第三章信號(hào)的傳輸技術(shù).

1、1第三章 信號(hào)傳輸傳輸技術(shù)北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院電信工程系電信工程系Z2n在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?hào)有兩種形式：在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?hào)有兩種形式： 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)n信息源數(shù)據(jù)也有兩種形式：信息源數(shù)據(jù)也有兩種形式：模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)q傳輸形式有四種：傳輸形式有四種：n模擬數(shù)據(jù)到模擬信號(hào)模擬數(shù)據(jù)到模擬信號(hào) - AM,DSB,SSB,VSB模擬調(diào)制模擬調(diào)制n模擬數(shù)據(jù)到數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)到數(shù)字信號(hào) - PCM采樣編碼傳輸采樣編碼傳輸n數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)到模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)到模擬信號(hào) - ASK,FSK,PSK調(diào)制編碼調(diào)制編碼n數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)到數(shù)字信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)到數(shù)字信號(hào)

2、 - 數(shù)字信號(hào)編碼傳輸數(shù)字信號(hào)編碼傳輸n思考題：有兩臺(tái)計(jì)算機(jī)需要通過電話線進(jìn)行互連，請(qǐng)思考題：有兩臺(tái)計(jì)算機(jī)需要通過電話線進(jìn)行互連，請(qǐng)畫出其通信模型。畫出其通信模型。3n3.1 信號(hào)調(diào)制的基本概念信號(hào)調(diào)制的基本概念n3.2 模擬信號(hào)的調(diào)制模擬信號(hào)的調(diào)制n3.3 數(shù)字基帶信號(hào)傳輸數(shù)字基帶信號(hào)傳輸n3.4 數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸n3.5 光信號(hào)傳輸光信號(hào)傳輸43.1 信號(hào)調(diào)制n 3.1.1 調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)目的：目的：由信源產(chǎn)生的的原始信號(hào)一般不能在大多數(shù)信道內(nèi)直接傳輸，由信源產(chǎn)生的的原始信號(hào)一般不能在大多數(shù)信道內(nèi)直接傳輸，因此需要經(jīng)過調(diào)制將它變換成適于在信道內(nèi)傳輸?shù)男盘?hào)。因此需要經(jīng)過

3、調(diào)制將它變換成適于在信道內(nèi)傳輸?shù)男盘?hào)。 定義：定義：把輸入信號(hào)變換為適合于通過信道傳輸?shù)男盘?hào)，這一變換過把輸入信號(hào)變換為適合于通過信道傳輸?shù)男盘?hào)，這一變換過程稱為調(diào)制。調(diào)制的過程就是按原始信號(hào)的變化規(guī)律去改變載波信程稱為調(diào)制。調(diào)制的過程就是按原始信號(hào)的變化規(guī)律去改變載波信號(hào)的某些參數(shù)的過程。號(hào)的某些參數(shù)的過程。 通常把原始信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)，也稱基帶信號(hào)；通常把原始信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)，也稱基帶信號(hào)； 被調(diào)制的高頻周期性脈沖起運(yùn)載原始信號(hào)的作用，因此稱被調(diào)制的高頻周期性脈沖起運(yùn)載原始信號(hào)的作用，因此稱載波。載波。 調(diào)制實(shí)現(xiàn)了調(diào)制實(shí)現(xiàn)了信源的頻譜信源的頻譜與與信道的頻帶信道的頻帶相匹配。相匹配。 5n

4、3.1.2 調(diào)制的功能及分類調(diào)制的功能及分類 功能：功能： 1、頻率變換：將低頻信號(hào)調(diào)制到高頻段上去。、頻率變換：將低頻信號(hào)調(diào)制到高頻段上去。 2、實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用：將多路信號(hào)互不干擾的安排在同一物理信道、實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用：將多路信號(hào)互不干擾的安排在同一物理信道中傳輸。中傳輸。 3、提高抗干擾性、提高抗干擾性 分類：分類： 1、按源信號(hào)性質(zhì)：模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制、按源信號(hào)性質(zhì)：模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制 2、按載波信號(hào)性質(zhì)：連續(xù)波調(diào)制、脈沖調(diào)制、按載波信號(hào)性質(zhì)：連續(xù)波調(diào)制、脈沖調(diào)制6 3、按調(diào)制器的功能劃分：、按調(diào)制器的功能劃分：幅度調(diào)制：用源信號(hào)改變載波信號(hào)的幅度，如幅度調(diào)制：用源信號(hào)改變載波信號(hào)的幅度，如A

