通信技術(shù)基礎(chǔ)課件匯總?cè)珪娮咏贪竿暾嬲n件最全幻燈片(最新)

1、通信技術(shù)基礎(chǔ)第一章通信技術(shù)概述第二章通信系統(tǒng)信號(hào)的傳輸和處理第三章數(shù)字基帶傳輸技術(shù)第四章數(shù)字頻帶傳輸技術(shù)第五章典型通信系統(tǒng) 通信系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò) 提高信號(hào)傳輸效率的方法學(xué)習(xí)目標(biāo) 了解通信系統(tǒng)的組成。 了解通信系統(tǒng)的分類。 了解通信網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接與信號(hào)交換技術(shù)。 了解通信標(biāo)準(zhǔn)。 通信系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)的一般模型如圖所示。一、通信系統(tǒng)的組成 信源信源是信息產(chǎn)生的 “ 源泉” 。在很多情況下信源都是將各種原始消息，如聲音、圖像等轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這種原始的電信號(hào)又稱為基帶信號(hào)。常見(jiàn)的信源設(shè)備） 話筒） 數(shù)碼攝像機(jī)） 數(shù)碼相機(jī)） 計(jì)算機(jī)） 掃描儀） 攝像頭 發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備對(duì)信源發(fā)出的電信

2、號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚蛊浞奖阍谛诺乐袀鬏?。處理的方法很多，如?duì)信號(hào)進(jìn)行放大、調(diào)制等。在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備組合在一起構(gòu)成通信設(shè)備，典型的通信設(shè)備是調(diào)制解調(diào)器 （ Modem） 。 信道信道是信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，又稱傳輸媒介。電信號(hào)以電流、電磁波的形式在信道中傳播，光信號(hào)以光波的形式在光纖中傳輸。（） 有線信道） 雙絞線。所謂雙絞線就是一對(duì)絞合在一起且相互絕緣的導(dǎo)線。雙絞線） 實(shí)物圖） 結(jié)構(gòu)圖為了使線路敷設(shè)方便，生產(chǎn)廠家將 6 3600對(duì)雙絞線封裝在一個(gè)護(hù)套內(nèi)形成電纜。 電纜） 實(shí)心絕緣非填充型電纜） 實(shí)心絕緣填充型電纜） 高頻屏蔽型電纜） 自承式電纜） 鋼帶鎧裝型電纜） 同軸電纜。同軸電纜

3、 （ Coaxial Cable） 的帶寬要比雙絞線寬得多。同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣層、外導(dǎo)體和保護(hù)層組成。同軸電纜的結(jié)構(gòu)） 實(shí)物圖） 結(jié)構(gòu)圖） 光纜。光纜的主要組成部分是光纖，光纖是由高純度的石英玻璃制成的，稱為裸光纖，其直徑約為 125。 光纖的結(jié)構(gòu)） 實(shí)物圖） 結(jié)構(gòu)圖（） 無(wú)線信道無(wú)線信道由無(wú)形的空間構(gòu)成，信號(hào)以電磁波的形式在無(wú)線信道中傳播。 信號(hào)的無(wú)線傳輸 接收設(shè)備接收設(shè)備的作用與發(fā)送設(shè)備的作用相反，通常是把接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波選擇、解調(diào)后恢復(fù)成原來(lái)的基帶信號(hào)，也就是把經(jīng)過(guò)信道傳輸?shù)男盘?hào)恢復(fù)成原來(lái)的信源產(chǎn)生的信號(hào)。 信宿信宿，顧名思義是信息的歸宿。信宿的作用是將來(lái)自于接收設(shè)備的基帶

4、信號(hào)恢復(fù)成原始信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，信源的輸出和信宿的輸入是相同的，兩個(gè)設(shè)備是對(duì)應(yīng)的。在雙向通信中，信源和信宿構(gòu)成通信終端設(shè)備。在終端設(shè)備中既有信源又有信宿。 噪聲 干擾在通信過(guò)程中，噪聲和干擾是不可避免的。噪聲是信道中的噪聲以及分散在通信系統(tǒng)各組成部分中的噪聲的集中表現(xiàn)。噪聲主要來(lái)自信道。在無(wú)線通信中噪聲往往是無(wú)法避免的，因此衡量一個(gè)通信信道的指標(biāo)時(shí)通?？紤]信噪比。信噪比就是有用信號(hào)與噪聲的功率之比，通常用 SNR 表示。二、通信系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò) 通信系統(tǒng)通信是將信號(hào)從一個(gè)地方向另一個(gè)地方傳輸?shù)倪^(guò)程。用于完成信號(hào)的傳遞與處理的系統(tǒng)稱為通信系統(tǒng)（Communication system）。（） 按傳輸

5、媒介不同分類按傳輸媒介不同，通信系統(tǒng)可分為有線通信系統(tǒng)和無(wú)線通信系統(tǒng)。（） 按信道中所傳遞的信號(hào)不同分類按信道中所傳遞的信號(hào)不同，通信系統(tǒng)可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。（） 按工作頻段不同分類按工作頻段不同，通信系統(tǒng)可分為長(zhǎng)波通信系統(tǒng)、中波通信系統(tǒng)、短波通信系統(tǒng)、微波通信系統(tǒng)等。（） 按調(diào)制方式不同分類按調(diào)制方式不同，通信系統(tǒng)可分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)。信道傳輸?shù)氖切旁窗l(fā)出的沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制 （ 即進(jìn)行頻譜搬移和變換） 的原始電信號(hào)，稱為基帶傳輸。頻帶傳輸就是將基帶信號(hào)的頻譜搬移到較高的頻帶再傳輸。（） 按業(yè)務(wù)不同分類按業(yè)務(wù)不同，通信系統(tǒng)可分為電報(bào)、電話、傳真、數(shù)據(jù)傳輸、可視電話、無(wú)線尋

6、呼等系統(tǒng)。（） 按收信者是否運(yùn)動(dòng)分類按收信者是否運(yùn)動(dòng)來(lái)分，通信系統(tǒng)可分為移動(dòng)通信系統(tǒng)和固定通信系統(tǒng)。 通信網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)通信系統(tǒng)互連而形成的通信體系稱為通信網(wǎng)絡(luò) （ Communication Network） 。固定電話網(wǎng)的組成示意圖三、通信網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接與信號(hào)的交換信息轉(zhuǎn)接的主要原理是將待傳送的信息存儲(chǔ)起來(lái)，等到信道一有空就發(fā)出去。只要存儲(chǔ)的時(shí)間足夠長(zhǎng)，例如 24 小時(shí)，就可將一天之內(nèi)信道的忙、空狀態(tài)均勻化，大大壓縮必需的信道容量和轉(zhuǎn)接設(shè)備容量。為了進(jìn)行通信，需要將通信雙方的終端用傳輸信道連接起來(lái)。要使多個(gè)用戶所使用的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信系統(tǒng)構(gòu)成通信網(wǎng)，必須在用戶終端之間適當(dāng)位置上設(shè)立交換局及相應(yīng)的交換設(shè)備

7、。將終端之間通過(guò)交換設(shè)備連接四、通信標(biāo)準(zhǔn)按照不同級(jí)別，標(biāo)準(zhǔn)可分為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。一般來(lái)說(shuō)，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求最高，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求最低。部分標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)學(xué)習(xí)目標(biāo) 了解通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)。 了解信道容量的概念。 了解通信的基本業(yè)務(wù)。 提高信號(hào)傳輸效率的方法一、通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo) 有效性指標(biāo)（） 信息傳輸速率 （ Rb ）信息傳輸速率又稱為比特率、傳信率，是指數(shù)字通信系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)，用 Rb 表示，單位為 bit/s、b/s、bps （比特 秒），或 kbits、kb s、kbps（ 千比特 秒），或Mbits、Mbs、Mbps（兆比特 秒）。（） 符號(hào)傳輸速率 （ RB

8、 ）符號(hào)傳輸速率又稱為碼元速率，是指數(shù)字通信系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)，用RB 表示，單位為 Baud或 Bd （ 波特） 。（） 頻帶利用率 （ ） 單位頻帶內(nèi)的信息傳輸速率稱為頻帶利用率 （ ） 。設(shè) 為信道所需的傳輸帶寬，RB 為信道的信息傳輸速率，則頻帶利用率為 可靠性指標(biāo)（） 誤碼率 （ Pe ）誤碼率是指在傳輸?shù)拇a元總數(shù)中發(fā)生差錯(cuò)的碼元數(shù)所占的比例，用 Pe 表示。（） 誤比特率 （ Pb ）誤比特率又稱誤信率、比特差錯(cuò)率，是指在傳輸中發(fā)生差錯(cuò)的比特?cái)?shù)占傳輸總比特?cái)?shù)的比例，用 Pb 表示。二、信道容量信道容量是指信道極限傳輸信息的能力，即信道無(wú)差錯(cuò)傳輸信息的最大信息速率，記為C。

