現(xiàn)代通信技術(shù)課件

第1章現(xiàn)代通信技術(shù)概述

1．1緒論1．2信號1．3通道及其容量1．4通信系統(tǒng)1．5數(shù)字通信的發(fā)展與現(xiàn)狀1．6通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.1緒論通信的發(fā)展資訊高速公路

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1.2信號信號的定義。

信號是隨時(shí)間變化的某種物理量信號傳遞方式。信號的分類。連續(xù)信號與離散信號確定信號和隨機(jī)信號週期信號與非週期信號回第一章首頁1.3通道及其容量數(shù)字通道的容量模擬通道的容量回第一章首頁1.4通信系統(tǒng)終端設(shè)備。終端設(shè)備的主要功能是把待傳送的資訊和在通道上傳送的信號進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換傳輸鏈路。傳輸鏈路是連接源點(diǎn)和終點(diǎn)的媒介和通路交換設(shè)備。交換設(shè)備的基本功能是完成接入點(diǎn)鏈路的彙集、轉(zhuǎn)接和分配

回第一章首頁1.4.1模擬通信

模擬通信利用模擬信號來傳遞消息。模擬通信系統(tǒng)框圖如圖1-1所示圖1-1模擬通信系統(tǒng)信源調(diào)製器通道解調(diào)器信宿調(diào)製器

1.4.1模擬通信模擬通信系統(tǒng)的缺點(diǎn)是傳輸?shù)男盘柺沁B續(xù)的，混入雜訊後不易清除，抗干擾能力差不易進(jìn)行保密通信設(shè)備不易大規(guī)模集成不能適應(yīng)數(shù)據(jù)通信的要求1.4.2數(shù)字通信

數(shù)字通信利用數(shù)字信號來傳遞消息。數(shù)字通信系統(tǒng)框圖如圖1-2所示信源編碼信源通道編碼調(diào)製器通道解調(diào)器通道解碼信源解碼信宿發(fā)端定時(shí)同步發(fā)端定時(shí)同步雜訊圖1-2數(shù)字通信系統(tǒng)模型1.4.3數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)容易實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離通信便於實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)便於加密適於集成化、智能化1.4.3數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點(diǎn)佔(zhàn)用頻帶寬系統(tǒng)和設(shè)備比較複雜1.5數(shù)字通信的發(fā)展與現(xiàn)狀數(shù)字短波通信數(shù)字移動通信數(shù)字微波通信數(shù)字衛(wèi)星通信數(shù)字光纖通信回第一章首頁1.6通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

一個(gè)通信系統(tǒng)往往有很多指標(biāo)，這些指標(biāo)從各高個(gè)方面評價(jià)了系統(tǒng)各方面的優(yōu)劣。常用有效性和可靠性兩方面進(jìn)行考慮?；氐谝徽率醉?.6.1模擬通信系統(tǒng)的基本參數(shù)帶寬可用時(shí)間最大容許功率範(fàn)圍1.6.2數(shù)字通信系統(tǒng)的基本參數(shù)有效性系統(tǒng)的有效性主要從傳輸效率、功率利用率、和頻帶利用率三個(gè)方面有效性在數(shù)字通信系統(tǒng)中衡量系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)是差錯(cuò)率。另外，為了說明系統(tǒng)正確工作的能力，可靠性指標(biāo)還包括可靠度和中斷率回第一章首頁第2章模擬通信

2．4無線電發(fā)射機(jī)2．3角度調(diào)製2．5無線電接收機(jī)2．6頻分多路複用2．1模擬信號的傳輸方式2．2幅度調(diào)製2.1模擬信號的傳輸方式調(diào)製解調(diào)無線電發(fā)射機(jī)框圖如圖2-1無線電接收機(jī)如圖2-2模擬通信系統(tǒng)組成框圖如圖2-3

回第二章首頁2.1模擬信號的傳輸方式天線載波產(chǎn)生器調(diào)製器功率放大器基帶信號圖2-1發(fā)射機(jī)組成框圖2.1模擬信號的傳輸方式天線選頻放大器解調(diào)器基帶信號圖2-2接收機(jī)組成框圖2.1模擬信號的傳輸方式

資訊源

發(fā)射機(jī)

信道接收機(jī)受信者雜訊和干擾源圖2-3通信系統(tǒng)組成框圖提高頻率，易於輻射實(shí)現(xiàn)通道複用改變信號佔(zhàn)用的帶寬改善系統(tǒng)的性能2.1.1調(diào)製的作用