5、M，DSB，SSB，VSB。頻率調(diào)制：用源信號(hào)改變載波信號(hào)的頻率，如頻率調(diào)制：用源信號(hào)改變載波信號(hào)的頻率，如FM。相位調(diào)制：用源信號(hào)改變載波信號(hào)的相位，如相位調(diào)制：用源信號(hào)改變載波信號(hào)的相位，如PM。 4、按傳輸函數(shù)性質(zhì)：、按傳輸函數(shù)性質(zhì)：n線性調(diào)制線性調(diào)制：調(diào)幅、單邊帶、雙邊帶、殘留邊帶：調(diào)幅、單邊帶、雙邊帶、殘留邊帶n非線性調(diào)制（角度調(diào)制）：頻率調(diào)制、相位調(diào)制非線性調(diào)制（角度調(diào)制）：頻率調(diào)制、相位調(diào)制7n3.1.3 線性調(diào)制線性調(diào)制 線性調(diào)制方法：線性調(diào)制方法： 利用模型中傳輸函數(shù)利用模型中傳輸函數(shù)H(t)的不同特性，可以得到各種幅度調(diào)制信號(hào)。的不同特性，可以得到各種幅度調(diào)制信號(hào)。如如AM

6、，DSB，SSB和和VSB等信號(hào)。等信號(hào)。 s(t)（源） 調(diào)制信號(hào)m(t)Acos0tH H( (t t) )已調(diào)信號(hào)s(t)83.2 模擬信號(hào)調(diào)制n3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)（標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)（AM） 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅：指輸入的調(diào)制信號(hào)除基帶信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅：指輸入的調(diào)制信號(hào)除基帶信號(hào)m(t)外，還包含了直流外，還包含了直流信號(hào)信號(hào)A0，總的輸入信號(hào)為，總的輸入信號(hào)為A0 +m(t)，而，而h(t)為理想的帶通濾波器，這為理想的帶通濾波器，這樣調(diào)制后輸出信號(hào)便是既含載波分量又含有邊帶分量的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)。樣調(diào)制后輸出信號(hào)便是既含載波分量又含有邊帶分量的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)。 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅模型9m(t)OtA0 m(t)O

7、tOOttcosc(t)sAM(t)1M()A0HHccA0SAM()02101、AM信號(hào)的總功率包括載波功率信號(hào)的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分，其中載波功率和邊帶功率兩部分，其中載波功率占大部分，因此功率利用率低。占大部分，因此功率利用率低。2、只有邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有、只有邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有關(guān)。關(guān)。3、載波分量不攜帶信息。、載波分量不攜帶信息。10n雙邊帶信號(hào)和單邊帶信號(hào)雙邊帶信號(hào)和單邊帶信號(hào) 1、在在AM信號(hào)中，載波分量并不攜帶信息，信息完全由邊帶傳送。信號(hào)中，載波分量并不攜帶信息，信息完全由邊帶傳送。將將AM中的直流分量中的直流分量A0去掉，即可將載波抑制，得到抑制載波雙邊

8、帶去掉，即可將載波抑制，得到抑制載波雙邊帶信號(hào)，簡(jiǎn)稱雙邊帶信號(hào)（信號(hào)，簡(jiǎn)稱雙邊帶信號(hào)（DSB）。）。cos0tOttOm(t)sDSB(t)OtOccM()OHHSDSB()Occ載波反相點(diǎn)2H11n2、只傳送一個(gè)邊帶的、只傳送一個(gè)邊帶的調(diào)制方式成為單邊帶調(diào)制方式成為單邊帶調(diào)制，對(duì)應(yīng)為單邊帶調(diào)制，對(duì)應(yīng)為單邊帶信號(hào)（信號(hào)（SSB）。）。M()HHSM()ccOO 上邊帶 下邊帶 下邊帶 上邊帶ccO上邊帶頻譜Occ下邊帶頻譜12n殘留邊帶信號(hào)殘留邊帶信號(hào)（VSB） 殘留邊帶調(diào)制是殘留邊帶調(diào)制是介于介于SSB與與DSB之之間的一種調(diào)制方式，間的一種調(diào)制方式， 它既克服了它既克服了DSB信信號(hào)占用頻