9、信道容量一般分為編碼信道容量和調(diào)制信道容量，在實(shí)際通信中主要研究調(diào)制信道容量。在調(diào)制信道中，研究的是模擬信號(hào)的傳輸。在加性高斯白噪聲背景下，調(diào)制信道的參量是調(diào)制信道的帶寬、信號(hào)功率和高斯白噪聲功率。三、通信的基本業(yè)務(wù)通信的基本業(yè)務(wù)由傳統(tǒng)的電話業(yè)務(wù)發(fā)展為下列業(yè)務(wù)： 傳真、可視圖文、電子郵件、智能用戶電報(bào)、電纜電視、圖文電視、可視電話、會(huì)議電視、多媒體圖像通信、高清晰度電視 （ HDTV） 、移動(dòng)通信等。 信號(hào)傳輸方式 將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) 提高信號(hào)在信道中傳輸質(zhì)量的方法 提高線路傳輸效率的方法學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握模擬傳輸和數(shù)字傳輸?shù)母拍睢?掌握串行傳輸和并行傳輸?shù)母拍睢?掌握信號(hào)發(fā)送和接收方式。

10、信號(hào)傳輸方式一、模擬傳輸和數(shù)字傳輸 模擬傳輸代表信息的信號(hào)及其參數(shù) （ 幅度、頻率或相位） 隨信息連續(xù)變化的信號(hào)稱為模擬信號(hào)。時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)稱為連續(xù)信號(hào)，時(shí)間上不連續(xù)的信號(hào)稱為離散信號(hào)。在通信系統(tǒng)中，往往將時(shí)間上不連續(xù)的模擬信號(hào)稱為脈沖幅度調(diào)制 （ PAM） 信號(hào)。模擬信號(hào)） 時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)） 時(shí)間上不連續(xù)的模擬信號(hào)如果信道上傳輸?shù)男盘?hào)是模擬信號(hào)，則這種信號(hào)傳輸稱為模擬傳輸。 模擬傳輸主要應(yīng)用在模擬通信系統(tǒng)中，常見(jiàn)的模擬調(diào)制方式有調(diào)幅 （ AM） 、調(diào)頻 （ FM） 和調(diào)相 （ PM） ，這三種模擬調(diào)制的波形如圖所示。模擬傳輸波形 數(shù)字傳輸在時(shí)間上和幅度上均取有限離散數(shù)值的信號(hào)稱為

11、數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)幅度離散，在時(shí)間上也是離散的。如果信道上傳輸?shù)男盘?hào)是數(shù)字信號(hào)，則這種信號(hào)傳輸稱為數(shù)字傳輸。數(shù)字信號(hào)） 二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)） 四進(jìn)制數(shù)字信號(hào)模擬傳輸與數(shù)字傳輸之間是可以相互轉(zhuǎn)換的，如圖所示。模擬傳輸與數(shù)字傳輸之間的轉(zhuǎn)換數(shù)字傳輸波形 模擬通信和數(shù)字通信根據(jù)信道傳輸信號(hào)的差異，通信系統(tǒng)的分類如圖所示。 通信系統(tǒng)的分類與模擬通信相比，數(shù)字通信更能適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)通信技術(shù)的要求。（） 抗干擾能力強(qiáng)（） 便于加密處理（） 易于實(shí)現(xiàn)集成化，使通信設(shè)備體積小、功耗低（） 利于采用時(shí)分復(fù)用實(shí)現(xiàn)多路通信模擬通信與數(shù)字通信的抗干擾性能比較） 模擬通信） 數(shù)字通信二、串行傳輸和并行傳輸 串行傳輸將多位二進(jìn)

12、制碼的各位碼在時(shí)間軸上排列成一行，在一條傳輸線路上一位一位地傳輸?shù)姆绞椒Q為串行傳輸方式。 數(shù)據(jù)的串行傳輸和并行傳輸） 串行傳輸） 并行傳輸 并行傳輸用多條傳輸線路同時(shí)傳送多位二進(jìn)制碼的傳輸方式稱為并行傳輸方式。 串行傳輸與并行傳輸之間的比較串行傳輸接口技術(shù)也在不斷發(fā)展變化，USB（ Universal Serial Bus，通用串行總線） 接口在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。串行接口標(biāo)準(zhǔn)及主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表。 串行接口標(biāo)準(zhǔn)及主要技術(shù)指標(biāo)三、信號(hào)發(fā)送和接收方式 單工、半雙工和全雙工通信方式） 單工通信） 半雙工通信） 全雙工通信 單工通信信號(hào)只能單方向傳送，在任何時(shí)候都不能進(jìn)行反向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為單

13、工傳輸。 半雙工通信在半雙工傳輸方式中，信號(hào)可以在兩個(gè)方向上傳輸，但時(shí)間上不能重疊，即通信雙方不能同時(shí)既發(fā)送信號(hào)又接收信號(hào)，而只能交替進(jìn)行。 全雙工通信在全雙工通信方式中，信號(hào)可以同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸。學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握采樣、量化、編碼的概念和原理。 將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)PCM 系統(tǒng)中的信號(hào)轉(zhuǎn)換和處理過(guò)程如圖所示。 簡(jiǎn)單數(shù)字通信系統(tǒng)框圖一、采樣 采樣的概念及電路模型采樣也稱取樣、抽樣，采樣通常是以一定的時(shí)間間隔 T 提取信號(hào)的大小 （ 幅度） ，其工作過(guò)程如圖所示。采樣過(guò)程示意圖實(shí)現(xiàn)采樣的電路模型如圖所示。采樣電路實(shí)際上是一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，采樣脈沖是一個(gè)周期性的矩形脈沖。采樣電路模型及采樣波形示意圖

14、 采樣定理理論證明，若時(shí)間連續(xù)信號(hào) f（t） 的最高頻率為 fm ，只要采樣頻率 fs 大于或等于 fm 的 倍，即 fs fm ，就能夠無(wú)失真地恢復(fù)原時(shí)間連續(xù)信號(hào)。這就是著名的奈奎斯特定理，也稱為采樣定理 （ 抽樣定理或取樣定理） 。 采樣保持采樣時(shí)，輸入的模擬信號(hào)的值是連續(xù)變化的； 采樣后，輸出的脈沖頂部是變化的。為了獲得近似不變的準(zhǔn)確的采樣值，要求采樣脈沖的脈沖寬度盡可能窄。另外，在后面的量化過(guò)程中，為了滿足量化、編碼的要求，采樣值必須保持一段時(shí)間，這一過(guò)程稱為采樣保持，然后再進(jìn)行量化、編碼。二、量化量化的過(guò)程就是將采樣信號(hào)的幅度變化范圍劃分為若干個(gè)小間隔，每個(gè)小間隔稱為一個(gè)量化級(jí)，每個(gè)

15、量化級(jí)的電平稱為一個(gè)量化電平。當(dāng)采樣信號(hào)的值處于某一量化級(jí)附近時(shí)，就用這個(gè)量化電平 （ 用 表示） 來(lái)代替實(shí)際的采樣值。 量化過(guò)程示意圖 均勻量化均勻量化的量化級(jí)差在整個(gè)信號(hào)的電平范圍內(nèi)是均勻分布的，不管信號(hào)是大是小，量化級(jí)差都相同，見(jiàn)表。 均勻量化 非均勻量化非均勻量化對(duì)大小信號(hào)采用不同的量化級(jí)差，大信號(hào)時(shí)量化級(jí)差大一些，小信號(hào)時(shí)量化級(jí)差小一些，見(jiàn)表。非均勻量化實(shí)現(xiàn)非均勻量化的方法之一是采用壓縮擴(kuò)張技術(shù)。壓縮擴(kuò)張技術(shù)的要點(diǎn)是在發(fā)送端對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行壓縮處理后再進(jìn)行均勻量化，在接收端進(jìn)行擴(kuò)張?zhí)幚恚湓砣鐖D所示。非均勻量化的原理壓縮和擴(kuò)張?zhí)匦郧€） 壓縮特性） 擴(kuò)張?zhí)匦?量化噪聲采樣值一旦進(jìn)行