2.1.2雜訊和干擾

乘性雜訊乘性雜訊是由於通信系統(tǒng)的非理想傳輸特性而引起的，通常隨著信號的消失而消失，它的存在將引起信號的各種畸變加性雜訊加性雜訊是一種獨(dú)立於信號而存在的雜訊

2.2幅度調(diào)製幅度調(diào)製是指高頻正弦波的幅度隨調(diào)製信號作線性變化的過程，是發(fā)送設(shè)備中不可或缺的不部分。與之對應(yīng)，接收設(shè)備中必須有振幅解調(diào)電路，稱為檢波器回第二章首頁

2.2.1雙邊帶調(diào)製常規(guī)雙邊帶調(diào)製調(diào)幅過程可以看成兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的“黑盒子”，如圖2-4所示抑止載波的雙邊帶調(diào)製常規(guī)雙邊帶調(diào)製信號中，載波不傳送資訊，因此，可以只發(fā)送上、下兩個(gè)邊頻，而不發(fā)送載波，這稱為抑止載波的雙邊帶調(diào)製2.2.1雙邊帶調(diào)製調(diào)幅器uΩucu圖2-4調(diào)幅器示意圖2.2.2單邊帶調(diào)製

獨(dú)立邊帶調(diào)製獨(dú)立邊帶調(diào)製可採用濾波法、移項(xiàng)法、移項(xiàng)濾波法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶制單邊帶信號具有節(jié)省功率和頻帶的優(yōu)點(diǎn)，但難於產(chǎn)生單邊帶信號，為解決此問題，提出殘留邊帶調(diào)製2.2.3解調(diào)

從調(diào)幅波中不失真的檢出調(diào)製信號稱為解調(diào)，它是調(diào)製的逆過程，也是一種頻譜搬移電路，如圖2-5所示。非線性器件低通濾波器圖2-5振幅檢波器組成方框圖2.3角度調(diào)製

在角度調(diào)製中，已調(diào)信號的頻譜不再保持原來基帶信號的頻譜結(jié)構(gòu)，而是基帶信號與已調(diào)信號頻譜之間存在著非線性關(guān)係。如果用調(diào)製信號去控制載波信號的頻率，使載波的頻率隨調(diào)製信號的規(guī)律變化而變化，則稱為調(diào)頻；如果用調(diào)製信號去控制載波信號的相位，使載波的相位隨調(diào)製信號的規(guī)律變化而變化，則稱為調(diào)相?；氐诙率醉?.3.1調(diào)角波的數(shù)學(xué)運(yùn)算式

設(shè)調(diào)製信號運(yùn)算式為：載波信號的運(yùn)算式為則調(diào)頻波和調(diào)相波的運(yùn)算式分別為：2.3.1調(diào)角波的數(shù)學(xué)運(yùn)算式調(diào)頻波的數(shù)學(xué)運(yùn)算式調(diào)相波的數(shù)學(xué)運(yùn)算式2.3.2調(diào)角波的頻譜結(jié)構(gòu)與帶寬

調(diào)角信號的頻譜調(diào)角信號的頻譜為一貝塞爾函數(shù)調(diào)角信號的頻譜寬度（寬度調(diào)製時(shí)）2.3.2調(diào)角波的頻譜結(jié)構(gòu)與帶寬抗干擾性在相同條件下，調(diào)頻接收機(jī)輸出端的信號雜訊比要比調(diào)幅接收機(jī)大得多。信號頻譜寬度在寬度調(diào)角中，調(diào)角信號得頻譜寬度高於調(diào)幅信號得頻譜寬度。設(shè)備利用率調(diào)角系統(tǒng)的設(shè)備利用率高於調(diào)幅系統(tǒng)。2.3.3調(diào)頻方法

直接調(diào)頻直接調(diào)頻是指用調(diào)製信號直接去控制振盪器的振盪頻率。如某典型的調(diào)頻電路如圖2-6所示。圖2-6變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路2.3.3調(diào)頻方法間接調(diào)頻間接調(diào)頻就是先將調(diào)製信號積分，然後對載波進(jìn)行調(diào)相，從而間接獲得調(diào)頻。某典型的間接調(diào)頻電路如圖2-7所示。圖2-7單級回路變?nèi)荻O體調(diào)相電路2.3.4解調(diào)斜率鑒頻相位鑒頻脈衝計(jì)數(shù)式鑒頻利用門電路或鎖相環(huán)進(jìn)行鑒頻2.4無線電發(fā)射機(jī)