9、帶寬的缺號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了點(diǎn)，又解決了SSB信號(hào)實(shí)現(xiàn)上的難題。信號(hào)實(shí)現(xiàn)上的難題。在在VSB中，不是完中，不是完全抑制一個(gè)邊帶全抑制一個(gè)邊帶（如同（如同SSB中那中那樣），而是逐漸切樣），而是逐漸切割，使其殘留一小割，使其殘留一小部分。部分。M()2B2BODSB()ccO(a)(b)SSB()OccccVSB()O(c)(d)13n幾種模擬調(diào)制方式的特點(diǎn)與應(yīng)用幾種模擬調(diào)制方式的特點(diǎn)與應(yīng)用 AM調(diào)制調(diào)制的的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是接收設(shè)備簡(jiǎn)單；是接收設(shè)備簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)缺點(diǎn)是功率利用率低，抗干擾是功率利用率低，抗干擾能力差，信號(hào)帶寬較寬，頻帶利用率不高。因此，能力差，信號(hào)帶寬較寬，頻帶利用率不高。因此，A

10、M制式用于通信制式用于通信質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合，目前主要用在中波和短波的調(diào)幅廣播中。質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合，目前主要用在中波和短波的調(diào)幅廣播中。 DSB調(diào)制調(diào)制的的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是功率利用率高，但帶寬與是功率利用率高，但帶寬與AM相同，頻帶利用相同，頻帶利用率不高，接收要求同步解調(diào)，設(shè)備較復(fù)雜。只用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的專用通信率不高，接收要求同步解調(diào)，設(shè)備較復(fù)雜。只用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的專用通信及低帶寬信號(hào)多路復(fù)用系統(tǒng)。及低帶寬信號(hào)多路復(fù)用系統(tǒng)。 SSB調(diào)制調(diào)制的的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是功率利用率和頻帶利用率都較高，抗干擾能力是功率利用率和頻帶利用率都較高，抗干擾能力和抗選擇性衰落能力均優(yōu)于和抗選擇性衰落能力均優(yōu)于AM，而帶寬只有，而帶

11、寬只有AM的一半；的一半；缺點(diǎn)缺點(diǎn)是發(fā)送是發(fā)送和接收設(shè)備都復(fù)雜。和接收設(shè)備都復(fù)雜。SSB制式普遍用在頻帶比較擁擠的場(chǎng)合，如短波制式普遍用在頻帶比較擁擠的場(chǎng)合，如短波波段的無(wú)線電廣播和頻分多路復(fù)用系統(tǒng)中。波段的無(wú)線電廣播和頻分多路復(fù)用系統(tǒng)中。 14n包絡(luò)檢波解調(diào)和相干解調(diào)包絡(luò)檢波解調(diào)和相干解調(diào) 充電充電放電放電+- )(tS LPF 載波恢復(fù) )cos(twc )(tSp )(tSd 2、相干解調(diào)、相干解調(diào)把一個(gè)已調(diào)信號(hào)，乘把一個(gè)已調(diào)信號(hào)，乘上一個(gè)同頻同相的本上一個(gè)同頻同相的本地載波地載波1、包絡(luò)檢波解調(diào)、包絡(luò)檢波解調(diào)15n3.2.2 角度調(diào)制角度調(diào)制 角度調(diào)制屬于非線性調(diào)制，即調(diào)制后信號(hào)的頻譜

12、不再是調(diào)制前信號(hào)頻譜的角度調(diào)制屬于非線性調(diào)制，即調(diào)制后信號(hào)的頻譜不再是調(diào)制前信號(hào)頻譜的線性搬移，而產(chǎn)生出很多新的頻率成分。線性搬移，而產(chǎn)生出很多新的頻率成分。 1、 角度調(diào)制的概念角度調(diào)制的概念 一個(gè)余弦信號(hào)可以寫成一個(gè)余弦信號(hào)可以寫成 其中，其中，A0為常數(shù)，當(dāng)為常數(shù)，當(dāng)(t)隨基帶信號(hào)隨基帶信號(hào)m(t)變化時(shí)，則稱角度調(diào)制。變化時(shí)，則稱角度調(diào)制。 2、 角度調(diào)制的方法角度調(diào)制的方法 兩種方法：兩種方法： 調(diào)頻調(diào)頻FM：角頻率隨源信號(hào)：角頻率隨源信號(hào)m(t)變化；變化； 調(diào)相調(diào)相PM：相位隨源信號(hào)：相位隨源信號(hào)m(t)變化。變化。16若若m(t)作直線作直線變化，則已調(diào)變化，則已調(diào)信號(hào)就是頻