16、了量化，以后不管如何處理，只能恢復(fù)成量化電平，無(wú)法再精確地恢復(fù)到原信號(hào)的值，量化前的信號(hào)幅度與量化后的信號(hào)幅度出現(xiàn)了誤差，這一差值在恢復(fù)信號(hào)時(shí)將會(huì)以噪聲的形式表現(xiàn)出來(lái)，所以將此差值稱為量化噪聲。三、編碼將每個(gè)量化電平用一組二進(jìn)制代碼表示的過(guò)程稱為編碼。脈沖編碼調(diào)制是通信領(lǐng)域應(yīng)用最廣的波形編碼方式，其標(biāo)準(zhǔn)是 ITU-T G.711。PCM編碼器的組成框圖如圖所示。 逐次反饋比較型 PCM 編碼器的組成框圖 碼型選擇每一個(gè)采樣值用 位二進(jìn)制碼表示。以 位碼為例構(gòu)成的各種碼型的碼組見(jiàn)表。 位碼構(gòu)成的碼組與所表示數(shù)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系 律 折線壓縮特性曲線要進(jìn)行編碼就要求量化間隔能成為簡(jiǎn)單的整數(shù)倍關(guān)系。在二進(jìn)

17、制編碼中，這種關(guān)系為n 倍，其中 n 為整數(shù)。壓縮特性曲線 各段起始電平與量化臺(tái)階 單位： 1/2048 律 折線壓縮特性曲線 編碼過(guò)程編碼的方法很多，可以通過(guò)查編碼表的方法進(jìn)行編碼，也可以通過(guò)逐次反饋比較的方法進(jìn)行編碼，本書重點(diǎn)介紹通過(guò)逐次反饋比較的方法進(jìn)行編碼。段落碼的編碼規(guī)則段內(nèi)碼的編碼原則 段落碼的編碼過(guò)程 解碼過(guò)程譯碼輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)同相或反相放大后變成 PAM 信號(hào)，由低通濾波器濾除高頻分量后即得到恢復(fù)的模擬信號(hào)。 譯碼器原理框圖學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握信源編碼的概念。 掌握信道編碼的概念。 了解信道編碼在 （長(zhǎng)期演進(jìn)） 中的應(yīng)用。 提高信號(hào)在信道中傳輸質(zhì)量的方法信息傳輸系統(tǒng)的編碼、譯碼如圖所示

18、。信息傳輸系統(tǒng)的編碼、譯碼示意圖一、信源編碼在數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了提高數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)挠行远扇〉木幋a稱為信源編碼。信源編碼有兩個(gè)作用： 一是模 數(shù)轉(zhuǎn)換； 二是盡可能減少信號(hào)中的冗余度，使在單位時(shí)間內(nèi)單位系統(tǒng)帶寬上所傳輸?shù)男畔⒘孔畲蟆?波形編碼 波形編碼的基本原理是在時(shí)間軸上對(duì)模擬話音信號(hào)按照一定的速率來(lái)抽樣，然后將幅度樣本分層量化，再用代碼來(lái)表示。 波形編碼具有低復(fù)雜度、低時(shí)延的特點(diǎn)。波形編碼在對(duì)信號(hào)帶寬要求不太嚴(yán)的通信中得到廣泛應(yīng)用 （ 如有線通信） 。 聲源編碼聲源編碼又稱為參量編碼，它是指對(duì)信源信號(hào)在頻域或其他正交變換域提取特征參量，并將特征參量轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼進(jìn)行傳輸。其反過(guò)程為解碼，

19、即將收到的數(shù)字序列轉(zhuǎn)換后恢復(fù)成特征參量，再依據(jù)此特征參量產(chǎn)生發(fā)送端語(yǔ)音信號(hào)。 混合編碼混合編碼由波形編碼和聲源編碼結(jié)合而成，以達(dá)到波形編碼的高質(zhì)量和聲源編碼的低速率等優(yōu)點(diǎn)?；旌暇幋a數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)中包括若干語(yǔ)音特征參量，又包括部分波形編碼信息。二、信道編碼為了提高數(shù)字通信的可靠性而采取的編碼稱為信道編碼，信道編碼又稱為差錯(cuò)控制編碼或糾錯(cuò)編碼。提高系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃裕档驼`碼率的常用方法有以下兩類。 降低數(shù)字信道本身引起的誤碼可采取的方法有選擇高質(zhì)量的傳輸線路、改善信道的傳輸特性、增加信號(hào)的發(fā)送能量、選擇有較強(qiáng)抗干擾能力的調(diào)制解調(diào)方案等。 采用差錯(cuò)控制編碼 （ 即信道編碼）它的基本思想是通過(guò)對(duì)信息序列

20、做某種變換，使原來(lái)彼此獨(dú)立、相關(guān)性極小的信息碼元產(chǎn)生某種相關(guān)性，在接收端可以利用這種規(guī)律性來(lái)檢查并糾正信息碼元在信息傳輸中所造成的差錯(cuò)。三種差錯(cuò)控制方式示意圖） 檢錯(cuò)重發(fā) （ ） ） 前向糾錯(cuò) （ ） ） 混合差錯(cuò)控制 （ ）三、信道編碼在 LTE 中的應(yīng)用 CRC糾錯(cuò)編碼CRC 稱為循環(huán)冗余碼，它是在信息碼右邊加上幾位校驗(yàn)碼，以增加整個(gè)編碼系統(tǒng)的碼距和查錯(cuò)糾錯(cuò)能力。 咬尾卷積編碼LTE 系統(tǒng)的卷積碼編碼器采用了咬尾編碼方法，LTE 中規(guī)定了使用的咬尾卷積編碼的約束長(zhǎng)度為 ，碼率為 。 Turbo 碼 來(lái)自 MAC 層的傳輸塊，經(jīng)過(guò) CRC 校驗(yàn)后，被分割成 LTE Turbo碼能夠編碼的碼塊

21、，并進(jìn)行 Turbo 編碼和速率匹配，然后進(jìn)行比特加擾，最后進(jìn)行調(diào)制和天線映射發(fā)射出去。信道編碼的本質(zhì)是增加通信的可靠性、提高數(shù)據(jù)傳輸效率、降低誤碼率。學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握頻分多路復(fù)用 （） 的概念。 掌握時(shí)分多路復(fù)用 （） 的概念。 掌握多址通信方式的原理。 提高線路傳輸效率的方法撥號(hào)上網(wǎng)最常用的電話線就采取了多路復(fù)用技術(shù)，如圖所示，這樣在上網(wǎng)的同時(shí)也不影響電話的接入與撥出。模擬電話用戶線的多路復(fù)用一、多路復(fù)用所謂信道復(fù)用是指在同一個(gè)信道上同時(shí)傳輸多路信號(hào)而互不干擾的一種技術(shù)，如圖所示。最常用的信道復(fù)用方式是頻分復(fù)用 （ FDM） 、時(shí)分復(fù)用 （ TDM） 、碼分復(fù)用 （ CDM）和波分復(fù)用 （

22、WDM） 。傳統(tǒng)的模擬通信中都采用頻分復(fù)用。信道復(fù)用） 不使用復(fù)用技術(shù)） 使用復(fù)用技術(shù) 頻分多路復(fù)用頻分復(fù)用就是在發(fā)送端利用不同頻率的載波將多路信號(hào)的頻譜調(diào)制到不同的頻段，以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。頻分復(fù)用的多路信號(hào)在時(shí)間上重疊，但在頻率上不會(huì)重疊，合并在一起通過(guò)一條信道傳輸，到達(dá)接收端后可以通過(guò)中心頻率不同的帶通濾波器彼此分離開(kāi)來(lái)。頻分復(fù)用系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是設(shè)備龐大復(fù)雜，成本較高。 時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分復(fù)用 （ TDM） 就是借助 “ 把時(shí)間幀劃分成若干時(shí)隙和各路消息占有各自時(shí)隙”的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)在同一條公共信道上傳輸多路信號(hào)。這種按照一定時(shí)間次序依次循環(huán)地傳輸各路消息以實(shí)現(xiàn)多路通信的方式稱為時(shí)分多路通信。與頻

