電力系統(tǒng)通信技術(shù)復(fù)習上課件

1、 電力系統(tǒng)通信技術(shù)華南理工大學(xué)電力學(xué)院黃 敏10/4/20221聯(lián)系方式：辦公室：電力實驗樓501 電話：1351276697610/4/20222教學(xué)內(nèi)容緒論通信基礎(chǔ)知識 Principle of Communication 電力載波通信PLCC (Power Line Carrier Communication) 光纖通信技術(shù) (Fiber Optic Communication ) 微波與衛(wèi)星通信技術(shù) (Microwave and Satellite Communication) 移動通信技術(shù) (Mobile Communication)10/4/20223電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行 的 三大

2、支柱：電力系統(tǒng)通信網(wǎng)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)電力系統(tǒng)調(diào)度自動化系統(tǒng)電力系統(tǒng)通信技術(shù)的意義和作用：是確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的重要手段；是電網(wǎng)調(diào)度自動化、網(wǎng)絡(luò)運營市場化和管理現(xiàn)代化的基礎(chǔ)；是電力系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。 第 1 章 緒 論10/4/20224第 1 章 緒論 1.1 通信、通信系統(tǒng)以及通信網(wǎng)的基本概 念 1.1.1通信 通信的目的是傳送信息。即把信息源產(chǎn)生的信息(語言、文字、數(shù)據(jù)、圖像等)快速、準確地傳到收信者。 communication: the transmission of information from one place and/or time to anothe

3、r10/4/20225 1.1.2通信系統(tǒng)的基本組成 信源和信宿: Source and Destination 人、機器設(shè)備。 信息：information 與概率有關(guān) 信號：signal 話音、數(shù)字、符號、圖像等。 信道：Channel 即傳輸媒體（media） wire、 wireless 噪音：Noise 自然界、人為 10/4/20227通信系統(tǒng)和通信網(wǎng)系統(tǒng) 相互關(guān)聯(lián)的一個整體通信系統(tǒng)信源到信宿之間完成信息傳送全過程的總體。 “線”網(wǎng)絡(luò)各種關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的綜合 “網(wǎng)” 通信網(wǎng)絡(luò)各種通信節(jié)點（端節(jié)點、交換節(jié)點、轉(zhuǎn)接點）及連接各節(jié)點的傳輸鏈路互相依存的有機結(jié)合體，以實現(xiàn)兩點及多個規(guī)定點間的通信

4、體系。10/4/20228 現(xiàn)代通信系統(tǒng)與現(xiàn)代通信網(wǎng) 現(xiàn)代通信系統(tǒng)的特點： 數(shù)字通信與計算機技術(shù)的結(jié)合 現(xiàn)代通信網(wǎng)的特點： 綜合化、智能化、（寬帶化、數(shù)字化）10/4/2022101.2電力通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀電力系統(tǒng)通信：是電力、電信兩大行業(yè)的一個交叉點。電力通信技術(shù)的發(fā)展： 20世紀70年代的電力線載波 80年代的模擬微波 90年代的數(shù)字微波 目前 光纖通信。10/4/202211 電力行業(yè)發(fā)展光纖通信的優(yōu)勢：利用高壓輸電線路， 可架設(shè)電力特種光纜： 地線復(fù)合光纜 OPGW (Optical Power Grounded Waveguide ） 無金屬/全介質(zhì)自承式光纜 ADSS (AllDie

5、lectricSelf-Support) 纏繞式光纜 GWWOP （Ground Wire Wrapped Optical Fiber Cable） 光纖通信的優(yōu)點：具有抗電磁干擾能力強、傳輸容量大、頻帶寬、傳輸衰耗小等10/4/202212 大力發(fā)展光纖通信，主干傳輸網(wǎng)絡(luò)以光纖為主，微波為輔，邊遠地區(qū)可采用衛(wèi)星通信。電力“十二五” 通信規(guī)劃的趨勢：滿足堅強智能電網(wǎng)運行和公司現(xiàn)代化管理需要，提出了建設(shè)具有智能化、光纖化、網(wǎng)絡(luò)化特征的，以骨干通信電路為主，各級通信網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的，堅強智能的電力通信網(wǎng)絡(luò)。 全國電力“十五” 通信規(guī)劃，”建設(shè)以光纖為主的主干通信傳輸網(wǎng)絡(luò)，保證信息的快速可靠傳輸。”10

6、/4/202214全國電力“十五” 通信規(guī)劃:80的網(wǎng)公司建成電力通信光纖傳輸二級網(wǎng)絡(luò)，50的省公司建成電力通信光纖傳輸三級網(wǎng)絡(luò)，30的地（市）公司建成電力通信光纖傳輸四級網(wǎng)絡(luò)；根據(jù)應(yīng)用和發(fā)展的需要，采用符合電力系統(tǒng)特點的專用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制，近期可采用SDH體制，遠期逐步采用IP體制10/4/202215電力系統(tǒng)通信網(wǎng)中常見的通信網(wǎng)絡(luò)有： 電話交換網(wǎng) 電力數(shù)據(jù)網(wǎng) (包含傳統(tǒng)的遠動信息網(wǎng)(SCADA系統(tǒng))、EMS、MIS) 電視電話會議網(wǎng) 企業(yè)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)INTRANET等。 10/4/202217 1.3.3 電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng) 按級別和范圍分： 國家網(wǎng)省市 按類型分： 電力調(diào)度數(shù)據(jù)通信網(wǎng)用于承載與電