13、率信號(hào)就是頻率調(diào)制信號(hào)。調(diào)制信號(hào)。若若m(t)是隨是隨 t2變化，則已調(diào)變化，則已調(diào)信號(hào)就是相位信號(hào)就是相位調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)角度調(diào)制波形i173.3 數(shù)字基帶信號(hào)傳輸數(shù)字基帶信號(hào)傳輸n數(shù)字基帶信號(hào)數(shù)字基帶信號(hào) 數(shù)字基帶信號(hào)是指來(lái)自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號(hào)。數(shù)字基帶信號(hào)是指來(lái)自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號(hào)。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1、主要是低頻信號(hào)和直流信號(hào)；、主要是低頻信號(hào)和直流信號(hào)； 2、可以直接傳輸；、可以直接傳輸； 3、與頻帶傳輸信號(hào)有很多相近的傳輸特征、與頻帶傳輸信號(hào)有很多相近的傳輸特征 在使用對(duì)稱電纜構(gòu)成的近距離數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，如以太網(wǎng)中，在使用對(duì)稱電纜構(gòu)成的近距離數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，如以太網(wǎng)中，通常使用的是

14、數(shù)字基帶信號(hào)。通常使用的是數(shù)字基帶信號(hào)。18n數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的組成 f1f2 基 帶 脈 沖輸入 調(diào)解器 信道 干擾 解調(diào)器 基 帶 脈 沖輸出 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的模型數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的模型 頻帶傳輸系統(tǒng)模型頻帶傳輸系統(tǒng)模型 0f 基帶脈沖 輸入端 信號(hào)信道 形成器 信道 噪聲 接收濾波器 抽樣判決器 基帶脈 沖輸出 19(a)基帶信號(hào)；基帶信號(hào)；(b)碼型變換碼型變換后；后；(c)對(duì)對(duì)(a)進(jìn)行了碼型及進(jìn)行了碼型及波形的變換波形的變換，變成適，變成適合在信道中傳輸?shù)牟ê显谛诺乐袀鬏數(shù)牟ㄐ危恍危?d)信道輸出信號(hào)，波信道輸出信號(hào)，波形發(fā)生失真并疊加了形發(fā)生失真并疊加了噪聲；噪聲；(e)接收濾

15、波器輸出波接收濾波器輸出波形形, 與與(d)相比，失真相比，失真和噪聲減弱；和噪聲減弱；(f)位定時(shí)同步脈沖；位定時(shí)同步脈沖；(g)恢復(fù)的信息?；謴?fù)的信息。20n基帶信號(hào)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)基帶信號(hào)傳輸?shù)奶攸c(diǎn): 隨著信號(hào)傳輸距離增大，信號(hào)波形會(huì)發(fā)生畸變，導(dǎo)致接收端出現(xiàn)誤碼。隨著信號(hào)傳輸距離增大，信號(hào)波形會(huì)發(fā)生畸變，導(dǎo)致接收端出現(xiàn)誤碼。 誤碼的原因之一是誤碼的原因之一是信道加噪聲信道加噪聲，之二是傳輸總特性（包括收、發(fā)濾波器，之二是傳輸總特性（包括收、發(fā)濾波器和信道的特性）不理想引起的波形延遲、展寬、拖尾等畸變，使和信道的特性）不理想引起的波形延遲、展寬、拖尾等畸變，使碼元之間相碼元之間相互串?dāng)_互串?dāng)_。此

