5數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸.ppt

1、1,第5章 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸,胡玉佩,2,目標(biāo)要求,一、基本要求,1、掌握數(shù)字調(diào)制的概念及目的； 2、掌握2ASK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)基本原理； 3、掌握2FSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)基本原理； 4、掌握2PSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)基本原理； 5、掌握2DPSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)基本原理； 6、熟悉二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較； 7、了解多進(jìn)制數(shù)字鍵控的調(diào)制與解調(diào)基本原理。,3,主要內(nèi)容,5.1 概述 5.2 二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK） 5.3 二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK） 5.4 二進(jìn)制相移鍵控（2PSK） 5.5 二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK） 5.6 二進(jìn)制數(shù)字載波傳輸系統(tǒng)性能比較 5.7 多進(jìn)制數(shù)

2、字調(diào)制系統(tǒng) 小結(jié) 思考題、習(xí)題,4,一、數(shù)字調(diào)制的定義： 1. 定義 調(diào)制：用來(lái)自信源的基帶信號(hào)去控制載波的幅度、頻率或者相位的過(guò)程，稱(chēng)為調(diào)制。 調(diào)制信號(hào)：此基帶信號(hào)被稱(chēng)為調(diào)制信號(hào)。 載波：是一個(gè)確知的周期性波形，一般選擇余弦波。 已調(diào)信號(hào)：經(jīng)過(guò)調(diào)制之后形成的頻帶信號(hào)稱(chēng)為已調(diào)信號(hào)。,5.1 概述,5,2. 組成 調(diào)制信號(hào)m(t)自信源來(lái)的基帶信號(hào) 已調(diào)信號(hào)s(t)調(diào)制后的載波稱(chēng)為已調(diào)信號(hào) 調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制的部件,5.1 概述,6,二、調(diào)制的分類(lèi)（按調(diào)制器的功能分）： 1. 幅度調(diào)制-ASK： 用調(diào)制信號(hào)去控制載波的振幅。 2. 頻率調(diào)制-FSK： 用調(diào)制信號(hào)去控制載波的頻率。 3. 相位調(diào)制-P

3、SK： 用調(diào)制信號(hào)去控制載波的相位。,5.1 概述,7,從原理上來(lái)說(shuō)，模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制是一樣 的，那么這兩者的區(qū)別是什么？ 數(shù)字調(diào)制又有什么特征呢？,5.1 概述,8,5.1 概述,三、正弦形載波表達(dá)式： 或 式中，A 振幅 (V)； f0 頻率 (Hz)； 0 = 2 f0 角頻率 (rad/s)； 為初始相位 (rad)。,9,5.1 概述,四、3種基本的調(diào)制制度： 1、振幅鍵控ASK 2、頻移鍵控FSK 3、相移鍵控PSK,10,一、基本原理 1、時(shí)域表示式： 調(diào)制信號(hào)： 則已調(diào)信號(hào)為：,5.2 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),11,2、調(diào)制方法 : 相乘法：直接使用相乘器 開(kāi)關(guān)法：使用雙

4、向選擇開(kāi)關(guān),5.2 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),12,3、 解調(diào)方法 相干解調(diào)法：需要在接收端恢復(fù)出與發(fā)送端載波同頻同相的本地載波,5.2 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),作用是什么？如何用?,13,5.2 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),抽樣判決器的作用是什么？ 對(duì)接收信號(hào)先進(jìn)行“抽樣”，得到在不同的時(shí)刻的一些離散的值； 按照判決準(zhǔn)則判斷離散值是0還是1，將原來(lái)的基帶信號(hào)恢復(fù)或者再生。 2ASK抽樣判決準(zhǔn)則如何制定？ 抽樣離散值0.5為1； 抽樣離散值0.5為0；,14,5.2 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),3、 解調(diào)方法： 包絡(luò)檢波法（非相干解調(diào)）:不需要恢復(fù)本地載波,15,【例5.1】：設(shè)發(fā)送的二

5、進(jìn)制信息為101011001，采用2ASK方式傳輸。試畫(huà)出2ASK信號(hào)的時(shí)間波形。,5.2 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),返回,16,5.3 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),一、基本原理 1、時(shí)域表示式： 2、產(chǎn)生方法： 調(diào)頻法： 相位連續(xù) 開(kāi)關(guān)法： 相位不連續(xù),17,5.3 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),如果用相乘器能不能生成2FSK信號(hào)？ 如何生成？,18,5.3 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),3、解調(diào)： 相干解調(diào)：,2FSK解調(diào)中的抽樣判決器的使用方法和2ASK解調(diào)中用的有什么區(qū)別？,19,5.3 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),2FSK抽樣判決準(zhǔn)則如何制定？ V1-V00為1； V1-V00為0；,