7、力自動化生產(chǎn)直接相關(guān)的信息系統(tǒng)，用于監(jiān)控電力生產(chǎn)運行過程中的各種業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)及智能設(shè)備。物理：專用通道，使用獨立的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組網(wǎng)，與其他的電力內(nèi)部數(shù)據(jù)網(wǎng)及外網(wǎng)進行安全隔離。 電力綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng) 承載眾多的業(yè)務(wù)和應(yīng)用系統(tǒng)，包括管理信息系統(tǒng)、財務(wù)自動化系統(tǒng)和供電營銷系統(tǒng)等；同時，電力綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)還將承載具有實時性要求的新型應(yīng)用，如視頻監(jiān)控、視頻會議等。10/4/202218為了確保各調(diào)度中心之間以及調(diào)度中心與廠站之間計算機監(jiān)控系統(tǒng)等實時數(shù)據(jù)通信的可靠性和安全性，依照國家經(jīng)貿(mào)委令2002第30號電網(wǎng)和電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防護規(guī)定，建設(shè)全國性的統(tǒng)一的國家電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，按照“統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)

8、計、統(tǒng)一技術(shù)體制、統(tǒng)一理由策略、統(tǒng)一組織實施”的原則進行網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)。國家電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)10/4/202219核心層core layer 由國調(diào)、6個網(wǎng)調(diào)、四川、三峽等9個節(jié)點組成；匯聚層 distribution layer由除四川以外的29個省調(diào)節(jié)點組成；接入層Access layer由各接入廠站及調(diào)度中心業(yè)務(wù)網(wǎng)組成。國家電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng) 骨干網(wǎng)的分層：10/4/2022201.4 電力系統(tǒng)通信技術(shù) 電力系統(tǒng)通信網(wǎng)主要由傳輸、交換、終端三大部分組成。 傳輸系統(tǒng)：以光纖、數(shù)字微波傳輸為主，衛(wèi)星、電力線載波、電纜、移動通信等多種通信方式并存， 交換方式：電路交換、分組交換、ATM異步傳送模式和幀

9、中繼。 承載的業(yè)務(wù)：語音、數(shù)據(jù)、遠動、繼電保護、電力監(jiān)控、移動通信等 10/4/202221 (PLC-Power Line Carrier)電力系統(tǒng)特有 利用高壓輸電線作為傳輸通路的載波通信方式，用于電力系統(tǒng)的調(diào)度通信、遠動、保護、生產(chǎn)指揮、行政業(yè)務(wù)通信及各種信息傳輸。 電力線路是為輸送50Hz強電設(shè)計的，機械強度高，傳輸可靠，電力線載波通信復(fù)用電力線路進行通信不需要通信線路建設(shè)的基建投資和日常維護費用，是電力系統(tǒng)特有的通信方式。1電力線載波通信10/4/202222微波通信是指利用微波(射頻)作載波攜帶信息，通過無線電波空間進行中繼（接力）的通信方式。常用微波通信的頻率范圍為140GHz。

10、微波按直線傳播，若要進行遠程通信，則需在高山、鐵塔或高層建筑物頂上安裝微波轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備進行中繼通信。3微波通信10/4/2022244衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，從而進行兩個或多個地面站之間的通信。 衛(wèi)星通信主要用于解決國家電力公司至邊遠地區(qū)的通信。目前電力系統(tǒng)內(nèi)已有地球站32座，基本上形成了系統(tǒng)專用的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，實現(xiàn)了北京對新疆等邊遠省區(qū)的通信。 衛(wèi)星通信除用作話音通信外，還用來傳送調(diào)度自動化系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)。10/4/2022256現(xiàn)代交換技術(shù) 現(xiàn)代交換方式有電路交換、分組交換、ATM異步傳送模式、幀中繼和多協(xié)議標記交換（MPLS）技術(shù)。 電路交換和分組交換是兩

11、種不同的交換方式，是代表兩大范疇的傳送模式， 幀中繼和ATM異步傳送模式則屬于快速分組交換的范疇。10/4/202227 連接建立后，無信息傳送時也需占電路，電路利用率低； 要預(yù)先建立連接，有一定的連接建立時延，通路建立后可實時傳送信息，傳輸時延一般可以不計； 無差錯控制措施。 因此，電路交換： 適合于電話交換、文件傳送及高速傳真， 不適合突發(fā)業(yè)務(wù)和對差錯敏感的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 電路交換 circuit switching 固定分配帶寬的交換方式：10/4/202228 它是將需要傳送的信息劃分為一定長度的包，也稱為分組，以分組為單位進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)的。 而每個分組信息都包含源地址和目的地址的標識，在傳