16、時(shí)，實(shí)際抽樣判決值不僅有本碼元的值，還有其他碼元在該碼元。此時(shí)，實(shí)際抽樣判決值不僅有本碼元的值，還有其他碼元在該碼元抽樣時(shí)刻的串?dāng)_值及噪聲。顯然，抽樣時(shí)刻的串?dāng)_值及噪聲。顯然，接收端能否正確恢復(fù)信息，在于能否有效接收端能否正確恢復(fù)信息，在于能否有效地抑制噪聲和減小碼間串?dāng)_。地抑制噪聲和減小碼間串?dāng)_。21n數(shù)字基帶信號(hào)傳輸?shù)幕静ㄐ螖?shù)字基帶信號(hào)傳輸?shù)幕静ㄐ蝢幾個(gè)概念：電脈沖寬度、碼元寬度；絕對(duì)碼波形、相對(duì)碼波形幾個(gè)概念：電脈沖寬度、碼元寬度；絕對(duì)碼波形、相對(duì)碼波形10100110 E(a) E E110011 E0101011(b)(c) E E1010011(d) E E1100011 E

17、E 3E 3E010 011100 11 10 00 1(e)( f )0單極性不歸零波形單極性不歸零波形雙極性不歸零波形雙極性不歸零波形單極性歸零波形單極性歸零波形雙極性歸零波形雙極性歸零波形差分波形差分波形多電平波形多電平波形22n基帶傳輸常用碼型基帶傳輸常用碼型 (PCM) 信碼信碼 適應(yīng)信道適應(yīng)信道 碼型變換碼型變換n1. 傳輸碼型選擇傳輸碼型選擇q 原則原則：碼型的頻譜適合信道，：碼型的頻譜適合信道，時(shí)鐘易找時(shí)鐘易找碼型頻譜中無(wú)直流分量，低頻成分盡量小。碼型頻譜中無(wú)直流分量，低頻成分盡量小。盡量減小碼型頻譜的高頻成份。盡量減小碼型頻譜的高頻成份。碼型頻譜中含有定時(shí)鐘信息。碼型頻譜中含

18、有定時(shí)鐘信息。碼型具有一定的檢錯(cuò)能力。碼型具有一定的檢錯(cuò)能力。碼型變換的設(shè)備簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)。碼型變換的設(shè)備簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)。q碼型變換目的：碼型變換目的：減少信號(hào)畸變，便于在傳輸介質(zhì)中傳輸。減少信號(hào)畸變，便于在傳輸介質(zhì)中傳輸。q應(yīng)用碼型應(yīng)用碼型：線路傳輸碼型；接口碼型：線路傳輸碼型；接口碼型 CCITT推薦推薦: PCM24 AMI碼碼 PCM30/32 HDB3碼碼23n常見的傳輸碼型常見的傳輸碼型 （1）信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼（）信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼（AMI碼）碼） a.編碼原則：編碼原則： 二進(jìn)制二進(jìn)制“0” 編為編為“0” 二進(jìn)制二進(jìn)制“1” 交替變?yōu)榻惶孀優(yōu)椤?1”“-1” b.例：例： NRZ 1 0

19、 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 AMI 1 0-1 1 0 0 0 0 0-1 0 1-1 （2）三階高密度雙極性碼（）三階高密度雙極性碼（HDB3碼）碼） a.特點(diǎn)：特點(diǎn)： 保持了保持了AMI碼所有的優(yōu)點(diǎn)。碼所有的優(yōu)點(diǎn)。 b.編碼原則：將連編碼原則：將連“0”碼個(gè)數(shù)控制在碼個(gè)數(shù)控制在3個(gè)以內(nèi)，超出個(gè)以內(nèi)，超出3個(gè)時(shí)，個(gè)時(shí)，每每 4連零用取代節(jié)（連零用取代節(jié)（000V或或B00V）代替。）代替。V，B：附加傳號(hào)碼：附加傳號(hào)碼24n數(shù)字雙向碼（曼徹斯特碼）數(shù)字雙向碼（曼徹斯特碼） 用一個(gè)周期的正負(fù)對(duì)稱方波表示用一個(gè)周期的正負(fù)對(duì)稱方波表示“0”，而用其反相波形表示，而用其反相波形表示

