數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)

1、數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)2低通信道用基帶信號(hào)傳輸?shù)屯ㄐ诺烙没鶐盘?hào)傳輸電路板上的銅線電路板上的銅線如果帶通信道用什么信號(hào)傳輸。如果帶通信道用什么信號(hào)傳輸。調(diào)制傳輸：頻譜搬移到規(guī)定的頻帶內(nèi)調(diào)制傳輸：頻譜搬移到規(guī)定的頻帶內(nèi)數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)3引言引言p數(shù)字信號(hào)的分類和傳輸方式數(shù)字信號(hào)的分類和傳輸方式p數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)n數(shù)字基帶信號(hào)數(shù)字基帶信號(hào)n數(shù)字調(diào)制信號(hào)數(shù)字調(diào)制信號(hào)p傳輸方式傳輸方式n數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸n數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸p以哪種傳輸方式為主？以哪種傳輸方式為主？n由信道類型確定由信道類型確定p低通型信道低通型信道- -數(shù)字信號(hào)的基帶傳

2、輸數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸p帶通型信道帶通型信道- -數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)42 2數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制p數(shù)字調(diào)制目的與本質(zhì)數(shù)字調(diào)制目的與本質(zhì)n載波：連續(xù)的正（余）弦信號(hào)載波：連續(xù)的正（余）弦信號(hào)n調(diào)制信號(hào)：數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制信號(hào)：數(shù)字基帶信號(hào)p數(shù)字調(diào)制完成基帶信號(hào)功率譜的搬移數(shù)字調(diào)制完成基帶信號(hào)功率譜的搬移p 數(shù)字調(diào)制的過(guò)程數(shù)字調(diào)制的過(guò)程n模擬調(diào)制的過(guò)程，載波參數(shù)連續(xù)變化模擬調(diào)制的過(guò)程，載波參數(shù)連續(xù)變化n數(shù)字調(diào)制的過(guò)程，載波參數(shù)離散變化數(shù)字調(diào)制的過(guò)程，載波參數(shù)離散變化調(diào)制，調(diào)制，modulationmodulation鍵控，鍵控，shift keyingshift k

3、eying數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)53 3模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制方式對(duì)照模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制方式對(duì)照 模擬調(diào)制模擬調(diào)制 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制幅度調(diào)制幅度調(diào)制(AM) (AM) 幅度鍵控幅度鍵控(ASK)(ASK)頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM) (FM) 頻移鍵控頻移鍵控(FSK)(FSK)相位調(diào)制相位調(diào)制(PM) (PM) 相移鍵控相移鍵控(PSK)(PSK)振幅鍵控振幅鍵控頻移鍵控頻移鍵控相移鍵控相移鍵控?cái)?shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)6本章目錄本章目錄p7.1 7.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制p7.27.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的抗噪聲性能二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的抗噪聲性能p7.37.3數(shù)字信號(hào)的最佳接收數(shù)字信號(hào)的最佳接收p7.

4、47.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制主要內(nèi)容要點(diǎn)主要內(nèi)容要點(diǎn)怎么調(diào)制，怎么解調(diào)，怎么調(diào)制，怎么解調(diào)，性能分析：性能分析：有效性：帶寬、頻帶利用率有效性：帶寬、頻帶利用率可靠性：誤碼率可靠性：誤碼率優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)7 二進(jìn)制是數(shù)字調(diào)制最簡(jiǎn)單的情況，它改變載波的幅二進(jìn)制是數(shù)字調(diào)制最簡(jiǎn)單的情況，它改變載波的幅度、頻率、相位只有兩種狀態(tài)。度、頻率、相位只有兩種狀態(tài)。7.1.1 7.1.1 二進(jìn)制幅度鍵控（二進(jìn)制幅度鍵控（ASKASK：amplitude shift keying amplitude shift keying ）1. 2ASK1. 2ASK信號(hào)時(shí)域表達(dá)式信號(hào)時(shí)域

5、表達(dá)式p2ASK2ASK信號(hào)，其幅度按調(diào)制信號(hào)取信號(hào)，其幅度按調(diào)制信號(hào)取0 0或或1 1有兩種取值，有兩種取值，最簡(jiǎn)單的形式為通斷鍵控（最簡(jiǎn)單的形式為通斷鍵控（OOKOOK）。）。pOOKOOK信號(hào)的表達(dá)式為：信號(hào)的表達(dá)式為： 調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào) 為：為：tAatsncOOKcos)(na1,0,1nPaP出現(xiàn)概率為出現(xiàn)概率為7.1 7.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)8 OOKOOK信號(hào)波形：信號(hào)波形： 一般地，調(diào)制信號(hào)具有一定波形，可表示為：一般地，調(diào)制信號(hào)具有一定波形，可表示為： 所以，所以，2ASK2ASK信號(hào)為：信號(hào)為： 可見(jiàn)，可見(jiàn)，2ASK2ASK為雙邊帶調(diào)幅信

