極性比較法)加碼反變換法加碼反變換法原理：原理：先對2DPSK信號進行相干解調(diào)，恢復出相對碼，再經(jīng)碼反變換器變換為絕對碼，從而恢復出發(fā)送的二進制數(shù)字信息。在解調(diào)過程中，由于載波相位模糊性的影響，使得解調(diào)出的相對碼也可能是“1”和“0”倒置，但經(jīng)差分譯碼（碼反變換）得到的