無線電發(fā)射機(jī)的作用是產(chǎn)生一個(gè)功率足夠大的高頻振盪信號送給發(fā)射天線，通過天線轉(zhuǎn)換成電磁波傳送到接收端。衡量發(fā)射機(jī)優(yōu)劣的技術(shù)指標(biāo)有：輸出功率、頻率範(fàn)圍與頻率間隔、頻率準(zhǔn)確度與頻率穩(wěn)定度、鄰道頻率、寄生輻射、調(diào)製特性等?；氐诙率醉?.4.1調(diào)幅發(fā)射機(jī)調(diào)幅發(fā)射機(jī)的組成框圖如圖2-8所示：天線振盪器中間放大器輸出放大器調(diào)製器圖2-8調(diào)幅發(fā)射機(jī)組成方框圖2.4.1調(diào)幅發(fā)射機(jī)在調(diào)幅發(fā)射機(jī)中，為節(jié)約頻譜資源，提高能量利用率，往往採用單邊帶發(fā)射機(jī)。某單邊帶發(fā)射機(jī)的框圖如圖2-9所示:圖2-9單邊帶發(fā)射機(jī)組成方框圖頻率變換部分音頻放大器平衡調(diào)製器混頻器放大器末級放大器邊帶濾波器天線ALC本機(jī)振盪器載波振盪器單邊調(diào)製部分2.4.2調(diào)頻發(fā)射機(jī)使用調(diào)頻調(diào)製方式的發(fā)射機(jī)稱為調(diào)頻發(fā)射機(jī)。其組成框圖如圖2-10所示晶體振盪器頻率調(diào)製器倍頻器倍頻器倍頻器音頻放大器IDC回路音頻放大器話筒緩沖放大器功率放大器12.14MHZ圖2-10調(diào)頻發(fā)射機(jī)組成方框圖×3×2×2145.68MHZ2.4.2調(diào)頻發(fā)射機(jī)調(diào)頻發(fā)射機(jī)與調(diào)幅發(fā)射機(jī)比較，具有如下特點(diǎn)：佔(zhàn)用頻帶寬具有較強(qiáng)的抗干擾性能功率利用率高2.5無線電接收機(jī)

接收無線電信號的設(shè)備稱為無線電接收機(jī)。衡量接收機(jī)性能的主要性能指標(biāo)有：靈敏度選擇性失真度波段覆蓋工作穩(wěn)定性回第二章首頁2.5.1調(diào)幅接收機(jī)

直接放大式直接放大式接收機(jī)稱為調(diào)諧方法式，其結(jié)構(gòu)方框圖如圖2-11所示高頻放大器檢波器音頻放大器本機(jī)振盪器圖2-11直接放大式接收機(jī)組成方框圖2.5.1調(diào)幅接收機(jī)超外差接收機(jī)典型超外差接收機(jī)框圖如圖2-12所示高頻放大器混頻器中頻放大器檢波器音頻放大器本機(jī)振盪器圖2-12超外差式接收機(jī)方框圖2.5.2單邊帶接收機(jī)

單邊帶接收機(jī)也是一個(gè)頻率的搬移過程單邊帶接收機(jī)設(shè)有只準(zhǔn)SSB信號通過的帶同濾波器2.5.3調(diào)頻接收機(jī)

接收調(diào)頻信號的接收機(jī)稱為調(diào)頻接收機(jī)典型的調(diào)頻接收機(jī)框圖如圖2-13所示高頻放大器第一混頻器限幅器第二混頻器第二中頻放大器第一中頻放大器天線第二本機(jī)振盪器第一本機(jī)振盪器圖2-13調(diào)頻接收機(jī)組成方框圖揚(yáng)聲器鑒頻器音頻放大器靜噪電路2.6頻分多路複用

若干路資訊在同一通道中傳送稱為多路複用。按頻率分割信號的方法稱為頻分複用。在頻分多路複用中，通道的可用頻帶被分割成若干互不交疊的頻段，每路信號佔(zhàn)據(jù)其中一個(gè)頻段，以實(shí)現(xiàn)多路複用的FDM信號在同一通道中傳輸。頻分多路複用的框圖如圖2-14所示?；氐诙率醉?.6頻分多路複用CH2CHNCH1LPF調(diào)製器BPFBPF解調(diào)器LPFLPF解調(diào)器BPFLPF調(diào)製器BPFLPFBPF調(diào)製器BPFLPF解調(diào)器信道輸出CH1CH2CHN信號………圖2-14頻分多路複用原理方框圖回第二章首頁第3章數(shù)字通信

3.1緒論3.2信源編碼3.3時(shí)分多路複用3.4數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)簡介3.1緒論