23、分復(fù)用相比， 時(shí)分復(fù)用具有以下優(yōu)點(diǎn)：（） TDM 多路信號(hào)的合路和分路都是數(shù)字電路，比 FDM 的模擬濾波器分路簡(jiǎn)單可靠。（） FDM 系統(tǒng)對(duì)信道的非線性失真要求很高，相反 TDM 系統(tǒng)對(duì)信道的非線性失真要求可適當(dāng)降低。時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)框圖 （ 發(fā)送端） PCM30/32 路通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介為了提高信道利用率和適應(yīng)不同介質(zhì)的傳輸，數(shù)字通信中常將多路信源編碼輸出組合成不同數(shù)碼率的群路 （ 集合） 信號(hào)。我國(guó)規(guī)定采用的是 PCM30/32路制式，即一幀共有 32 個(gè)時(shí)隙，可以傳送 30路電話，復(fù)用的路數(shù) n 32 路，其中話路數(shù)為 30。時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)框圖 （ 接收端）（） 幀與復(fù)幀結(jié)構(gòu) PCM30/32路

24、通信系統(tǒng)的幀與復(fù)幀結(jié)構(gòu)如圖所示。 路通信系統(tǒng)的幀與復(fù)幀結(jié)構(gòu)二、多址技術(shù) 頻分多址 （ FDMA） 方式頻分多址以頻率作為用戶信號(hào)的分割參量，它把系統(tǒng)可利用的無(wú)線頻譜分成若干互不交疊的頻段 （ 信道） ，這些信道按照一定的規(guī)則分配給系統(tǒng)用戶，一般是分配給每個(gè)用戶一個(gè)唯一的頻段 （ 信道） 。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了防止各用戶信號(hào)相互干擾和因系統(tǒng)的頻率漂移造成頻段（ 信道） 之間的重疊，各用戶頻段 （ 信道） 之間通常都要留有一段間隔頻段，稱為保護(hù)頻段。如果用頻率 f、時(shí)間 t 和代碼 c 作為三維空間的三個(gè)坐標(biāo)，則 FDMA 系統(tǒng)在這個(gè)坐標(biāo)系中的位置如圖所示。頻分多址 （ ） 方式 時(shí)分多址 （ TD

25、MA ） 方式時(shí)分多址 （ TDMA，Time Division Multiple Access/Address） 技術(shù)依靠極其微小的時(shí)差，把信道劃分為若干不相重疊的時(shí)隙，再把每個(gè)時(shí)隙分配給各個(gè)用戶專用，在接收端就可以根據(jù)發(fā)送各個(gè)用戶信號(hào)的不同時(shí)間順序來(lái)分別接收不同用戶的信號(hào)。如果用頻率 f、時(shí)間 t 和代碼 c 作為三維空間的三個(gè)坐標(biāo)，則 TDMA 系統(tǒng)在這個(gè)坐標(biāo)系中的位置如圖所示。時(shí)分多址 （ ） 方式 碼分多址 （ CDMA） 方式在碼分多址 （ CDMA，Code Division Multiple Access） 通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號(hào)，是用不同的編碼序列來(lái)區(qū)分的，或

26、者說(shuō)靠信號(hào)的不同波形來(lái)區(qū)分。碼分多址系統(tǒng)為每個(gè)用戶分配了各自特定的地址碼，利用公共信道來(lái)傳輸信息。系統(tǒng)的各用戶使用互不相關(guān)的、相互 （ 準(zhǔn)） 正交的地址碼調(diào)制其所發(fā)送的信號(hào)，在接收端利用碼型的 （ 準(zhǔn)） 正交性，通過(guò)地址識(shí)別 （ 相關(guān)檢測(cè)） ，從混合信號(hào)中選出相應(yīng)的信號(hào)。如果用頻率 f 、時(shí)間 t 和代碼 c 作為三維空間的三個(gè)坐標(biāo)，則 CDMA 系統(tǒng)在這個(gè)坐標(biāo)系中的位置如圖所示。碼分多址 （ ） 方式在圖中，每個(gè)手機(jī)用戶由不同的碼型所區(qū)分，可以在同一時(shí)間、同一頻段與基站進(jìn)行通信。 系統(tǒng)的工作方式 數(shù)字基帶信號(hào) 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握數(shù)字基帶信號(hào)的波形和頻譜。 了解常用線路傳輸碼型。

27、數(shù)字基帶信號(hào)一、數(shù)字基帶信號(hào)的波形和頻譜 數(shù)字基帶信號(hào)的基本概念通常，將信號(hào)的轉(zhuǎn)換用 個(gè) （ 或 個(gè)、 個(gè)、 個(gè)，視進(jìn)制而定） 不同振幅的電壓來(lái)表示，其頻譜從零開(kāi)始未經(jīng)變換處理的信號(hào)稱為數(shù)字基帶信號(hào)。對(duì)于實(shí)際的信號(hào)，波形與頻譜這兩個(gè)側(cè)面相互制約，不能既選擇一定形式的波形，又要求一定形狀的頻譜。所以，頻譜有幅度譜和相位譜，如圖所示。波形和頻譜圖） 時(shí)域波形） 對(duì)應(yīng)的頻譜圖 基帶傳輸對(duì)傳輸信號(hào)的要求基帶傳輸對(duì)傳輸?shù)幕鶐盘?hào)的基本要求如下：（） 基帶信號(hào)應(yīng)有利于提高系統(tǒng)的頻帶利用率?；鶐盘?hào)的編碼應(yīng)盡量使頻帶壓縮。（） 基帶信號(hào)應(yīng)含有盡量少的直流、極低頻及高頻分量?；鶐盘?hào)中過(guò)多的高頻分量則是引起線

28、對(duì)間干擾的主要因素。（） 基帶信號(hào)應(yīng)含有足夠大的可供提取同步信號(hào)的信號(hào)分量。（） 基帶信號(hào)的碼型基本上不受信源統(tǒng)計(jì)特性的影響。（） 基帶信號(hào)的頻譜能量要集中，所占的帶寬要窄。（） 基帶信號(hào)的碼型對(duì)噪聲和碼間串?dāng)_應(yīng)具有較強(qiáng)的抵抗力和自檢能力。（） 基帶信號(hào)的變換電路應(yīng)簡(jiǎn)單、成本低、性能好，而且易于調(diào)整。 數(shù)字基帶信號(hào)的波形信號(hào)的波形反映信號(hào)的電壓或電流隨時(shí)間變化的關(guān)系。對(duì)于不同的基帶傳輸系統(tǒng)，由于信道傳輸特性和要求的不同而需使用不同的基帶信號(hào)波形。） 單極性歸零碼。單極性歸零碼的波形如圖所示。單極性歸零碼的波形下面以矩形脈沖為例介紹常用的幾種基帶信號(hào)波形，并在給定代碼的情況下，畫出相應(yīng)的二進(jìn)制脈

29、沖序列波形。） 單極性不歸零碼。單極性不歸零碼的波形如圖所示。 單極性不歸零碼的波形） 雙極性歸零碼。雙極性歸零碼的波形如圖所示。雙極性歸零碼的波形） 雙極性不歸零碼。雙極性碼的特點(diǎn)是數(shù)字信號(hào)用兩個(gè)極性相反而幅度相等的脈沖表示。二進(jìn)制的 “” 和 “” 分別與正、負(fù)電平相對(duì)應(yīng)。 雙極性不歸零碼的波形） 差分碼。差分碼的波形如圖所示。差分碼不是用碼元本身的電平表示消息代碼，而是用相鄰碼元電平的跳變和不變來(lái)表示消息代碼。差分碼的波形） 多值波形 （ 多電平波形） 。實(shí)際上還存在多個(gè)二進(jìn)制符號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖的情形。這種波形統(tǒng)稱為多值波形或多電平波形，它的每一個(gè)值可用 個(gè)二進(jìn)制碼來(lái)表示。多值波形 （ 多

30、電平波形）二、數(shù)字基帶信號(hào)常用線路傳輸碼型 常用線路傳輸碼型（） 曼徹斯特碼曼徹斯特 （ Manchester） 碼又稱為分相碼、裂相碼或雙相碼，其波形如圖所示。曼徹斯特碼的波形（） 傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼簡(jiǎn)稱 AMI （ Alternate Mark Inversion） 碼。此方式是單極性方式的變形，即將單極性方式中的 碼仍與 0 電平對(duì)應(yīng)，而 1碼對(duì)應(yīng)發(fā)送極性交替的正、負(fù)電平。 碼的波形（） HDB3（ High Density Bipolar3） 碼它是 AMI 碼的一種改進(jìn)碼，以克服 AMI 碼出現(xiàn)連 “0” 時(shí)丟失同步信號(hào)的缺點(diǎn)。 碼的波形【例 】 模擬信號(hào)經(jīng)過(guò) PVM 編碼