20、“1”。編碼規(guī)則是：編碼規(guī)則是： “0”碼用碼用“01”兩位碼表示，兩位碼表示， “1”碼用碼用“10 ”兩位碼表兩位碼表示，例如：示，例如： 代碼：代碼： 1 1 0 0 1 0 1 雙相碼：雙相碼： 10 10 01 01 10 01 10 nCMI碼碼 CMI碼是傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼的簡(jiǎn)稱，與曼徹斯特碼類似，它也是一種雙碼是傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼的簡(jiǎn)稱，與曼徹斯特碼類似，它也是一種雙極性二電平碼。編碼規(guī)則是：極性二電平碼。編碼規(guī)則是：“1”碼交替用碼交替用“11”和和“00”兩位碼表兩位碼表示；示；“0”碼固定地用碼固定地用“01”表示。表示。CMI碼易于實(shí)現(xiàn)。碼易于實(shí)現(xiàn)。 在曼徹斯特碼和在曼徹斯特碼和CMI

21、碼中，每個(gè)原二進(jìn)制信碼都用一組碼中，每個(gè)原二進(jìn)制信碼都用一組2位的二進(jìn)位的二進(jìn)碼表示，因此這類碼又稱為碼表示，因此這類碼又稱為1B2B碼。碼。253.4 數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸n數(shù)字信號(hào)的三種調(diào)制方式數(shù)字信號(hào)的三種調(diào)制方式 （l）幅移鍵控法）幅移鍵控法 ASK（Amplitude-shift Keying），也稱調(diào)幅；），也稱調(diào)幅； （2）頻移鍵控法）頻移鍵控法 FSK（Frequency-shift Keying），也稱調(diào)頻；），也稱調(diào)頻； （3）相移鍵控法）相移鍵控法 PSK（Phase-shift Keying），也稱調(diào)相），也稱調(diào)相 調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)時(shí)，這種調(diào)制稱為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。

22、調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)時(shí)，這種調(diào)制稱為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，載波的幅度、頻率或相位只有在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，載波的幅度、頻率或相位只有兩種兩種變化狀態(tài)，變化狀態(tài)，因此有因此有2ASK、2FSK、2PSK調(diào)制技術(shù)。調(diào)制技術(shù)。26n2ASK的調(diào)制與解調(diào)的調(diào)制與解調(diào)載波信號(hào)2ASK信號(hào)s(t)1011Tb001ttt二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)時(shí)間波型二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)時(shí)間波型27乘法器coscte2ASK(t)(a)cosct開關(guān)電路s(t)e2ASK(t)(b)s(t)模擬相乘模擬相乘數(shù)字鍵控?cái)?shù)字鍵控二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)調(diào)制器原理框圖二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)調(diào)制器原理框圖28e2ASK(t)帶通濾波

23、器全波整流器低通濾波器抽樣判決器輸出abcd定時(shí)脈沖(a)e2ASK(t)帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出cosct(b)二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)解調(diào)器原理框圖二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)解調(diào)器原理框圖非相干解調(diào)非相干解調(diào)相干解調(diào)相干解調(diào)2911100000101abcd2ASK信號(hào)信號(hào)非相干解調(diào)非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形過程的時(shí)間波形30n2FSK的調(diào)制與解調(diào)的調(diào)制與解調(diào) 在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，若正弦載波的頻率隨二進(jìn)制基帶在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，若正弦載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在信號(hào)在f1和和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化，則產(chǎn)生二進(jìn)制移頻鍵控兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化，則產(chǎn)生二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)信號(hào)(2FSK信號(hào)信號(hào))

24、。 二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載波的二進(jìn)二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的疊加。制振幅鍵控信號(hào)的疊加。31aak1011001ts(t)ts(t)bttcdettfgt2FSK信號(hào)二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)間波形f1f232振 蕩 器 1f1選 通 開 關(guān)反 相 器基 帶 信號(hào)選 通 開 關(guān)振 蕩 器 2f2相 加 器e2FSK(t)數(shù)字鍵控法數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的原理圖33e2FSK(t)帶通濾波器1包絡(luò)檢波器抽樣判決器輸出定時(shí)脈沖帶通濾波器包絡(luò)檢波器(a)e2FSK(t)帶通濾波器1低 通濾波器抽樣判決器輸出定時(shí)脈沖帶通濾波器低通濾波器相乘器相