通信系統(tǒng)按傳輸?shù)男盘栃问娇煞譃槟M通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)按傳輸媒介可分為有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)按通信業(yè)務(wù)可分為電話、電報(bào)、傳真、電視等回第三章首頁3.1.1數(shù)字信號信號是資訊的表現(xiàn)形式基帶信號和頻帶信號基帶信號是指含有低頻成分甚至直流成分的信號，通常，原始信號都是基帶信號頻帶信號的中心頻率相對較高，因而相對帶寬窄3.1.1數(shù)字信號

模擬信號模擬信號是指時(shí)間和狀態(tài)都連續(xù)的信號數(shù)字信號數(shù)字信號是指時(shí)間和狀態(tài)都離散的信號典型的數(shù)字信號波形如圖3-1所示3.1.1數(shù)字信號

圖3-1數(shù)字信號波形3-1a二進(jìn)位數(shù)字信號圖3-1b四進(jìn)制數(shù)字信號a）b）10101

000110

11

013.1.2數(shù)字通信系統(tǒng)的模型

典型數(shù)字通信的模型如圖3-2所示圖3-2數(shù)字通信系統(tǒng)的模型

同步信源信源編碼信道編碼調(diào)製通道解調(diào)信道解碼信源解碼幹?jǐn)_

同步3.1.3數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

比特概率碼元資訊量傳信率傳碼率誤碼率頻帶利用率3.1.4數(shù)字通信的特點(diǎn)

抗干擾能力強(qiáng)通信效率高保密性能好便於構(gòu)成綜合數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)佔(zhàn)用頻帶寬3.2信源編碼

信源編碼的任務(wù)包含兩個(gè)方面：將輸入信號變換成適於在數(shù)字通信系統(tǒng)處理和傳輸?shù)臄?shù)字信號。通過信源編碼提高數(shù)字信號的有效性，盡可能減小信號中的多餘度，進(jìn)行壓縮信號帶寬的編碼，使單位時(shí)間單位系統(tǒng)頻帶上所傳輸?shù)馁Y訊量最大?；氐谌率醉?.2.1脈衝編碼調(diào)製（PCM）取樣取樣也稱為抽樣，它是把時(shí)間連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散的信號的過程，取樣示意圖如圖3-3所示。3.2.1脈衝編碼調(diào)製（PCM）s(t)PAMms(t)m(t)tttK圖3-3取樣過程示意圖3.2.1脈衝編碼調(diào)製（PCM）

對於上限頻率為Fh的限帶信號，如果用Fs

2Fh的信號對它進(jìn)行取樣，則原信號將被所得到的取樣值完全地確定。或者可以通過截止頻率為Fh的理想低通濾波器完全地恢復(fù)原信號。這就是著名的奈奎斯特取樣定理。3.2.1脈衝編碼調(diào)製（PCM）

取樣時(shí)，由於模擬信號m(t)的值是連續(xù)變化的，取樣後，取樣器輸出的脈衝頂部是變化的，為獲得近似不變的準(zhǔn)確的取樣值，要求s(t)的脈衝寬度

應(yīng)盡可能窄。另一方面，在後面的量化過程中，為保證量化編碼的要求，取樣值必須保持一段時(shí)間，這一過程稱為取樣保持。3.2.1脈衝編碼調(diào)製（PCM）

量化取樣後的PAM信號幅度仍是連續(xù)變化的，不能進(jìn)行編碼。因此，還必須進(jìn)行數(shù)位化的第二步——幅度離散化處理，即量化量化分為：均勻量化非均勻量化3.2.1脈衝編碼調(diào)製（PCM）

均勻量化：對PAM信號的樣值幅度進(jìn)行量化處理，也稱為分層或分級。在數(shù)字技術(shù)中，量化過程實(shí)際上是將樣值信號的最大幅度範(fàn)圍（設(shè)為-um~+um）劃分為2n個(gè)區(qū)間，即可用2n個(gè)離散值來表示PAM的樣值幅度變化，並且經(jīng)量化後，每一個(gè)樣值都將被這些離散值所取代，這些電平被稱為量化電平，用量化電平取代每個(gè)取樣值的過程稱為量化，分層區(qū)間電平是一致的，因此稱為均勻量化。

3.2.1脈衝編碼調(diào)製（PCM）

非均勻量化：取樣信號量化後的信噪比與量化比特?cái)?shù)n成正比。n每增加或減小1bit，信噪比將相應(yīng)變化6dB。隨輸入信號幅度的下降，信噪比將嚴(yán)重惡化。因?yàn)樵诹炕鞔_定後，N和