6、號(hào)。為雙邊帶調(diào)幅信號(hào)。)()(snTtgatBnntnTtgatsnncsASKcos)()(數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)9 2. 2. 功率譜密度功率譜密度 設(shè)調(diào)制信號(hào)功率譜為設(shè)調(diào)制信號(hào)功率譜為 ，則，則2ASK2ASK信號(hào)功率譜為：信號(hào)功率譜為： )(BP)()()(cBcBASK41PPP圖圖7-2 OOK7-2 OOK信號(hào)的功率譜信號(hào)的功率譜(a)(a)基帶信號(hào)功率譜；基帶信號(hào)功率譜； (b) (b) 已調(diào)信號(hào)功率譜已調(diào)信號(hào)功率譜2ASK2ASK信號(hào)的帶寬信號(hào)的帶寬 ？基帶信號(hào)帶寬？基帶信號(hào)帶寬？數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)10分析p功率譜是基帶信號(hào)功率譜的線性搬移功率譜是基帶信號(hào)功率譜的線性搬移

7、n頻帶寬度是基帶信號(hào)的兩倍頻帶寬度是基帶信號(hào)的兩倍 基帶信號(hào)為矩形波基帶信號(hào)為矩形波n基帶信號(hào)的理論帶寬無(wú)限寬基帶信號(hào)的理論帶寬無(wú)限寬nNRZNRZ碼，基帶信號(hào)的近似帶寬碼，基帶信號(hào)的近似帶寬 ：p功率譜的第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)帶寬，譜零點(diǎn)帶寬，主瓣帶寬功率譜的第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)帶寬，譜零點(diǎn)帶寬，主瓣帶寬 B BB B= =f fs s= =R Rs s （f fs s：位定時(shí)的頻率）：位定時(shí)的頻率）nOOKOOK信號(hào)的理論帶寬無(wú)限寬信號(hào)的理論帶寬無(wú)限寬nOOKOOK信號(hào)的近似帶寬：信號(hào)的近似帶寬： p功率譜的功率譜的 第一對(duì)第一對(duì) 過(guò)零點(diǎn)帶寬，譜零點(diǎn)帶寬；主瓣帶過(guò)零點(diǎn)帶寬，譜零點(diǎn)帶寬；主瓣帶寬寬 B BS

8、S=2=2f fs s=2=2R Rs s數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)11 基帶信號(hào)為升余弦滾降信號(hào)基帶信號(hào)為升余弦滾降信號(hào)n基帶信號(hào)帶寬有限寬基帶信號(hào)帶寬有限寬n2ASK2ASK信號(hào)帶寬有限寬信號(hào)帶寬有限寬TB21BBs2BB TB1s圖圖7-3 7-3 升余弦滾降基帶信號(hào)的升余弦滾降基帶信號(hào)的2ASK2ASK信號(hào)功率譜信號(hào)功率譜 (a)(a)基帶信號(hào)功率譜；基帶信號(hào)功率譜； (b) (b) 已調(diào)信號(hào)功率譜已調(diào)信號(hào)功率譜數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)12 3. 2ASK3. 2ASK信號(hào)的調(diào)制方法信號(hào)的調(diào)制方法tnTtgatsnncsASKcos)()(tccos)(ts)(2teASK開(kāi)關(guān)電路模擬調(diào)制法

9、（相乘器法）模擬調(diào)制法（相乘器法）鍵控法鍵控法數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)134. 2ASK4. 2ASK信號(hào)解調(diào)方法信號(hào)解調(diào)方法 n非相干解調(diào)非相干解調(diào)( (包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法) ) (a)(a)原理框圖；原理框圖；(b)(b)各點(diǎn)波形圖各點(diǎn)波形圖 數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)14n相干解調(diào)相干解調(diào)( (同步檢測(cè)法同步檢測(cè)法) ) ：穩(wěn)定，有利于位定時(shí)的提取。：穩(wěn)定，有利于位定時(shí)的提取。(a)(a)原理框圖；原理框圖；(b)(b)各點(diǎn)波形圖各點(diǎn)波形圖 2ASK2ASK信號(hào)早期用于無(wú)線電報(bào)，由于抗噪聲性能差現(xiàn)在已較少使用，但信號(hào)早期用于無(wú)線電報(bào)，由于抗噪聲性能差現(xiàn)在已較少使用，但2ASK2ASK信號(hào)是其