6、20,3、解調(diào)： 非相干解調(diào)： （1）包絡(luò)檢波法：,5.3 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),21,（2）過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法,a,b,c,e,d,f,5.3 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),a,c,b,d,e,f,22,【例5.2】：設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制信息為101011001，采用2FSK方式傳輸。試畫(huà)出2FSK信號(hào)的時(shí)間波形。,5.3 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),返回,23,一、基本原理 1.表示式： 式中， 或,5.4 二進(jìn)制相移鍵控(2PSK),24,2.例：波形“1 0 1” 整數(shù)個(gè)周期：圖a和c相位不連續(xù)； 多半個(gè)周期：圖b和d相位連續(xù)； 上述例子說(shuō)明，相鄰碼元的相位是否連續(xù)與相鄰碼元的初始相位是否相同

7、不可混為一談。 只有當(dāng)一個(gè)碼元中包含有整數(shù)個(gè)載波周期時(shí)，相鄰碼元邊界處的相位跳變才是由調(diào)制引起的相位變化。,5.4 二進(jìn)制相移鍵控(2PSK),25,5.4 二進(jìn)制相移鍵控(2PSK),3.產(chǎn)生方法 （1）相乘法： 用二進(jìn)制基帶不歸零矩形脈沖信號(hào)A(t)去和載波相乘。,26,3.產(chǎn)生方法 （2）選擇法： 用開(kāi)關(guān)電路去選擇相位相差的同頻載波。,5.4 二進(jìn)制相移鍵控(2PSK),27,4.解調(diào)方法 必須采用相干解調(diào)。,5.4 二進(jìn)制相移鍵控(2PSK),28,5.4 二進(jìn)制相移鍵控(2PSK),2PSK抽樣判決準(zhǔn)則如何制定？ V0為1； V0為0；,29,【例5.3】：設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制信息為111

8、010011，采用2PSK方式傳輸。 （1）試畫(huà)出2PSK信號(hào)的時(shí)間波形； （2）若采用相干解調(diào)方式進(jìn)行解調(diào)，試畫(huà)出各點(diǎn)時(shí)間波形。,5.4 二進(jìn)制相移鍵控(2PSK),30,5.4 二進(jìn)制相移鍵控(2PSK),上一題，如果要實(shí)現(xiàn)正確判決，對(duì)本地載波有什么要求？ 本地載波必須和發(fā)送端使用的載波同頻同相。 否則會(huì)出現(xiàn)倒現(xiàn)象。,31,5.4 二進(jìn)制相移鍵控(2PSK),什么是倒現(xiàn)象？ 由于BPSK信號(hào)實(shí)際上是以一個(gè)固定初相的未調(diào)載波為參考的，因此，解調(diào)時(shí)必須有與此同頻同相的本地載波。如果本地載波的相位發(fā)生變化，如0相位變?yōu)橄辔换蛳辔蛔優(yōu)?相位，則恢復(fù)的數(shù)字信息就會(huì)發(fā)生“0”變“1”或“1”變“0”，

9、從而造成錯(cuò)誤的恢復(fù)。這種因?yàn)楸镜貐⒖驾d波倒相，而在接收端發(fā)生錯(cuò)誤恢復(fù)的現(xiàn)象稱(chēng)為“倒”現(xiàn)象或“反向工作”現(xiàn)象。 倒現(xiàn)象如何解決？ 2DPSK方式是利用前后相鄰碼元的相對(duì)載波相位值去表示數(shù)字信息的一種方式。即用前后兩個(gè)碼元之間相差來(lái)表示碼元的值“0”和“1”。例如，假設(shè)相差值“”表示符號(hào)“1”，相差為“0”表示符號(hào)“0”。,32,一、基本原理 2DPSK-相對(duì)相移鍵控 2PSK-絕對(duì)相移鍵控 1.表示式 設(shè)為當(dāng)前碼元和前一碼元的相位之差： 則，信號(hào)可以表示為 式中，02f0為載波的角頻率； 為前一碼元的相位。,5.5 二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK),33,2.直接法產(chǎn)生2DPSK信號(hào) 可以看出：

10、初相不同，相同的基帶碼元序列的相位 也可不同，即，碼元的相位并不直接代表基帶信號(hào)； 相鄰碼元的相位差才代表基帶信號(hào)。,5.5 二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK),34,【例5.4】：設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制信息為101011001，采用2DPSK方式傳輸。試畫(huà)出2DPSK信號(hào)的時(shí)間波形。,5.5 二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK),返回,35,3.間接法產(chǎn)生2DPSK信號(hào) 若將待發(fā)送的序列A，先進(jìn)行差分編碼變成序列B，再用B對(duì)載波進(jìn)行2PSK調(diào)制，結(jié)果和用A直接進(jìn)行2DPSK調(diào)制一樣: 基帶序列： A = 1 1 1 0 0 1 1 0 1（絕對(duì)碼） 變換后序列：B = (0)1 0 1 1 1 0 1 1