12、送數(shù)據(jù)分組之前，必須首先建立虛電路，然后依序傳送。分組交換最基本的思想就是實現(xiàn)通信資源的共享。 適合數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)幾乎全部采用分組交換。分組交換packet switching存儲轉(zhuǎn)發(fā)的交換方式：10/4/202229 幀中繼(Frame Relay，F(xiàn)R)技術(shù)是在OSI第二層上用簡化的方法傳送和交換數(shù)據(jù)單元的一種技術(shù)。 ATM（Asynchronous Transfer Mode）即異步轉(zhuǎn)移模式的縮寫，是電信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個重要技術(shù)，是為解決遠程通信時兼容電路交換和分組交換而設(shè)計的技術(shù)體系。快速分組交換：為盡量簡化協(xié)議，只具有核心的網(wǎng)絡(luò)功能,以提供高速、高吞吐量和低時延服務(wù)的交換方式。1

13、0/4/202230 通信技術(shù)與計算機技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)等相結(jié)合是現(xiàn)代通信技術(shù)的典型標志。隨著電力系統(tǒng)信息化的興起，電力系統(tǒng)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢可概括為數(shù)字化、綜合化、寬帶化、智能化和個人化。電力系統(tǒng)通信技術(shù)大發(fā)展時代已經(jīng)開始。現(xiàn)代通信發(fā)展趨勢10/4/202231緒論小結(jié)電力系統(tǒng)通信網(wǎng)的特點電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的分層： 核心層，匯聚層，接入層電力系統(tǒng)通信技術(shù)的發(fā)展歷程和主要特點電力特種光纜： 地線復(fù)合光纜 OPGW (Optical Power Grounded Waveguide ） 無金屬/全介質(zhì)自承式光纜 ADSS (AllDielectricSelf-Support) 纏繞式光

14、纜 GWWOP （Ground Wire Wrapped Optical Fiber Cable）10/4/20223210/4/202233第二章 通信基礎(chǔ)知識通信的基本概念與基本問題信號分析基礎(chǔ)通信中的調(diào)制技術(shù)通信中的編碼技術(shù)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)通信中的復(fù)用和多址技術(shù)10/4/202234第一節(jié) 通信的基本概念與基本問題 一、通信系統(tǒng)模型 通信系統(tǒng)的一般模型圖1-1模擬通信系統(tǒng)的模型圖2-110/4/2022352. 數(shù)字通信系統(tǒng)模型信道中傳輸模擬信號的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)。信道中傳輸數(shù)字信號的系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。圖2-2圖2-110/4/202236信源編碼：source coding 1

15、 減少碼元數(shù)目，降低碼元速率：（有效） 數(shù)據(jù)壓縮 2 模擬信號數(shù)字化 信道編碼：channel coding 降低誤碼率 （準確）10/4/202237二、通信系統(tǒng)的分類（二）按調(diào)制方式不同分類基帶傳輸系統(tǒng) 不經(jīng)過調(diào)制直接傳輸廣義的頻帶傳輸系統(tǒng)（或稱載波傳輸） 經(jīng)過調(diào)制，有頻譜搬移 可采用 表2-1所示的各種調(diào)制方式。10/4/20223810/4/202239（三）按傳輸信號的特征分類按照信道中所傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分成模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。10/4/202240（四）按傳送信號的復(fù)用方式分類傳輸多路信號有頻分復(fù)用（FDM）、時分復(fù)用（TDM）、碼分復(fù)用（CD

16、M）、波分復(fù)用（WDM）和空分復(fù)用（SDM）。頻分復(fù)用（Frequency Division multiplexing） 用頻譜搬移的方法使不同信號占據(jù)不同頻率范圍；時分復(fù)用 （Time Division multiplexing）是用脈沖調(diào)制的方法使不同信號占據(jù)不同的時間區(qū)間；碼分復(fù)用 （Code Division multiplexing）是用正交的脈沖序列分別攜帶不同信號。10/4/202241傳統(tǒng)的模擬通信中通常采用頻分復(fù)用隨著數(shù)字通信的發(fā)展，時分復(fù)用通信系統(tǒng)的應(yīng)用愈來愈廣泛碼分復(fù)用主要用于移動通信系統(tǒng)波分復(fù)用WDM主要用于光纖通信 -Wavelength Division multi

17、plexing衛(wèi)星通信中還有空分復(fù)用（SDM） -Space Division multiplexing（四）按傳送信號的復(fù)用方式分類10/4/202242四、信息及其度量通信的目的在于傳輸信息信息進行定量的描述信息量（一）信息量離散消息xi攜帶的信息量為：單位由對數(shù)的底來確定：（1）對數(shù)以2為底時，單位為比特(bit)。（2）對數(shù)以e為底時，單位為奈特(nit)。（3）對數(shù)以10為底時，單位為哈特萊(Hartley)。其中比特使用較多。10/4/202243（二）平均信息量(也稱信源熵)離散信源的平均信息量為：對于連續(xù)信源，其信源熵為：10/4/202244五、通信系統(tǒng)的主要性能指標 從研究

18、信息傳輸?shù)慕嵌葋碚f，主要性能指標有兩個 有效性:速度 即給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容多少 可靠性:質(zhì)量 即接收信息的準確程度 二者是一對矛盾， 兩個主要性能指標對于不同通信系統(tǒng)，具體表現(xiàn)也不同。10/4/202245（一）模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標1有效性 每路信號所需的傳輸頻帶， (簡稱帶寬B) ，傳輸信號的帶寬B越小，占用信道帶寬越少，在給定信道時容納的傳輸路數(shù)越多，有效性越好。2可靠性 接收端的最終輸出信號噪聲功率比 (簡稱信噪比S/N或SNRSignal Noise Ratio) ro，系統(tǒng)可靠性能越好！r0 = 解調(diào)器輸出有用信號功率解調(diào)器輸出噪聲平均功率10/4/202246模擬通信