10、它數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)。信號(hào)是其它數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)。 數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)15 7.1.2 7.1.2 二進(jìn)制移頻鍵控二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK2FSK：frequency shift keyingfrequency shift keying）p移頻鍵控是數(shù)字信號(hào)改變載波的頻率。移頻鍵控是數(shù)字信號(hào)改變載波的頻率。p載波頻率隨載波頻率隨0 0和和1 1有兩種取值，分別為有兩種取值，分別為f f1 1和和f f2 2。 1. 2FSK1. 2FSK的時(shí)域表達(dá)式：的時(shí)域表達(dá)式： tnTtgatnTtgatsnnnn2s1s2FSKcoscos)(0,1, 1,10,1nnPPaaPP概率為概率為概率為概率為

11、數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)16 2FSK 2FSK信號(hào)的波形及分解如下圖所示：信號(hào)的波形及分解如下圖所示：22112FSK2cos2cosfAtsfAtsts)()()(1 0 0 1 01 0 0 1 0 2FSK 2FSK相當(dāng)于兩個(gè)不同載頻的相當(dāng)于兩個(gè)不同載頻的ASKASK信號(hào)之和信號(hào)之和 所以所以2FSK2FSK還可表示成：還可表示成： 數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)17 2. 2. 功率譜：功率譜：p設(shè)設(shè)2FSK2FSK兩個(gè)載頻的中心頻率為兩個(gè)載頻的中心頻率為f fc c，頻差為，頻差為 f f，則，則 p定義調(diào)頻指數(shù)（頻移指數(shù)）為：定義調(diào)頻指數(shù)（頻移指數(shù)）為：c12() 2/fff21fff21

12、ssfffhRR數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)18 p功率譜分析：功率譜分析：n功率譜以功率譜以f fc c為中心，對(duì)稱分布。為中心，對(duì)稱分布。n在調(diào)頻指數(shù)較小時(shí)功率譜為單峰，隨著調(diào)頻指數(shù)的增大，在調(diào)頻指數(shù)較小時(shí)功率譜為單峰，隨著調(diào)頻指數(shù)的增大，功率譜出現(xiàn)雙峰。功率譜出現(xiàn)雙峰。n當(dāng)出現(xiàn)雙峰時(shí)，帶寬可近似為：當(dāng)出現(xiàn)雙峰時(shí)，帶寬可近似為： 3 32FSK2FSK信號(hào)的調(diào)制：頻率選擇法信號(hào)的調(diào)制：頻率選擇法12B2FSK2ffBB數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)19 4. 4. 解調(diào)方法：解調(diào)方法：(a)(a)非相干解調(diào)非相干解調(diào)(b)(b)相干解調(diào)相干解調(diào)n原理：將原理：將2FSK2FSK信號(hào)分解成兩路信號(hào)分解成兩

13、路2ASK2ASK信號(hào)分別進(jìn)行解調(diào)。信號(hào)分別進(jìn)行解調(diào)。數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)20 p過(guò)零解調(diào)：過(guò)零解調(diào)：p 原理：載頻不同，過(guò)零點(diǎn)數(shù)不同，檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)原理：載頻不同，過(guò)零點(diǎn)數(shù)不同，檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)數(shù)，即可進(jìn)一步得到原始的調(diào)制信號(hào)。數(shù)，即可進(jìn)一步得到原始的調(diào)制信號(hào)。數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)217.1.3 7.1.3 二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（2PSK2PSK或或BPSKBPSK）1. 2PSK1. 2PSK信號(hào)的表達(dá)式：信號(hào)的表達(dá)式：n原理：在原理：在2PSK2PSK中，通常用初始相位中，通常用初始相位0 0和和 分別表示分別表示二進(jìn)制二進(jìn)制“1”1”和和“0”0”。n時(shí)域表達(dá)式為時(shí)域表達(dá)式為 式中

14、，式中， n n表示第表示第n n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位：個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位：即即)cos(A)(2PSKnctts”時(shí)發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“，1,00nPtPttscc1,cosA,cosA)(2PSK概率為概率為數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)22 n若若g g( (t t) )是幅度為是幅度為A A寬度為寬度為T Ts s的單個(gè)矩形脈沖，則的單個(gè)矩形脈沖，則2PSK2PSK信號(hào)可表示為信號(hào)可表示為 n2PSK2PSK的典型波形的典型波形tnTtgatsnncs2PSKcos)(1,1,1nPaP概率為概率為數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)23 2. 2. 功率譜：功率譜：p2PSK2PSK與與2ASK2ASK的表達(dá)式形式