確定，隨輸入信號幅度的下降，相當(dāng)於被量化的級數(shù)小於N，使量化誤差增大，雜訊增大

。為克服均勻量化過程中造成的小信號量化信噪比惡化的缺點(diǎn)，提出了非均勻量化，所謂非均勻量化，指當(dāng)信號幅度小時(shí)，量化臺階也小，信號幅度大時(shí)，量化臺階也大。3.2.1脈衝編碼調(diào)製（PCM）

非均勻量化一般採用13折線A率壓擴(kuò)特性，可採用逐次回饋比較型PCM編碼器，其組成框圖如圖3-4所示PAM取樣器整流器保持電路比較器本地解碼器極性碼圖3-4逐次回饋比較型PCM編碼器3.2.2預(yù)測編碼

所謂預(yù)測編碼，是根據(jù)上一時(shí)刻的信號樣值預(yù)測下一個(gè)樣值，並僅把預(yù)測值與當(dāng)前的實(shí)際樣值之差（即預(yù)測誤差）加以量化、編碼後進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?。也可以說，預(yù)測編碼是利用信號的相關(guān)性，根據(jù)當(dāng)前和過去的信號值來預(yù)測未來的信號值。這樣，預(yù)測誤差信號與原信號相比，功率減小，幅度範(fàn)圍減小，但原信號所包含的資訊仍保持完整。如果解調(diào)，在量化雜訊相同的情況下，傳輸預(yù)測誤差所需的量化比特?cái)?shù)將比PCM方式的要少，這就有效地去除了多餘資訊，達(dá)到了壓縮頻帶、提高效率地目的。3.2.2預(yù)測編碼

簡單增量調(diào)製（

M）總和增量調(diào)製（

-

M）自適應(yīng)增量調(diào)製（ADM）差值脈碼調(diào)製（DPCM）自適應(yīng)預(yù)測編碼（ADPCM）霍夫曼編碼（屬於最佳的不等長編碼，即按信號的大小配置不同的碼元，從而提高編碼效率，壓縮頻帶）3.3時(shí)分多路複用（TDM）

為了提高通信系統(tǒng)的傳輸速率，充分利用設(shè)備，絕大多數(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)都採用時(shí)分多路複用技術(shù)（TDM）。在時(shí)分多路傳輸系統(tǒng)中，各路信號輪流在不同的時(shí)隙傳輸，每一路所占的頻帶相同。對採用PCM方式的數(shù)字電話而言，採用時(shí)分多路複用是很適合的?；氐谌率醉?.3.1時(shí)分多路複用的基本概念

在時(shí)分多路複用時(shí)，每路信號脈衝重複出現(xiàn)的週期稱為幀。一幀的時(shí)間是125us，一幀內(nèi)包含了每路信號的一個(gè)樣值脈衝。

?圖3-5時(shí)分多路複用示意圖3.3.230/32路PCM通信系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)30/32路PCM基群的幀結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-6所示：

同步時(shí)隙話路時(shí)隙標(biāo)誌時(shí)隙話路時(shí)隙1幀=32個(gè)時(shí)隙=256比特=125usTS0TS1TS2…

…TS15TS16TS17……TS29TS3TS31圖3-630/32路PCM通信系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)3.4數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)簡介

為了存儲、處理和傳輸這些數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行壓縮。相比之下，語音的數(shù)據(jù)量較小，且基本壓縮方法己經(jīng)成熟，目前的數(shù)據(jù)壓縮研究主要集中於圖像和視頻信號的壓縮方面數(shù)據(jù)壓縮方法種類繁多，可以分為無損壓縮和有損壓縮兩大類

回第三章首頁3.4數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)簡介

無損壓縮利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)冗餘進(jìn)行壓縮，可完全恢復(fù)原始數(shù)據(jù)而不引入任何失真，但壓縮率受到數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)冗餘度的理論限制，一般為2:1到5:1。損壓縮方法利用了人類視覺對圖像中的某些頻率成分不敏感的特性，允許壓縮過程中損失一定的資訊；雖然不能完全恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，但是所損失的部分對理解原始圖像的影響較小，卻換來了大得多的壓縮比。有損壓縮廣泛應(yīng)用於語音、圖像和視頻數(shù)據(jù)的壓縮。

3.4數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)簡介JPEG－靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)MPEG－運(yùn)動圖像壓縮編碼H.261－視頻通信編碼標(biāo)準(zhǔn)回第三章首頁第4章數(shù)字信號的基帶傳輸