31、后得到單極性碼 11010000110000100001，為了在基帶信道上能夠正常傳輸，試對(duì)其進(jìn)行線路傳輸碼型的變換，編寫相應(yīng)的 AMI碼和HDB3碼。AMI 碼和 HDB3 碼的編碼過(guò)程見(jiàn)表。 碼和 碼的編碼過(guò)程譯碼過(guò)程見(jiàn)表。 碼的譯碼過(guò)程幾種碼的波形（） 傳號(hào)反轉(zhuǎn) （ CMI ） 碼傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼的波形如圖所示。傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼是一種雙極性二電平不歸零碼。在CMI 碼中，“1” 碼交替地用 “11” 和 “00” 兩位碼表示，而 “0” 則固定地用 “01” 表示。傳號(hào)反轉(zhuǎn) （ ） 碼的波形（） 密勒 （ Miller） 碼密勒碼又稱為延遲調(diào)制碼，可看成是曼徹斯特碼的一種變形，其波形如圖所示。密勒碼

32、的波形 基帶傳輸碼型的分析在交流傳輸方式中，基帶傳輸碼型具有以下特點(diǎn)：） 曼徹斯特碼、密勒碼、AMI 碼、HDB3碼都不含有直流分量，可以作為線路碼型。其中，密勒碼、HDB3碼更適合于速率低于 9600bps 的場(chǎng)合。） 從各種碼型所占頻帶寬度來(lái)看，以二階雙極性碼最窄，為 0 f0 2； 以曼徹斯特碼最寬，為 0 2f0 ； 其他碼型介于兩者之間。） 不歸零碼、單極性歸零碼、密勒碼和 AMI碼在原始數(shù)據(jù)中出現(xiàn)連 “” 碼時(shí)，將使提取定時(shí)同步信號(hào)變得困難，因而這幾種碼型不具有透明性，其他碼型則是透明的。） 在傳輸過(guò)程中，如兩根傳輸線對(duì)調(diào)接線位置，曼徹斯特碼解碼后易發(fā)生極性錯(cuò)誤，其他碼型則不會(huì)發(fā)生

33、極性錯(cuò)誤。） 在各種碼型發(fā)送峰值相同的條件下，AMI 碼和HDB3 碼的發(fā)送功率低于其他碼型的發(fā)送功率，故對(duì)鄰道干擾最小。） 從抗干擾性能來(lái)看，以二電平碼為最好，因?yàn)槠淇捎孟薹飨B加在信號(hào)電平上的噪聲。） 密勒碼、AMI 碼和 HDB3碼均有較好的檢錯(cuò)能力，這是利用了相鄰碼元之間存在的某種相關(guān)性。學(xué)習(xí)目標(biāo) 了解數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的組成。 了解數(shù)字基帶傳輸?shù)幕緶?zhǔn)則。 了解再生中繼系統(tǒng)及 標(biāo)準(zhǔn)。 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)一、基帶傳輸系統(tǒng)的組成不使用調(diào)制和解調(diào)裝置而直接傳輸基帶信號(hào)的系統(tǒng)稱為基帶傳輸系統(tǒng)。基帶傳輸系統(tǒng)的組成框圖 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)各點(diǎn)波形示意圖 基帶碼型編碼基帶碼型編碼電路的輸入是信源編碼

34、輸出的二進(jìn)制脈沖序列，它們一般是單極性不歸零碼，不適合信道傳輸?；鶐Тa型編碼電路的作用是將原始基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合于信道傳輸?shù)母鞣N碼型，如 AMI 碼、HDB3碼等。 發(fā)送濾波器發(fā)送濾波器又叫信道信號(hào)形成網(wǎng)絡(luò)。碼型變換器輸出的各種碼型是以矩形為基礎(chǔ)的，發(fā)送濾波器的作用就是將它轉(zhuǎn)換為比較平滑的波形。 傳輸信道傳輸信道是允許基帶信號(hào)通過(guò)的媒介，通常不滿足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件，甚至是隨機(jī)變化的。信道可以是電纜等狹義信道，也可以是帶調(diào)制器的廣義信道。 接收濾波器接收濾波器的作用是濾除混在接收信號(hào)中的帶外噪聲和由信道引入的噪聲，對(duì)失真波形進(jìn)行盡可能地補(bǔ)償 （ 均衡） ，使輸出的基帶波形有利于取樣判決。 取樣判決

35、器取樣判決器是一個(gè)識(shí)別電路，在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時(shí)刻 （ 由位定時(shí)脈沖控制） 對(duì)接收濾波器的輸出波形進(jìn)行取樣判決，再恢復(fù)或再生基帶信號(hào)。 基帶碼型譯碼基帶碼型譯碼將取樣判決器送出的信號(hào)還原成原始信碼。二、數(shù)字基帶傳輸?shù)幕緶?zhǔn)則 基帶傳輸中的碼間串?dāng)_數(shù)字通信的主要質(zhì)量指標(biāo)是傳輸速率和誤碼率，當(dāng)信道一定時(shí)，傳輸速率越高誤碼率越大。由于數(shù)字基帶信號(hào)頻譜很寬，在通過(guò)一個(gè)低通濾波器時(shí)，高頻部分的分量會(huì)受到很大的衰減，信號(hào)的波形會(huì)發(fā)生變化，如圖 所示。這是由于作為信道的濾波器的帶寬不夠而使信號(hào)中的高頻分量丟失，從而使信號(hào)變得平滑。因信道頻帶有限而產(chǎn)生的基帶信號(hào)的頻率失真是導(dǎo)致基帶傳輸系統(tǒng)產(chǎn)

36、生碼間串?dāng)_的主要原因。矩形脈沖傳輸波形失真示意圖） 傳輸前的半占空比矩形脈沖） 傳輸后的失真脈沖波形碼間串?dāng)_的程度與取樣時(shí)刻、碼元速率、基帶碼型和傳輸系統(tǒng)的頻率特性等因素有關(guān)，碼間串?dāng)_嚴(yán)重時(shí)將引起誤碼。在不考慮噪聲影響時(shí)，碼間串?dāng)_對(duì)誤碼的影響如圖所示。碼元發(fā)生誤碼的原因之一是信道加性噪聲，原因之二是傳輸總特性 （ 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，使碼元之間相互串?dāng)_。 碼間串?dāng)_對(duì)誤碼的影響 奈奎斯特第一準(zhǔn)則當(dāng)基帶傳輸系統(tǒng)具有理想低通濾波器特性 （ 截止頻率為 fc ） 時(shí)，以截止頻率兩倍的速率 RB 2 fc 傳輸數(shù)字信號(hào)，則信道輸出響應(yīng)將無(wú)碼間串?dāng)_，這便

37、是奈奎斯特第一準(zhǔn)則，這個(gè)速率也稱為奈奎斯特速率。奈奎斯特速率是信號(hào)傳輸?shù)臉O限速率。實(shí)際的系統(tǒng)不具有理想的傳輸特性，因此信號(hào)傳輸速率都低于奈奎斯特速率。 碼間串?dāng)_的衡量眼圖一個(gè)實(shí)際的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)是不可能完全消除碼間串?dāng)_的，尤其是在信道不可能完全確知的情況下，要計(jì)算誤碼率非常困難。評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的實(shí)用方法是分析眼圖，即利用示波器觀察接收信號(hào)波形的質(zhì)量。基帶信號(hào)波形及眼圖 眼圖能直觀地表明數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)碼間串?dāng)_和噪聲的影響，能評(píng)價(jià)一個(gè)基帶系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，因此，可將眼圖理想化，簡(jiǎn)化為一個(gè)模型，如圖所示。掌握眼圖的各個(gè)指標(biāo)后，在利用均衡器對(duì)接收信號(hào)波形進(jìn)行均衡處理時(shí)，只需觀察眼圖就可以判斷均衡效