19、系統(tǒng)主要性能指標有效性：信號的帶寬可靠性：信噪比工程實現(xiàn)：帶寬3種定義：3dB帶寬、百分比帶寬和等效矩形帶寬對同一信號，所需的帶寬越窄，則有效性越好信噪比信噪比定義為信號功率與噪聲功率之比，即10/4/202247（二）數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標1有效性 傳輸速率衡量（1）碼元傳輸速率(RB)。簡稱傳碼率，又稱波特率， 單位時間能夠傳送的碼元數(shù)，單位波特Baud。 若TB（秒，S）為每個碼元傳輸所占用的時間，則 RB=1/TB (波特，Baud)。碼元/秒 碼元為二進制，則RB 對應(yīng) RB2 ， 碼元為M 進制，則RB 對應(yīng) RBM， RB2=RBMlog2 M（2）信息傳輸速率(Rb)。簡稱

20、傳信率，又稱比特率， 單位時間能夠傳送的平均信息量，單位為bit/s 或bps。 傳碼率和傳信率的關(guān)系： Rb=RBlog2M 比特/秒 RB = Rb10/4/202248碼元速率和信息速率的關(guān)系Rb=RBlog2M= 2RB1001001101111000當碼元寬度相同時，多進制碼元比二進制碼元傳輸?shù)男畔⒘看蟆?當傳送的信息量相同時，多進制碼元比二進制碼元的碼元傳輸速率低。 10/4/202249數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性：頻帶利用率 單位頻帶內(nèi)的 碼元/信息 傳輸速率 = RB /B (Baud/Hz) 或= Rb /B b/(sHz)能量利用率傳輸每一比特所需的信號能量10/4/202250

21、2可靠性 用差錯概率衡量，分為：（1） （2）。誤比特率（誤信率） 誤碼率（誤符號率） 注：傳輸、調(diào)制、接收方式若不同，則有不同的誤碼率和誤信率10/4/202251六、信道容量與香農(nóng)公式信道容量C信道中無差錯傳輸信息的最大速率bps，分為連續(xù)信道的信道容量和離散信道的信道容量。 信息傳輸速率R = C對于連續(xù)信道的信道容量，著名香農(nóng)公式（Shannon Law） （2-1）式中：S為信號的功率；B為信道帶寬；S/N為信道信噪比；no為噪聲功率譜密度。10/4/202252關(guān)于香農(nóng)公式的說明式中：S為信號的功率（W）；B為信道帶寬（Hz）； no為噪聲功率譜密度 三要素。10/4/202253

22、通信原理模擬調(diào)制系統(tǒng)10/4/202254本節(jié)提要概述線性調(diào)制振幅調(diào)制（AM）雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）單邊帶調(diào)制（SSB）殘留邊帶調(diào)制（VSB）非線性調(diào)制角調(diào)制基本原理頻率調(diào)制（FM）相位調(diào)制（PM）modulation10/4/2022553.1 概述兩類調(diào)制線性調(diào)制： 已調(diào)信號頻譜與調(diào)制信號頻譜呈線性關(guān)系 注：是調(diào)制前后信號頻譜只有位置變化， 呈線性搬移關(guān)系(不是線性變換)。非線性調(diào)制： 已調(diào)信號頻譜與調(diào)制信號頻譜沒有線性關(guān)系10/4/202256調(diào)制的目的 實現(xiàn)信號的頻譜搬移。 實現(xiàn)信道多路復(fù)用，提高信道的頻帶利用率。 提高信號的抗干擾性能。10/4/2022573.1 概述正弦波三要

23、素載波：c (t) = Acos(0t + 0)A 為幅度0 為角頻率，載波頻率0 為相位三種基本調(diào)制方法幅度調(diào)制頻率調(diào)制相位調(diào)制10/4/2022583.2 線性調(diào)制乘法器輸出信號的頻譜圖下邊帶上邊帶下邊帶上邊帶OO10/4/2022593.2.1 幅度調(diào)制（Amplitude Modulation, AM） k 1，過調(diào)幅10/4/202260AM小結(jié)優(yōu)點：接收設(shè)備簡單，解調(diào)方便（包絡(luò)檢波）；缺點： 功率利用率低 （發(fā)射功率大） 抗干擾能力差，（在傳輸中如果載波受到信道的選擇性衰落，則在包絡(luò)檢波時會出現(xiàn)過調(diào)失真） 信號頻帶較寬B=2fm,頻帶利用率不高（含上下邊帶）。 因此AM制式用于通信