11、 0（相對(duì)碼） 2PSK調(diào)制后的相位: (0) 0 0 0 變換規(guī)律： 絕對(duì)碼元“1” 使相對(duì)碼元改變； 絕對(duì)碼元“0” 使相對(duì)碼元不變。,5.5 二進(jìn)制差分相移鍵控基本原理,36,變換方法：用一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 間接法2DPSK信號(hào)調(diào)制器原理方框圖,5.5 二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK),37,【例5.5】：設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制信息為101011001，采用2DPSK方式傳輸。試畫(huà)出2DPSK信號(hào)的時(shí)間波形。,5.5 二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK),返回,38,4.2DPSK信號(hào)的解調(diào) （1）相位比較法： 缺點(diǎn)：對(duì)于延遲單元的延時(shí)精度要求很高，較難作到。,5.5 二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)

12、,39,5.5 二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK),（2）相干解調(diào)法： 先把接收信號(hào)當(dāng)作絕對(duì)相移信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，解調(diào)后是相對(duì)碼，再將此相對(duì)碼作逆碼變換，還原成絕對(duì)碼。,40,逆碼變換器,5.5 二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK),41,5.6 二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較,1.誤碼率曲線(xiàn),42,誤碼率公式,5.6 二進(jìn)制數(shù)字鍵控傳輸系統(tǒng)性能比較,43,1. 多進(jìn)制振幅鍵控(MASK) 多電平單極性不歸零信號(hào) MASK信號(hào) （圖a 圖b） 多電平雙極性不歸零信號(hào) 抑制載波MASK信號(hào) （圖c 圖d） 圖示為4ASK信號(hào)： 每碼元含2比特,5.7 多進(jìn)制數(shù)字鍵控,44,2. 多進(jìn)制頻移鍵控(MFS

13、K) 基本原理 MFSK的碼元采用M個(gè)不同頻率的載波。,5.7 多進(jìn)制數(shù)字鍵控,45,3. 多進(jìn)制頻移鍵控(MPSK) 基本原理 MPSK的碼元采用M個(gè)不同相位的載波。,5.7 多進(jìn)制數(shù)字鍵控,46,正交相移鍵控(QPSK) （1）相位配置規(guī)則：A和B兩種方式,5.7 多進(jìn)制數(shù)字鍵控,47,正交相移鍵控(QPSK) （2）碼元與相位對(duì)應(yīng)規(guī)則,5.7 多進(jìn)制數(shù)字鍵控,48,（3）產(chǎn)生方法 第一種方法：相乘法 二進(jìn)制碼元“1” 雙極性脈沖“+1” 二進(jìn)制碼元“0” 雙極性脈沖“-1” 對(duì)應(yīng)A相位配置方式,5.7 多進(jìn)制數(shù)字鍵控,49,5.7 多進(jìn)制數(shù)字鍵控,50,第二種方法：選擇法,5.7 多進(jìn)制

14、數(shù)字鍵控,51,（4）解調(diào)方法 相干解調(diào),5.7 多進(jìn)制數(shù)字鍵控,52,基本原理 以4進(jìn)制DPSK(QDPSK )信號(hào)為例 表中k是相對(duì)于前一相鄰碼元的相位變化,5.7 多進(jìn)制數(shù)字鍵控,53,產(chǎn)生方法 相乘的信號(hào)應(yīng)該是不歸零二進(jìn)制雙極性矩形脈沖“+1”和“-1”， 對(duì)應(yīng)關(guān)系是： 二進(jìn)制碼元“0” “1” 二進(jìn)制碼元“1” “1”,A方式編碼,5.7 多進(jìn)制數(shù)字鍵控,54,QDPSK碼變換關(guān)系:,55,5.7 多進(jìn)制數(shù)字鍵控,4. 振幅相位聯(lián)合鍵控(APK) APK信號(hào)的振幅和相位獨(dú)立地同時(shí)受到調(diào)制 ： 式中，k = 整數(shù)；Ak和k分別可以取多個(gè)離散值。 上式可以展開(kāi)為 令 Xk = Akcosk Yk = -Aksink 從上式看出，sk(t)可以看作是兩個(gè)正交的振幅鍵控信號(hào)之和,代入上式，得到,56,若k值取0和90，Ak值取+A和-A，則 APK信號(hào) QPSK信號(hào) 4QAM信號(hào),5.7 多進(jìn)制數(shù)字鍵控,57,MQAM 又稱(chēng)星座調(diào)制,5.7 多進(jìn)制數(shù)字鍵控,58,16QAM信號(hào)的產(chǎn)生方法 正交調(diào)幅法 復(fù)合相移法,5.7 多進(jìn)制數(shù)字鍵控,59,目標(biāo)要求,重點(diǎn)、難點(diǎn),1、重