38、果，確定信號(hào)傳輸?shù)幕举|(zhì)量。 眼圖模型三、再生中繼系統(tǒng) 再生中繼系統(tǒng)的特點(diǎn)及作用再生中繼系統(tǒng)框圖如圖所示。再生中繼的目的是： 當(dāng)信噪比不太大的時(shí)候，對(duì)失真的波形及時(shí)識(shí)別判決 （ 識(shí)別出是 “” 碼還是 “” 碼） ，只要不誤判，經(jīng)過(guò)再生中繼后的輸出脈沖會(huì)完全恢復(fù)為原數(shù)字信號(hào)序列?；鶐鬏?shù)脑偕欣^系統(tǒng)框圖（） 再生中繼系統(tǒng)的特點(diǎn)） 無(wú)噪聲積累。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，由于存在再生中繼，噪聲干擾可以通過(guò)對(duì)信號(hào)的均衡放大、再生判決后去掉，所以理想的再生中繼系統(tǒng)是不存在噪聲積累的。） 有誤碼積累。因?yàn)槊總€(gè)再生中繼器都有可能誤碼，通信距離越長(zhǎng)，中繼站越多，誤碼積累越嚴(yán)重。消除誤碼積累是提高數(shù)字通信距離的關(guān)鍵

39、。（） 再生中繼系統(tǒng)的作用如圖所示為三種電纜的衰減特性。三種電纜的衰減特性 脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)不同長(zhǎng)度的電纜后波形的變化情況如圖所示為雙極性半占空碼序列經(jīng)過(guò)信道傳輸后的失真波形。 雙極性半占空碼序列經(jīng)過(guò)信道傳輸后的失真波形） 傳輸前的波形） 傳輸后的波形 再生中繼器（） 電路組成 再生中繼器的電路組成） 均衡放大電路。均衡放大電路的主要功能是將接收到的失真信號(hào)均衡放大成易于取樣判決的波形 （ 均衡波形） 。放大的目的是為了補(bǔ)償線路對(duì)信號(hào)的衰減，為后級(jí)電路提供合適的信號(hào)幅度。） 時(shí)鐘提取電路。時(shí)鐘提取電路的主要功能是從輸入信號(hào)中提取時(shí)鐘信號(hào)，為判決再生電路提供與發(fā)送端同頻同相的時(shí)鐘脈沖。） 判決再生電

40、路。判決再生電路又稱為識(shí)別再生電路，其主要功能是從經(jīng)過(guò)均衡放大后的均衡波中判決出 “” 碼或 “” 碼，然后再生出與發(fā)送端相同的脈沖波形。再生中繼器電路中各點(diǎn)波形（） 大規(guī)模集成電路再生中繼器 （ CD22301） CD22301 的引腳排列圖） 電路組成。 CD22301的電路組成四、RS-232標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 RS-232標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 RS 是英文 “ 推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232 為標(biāo)識(shí)號(hào)。經(jīng)過(guò)歷年的使用和發(fā)展，RS-232C標(biāo)準(zhǔn) （協(xié)議） 為 RS232的最新一次修改 （1969） 標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 DTE （Data Terminal Equipment，數(shù)據(jù)終端設(shè)備） 和

41、 DCE （Data Communication Equipement，數(shù)據(jù)通信設(shè)備） 之間的通信方法。 接口） 接口實(shí)物圖） 和 連接器引腳的定義 其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介（） RS-422 標(biāo)準(zhǔn) RS-422 是傳統(tǒng) Apple 計(jì)算機(jī)的串口連接標(biāo)準(zhǔn)。它使用差分信號(hào)，RS-232使用非平衡參考地的信號(hào)。差分傳輸使用兩根線發(fā)送和接收信號(hào)，相對(duì)于 RS-232 ，它有更好的抗噪性能和更遠(yuǎn)的傳輸距離。RS-422的最大傳輸距離為 4000 英尺 （ 約 1219） ，最大傳輸速率為 10Mbps。（） RS-485 標(biāo)準(zhǔn)RS-485是 RS-422 的改進(jìn)，RS-485和 RS-422都支持多點(diǎn)通信能力

42、，但 RS-485 可允許最多 32 個(gè)設(shè)備，而 RS-422 的限制為 10 個(gè)。RS-485 同時(shí)定義了在最大設(shè)備個(gè)數(shù)情況下的電氣特性，以保證足夠的信號(hào)電壓。有了多個(gè)設(shè)備的能力，可以使用單個(gè) RS-485 串口建立設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。（） USB接口USB 是一個(gè)外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的連接和通信。USB 接口可連接 127 種外設(shè)，如鼠標(biāo)和鍵盤等。USB設(shè)備主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：） 可以熱插拔。） 攜帶方便。） 標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。） 可以連接多個(gè)設(shè)備。 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 定時(shí)和同步原理學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握二進(jìn)制幅移鍵控 （） 的工作原理。 掌握二進(jìn)制頻移鍵控 （） 的工作原理。 掌握二

43、進(jìn)制相移鍵控 （ 和 ） 的工作原理。 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制一、 調(diào)制概述 基帶信號(hào)調(diào)制的過(guò)程和作用下圖說(shuō)明了基帶信號(hào)的特征，無(wú)論是模擬基帶信號(hào)還是數(shù)字基帶信號(hào)都有這樣的特點(diǎn)： 其頻譜是包括 （ 或不包括） 直流分量的低通頻譜，最高頻率和最低頻率之比遠(yuǎn)大于 。 基帶信號(hào)的特征如圖所示是調(diào)制解調(diào)信號(hào)的變換過(guò)程，從中可以看出調(diào)制在通信中的作用主要有以下幾個(gè)方面：（） 調(diào)制將基帶信號(hào)頻譜搬移到一定的頻帶范圍以適應(yīng)信道的要求。（） 經(jīng)過(guò)調(diào)制后的頻帶信號(hào)更容易輻射，從而滿足無(wú)線通信的要求。（） 實(shí)現(xiàn)頻率分配。（） 實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。（） 減少噪聲和干擾的影響，提高系統(tǒng)抗干擾能力。調(diào)制解調(diào)信號(hào)的變換過(guò)程 調(diào)制的類型

44、如圖所示為調(diào)制的基本過(guò)程。根據(jù)輸入信號(hào) s （ t） 的不同，可以將調(diào)制分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。調(diào)制的基本過(guò)程如圖所示，如果調(diào)制以后的頻譜和原始信號(hào)頻譜呈線性搬移關(guān)系，則這種調(diào)制為線性調(diào)制。 線性調(diào)制和非線性調(diào)制 數(shù)字調(diào)制的種類數(shù)字調(diào)制用載波信號(hào)的某些離散狀態(tài)來(lái)表征所傳送的信息，其過(guò)程類似于對(duì)高頻載波信號(hào)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制的工作狀態(tài)，所以數(shù)字調(diào)制通常稱為數(shù)字鍵控。數(shù)字調(diào)制的種類二、 二進(jìn)制幅移鍵控 2ASK（通斷鍵控 OOK）用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波幅度進(jìn)行調(diào)制的方式稱為幅移鍵控。幅移鍵控 （ 也稱振幅調(diào)制） 記作 ASK，或稱其為開(kāi)關(guān)鍵控 （ 通斷鍵控） ，記作 OOK （ On Off Keying

45、） 。二進(jìn)制幅移鍵控通常記作 2ASK。 基本原理及其產(chǎn)生方法（） 基本原理2ASK的原理是利用代表數(shù)字信息的 “0” 或 “1” 碼的基帶矩形脈沖去鍵控一個(gè)連續(xù)的載波，使載波時(shí)斷時(shí)續(xù)地輸出，有載波輸出時(shí)表示發(fā)送 “1” 碼，無(wú)載波輸出時(shí)表示發(fā)送 “0” 碼，如圖所示。 信號(hào)波形示意圖（） 產(chǎn)生方法） 模擬振幅調(diào)制法。通過(guò)乘法器直接將高頻載波和二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào) （ 單極性不歸零碼波形） 相乘得到 2ASK 信號(hào)。） 數(shù)字鍵控法。由二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去控制一個(gè)開(kāi)關(guān)電路，當(dāng)信碼為 “1” 時(shí)，開(kāi)關(guān)接通，有高頻載波輸出； 當(dāng)信碼為 “0” 時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，無(wú)高頻載波輸出。 波形的產(chǎn)生方法） 模擬振幅