24、質(zhì)量要求不高的場合，目前主要用在中波和短波的調(diào)幅廣播中。 10/4/2022613.2.2 雙邊帶調(diào)幅(DSB-SC) （Double side bandsuppressed carrier）雙邊帶調(diào)幅 (DSB) 的原理幅度調(diào)制信號的缺點：信號的能量利用率低雙邊帶調(diào)幅 (DSB) 的特點：沒有載波分量全稱：抑制載波的雙邊帶調(diào)制雙邊帶調(diào)幅 (DSB) 的優(yōu)點：信號的能量利用率高雙邊帶調(diào)幅 (DSB) 信號的時域表達式10/4/2022623.2.2 雙邊帶調(diào)幅(DSB)波形10/4/2022633.2.2 雙邊帶調(diào)幅(DSB)雙邊帶調(diào)幅 (DSB) 信號的頻域表達式及頻譜下邊帶上邊帶下邊帶上邊

25、帶OO10/4/2022643.2.2 雙邊帶調(diào)幅(DSB)雙邊帶調(diào)幅 (DSB) 信號的調(diào)制器雙邊帶調(diào)幅 (DSB) 信號的解調(diào)器 相干解調(diào)器Acos(0t)本地載波 cos(0t)低通濾波器10/4/202265(DSBSC)的特點節(jié)省了載波功率，功率利用率提高 （已調(diào)信號中無載波分量，抑制載波）帶寬B=2 fm 雙邊帶，上下邊帶完全對稱10/4/2022663.2.3 單邊帶調(diào)制(SSB)（Single side band）SDSB( f ) 的上下兩個邊帶對稱，這意味著一個邊帶就包含了調(diào)制信號 m(t) 的全部信息。單邊帶調(diào)制只發(fā)送其中一個邊帶，濾掉另一個邊帶，從而提高通信的有效性。單

26、邊帶 (SSB) 調(diào)制器Acos(0t)單邊帶濾波器10/4/2022673.2.3 單邊帶調(diào)制(SSB)上邊帶調(diào)制的頻譜分析OOO10/4/2022683.2.3 單邊帶調(diào)制(SSB)下邊帶調(diào)制的頻譜分析OOO10/4/202269單邊帶調(diào)制的特點 優(yōu)點：具有最窄的傳輸帶寬B=fm， 信道利用率最高缺點： 電力實現(xiàn)復(fù)雜，技術(shù)要求高 解調(diào)是要求同步誤差要小應(yīng)用：載波通信，微波多路通信 10/4/2022703.2.4 殘留邊帶調(diào)制(VSB)（Vestigial Side Band）殘留邊帶調(diào)制 (VSB) 的原理有直流分量的信號無法用單邊帶調(diào)制。殘留邊帶調(diào)制是一種 SSB 和 DSB 之間的折

27、衷方法。殘留邊帶 (VSB) 調(diào)制器Acos(0t)殘留邊帶濾波器O10/4/2022713.2.4 殘留邊帶調(diào)制(VSB)殘留邊帶調(diào)制 (VSB) 的頻譜分析OOO10/4/2022723.2.4 殘留邊帶調(diào)制(VSB)殘留邊帶濾波器系統(tǒng)函數(shù)的約束條件殘留邊帶濾波器: 在載頻處互補對稱OOHVSB( f + f0) + HVSB( f f0) = 1, | f | fmaxconstraint10/4/2022734 殘留邊帶調(diào)制(VSB) 特點VSB是一種 SSB 和 DSB 之間的折衷方法。 通過附加足夠大載波（VSB+C）方法，就可以包絡(luò)檢波解調(diào)信號。 綜合AM/SSB/VSB三者優(yōu)點

28、。 廣泛用于商用電視廣播系統(tǒng)。10/4/202274（二）非線性調(diào)制非線性調(diào)制：已調(diào)信號的頻譜不再僅是調(diào)制信號頻譜的線性搬移，而產(chǎn)生出許多新的頻率成分。角度調(diào)制屬于非線性調(diào)制 10/4/202275非線性調(diào)制角調(diào)制的基本概念瞬時頻率瞬時相角載波信號瞬時相角10/4/202276三、數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制：調(diào)制信號為數(shù)字形式，又稱為鍵控：狀態(tài)切換時，類似于對載波進行開關(guān)控制。三種基本形式：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相又稱為：幅移鍵控、頻移鍵控、相移鍵控 或 移幅鍵控、移頻鍵控、移相鍵控 可分為二進制數(shù)字調(diào)制和多進制數(shù)字調(diào)制。（一）二進制數(shù)字調(diào)制 10/4/2022771二進制幅移鍵控（2ASK） (2 Ampli

29、tude shift keying ） 2ASK正弦載波的幅度隨二進制數(shù)字基帶信號而變化的數(shù)字調(diào)制方式。可表示為 調(diào)制基帶信號：隨機脈沖序列載波信號： 已調(diào)信號：10/4/2022781二進制幅移鍵控（2ASK） (2 Amplitude shift keying ）2ASK已調(diào)信號時域波形2ASK又稱為：通斷鍵控（OOK）（On Off keying）10/4/2022791二進制幅移鍵控（2ASK） (2 Amplitude shift keying ）帶寬B2ASK=2Rb 10/4/2022801二進制移幅鍵控（2ASK） (2 Amplitude shift keying ）2ASK