4.1

數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)4.2數(shù)字基帶信號的再生中繼傳輸4.3中繼傳輸性能的分析4.4基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型4.5擾碼與解擾4.6PCM中繼傳輸系統(tǒng)的測量4.7差錯(cuò)控制編碼4.1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng)主要由波形變換器、發(fā)送濾波器、通道、接收濾波器和取樣判決器等組成。其組成框圖如圖4-1所示。接收濾波器基帶信號輸出基帶信號輸入波形變換器發(fā)送濾波器信道匹配濾波器取樣判決器均衡器干擾取樣定時(shí)圖4-1數(shù)字基帶傳輸示意圖回第四章首頁4.1.1限帶通道傳輸對信號波形的影響

單位衝擊回應(yīng)的特點(diǎn)回應(yīng)h(t)在t=0時(shí)有最大的輸出，隨時(shí)間的推移，輸出回應(yīng)的幅度逐漸減小，波形形成一種拖尾現(xiàn)象在時(shí)間軸上有很多的零點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)零點(diǎn)的距離為（除低頻部分）在衝擊回應(yīng)的波形圖上有很多的峰值點(diǎn)，但隨著時(shí)間的推移，峰值越來越小。所以，衝擊回應(yīng)的主要能量集中在低端4.1.2無碼間串?dāng)_的條件

如信號傳輸速率f=2fc(fc為通道帶寬)，各碼元的間隔為，則該數(shù)字序列就可以做到無碼間干擾傳輸。其中稱fc為奈奎斯特帶寬；T為奈奎斯特間隔；回應(yīng)波形為奈奎斯特脈衝。4.1.3無碼間干擾的滾降系統(tǒng)特性

雖然數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的理想低通濾波特性達(dá)到了有效性能的極限，但這種特性實(shí)現(xiàn)起來不容易。而且即便獲得了相當(dāng)逼近理想的特性，但由於h(t)的“尾巴”，在判決時(shí)刻出現(xiàn)偏差時(shí)，碼間串?dāng)_仍可能達(dá)到很大的值。所以，實(shí)際的通信系統(tǒng)一般不採用這種特性，而採用具有升余弦傳輸特性的H（j

）。4.1.4部分回應(yīng)基帶傳輸系統(tǒng)合成的部分回應(yīng)信號帶寬為，在相同進(jìn)制的條件下，其頻帶的利用率與理想低通特性傳輸系統(tǒng)的頻帶利用率相同。部分回應(yīng)可以改善理想低通特性傳輸系統(tǒng)的拖尾幅度。用部分回應(yīng)信號的脈衝波形作為系統(tǒng)的傳輸波形，當(dāng)以碼元寬度為間隔進(jìn)行判決時(shí)，只在相鄰的兩個(gè)碼元之間發(fā)生串?dāng)_，其他判決時(shí)刻不會發(fā)生串?dāng)_。4.2數(shù)字基帶信號的再生中繼傳輸

傳輸通道再生中繼系統(tǒng)回第四章首頁4.2.1PCM信號基帶傳輸通道

傳輸距離越長，波形失真越嚴(yán)重。當(dāng)傳輸距離增加到一定長度時(shí)，接收到的信號很難識別。因此，PCM數(shù)字信號的傳輸距離將受到限制，為了延長通信距離，在傳輸通道的適當(dāng)位置應(yīng)設(shè)置再生中繼設(shè)備，把已失真的信號整形後再向更遠(yuǎn)的距離傳輸，這就是PCM的再生中繼傳輸。4.2.2再生中繼系統(tǒng)和再生中繼器

再生中繼器的作用是：經(jīng)過一段距離的傳輸，當(dāng)信噪比變差時(shí)，及時(shí)識別判決以防止通道誤碼。只要不誤判，經(jīng)過再生中繼器後的輸出脈衝，會恢復(fù)成和原來一樣的標(biāo)準(zhǔn)脈衝波形

再生中繼器包括：均衡放大、定時(shí)和判決再生，其組成框圖如圖4-2所示。4.2.2再生中繼系統(tǒng)和再生中繼器判決再生時(shí)鐘提取均放抽樣判決碼形成微分整流調(diào)諧相位調(diào)整限幅整形圖4-2再生中繼器方框圖4..2.2再生中繼系統(tǒng)和再生中繼器