46、調(diào)制法） 數(shù)字鍵控法在實(shí)際應(yīng)用中，2ASK信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法如圖所示。 信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法 2ASK信號(hào)的解調(diào)方法從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)基帶信號(hào)的過(guò)程稱為解調(diào)，它是調(diào)制的逆過(guò)程，有兩種基本解調(diào)方法，即非相干解調(diào) （ 包絡(luò)檢波法） 和相干解調(diào) （ 同步檢波法） 。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，非相干解調(diào)是指接收端不需要恢復(fù)載波信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)解調(diào)，而相干解調(diào)則是在接收端必須恢復(fù)與發(fā)送端一致的載波才能實(shí)現(xiàn)解調(diào)。（） 2ASK信號(hào)的非相干解調(diào)非相干解調(diào)又稱包絡(luò)檢波法，其原理如圖所示。低通濾波器的作用是濾除高頻雜波，使基帶信號(hào) （ 包絡(luò)） 通過(guò)。 信號(hào)的非相干解調(diào)如圖所示是2ASK信號(hào)的非相干解調(diào)的各點(diǎn)波形。 信號(hào)的非相干解調(diào) （ 包絡(luò)檢

47、波） 框圖中各點(diǎn)波形） 通過(guò)帶通濾波器后的波形） 全波整流后的波形） 包絡(luò)檢波器檢出的包絡(luò)） 取樣判決后恢復(fù)的波形（） 2ASK信號(hào)的相干解調(diào)相干解調(diào)就是同步解調(diào)，如圖所示。采用相干解調(diào)接收端必須提供一個(gè)與 2ASK信號(hào)載波保持同頻、 同相的相干載波信號(hào)，可以通過(guò)窄帶濾波器或鎖相環(huán)來(lái)提取同步載波。 信號(hào)的相干解調(diào) （ 同步解調(diào)） 信號(hào)的相干解調(diào)框圖中各點(diǎn)波形三、 二進(jìn)制頻移鍵控 （2FSK）用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波頻率進(jìn)行調(diào)制的方式稱為頻移鍵控，頻移鍵控 （ 也稱為頻率調(diào)制） 記作 FSK，二進(jìn)制數(shù)字頻移鍵控通常記作 2FSK。 基本原理及其產(chǎn)生方法（） 基本原理 2FSK的原理是用載波的頻率變化

48、傳送數(shù)字信號(hào)，即用所傳送的數(shù)字信號(hào)控制載波的頻率變化，而載波的幅度則保持不變。如圖所示為 2FSK信號(hào)波形示意圖。 信號(hào)波形示意圖（） 產(chǎn)生方法） 模擬調(diào)頻法。所謂模擬調(diào)頻法就是用輸入的基帶脈沖去控制一個(gè)振蕩器的某種參數(shù)而達(dá)到改變振蕩器頻率的目的，其電路框圖如圖 所示。） 頻率選擇法。2FSK信號(hào)的另一種產(chǎn)生方法是頻率選擇法，即利用受矩形脈沖序列控制的開(kāi)關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通，如圖 所示。 波形的產(chǎn)生方法） 模擬調(diào)頻法） 頻率選擇法 2FSK 信號(hào)的解調(diào)方法2FSK信號(hào)同樣有兩種基本的解調(diào)方法，即相干解調(diào) （ 相干接收法） 和非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法） 。頻率選擇法產(chǎn)生 信號(hào)的電路

49、原理圖及各點(diǎn)波形） 電路原理） 各點(diǎn)波形（） 相干解調(diào)相干解調(diào)法的電路原理框圖如圖所示。圖中接收信號(hào)通過(guò)并聯(lián)的兩路帶通濾波器濾波，與接收機(jī)電路產(chǎn)生的本地相干載波相乘并經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波后，在本地的定時(shí)取樣脈沖的控制下進(jìn)行取樣判決。這種方式設(shè)計(jì)出來(lái)的接收機(jī)都比較復(fù)雜。 相干解調(diào)電路原理框圖（） 非相干調(diào)解分路濾波包絡(luò)檢波法分路濾波包絡(luò)檢波法的電路原理框圖如圖所示。分路濾波包絡(luò)檢波法的缺點(diǎn)是頻帶利用率低，但比較容易實(shí)現(xiàn)，主要用于解調(diào)相位不連續(xù)的 2FSK信號(hào)。 信號(hào)分路濾波包絡(luò)檢波法電路原理框圖及各點(diǎn)波形） 電路原理） 各點(diǎn)波形（） 非相干解調(diào)過(guò)零檢測(cè)法如圖所示為過(guò)零檢測(cè)法的電路原理框圖。過(guò)零檢測(cè)法的電

50、路原理框圖 過(guò)零檢測(cè)法電路原理框圖中各點(diǎn)波形如圖所示。過(guò)零檢測(cè)法各點(diǎn)波形 2FSK的應(yīng)用ITU-T的 V.21標(biāo)準(zhǔn)即是 2FSK技術(shù)在傳真機(jī)上的應(yīng)用，它描述了用于在電話網(wǎng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾蕿?300bps的 Modem 的技術(shù)參數(shù)，其主呼頻率為 1270Hz（ 1 碼） 、1070 Hz （0 碼） ，被呼頻率為 2225Hz（1 碼） 、 2025Hz（0 碼） ，這樣主叫和被叫各有一對(duì)頻率的信號(hào)在同一條電話線上雙向傳輸而互不干擾。四、 二進(jìn)制相移鍵控 （2PSK） 基本原理及其產(chǎn)生方法（） 絕對(duì)相移鍵控 （ PSK）絕對(duì)相移鍵控就是利用同一載波的不同相位去直接傳送數(shù)字信號(hào)，而載波振幅和頻

51、率保持不變的一種方法。2PSK波形示意圖如圖所示，圖中所有數(shù)字信號(hào) “” 碼對(duì)應(yīng)載波信號(hào)的 相位，而 “” 碼對(duì)應(yīng)載波信號(hào)的 相位 （ 反之亦可） 。 波形示意圖二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種： 模擬調(diào)相法和相移鍵控法 （ 見(jiàn)圖 ） 。2PSK模擬調(diào)相法的框圖如圖 所示，2PSK 相移鍵控法的框圖如圖所示。 信號(hào)的產(chǎn)生方法） 模擬調(diào)相法） 相移鍵控法（） 相對(duì)相移鍵控 （ DPSK）相對(duì)相移鍵控也稱差分相移鍵控，它用載波相位的相對(duì)變化來(lái)傳送數(shù)字信號(hào)，即數(shù)字 和 信號(hào)的相位不是以某個(gè)固定的相位 （ 如載波的相位） 為基準(zhǔn)，而是以相鄰的前一碼元的相位為基準(zhǔn)。2DPSK波形示意圖如圖所示。

52、波形示意圖2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生方法有模擬調(diào)相法和相移鍵控法，如圖所示，一般采用相移鍵控法，即先將絕對(duì)碼轉(zhuǎn)換為相對(duì)碼，然后使用該相對(duì)碼進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相。所謂絕對(duì)碼是指每一脈沖只決定本身的值，與前后碼元無(wú)關(guān)； 而相對(duì)碼則是指用前后脈沖的差別來(lái)傳輸數(shù)字信息。 信號(hào)的產(chǎn)生方法） 模擬調(diào)相法） 相移鍵控法絕對(duì)碼和相對(duì)碼是可以互相轉(zhuǎn)換的，實(shí)現(xiàn)的方法是使用模二加法器和延遲器 （ 延遲一個(gè)碼元寬度 Tb ），如圖所示。絕對(duì)碼與相對(duì)碼的互相轉(zhuǎn)換電路） 絕對(duì)碼轉(zhuǎn)換為相對(duì)碼） 相對(duì)碼轉(zhuǎn)換為絕對(duì)碼如圖所示為信碼為00111001 的 2PSK和 2DPS 波形。 信碼為 的 和 波形 相移鍵控矢量圖為了便于理解相移鍵控，

53、一般將每個(gè)碼元用圖所示的矢量圖表示。根據(jù) ITU-T建議，圖 稱為 方式，圖 稱為 方式。在 方式中，每個(gè)碼元的載波相位相對(duì)基準(zhǔn)相位可取 或 ； 在 方式中，每個(gè)碼元的載波相位相對(duì)基準(zhǔn)相位可取 。 矢量圖） 方式） 方式 相移鍵控的解調(diào)（） 絕對(duì)相移鍵控的解調(diào)絕對(duì)相移鍵控 （2PSK） 的解調(diào)原理框圖如圖所示。 的解調(diào)原理框圖二進(jìn)制絕對(duì)相移鍵控解調(diào)各點(diǎn)波形如圖所示。2PSK信號(hào)相干解調(diào)的過(guò)程實(shí)際上是輸入信號(hào)與本地載波信號(hào)進(jìn)行極性比較的過(guò)程，這種解調(diào)方法通常稱為極性比較法。 解調(diào)各點(diǎn)波形在 2PSK解調(diào)中，關(guān)鍵是恢復(fù)發(fā)送端的載波信號(hào)。通常的方法是倍頻分頻法，如圖所示。 倍頻分頻法提取相干載波法框