15、一致：的表達(dá)式形式一致：n 2PSK2PSK信號(hào)：雙極性脈沖序列的雙邊帶調(diào)制信號(hào)：雙極性脈沖序列的雙邊帶調(diào)制n 2ASK2ASK信號(hào)：?jiǎn)螛O性脈沖序列的雙邊帶調(diào)制信號(hào)：?jiǎn)螛O性脈沖序列的雙邊帶調(diào)制p功率譜的差別僅在于離散的載波分量；功率譜的差別僅在于離散的載波分量；p帶寬：帶寬：tnTtgatsnncsASKcos)()(tnTtgatsnncs2PSKcos)(B2ASK2PSK2BBB數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)24 3. 2PSK3. 2PSK信號(hào)調(diào)制信號(hào)調(diào)制p相乘器相乘器p相位選擇器相位選擇器 相干解調(diào)方法，如何獲得同頻同相的載頻就成了關(guān)鍵相干解調(diào)方法，如何獲得同頻同相的載頻就成了關(guān)鍵問(wèn)題。問(wèn)題

16、。數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)25 4. 2PSK4. 2PSK信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào) p相干解調(diào)相干解調(diào)n相干載波，同頻同相的本地載波相干載波，同頻同相的本地載波 p同頻同相的本地載波的獲?。烘i相環(huán)同頻同相的本地載波的獲取：鎖相環(huán) （a a）平方環(huán)電路）平方環(huán)電路 （b b）科斯塔斯環(huán)電路）科斯塔斯環(huán)電路p鎖相環(huán)恢復(fù)載波的問(wèn)題：鎖相環(huán)恢復(fù)載波的問(wèn)題：n0 0， 相位不確定相位不確定p0 0， 相位模糊度相位模糊度數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)26p2PSK 相干解調(diào)原理框圖及各點(diǎn)波形圖相干解調(diào)原理框圖及各點(diǎn)波形圖數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)27 2PSK 2PSK調(diào)制與解調(diào)過(guò)程：調(diào)制與解調(diào)過(guò)程：121212101

17、101001110000000000000000001011010011101001011000nnnaaa 信碼碼元相位本地載波相位本地載波相位極性極性0， 相位不確定的影響數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)28 7.1.4 7.1.4 二進(jìn)制差分相移鍵控（二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK2DPSK）p絕對(duì)調(diào)相：利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值傳送數(shù)字信息；絕對(duì)調(diào)相：利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值傳送數(shù)字信息；p相對(duì)調(diào)相：利用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位變化傳遞數(shù)字相對(duì)調(diào)相：利用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位變化傳遞數(shù)字信息信息1. 2DPSK1. 2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生：信號(hào)的產(chǎn)生： 差分編碼后再進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相。差分編碼后再進(jìn)行絕

18、對(duì)調(diào)相。數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)29 設(shè)絕對(duì)碼為設(shè)絕對(duì)碼為a an n，相對(duì)碼為，相對(duì)碼為b bn np傳號(hào)差分的編碼規(guī)則：傳號(hào)差分的編碼規(guī)則： 其中，其中， 的初始值可以任意設(shè)定。的初始值可以任意設(shè)定。p差分譯碼規(guī)則：差分譯碼規(guī)則： 顯然，只要傳輸沒(méi)有差錯(cuò)，則譯碼顯然，只要傳輸沒(méi)有差錯(cuò)，則譯碼值便是原始數(shù)據(jù)，即值便是原始數(shù)據(jù)，即 。1nnnbba1nnnbab1nbnnaa 由于初始相位不由于初始相位不同，同，2DPSK2DPSK信號(hào)信號(hào)的相位可以不同；的相位可以不同；2DPSK2DPSK信號(hào)的相信號(hào)的相位并不直接代表位并不直接代表基帶信號(hào)；基帶信號(hào)；前后碼元的相對(duì)前后碼元的相對(duì)相位才決定信息

19、相位才決定信息符號(hào)。符號(hào)。數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)30 2. 2DPSK2. 2DPSK解調(diào)器解調(diào)器n相干解調(diào)相干解調(diào)n延遲解調(diào)延遲解調(diào) （1 1）相干解調(diào)原理及各點(diǎn)波形）相干解調(diào)原理及各點(diǎn)波形數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)31 1212121011010011110010011101000000000000000000010010011101001101100010110110100111nnnnnabbba 絕對(duì)碼差分碼碼元相位載波相位載波相位極性極性1nnnbab1nnnbba2DPSK2DPSK調(diào)制及相干解調(diào)過(guò)程：調(diào)制及相干解調(diào)過(guò)程：數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)32 （2 2）差分解調(diào)原理及各點(diǎn)波形）差分解調(diào)原理及各點(diǎn)波形: :延遲解調(diào)延遲解調(diào)數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)33 2DPSK2DPSK信號(hào)調(diào)制與延遲解調(diào)過(guò)程如下信號(hào)調(diào)制與延遲解調(diào)過(guò)程如下 DD101101001110110110001010000000000010110100111nnnaba絕對(duì)碼差分碼碼元相位延遲碼元相位極性絕對(duì)碼數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸要點(diǎn)34 2PSK和2DPSK對(duì)比分析：1. 1. 相位與信息代碼的