25、乘器cos1tcos2t(b)二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)解調(diào)器原理圖非相干解調(diào)相干解調(diào)34n二進(jìn)制移相鍵控（二進(jìn)制移相鍵控（2PSK） 在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)信號(hào)。通常用已調(diào)信號(hào)信號(hào)。通常用已調(diào)信號(hào)載波的載波的0和和 180分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的 1 和和 0。A ATstO 這種以載波的不同相位直接表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方這種以載波的不同相位直接表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為式，稱為二進(jìn)制

26、絕對(duì)移相方式二進(jìn)制絕對(duì)移相方式。 0 1 1 035s(t)碼型變換雙極性不歸零乘法器e2PSK(t)cosct(a)cosct0開關(guān)電路e2PSK(t)180 移相s(t)(b)2PSK信號(hào)的調(diào)制原理圖帶 通濾 波 器e2PSK(t)a相 乘 器c低 通濾 波 器dbe抽 樣判 決 器輸 出cosct定 時(shí) 脈 沖2PSK信號(hào)的解調(diào)原理圖3610a110100bcde2PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形帶 通濾 波 器e2PSK(t)a相 乘 器c低 通濾 波 器dbe抽 樣判 決 器輸 出cosct定 時(shí) 脈 沖37n二進(jìn)制差分相位鍵控（二進(jìn)制差分相位鍵控（2DPSK） 在在2PSK信號(hào)中，信

27、號(hào)相位的變化是以未調(diào)正弦載波的相位作為參信號(hào)中，信號(hào)相位的變化是以未調(diào)正弦載波的相位作為參考，用載波相位的絕對(duì)數(shù)值表示數(shù)字信息的，所以稱為絕對(duì)移相。但考，用載波相位的絕對(duì)數(shù)值表示數(shù)字信息的，所以稱為絕對(duì)移相。但相干載波恢復(fù)中本地載波相位的相干載波恢復(fù)中本地載波相位的180容易發(fā)生相位模糊，導(dǎo)致解調(diào)容易發(fā)生相位模糊，導(dǎo)致解調(diào)出的二進(jìn)制基帶信號(hào)出現(xiàn)反向現(xiàn)象，從而難以實(shí)際應(yīng)用。為了解決出的二進(jìn)制基帶信號(hào)出現(xiàn)反向現(xiàn)象，從而難以實(shí)際應(yīng)用。為了解決2PSK信號(hào)解調(diào)過程的反向工作問題，提出了二進(jìn)制差分相位鍵控信號(hào)解調(diào)過程的反向工作問題，提出了二進(jìn)制差分相位鍵控(2DPSK)。 2DPSK方式是用前后相鄰碼元

28、的載波相對(duì)相位變化來(lái)表示數(shù)字信方式是用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位變化來(lái)表示數(shù)字信息。息。二進(jìn)制數(shù)字信息：二進(jìn)制數(shù)字信息： 1 1 0 1 0 0 1 1 1 02DPSK信號(hào)相位：信號(hào)相位： 0 0 0 0 0 0或或 0 0 0 0 0 規(guī)則：規(guī)則：相對(duì)碼以其本身前后碼元相位是否相同來(lái)表示所傳輸?shù)臄?shù)字信息，相對(duì)碼以其本身前后碼元相位是否相同來(lái)表示所傳輸?shù)臄?shù)字信息，絕對(duì)碼為絕對(duì)碼為0， 相對(duì)碼保持不變，相對(duì)碼保持不變，絕對(duì)碼為絕對(duì)碼為1， 相對(duì)碼改變電平。相對(duì)碼改變電平。38絕對(duì)碼相對(duì)碼載波DPSK信號(hào)101100102DPSK信號(hào)調(diào)制過程波形圖 1 0 0 1 0 1 1 039cosct0