54、圖（） 相對(duì)相移鍵控的解調(diào)） 極性比較法解調(diào)實(shí)際上是產(chǎn)生相對(duì)相移鍵控的反過(guò)程，即先按絕對(duì)相移鍵控接收，將 2DPSK信號(hào)解調(diào)為相對(duì)碼基帶信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)碼型變換器將相對(duì)碼變換為絕對(duì)碼。極性比較法解調(diào)原理框圖及各點(diǎn)波形如圖所示。極性比較法解調(diào)原理框圖及各點(diǎn)波形） 原理框圖） 各點(diǎn)波形） 相位比較法解調(diào)直接使用相位比較器比較前、 后碼元載波的相位差而實(shí)現(xiàn)解調(diào)，故又稱為差分相干解調(diào)，如圖所示。相位比較法解調(diào) 原理框圖上圖中取樣判決器的判決原則如下： 取樣值大于 0 時(shí)判 “0” ，取樣值小于 0時(shí)判 “1” 。如圖所示為相位比較法解調(diào) DPSK 原理框圖中各點(diǎn)波形。相位比較法解調(diào) 原理框圖中各點(diǎn)波形相

55、位比較法解調(diào) 原理框圖中各點(diǎn)波形極性比較法解調(diào)與相位比較法解調(diào)這兩種解調(diào)方案，都能進(jìn)行 DPSK 解調(diào)，都不存在相位倒置問(wèn)題。五、 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較 頻帶寬度當(dāng)碼元寬度為 TS 時(shí)，2ASK系統(tǒng)、 2PSK 系統(tǒng)和 2DPSK系統(tǒng)的帶寬均為 2 TS ，2FSK系統(tǒng)的帶寬為 f f1 TS 。也就是說(shuō)，當(dāng)傳輸碼率相同時(shí)，PSK、 DPSK、 ASK系統(tǒng)具有相同的帶寬，而 FSK系統(tǒng)的頻帶利用率最低。 設(shè)備的復(fù)雜性對(duì)于二進(jìn)制幅移鍵控、 頻移鍵控、 相移鍵控三種調(diào)制方式來(lái)說(shuō)，發(fā)送端設(shè)備的復(fù)雜性相差不多。而接收端的復(fù)雜程度則與所選用的調(diào)制和解調(diào)方式有關(guān)。對(duì)于同一種調(diào)制方式，采用相干解調(diào)的

56、設(shè)備要比非相干解調(diào)時(shí)復(fù)雜，而同為非相干解調(diào)時(shí)，2DPSK的設(shè)備最復(fù)雜，2FSK次之，2ASK最簡(jiǎn)單。綜上所述，在選擇調(diào)制、 解調(diào)方式時(shí)，就系統(tǒng)的抗噪聲性能而言，2PSK系統(tǒng)最好，但會(huì)出現(xiàn)倒相問(wèn)題，所以 2DPSK 系統(tǒng)更實(shí)用。如果對(duì)數(shù)據(jù)傳輸率要求不高 （1200bps 或以下） ，特別是在衰落信道中傳送數(shù)據(jù)，則 2FSK系統(tǒng)可作為首選。學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握多進(jìn)制幅移鍵控 （） 的概念。 掌握多進(jìn)制頻移鍵控 （） 的概念。 掌握多進(jìn)制相移鍵控 （） 的概念。 了解其他數(shù)字調(diào)制技術(shù)。 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制一、 多進(jìn)制幅移鍵控 （MASK） 多進(jìn)制幅移鍵控 （ MASK） 又稱多電平調(diào)幅，使用多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)

57、調(diào)制發(fā)送載波的幅度參數(shù)，產(chǎn)生多電平調(diào)幅信號(hào)。MASK是一種高效率的傳輸方式，它在單位頻帶內(nèi)的信息傳輸速率較高。但由于它的抗噪聲能力較差，尤其是抗衰落的能力不強(qiáng)，因而一般只適宜在恒參信道下采用，比如常見(jiàn)的明線、 對(duì)稱電纜和同軸電纜等有線信道。在 M 進(jìn)制幅移鍵控信號(hào)中，載波幅度有 M 種。當(dāng) M 時(shí)，MASK 信號(hào)的波形如圖所示。 波形示意圖） 多進(jìn)制基帶信號(hào)） 的已調(diào)波形二、 多進(jìn)制頻移鍵控 （ MFSK ）多進(jìn)制頻移鍵控 （ MFSK） 簡(jiǎn)稱多頻調(diào)制，它用 M 個(gè)不同頻率的載波代表 種數(shù)字信號(hào)，是 2FSK的直接推廣。MFSK 是無(wú)線通信中廣泛采用的一種調(diào)制方式，它的主要缺點(diǎn)是信號(hào)頻帶寬、

58、頻帶利用率低。因此，MFSK多用于調(diào)制速率較低及多徑延時(shí)比較嚴(yán)重的信道，如無(wú)線短波信道。三、 多進(jìn)制相移鍵控 （MPSK）多進(jìn)制相移鍵控又稱多相制，是二進(jìn)制相移鍵控的推廣。它是利用載波的多種不同的相位狀態(tài)來(lái)表征數(shù)字信息的調(diào)制方法。多進(jìn)制相移鍵控的基本規(guī)則是用多進(jìn)制數(shù)字脈沖信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)，控制同一頻率載波的相位，產(chǎn)生多種不同相位的同頻多相信號(hào)。MPSK 信號(hào)還可以用矢量圖來(lái)描述，在矢量圖中通常以未調(diào)制載波相位作為參考矢量。如圖中分別畫出了 M 、 M 、M 三種情況下的矢量圖。二相、 四相、 八相數(shù)字調(diào)制矢量圖） 方式相移系統(tǒng)） 方式相移系統(tǒng)二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制相位邏輯見(jiàn)表，四進(jìn)制數(shù)字調(diào)制相位邏輯見(jiàn)

59、，八進(jìn)制數(shù)字調(diào)制相位邏輯見(jiàn)表。二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制相位邏輯 四進(jìn)制數(shù)字調(diào)制相位邏輯八進(jìn)制數(shù)字調(diào)制相位邏輯 四相相移鍵控 （4PSK、 QPSK）四相相移鍵控 （ 4PSK ） 可以由一個(gè)正交調(diào)制而得到，因此又稱它為正交相移鍵控（ QPSK ） 。如圖所示為用模擬調(diào)相法產(chǎn)生 方式 4PSK信號(hào)的原理框圖。用模擬調(diào)相法產(chǎn)生 方式 信號(hào)的原理框圖用相移鍵控法產(chǎn)生 4PSK信號(hào)的原理框圖如圖所示。 用相移鍵控法產(chǎn)生 信號(hào)的原理框圖由于四相絕對(duì)相移信號(hào)可以看成兩個(gè)正交 2PSK信號(hào)的合成，對(duì)應(yīng)圖中 方式的 4PSK信號(hào)的解調(diào)，可以采用與 2PSK 信號(hào)類似的解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)。 方式 信號(hào)相干解調(diào)的原理框圖 四

60、相相對(duì)相移鍵控 （ QDPSK） 所謂四相相對(duì)相移鍵控是利用前后碼元之間的相對(duì)相位變化來(lái)表示數(shù)字信息的。四、 其他數(shù)字調(diào)制技術(shù)簡(jiǎn)介 多進(jìn)制正交幅度調(diào)制 （ QAM）正交幅度調(diào)制 （ QAM） 是幅度與相位相結(jié)合的調(diào)制方式，這種方式屬于數(shù)字復(fù)合調(diào)制方式，一般稱為幅相鍵控 （ APK） 調(diào)制。它是利用兩個(gè)獨(dú)立的基帶波形對(duì)兩個(gè)相互正交的載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制，即利用已調(diào)信號(hào)在相同帶寬內(nèi)的頻譜正交來(lái)實(shí)現(xiàn)兩路數(shù)字信號(hào)的傳輸。 調(diào)制和解調(diào)的原理框圖） 調(diào)制） 解調(diào) 最小頻移鍵控 （MSK ） 調(diào)制和高斯濾波最小頻移鍵控 （ GMSK）（） MSK調(diào)制MSK是 FSK 的一種改進(jìn)形式。由于 MSK 的