為了在正確的最佳的時(shí)刻識別判決均衡波是“1”碼還是“0”碼，並把它恢復(fù)成一定寬度和幅度的脈衝，各再生中繼器必須具有與發(fā)送定時(shí)絕對同步的定時(shí)電路。通常有外同步定時(shí)法和自同步定時(shí)法兩種辦法來產(chǎn)生接收端的定時(shí)時(shí)鐘信號。4.2.2再生中繼系統(tǒng)和再生中繼器外同步定時(shí)法：發(fā)送端在發(fā)送PCM信號序列的同時(shí)用另外的通道同時(shí)發(fā)送時(shí)鐘信號，以供各中繼器和接收端使用。此方法可在各中繼器和接收端獲得與發(fā)端完全同頻同相的定時(shí)時(shí)鐘，但需要有一條附加的通道，所以在實(shí)際中很少採用。自同步定時(shí)法：從傳送的PCM信號序列中提取定時(shí)信號，由於不需要附加通道傳送定時(shí)信號，所以，目前一般採用這種方法。4.2.2再生中繼系統(tǒng)和再生中繼器

再生判決由判決和脈衝形成兩部分組成，其功能有三個(gè)：

1）在最佳門限帶電壓下判決

2）在最佳判決時(shí)刻取樣

3）再生形成所需要的碼型

4.3中繼傳輸性能的分析

數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)中反映傳輸品質(zhì)的指標(biāo)是誤碼和時(shí)鐘抖動，這兩者是由於數(shù)字信號傳輸時(shí)通道特性的不理想以及通道中的雜訊和干擾造成的。關(guān)於通道的特性已在前面討論過，這裏要討論的是通道雜訊和干擾特性及其對傳輸性能的影響。

回第四章首頁4..3.1通道雜訊及干擾

電纜通道中的傳輸雜訊和干擾主要有兩個(gè)方面：通道雜訊；電纜線對之間的相互串?dāng)_4.3.2誤碼率及誤碼率的積累

PCM系統(tǒng)中的誤碼主要發(fā)生在傳輸通道（含再生中繼器）中，產(chǎn)生的原因是多方面的，包含雜訊、干擾、串音以及碼間干擾等，當(dāng)總干擾幅度超過判決電平時(shí)將產(chǎn)生誤判而出現(xiàn)誤碼。傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生的誤碼在接收端解碼後，必然使重建的PAM信號發(fā)生偏離，造成信號的失真。4.3.2誤碼率及誤碼率的積累

為便於分析，假設(shè)接收的單極性碼是矩形脈衝，幅度為A，判決門限電平為A/2；隨機(jī)雜訊是疊加在信碼脈衝上，如圖4-3所示。由圖可知，在判決時(shí)刻，當(dāng)雜訊電壓

A/2時(shí)，將使“1”碼誤判為“0”碼，即產(chǎn)生誤碼；當(dāng)雜訊電壓

A/2時(shí)，將使“0”碼誤判為“1”碼，即產(chǎn)生誤碼。4.3.2誤碼率及誤碼率的積累

AA/20TBt判決門限圖4-3雜訊疊加在數(shù)字信號上的波形4.3.2誤碼率及誤碼率的積累

如果每個(gè)中繼站的誤碼率為，而且各中繼站誤碼率之間相互獨(dú)立，兩終端之間的中繼站數(shù)目為個(gè)，則總誤碼率為：4.3相位抖動PCM信號的脈衝碼流經(jīng)過通道傳輸，各中繼站和終端站接收的脈衝在時(shí)間上不再是等間隔的，而是隨時(shí)間變動，這種現(xiàn)象稱為相位抖動。相位抖動不僅使再生判決時(shí)刻的時(shí)鐘偏離信號的最大值而產(chǎn)生誤碼，而且由於解碼後重建的PAM信號脈衝發(fā)生相位抖動，使重建後的信號產(chǎn)生波形失真。

4.3相位抖動

引起相位抖動的原因是多方面的，包含定時(shí)電路的不理想、通道干擾及雜訊以及碼元組合方式的變化等。其中，通道雜訊及干擾引起的相位抖動稱為非系統(tǒng)性抖動，它將按關(guān)係積累，顯然其影響是不大的。而系統(tǒng)性抖動是由於中繼器和終端站採用自定時(shí)方式而產(chǎn)生的，其來源包括碼間干擾、有限脈衝寬度效應(yīng)、碼元組合方式的變化等。

4.4數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型

碼型設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是提高通信的可靠性指標(biāo)。

回第四章首頁4.4.1數(shù)字基帶傳輸?shù)拇a型設(shè)計(jì)

碼型設(shè)計(jì)的原則：

1）能在接收端獲取同步資訊。即為了接收端能夠與發(fā)送端同步，從而保證接收機(jī)在最佳的時(shí)刻對所接收的信號進(jìn)行判決，需要從接收的信碼中獲取位同步資訊。