30、 : 其它數(shù)字傳輸?shù)幕A(chǔ) 早期低速傳輸中使用 抗噪聲能力差（對信道衰減敏感）10/4/2022812二進制移頻鍵控（2FSK） (2 Frequency shift keying ）2FSK:正弦載波的頻率隨二進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化若二進制基帶信號的1符號載波頻率f1，0符號f2，則2FSK的時域表達式為1111000數(shù)字基帶信號2FSK信號10/4/2022822二進制移頻鍵控（2FSK） (2 Frequency shift keying ）一個2FSK信號可表示成兩個2ASK信號之和帶寬B2FSK=2Rb+| f2-f1|2FSK信號10/4/2022833二進制移相鍵

31、控2PSK (2 Phase shift keying ）相位不確定性“相位模糊”;倒向；倒 相干解調(diào)中，從 PSK 信號中提取本地載波（與原載波同頻同相），但由于同步不完善，存在相位偏差。初始相位可能為 0，也可能為 。2PSK信號本地載波相位為0本地載波相位為10/4/2022844二進制差分相位鍵控（2DPSK）（2 Differential Phase shift keying） 為了解決2PSK信號解調(diào)過程的反向工作問題，提出了二進制差分相位鍵控(2DPSK)。差分： 絕對碼： 相對碼：10/4/2022854二進制差分相位鍵控（2DPSK）（2 Differential Phase

32、 shift keying）基帶信號絕對碼 an10110100111相對碼 bn01101100010 12DPSK信號0000002DPSK信號000000 ：前后相鄰碼元的載波相位差 0 有“1”有變化 信息：0“ ”1“ 10/4/2022861001101010101011載波2DPSK信號絕對碼an相對碼bntttt10/4/202287 DPSK信號的頻譜和帶寬 無論是2PSK還是2DPSK信號，就波形本身而言，它們都可以等效成雙極性信號作用下的調(diào)幅信號，無非是一對倒相信號的序列。有以下結(jié)論： （1）2DPSK與2PSK有相同的功率譜； （2）它們的帶寬和頻帶利用率均相同。 10

33、/4/202288二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較 設(shè)碼元寬度Ts ，則：-2ASK，2PSK的頻帶利用率一致-2FSK頻帶利用率最低 B2FSK=f2 f1 + 2/Ts 2BbB2ASK= B2PSK = 2/Ts =2Bb1 頻帶利用率方面 -以已調(diào)信號有效頻帶寬度衡量10/4/202289二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較 2. 誤碼率 對二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能做如下兩個方面的比較： （1）同一調(diào)制方式不同檢測方法的比較 對于同一調(diào)制方式不同檢測方法，相干檢測的抗噪聲性能優(yōu)于非相干檢測。 10/4/202290 （2）同一檢測方法不同調(diào)制方式的比較 在相同誤碼率的條件下，對信噪比的要求是

34、： 2PSK 2DPSK 2FSK2ASK； 630369121518110 110 210 310 410 510 610 7信噪比 r (dB)Pe相干2DPSK非相干2DPSK相干2PSK相干FSK非相干FSK相干ASK非相干ASK10/4/202291 3. 對信道特性變化的敏感性 信道特性變化的靈敏度對最佳判決門限有一定的影響。 2ASK系統(tǒng)最差。2FSK系統(tǒng)和2PSK系統(tǒng)較好。 4. 設(shè)備的復(fù)雜程度 相干接收機設(shè)備較復(fù)雜（因C(t)的提取困難） 2ASK2FSK2PSK4)。10/4/20221031 正交振幅調(diào)制(QAM)振幅相位聯(lián)合鍵控16PSK和16QAM信號的星座圖16PS

35、K 星座圖16QAM 星座圖1 種幅度16 種相位3 種幅度12 種相位10/4/20221042最小移頻鍵控(MSK)FSK/PSK，由于已調(diào)信號包絡(luò)恒定，因此有利于在非線性特性的信道中傳輸。由于一般移頻鍵控信號相位不連續(xù)、頻偏較大等原因，使其頻譜利用率較低。最小移頻鍵控MSK(Minimum Frequency Shift Keying，有時也稱為快速移頻鍵控FFSK)是二進制連續(xù)相位FSK的一種特殊形式，它比2PSK有更高的頻譜利用率，并且有更強的抗噪聲性能，從而得到了廣泛的應(yīng)用。10/4/20221052最小移頻鍵控(MSK) (Minimum Frequency Shift Keyi

36、ng) （Fast Frequency Shift Keying）最?。鹤钚〉恼{(diào)制指數(shù)（0.5）獲得正交信號 快速：比PSK傳送更多的比特速率10/4/20221063高斯最小移頻鍵控(GMSK)由上面分析可知，MSK調(diào)制方式的突出優(yōu)點是已調(diào)信號具有恒定包絡(luò)，且功率譜在主瓣以外衰減較快。但是，在移動通信中，對信號帶外輻射功率的限制十分嚴格，一般要求必須衰減70dB以上。從MSK信號的功率譜可以看出，MSK信號仍不能滿足這樣的要求。高斯最小移頻鍵控(GMSK)就是針對上述要求提出來的。GMSK調(diào)制方式能滿足移動通信環(huán)境下對鄰道干擾的嚴格要求，它以其良好的性能而被泛歐數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)(GSM)

