通信概論-朱志良-24890ch6

第6章數(shù)字信號的頻帶傳輸,軟件工程研究所,6.0引言6.1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理6.2二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能6.3二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較6.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),本章內(nèi)容簡介,6.0引言,數(shù)字調(diào)制就是對基帶數(shù)據(jù)信號進(jìn)行變換，實現(xiàn)信號頻譜的“搬移”，即把含有大量低頻成分的基帶信號頻譜搬移到一個很高的頻段上去。這種向高頻的搬移在數(shù)據(jù)的發(fā)送端進(jìn)行，搬移的過程稱作“調(diào)制”，在稱作調(diào)制器的設(shè)備中完成。在數(shù)據(jù)的接收端，有一個相反的變換被稱作“解調(diào)”的過程，解調(diào)過程在稱作解調(diào)器的設(shè)備中完成。,經(jīng)過調(diào)制的后的信號在一個很高的頻段上占有一定的帶寬，由于所處頻段很高，使得其最高頻率和最低頻率的相對偏差變?。ㄗ罡哳l率和最低頻率的比值略大于1），這樣的信號稱為頻帶信號或射頻信號，相應(yīng)的傳輸系統(tǒng)稱作頻帶傳輸系統(tǒng)。,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.0引言,調(diào)制實現(xiàn)對基帶數(shù)據(jù)信號頻譜的“搬移”，即把含有大量低頻成分的基帶信號頻譜搬移到一個很高的頻段上去。其目的主要有兩個：無線(Wireless)傳輸頻分多路復(fù)用(FDM),頻帶傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型,基帶信號為什么要進(jìn)行調(diào)制？,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.0引言,數(shù)字調(diào)制就是用待傳輸?shù)幕鶐?shù)據(jù)信號控制某一高頻正弦波（載波）的參數(shù)：振幅、頻率或相位。控制正弦波振幅稱作“數(shù)字振幅調(diào)制”，控制正弦波頻率稱作“數(shù)字頻率調(diào)制”，控制正弦波相位稱作“數(shù)字相位調(diào)制”。由于數(shù)字基帶信號只有有限種符號（電平），調(diào)制后的正弦波也只有有限種振幅、頻率或相位，因此這幾種調(diào)制常稱為“振幅鍵控”、“頻移鍵控”和“相移鍵控”。,如何進(jìn)行調(diào)制實現(xiàn)基帶信號頻譜的“搬移”？,圖6-1正弦載波的三種二進(jìn)制鍵控波形,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理,6.1.1二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),一.2ASK信號的波形與頻譜,圖6-2基帶數(shù)據(jù)信號s(t)與2ASK信號eo(t)的波形示意圖,可以看出，2ASK信號可以看作是單極性二進(jìn)制基帶數(shù)據(jù)矩形脈沖序列信號s(t)和一個高頻載波cosct相乘的結(jié)果。,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2ASK信號的波形與頻譜,6.1.1二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),可以看出，2ASK信號可以看作是單極性二進(jìn)制基帶數(shù)據(jù)矩形脈沖序列信號s(t)和一個高頻載波cosct相乘的結(jié)果。,由于高頻載波cosct在數(shù)字序列s(t)的控制(調(diào)制)下，一會兒有波形，一會兒沒有波形，就象用一個開關(guān)(Key)控制通斷(ONandOFF)一樣，因此，2ASK又稱為OOK。,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2ASK信號的波形與頻譜,6.1.1二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),由于基帶數(shù)據(jù)脈沖序列信號s(t)是隨機的,則2ASK(OOK)信號也是隨機的、功率型信號,其頻譜特性須用功率譜密度來表示。,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2ASK信號的波形與頻譜,6.1.1二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),前面章節(jié)中，式(6.1-30)給出了單極性矩形不歸零脈沖基帶數(shù)據(jù)序列信號s(t)的功率譜密度表示:,代入式（6.1-4),便可獲得已調(diào)制2ASK信號的功率譜密度PE(f)結(jié)果:,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2ASK信號的波形與頻譜,6.1.1二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),圖6-3基帶數(shù)據(jù)s(t)與2ASK信號eo(t)的功率譜密度示意圖,正頻率：0頻到第一零點,正頻率：主瓣寬度,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),二.2ASK信號的產(chǎn)生與解調(diào),6.1.1二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),圖6-42ASK信號的產(chǎn)生原理框圖,2ASK信號的產(chǎn)生,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),二.2ASK信號的產(chǎn)生與解調(diào),6.1.1二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),圖6-52ASK信號的解調(diào)原理框圖,2ASK信號的解調(diào),框圖中各點波形如何？,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理,6.1.2二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),一.2FSK信號的波形與頻譜,2FSK信號可看作是兩路不同高頻載波(cos1t和cos2t)產(chǎn)生的2ASK信號波形的疊加結(jié)果。,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.1.2二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),一.2FSK信號的波形與頻譜,圖6-72FSK信號eo(t)可表示為兩路2ASK信號波形疊加,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.1.2二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),2FSK信號可看作是兩路不同高頻載波(cos1t和cos2t)產(chǎn)生的2ASK信號波形的疊加結(jié)果。,一.2FSK信號的波形與頻譜,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2FSK信號的波形與頻譜,6.1.2二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2FSK信號的波形與頻譜,6.1.2二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.1.2二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),圖6-92FSK信號的產(chǎn)生原理框圖,2FSK信號的產(chǎn)生,二.2FSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.1.2二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),圖6-10a2FSK信號解調(diào)原理（非相干解調(diào)）,2FSK信號的解調(diào),框圖中各點波形如何？