29、開 關(guān) 電 路e2DPSK(t)180 移 相s(t)碼 變 換2DPSK信號(hào)調(diào)制器原理圖40(a)abcdef(b)帶通濾波器e2DPSK(t)a相乘器c低通濾波器dbe抽樣判決器輸出cosct定時(shí)脈沖碼反變換器f10110002DPSK信號(hào)相干解調(diào)相干解調(diào)器原理圖和解調(diào)過程各點(diǎn)時(shí)間波形41帶通濾波器a相乘器c低通濾波器dbe抽樣判決器定時(shí)脈沖(a)延遲 TsabcdeDPSK信號(hào)二進(jìn)制信息10001102DPSK信號(hào)差分相干解調(diào)差分相干解調(diào)器原理圖和各點(diǎn)時(shí)間波形42433.5 光信號(hào)傳輸n3.5.1 光纖通信光纖通信q光信號(hào)傳輸?shù)幕驹砉庑盘?hào)傳輸?shù)幕驹?光信號(hào)的發(fā)送光信號(hào)的發(fā)送 強(qiáng)度

30、調(diào)制強(qiáng)度調(diào)制 以電信號(hào)來(lái)控制光源的工作電流，從而控制光源的輸出功率。以電信號(hào)來(lái)控制光源的工作電流，從而控制光源的輸出功率。 光信號(hào)的接收光信號(hào)的接收 直接檢波直接檢波 利用利用光電檢測(cè)器光電檢測(cè)器檢測(cè)接收光功率得強(qiáng)弱，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸檢測(cè)接收光功率得強(qiáng)弱，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸 出。出。 擾碼擾碼 將原有信號(hào)的二進(jìn)制序列以一定規(guī)律重新排列，改善將原有信號(hào)的二進(jìn)制序列以一定規(guī)律重新排列，改善碼流特性。碼流特性。44q所謂光纖通信，就是利用光纖來(lái)傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信所謂光纖通信，就是利用光纖來(lái)傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信之目的。之目的。q要使光波成為攜帶信息的載體，必須在發(fā)射端對(duì)其進(jìn)行調(diào)制，

31、而要使光波成為攜帶信息的載體，必須在發(fā)射端對(duì)其進(jìn)行調(diào)制，而在接收端把信息從光波中檢測(cè)出來(lái)（解調(diào)）。依目前技術(shù)水平，在接收端把信息從光波中檢測(cè)出來(lái)（解調(diào)）。依目前技術(shù)水平，大部分采用強(qiáng)度調(diào)制與直接檢測(cè)方式（大部分采用強(qiáng)度調(diào)制與直接檢測(cè)方式（IM-DD）。）。q目前光纖系統(tǒng)中使用的光源主要有發(fā)光二極管（目前光纖系統(tǒng)中使用的光源主要有發(fā)光二極管（light emitting diode，LED）和注入式激光二極管（）和注入式激光二極管（Injection laser diode，ILD）兩種。兩種。LED是一種在加電后能發(fā)光的固態(tài)器件，可以工作在較寬是一種在加電后能發(fā)光的固態(tài)器件，可以工作在較寬的溫

32、度范圍、較長(zhǎng)的使用壽命、價(jià)格低。的溫度范圍、較長(zhǎng)的使用壽命、價(jià)格低。ILD是基于被激發(fā)的量子是基于被激發(fā)的量子電子效應(yīng)而產(chǎn)生窄帶超發(fā)光束的固態(tài)器件，電子效應(yīng)而產(chǎn)生窄帶超發(fā)光束的固態(tài)器件，ILD更為有效，可以支更為有效，可以支持更高的傳輸速率，價(jià)格昂貴。持更高的傳輸速率，價(jià)格昂貴。45n3.5.2 光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)46n在接收端用來(lái)將光變換成電能的檢測(cè)器是在接收端用來(lái)將光變換成電能的檢測(cè)器是光電二極管光電二極管。已使用。已使用的有兩種固態(tài)器件：的有兩種固態(tài)器件：PINPIN檢測(cè)器檢測(cè)器和和APDAPD檢測(cè)器檢測(cè)器。PIN(Positive-PIN(Positive-Intrinsic-Negative,Intrinsic-Negative,即即P P型區(qū)型區(qū)本征耗盡層本征耗盡層NN型區(qū)半導(dǎo)體型區(qū)半導(dǎo)體) )是是光電二極管，在二極管的光電二極管，在二極管的P P層和層和N N層之間有一段無(wú)雜質(zhì)硅。層之間有一段無(wú)雜質(zhì)硅。APD(Avalanche Photo Diode)APD(Avalanche Photo Diode)是雪崩光電二極管，外形與是雪崩光電二極管，外形與PINPIN光電二極管類似，但