37、所采用。 10/4/20221074正交頻分復(fù)用（OFDM）前面所討論的數(shù)字調(diào)制解調(diào)方式都是屬于串行體制，和串行體制相對應(yīng)的一種體制是并行體制。它是將高速率的信息數(shù)據(jù)流經(jīng)串/并變換，分割為若干路低速率并行數(shù)據(jù)流，然后每路低速率數(shù)據(jù)采用一個獨立的載波調(diào)制并疊加在一起構(gòu)成發(fā)送信號，這種系統(tǒng)也稱為多載波傳輸系統(tǒng)。在并行體制中，正交頻分復(fù)用OFDM方式是一種高效調(diào)制技術(shù)，它具有較強的抗多徑傳播和頻率選擇性衰落的能力以及較高的頻譜利用率，因此得到了深入的研究。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系統(tǒng)已成功地應(yīng)用于接入網(wǎng)中的高速數(shù)字環(huán)路HDSL、

38、非對稱數(shù)字環(huán)路ADSL，高清晰度電視HDTV的地面廣播系統(tǒng)。在移動通信領(lǐng)域，OFDM是第三代、第四代移動通信系統(tǒng)準備采用的技術(shù)之一。OFDM是一種高效調(diào)制技術(shù)，其基本原理是將發(fā)送的數(shù)據(jù)流分散到許多個子載波上，使各子載波的信號速率大為降低，從而能夠提高抗多徑和抗衰落的能力。為了提高頻譜利用率，OFDM方式中各子載波頻譜有重疊，但保持相互正交，在接收端通過相關(guān)解調(diào)技術(shù)分離出各子載波，同時消除碼間干擾的影響。10/4/2022108通信中的編碼技術(shù)10/4/2022109第四節(jié) 通信中的編碼技術(shù)信源編碼減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即數(shù)據(jù)壓縮。模擬語音信號數(shù)字化，即模擬信號的數(shù)字化傳輸。 脈沖編碼調(diào)制

39、(PCM)和增量調(diào) (M)、 ADPCM等。 信道編碼 差錯控制， “抗干擾編碼”，檢錯和糾錯10/4/2022110一、信源編碼 模擬信號的數(shù)字化傳輸，三個步驟： （1） 把模擬信號數(shù)字化，即模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）； （2） 進行數(shù)字方式傳輸； （3） 把數(shù)字信號還原為模擬信號，即數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）。 模擬信號數(shù)字化的兩大類編碼方法：波形編碼：比特率通常在16 kb/s64 kb/s范圍內(nèi)，接收端重建信號的質(zhì)量好參數(shù)編碼：提取語音信號的特征參數(shù)，變換成數(shù)字代碼，其比特率在16 kb/s以下，但接收端重建信號的質(zhì)量不夠好10/4/2022111常用的波形編碼方法有PCM（脈沖編碼調(diào)制）和M。采用P

40、CM的模擬信號數(shù)字傳輸系統(tǒng)如圖，10/4/2022112數(shù)字化方法抽樣：信號自變量的離散化 （抽樣定理）量化：信號幅值的離散化（均勻，非均勻）編碼 (碼位，碼型）數(shù)字信號01001011抽樣量化編碼模擬信號10/4/2022113低通模擬信號的抽樣低通抽樣定理設(shè)一個帶寬有限模擬信號 s (t) 的最高頻率為 fH ，若抽樣頻率 fs 2 fH ，則可以由其抽樣信號序列 sk (t) 無失真地恢復(fù)原始信號 s (t) 。奈奎斯特頻率 fs = 2 fH 稱為奈奎斯特頻率。10/4/2022114 帶通模擬信號的抽樣帶通信號設(shè)信號頻譜的高端截止頻率為 fH，低端截止頻率為 fL，帶寬 B。帶通信號

41、的帶寬遠小于信號的中心頻率。B f0f10/4/2022115帶通模擬信號的抽樣帶通抽樣定理2 若fH=nB+kB , 0k1 則最小抽樣頻率fs=? 滿足整數(shù)倍關(guān)系：n fs=2（nB+kB） 則可以由抽樣信號序列 sk (t) 無失真地恢復(fù)原信號 s (t) 。式中，B = fH fL ， fH / B = n + k，n 為不超過 fH / B 的最大整數(shù)，0 k t），則 d0 t + e +1。 10/4/2022124二 、基帶數(shù)字信號的表示和傳輸字符的編碼方法 基帶數(shù)字信號的波形 基帶數(shù)字信號的碼型10/4/20221255.1 概述數(shù)字信號數(shù)字信號為一時間離散和幅度離散的序列在

42、二進制數(shù)字信號中，幅度取 0 或 1 兩個值在 M 進制數(shù)字信號中，幅度取 0, 1, M1等 M 個值基帶數(shù)字信號基帶數(shù)字信號頻帶寬度與其中心頻率相當基帶數(shù)字信號含有直流分量或大量的低頻分量基帶數(shù)字信號傳輸?shù)囊鬄榱顺ブ绷鞣至亢皖l率很低的分量為了在接收端得到每個碼元的起止時刻信息為了使信號的頻譜和信道的傳輸特性相匹配10/4/20221265.2 基帶數(shù)字信號的波形基帶數(shù)字波形的基本表示方法單極性波形：用正（負）電平和零電平分別表示 1 和 0 ；雙極性波形：用正電平和負電平分別表示 1 和 0 ；非歸零波形：在整個碼元周期 T 內(nèi)電平保持不變；歸零波形：在碼元周期 T 內(nèi)電平只持續(xù)一段時