,二.2FSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),為何不用一條支路解調(diào)？,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2FSK信號的波形與頻譜,6.1.2二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),圖6-8基帶數(shù)據(jù)s(t)與2FSK信號eo(t)的功率譜密度示意圖,正頻率：0頻到第一零點,正頻率：含兩主瓣,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.1.2二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),圖6-10b2FSK信號解調(diào)原理（相干解調(diào)）,2FSK信號的解調(diào),框圖中各點波形如何？,二.2FSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.1.2二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),圖6-112FSK信號解調(diào)原理（過零檢測法）,2FSK信號的解調(diào),框圖中各點波形如何？,二.2FSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.1.2二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK),2FSK信號的解調(diào)（其他方法）,二.2FSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理,6.1.3二進(jìn)制相移鍵控(2PSK/2DPSK),一.2PSK信號的波形與頻譜,圖6-12基帶數(shù)據(jù)信號s(t)與2PSK信號eo(t)的波形示意圖,可以看出，2PSK信號可以看作是雙極性二進(jìn)制基帶數(shù)據(jù)矩形脈沖序列信號s(t)和一個高頻載波cosct相乘的結(jié)果。,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2PSK信號的波形與頻譜,6.1.3二進(jìn)制相移鍵控,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2PSK信號的波形與頻譜,6.1.3二進(jìn)制相移鍵控,假設(shè)信源輸出碼元中“1”和“0”等概率，前面章節(jié)中給出雙極性矩形不歸零脈沖基帶信號s(t)的功率譜密度表示:,代入式（6.1-11),便可獲得已調(diào)制2PSK信號的功率譜密度PE(f)結(jié)果:,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),一.2PSK信號的波形與頻譜,6.1.3二進(jìn)制相移鍵控,圖6-13基帶數(shù)據(jù)s(t)與2PSK信號eo(t)的功率譜密度示意圖,正頻率：0頻到第一零點,正頻率：主瓣寬度,2PSK頻譜與2ASK頻譜有何區(qū)別？,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),2DPSK信號的波形與頻譜,6.1.4二進(jìn)制差分相移鍵控,2DPSK信號用前后碼元載波相位的變化量傳遞信息。當(dāng)輸入基帶數(shù)據(jù)為“0”時，輸出載波相位相對前一碼元變化=0；當(dāng)輸入基帶數(shù)據(jù)為“1”時，輸出載波相位相對前一碼元變化=1。,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),2DPSK信號的波形與頻譜,6.1.4二進(jìn)制差分相移鍵控,絕對碼,相對碼/差分碼,圖6-14基帶數(shù)據(jù)信號s(t)與2DPSK信號eo(t)的波形示意圖,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),2DPSK信號的波形與頻譜,6.1.4二進(jìn)制差分相移鍵控,用絕對碼直接控制載波相位，產(chǎn)生PSK信號，稱為絕對相移鍵控；用差分碼控制載波相位，產(chǎn)生DPSK信號，稱為差分相移鍵控。,為什么通常用差分相移鍵控2DPSK調(diào)制，而一般不用絕對相移鍵控2PSK調(diào)制？,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),2DPSK信號的波形與頻譜,6.1.4二進(jìn)制差分相移鍵控,2DPSK信號的頻譜與2PSK信號的頻譜有什么不同？,結(jié)論：由于差分碼與絕對碼的碼速、碼形都相同，如果“0”和“1”出現(xiàn)概率也相同，則2DPSK信號的頻譜與2PSK信號的頻譜將完全相同。,eo(t)是2PSK還是2DPSK？,eo(t)與s1(t)是何關(guān)系？,eo(t)與s2(t)是何關(guān)系？,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),2DPSK信號的波形與頻譜,6.1.4二進(jìn)制差分相移鍵控,圖6-15基帶數(shù)據(jù)s(t)與2DPSK信號eo(t)的功率譜密度示意圖,正頻率：0頻到第一零點。,正頻率：主瓣寬度,結(jié)論：2DPSK信號的頻譜與2PSK信號的頻譜將完全相同。,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.1.4二進(jìn)制差分相移鍵控,2PSK/2DPSK的移相方式與矢量圖,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.1.4二進(jìn)制差分相移鍵控,二.2PSK/2DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),圖6-17a2PSK信號的產(chǎn)生原理框圖,2PSK信號的產(chǎn)生,如何產(chǎn)生DPSK信號？,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.1.4二進(jìn)制差分相移鍵控,二.2PSK/2DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),圖6-17b2DPSK信號的產(chǎn)生原理框圖,2DPSK信號的產(chǎn)生,差分編碼器如何實現(xiàn)？,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.1.4二進(jìn)制差分相移鍵控,二.2PSK/2DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),差分編碼/解碼器實現(xiàn),差分編碼dk=akdk-1,差分解碼ak=dkdk-1,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.1.4二進(jìn)制差分相移鍵控,二.2PSK/2DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),2PSK/2DPSK信號對于數(shù)字信號的“0”、“1”具有相同的載波幅度和載波頻率，因此無法使用包絡(luò)檢波方法進(jìn)行非相干解調(diào)。,2PSK信號的解調(diào),框圖中各點波形如何？,第六章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng),6.1.4二進(jìn)制差分相移鍵控,二.2PSK/2DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),第六章