43、間，余下時間返回到零電平。四種基本數(shù)字波形單極性非歸零碼雙極性非歸零碼單極性歸零碼雙極性歸零碼10/4/20221275.2 基帶數(shù)字信號的波形11111110000000+VV00VV0+V0V單極性非歸零碼雙極性非歸零碼單極性歸零碼雙極性歸零碼10/4/20221285.2 基帶數(shù)字信號的波形差分波形用電平的跳變或不變，而不是電平值的高低，分別表示 1 和 0 。11111110000000“1” 跳變差分波形“0” 跳變差分波形10/4/20221295.2 基帶數(shù)字信號的波形多電平波形用 多種電平表示數(shù)字信號，稱為多電平波形，或多進制波形。0010110111001001t10/4/2

44、0221305.3 基帶數(shù)字信號的傳輸碼型傳輸碼型的要求低頻分量少無直流分量容易提取碼元定時信息頻帶寬度窄，或傳輸效率高抗干擾信能強，有一定的檢錯能力與信源的統(tǒng)計特性無關(guān)實現(xiàn)代價低10/4/2022131二 基帶數(shù)字信號的傳輸碼型AMI（傳號交替反轉(zhuǎn)碼） Alternate Mark Inversion (AMI)用三種取值的信號幅度表示二進制碼。三種幅度的取值分別為：+V，0，V。0 用 0 電平表示；1 交替地用 +V 和 V 的半占空比歸零碼表示。AMI 的直流分量為零，能量集中在 1/2 碼元速率處，信號經(jīng)全波整流后可提取位定時信號。 不足：原碼出現(xiàn)連“0”串時，提取定時信號困難。10

45、1100000001001000000110/4/2022132二 基帶數(shù)字信號的傳輸碼型HDB3（3 階高密度雙極性碼） High Density Bipolar (HDB3)連續(xù)4個0，第4個0變換成V 碼；V 碼交替；V 碼應(yīng)與前鄰傳號碼極性相同；若無法保證極性相同，則第1個0變換成 B 碼。 A律PCM四次群以下的接口碼型101100000001001000000110/4/2022133HDB3（3 階高密度雙極性碼） High Density Bipolar (HDB3)HDB3碼的譯碼卻比較簡單，同時它對定時信號的恢復(fù)是極為有利的。HDB3是CCITT推薦使用的碼之一。 譯碼：確

46、定V碼（與前一個非零碼同極性）；恢復(fù)4連0碼；將1碼變成1碼。101100000001001000000110/4/2022134二 基帶數(shù)字信號的傳輸碼型雙相碼 biphase code 曼徹斯特碼（Manchester code）用碼元中心正跳變表示 0，負跳跳變表示 1。含有位定時信息；雙極性，無直流分量；頻帶較寬；易實現(xiàn)（時鐘脈沖與單極性非歸零碼相異或）。 多用于以太網(wǎng)。 缺點：頻帶利用率低1111111000000010/4/2022135二 基帶數(shù)字信號的傳輸碼型CMI碼1 交替地用高、低電平表示；0 用碼元中心正跳變表示。因 0 和 1 的高、低電平都是交替出現(xiàn)的，故 CMI 碼

47、無直流分量；易于提取位定時信號；實現(xiàn)簡單。 1) 有較多的電平躍變，定時信息豐富2) CCITT推薦的PCM高次群接口碼型1111111000000010/4/2022136三 基帶數(shù)字信號傳輸與碼間串擾奈奎斯特第一準則當數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的頻率響應(yīng) H( f )滿足則可在輸出的采樣點上消除碼間串擾。H( f )fW W顯然，理想低通傳輸函數(shù)具有最大的頻帶利用率，其值為2Baud/Hz。10/4/2022137138第六節(jié)多路復(fù)用和多址技術(shù)多路復(fù)用目的：多路信號同時在同一信道中傳輸3種多路復(fù)用基本方法：頻分復(fù)用（FDM： frequency division multiplexing ）時分復(fù)用（T

48、DM ：time division multiplexing ）碼分復(fù)用（CDM ：code division multiplexing ）3種多路復(fù)用新方法：空分復(fù)用(SDW： space)極化復(fù)用(PDW： polarization )波分復(fù)用(WDM：wave)10/4/2022138139復(fù)接 目的：解決來自若干條鏈路的多路信號的合并和區(qū)分。關(guān)鍵技術(shù)問題：多路TDM信號時鐘的統(tǒng)一和定時問題。多址接入目的：多個用戶共享信道、動態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)資源。方法：頻分多址、時分多址、碼分多址、空分多址、極化多址以及其他利用信號統(tǒng)計特性復(fù)用的多址技術(shù)等。10/4/2022139140頻分復(fù)用頻分復(fù)用的合路LPF調(diào)制器BPF f1CH1信號LPF調(diào)制器BPF f2CH2LPF調(diào)制器BPF fnCHn信道10/4/2022140141頻分復(fù)用頻分復(fù)用的頻譜構(gòu)成ffffCH1CH2CHn合路 BBgBs10/4/2022141142頻分復(fù)用頻分復(fù)用