2）由於通道不適合傳輸直流成分，所以基帶信號中應(yīng)無直流成分或極小的低頻成分。

3）儘量減小基帶信號頻譜中的高頻分量。這樣可以節(jié)省傳輸頻帶，提高通道的頻譜利用率，還可以減小干擾

4）在信源信碼的統(tǒng)計(jì)特性發(fā)生變化時(shí)，不會因此而使系統(tǒng)傳輸受到影響。如當(dāng)信源信碼中出現(xiàn)連0或連1碼時(shí)，接收端不會因此而失步。4.4.1數(shù)字基帶傳輸?shù)拇a型設(shè)計(jì)碼型設(shè)計(jì)的原則：

5)能提高系統(tǒng)的可靠性。

6)系統(tǒng)的有效性指標(biāo)不能下將過多。

7)對於某些基帶傳輸碼型，通道中產(chǎn)生的單個(gè)誤碼會擾亂一段解碼過程，從而導(dǎo)致解碼輸出資訊中出現(xiàn)多個(gè)錯(cuò)誤，這種現(xiàn)象稱為誤碼增值（或誤碼擴(kuò)散）。總是希望誤碼增值越少越好。4.4.2常用碼型數(shù)字基帶信號的波形及其特點(diǎn)1)單極性非歸零碼2）雙極性非歸零碼3）單極性歸零碼4）差分碼5）數(shù)字雙相碼4.4.2常用碼型

常用傳輸碼1）信號交替反轉(zhuǎn)碼2）三階高密度雙極性碼4.4.2常用碼型

傳輸碼型變換的誤碼增值數(shù)字信號在電纜中傳輸時(shí)由於通道的不理想和雜訊干擾，接收端會出現(xiàn)誤碼，當(dāng)線路傳輸碼中出現(xiàn)一位錯(cuò)碼時(shí)，在碼型反變換後的數(shù)字碼中出現(xiàn)一個(gè)以上的數(shù)字碼錯(cuò)誤的現(xiàn)象稱為誤碼增值。4.5擾碼和解擾

減少連“0”碼以保證位定時(shí)恢復(fù)品質(zhì)是數(shù)字基帶信號傳輸?shù)囊粋€(gè)重要問題。將二進(jìn)位數(shù)字資訊先作“隨機(jī)化”處理，變?yōu)閭坞S機(jī)序列，也能限制連“0”碼的長度。這種對數(shù)字基帶信號進(jìn)行的“隨機(jī)化”處理稱為“擾碼”。回第四章首頁4.5.1m序列

m序列是最常用的一種偽隨機(jī)序列，它是最長先性回饋移位寄存器序列的簡稱。帶線性回饋邏輯的移位設(shè)定各級寄存器的初始狀態(tài)後，在時(shí)鐘觸發(fā)下，每次移位後各級積存器狀態(tài)會發(fā)生變化。觀察其中一級寄存器（通常為末級）的輸出，隨著移位時(shí)鐘節(jié)拍的推移會產(chǎn)生一個(gè)序列，稱為移位寄存器序列。移位寄存器序列是一個(gè)週期性序列，其週期不但與移位寄存器的級數(shù)有關(guān)，而且還與線性回饋邏輯有關(guān)。如某遵從的4級m序列發(fā)生器如圖4-4所示。4.5.1m序列

輸出DDDD圖4-4遵從的4級m序列發(fā)生器

該m序列可以得到＝100010011010111，週期＝15的序列。

4.5.2擾碼與解擾原理

擾碼原理是以線性回饋移位寄存器理論為基礎(chǔ)的。擾碼的一般原理框圖如圖4-5所示。分析擾碼器的工作原理時(shí)引入一個(gè)運(yùn)算符號“D”，D表示將序列延時(shí)一位，DkS表示將序列延時(shí)k位。採用延時(shí)運(yùn)算符後，可得到擾碼原理的運(yùn)算式：4.5.2擾碼與解擾原理C0=1

C3Cn-1Cn=1an-2an-3a1a0SGC1C2輸出圖4-5擾碼器的一般形式an-14.5.2擾碼與解擾原理

解擾原理：C0=1an-1C3Cn-1Cn=1an-2an-3a1a0GSC1C2圖4-6解擾器的一般形式4.5.2擾碼與解擾原理

採用擾碼和解擾能使包括連“0”碼（或連“1”碼）內(nèi)的任何輸入序列變?yōu)閭坞S機(jī)碼，因而可以在基帶傳輸系統(tǒng)中代替旨在限制連“0”碼的各種複雜的碼型變換。採用擾碼和解擾的主要缺點(diǎn)是對系統(tǒng)的誤碼率有影響；另一個(gè)缺點(diǎn)是當(dāng)輸入序列為某些偽隨機(jī)碼形式時(shí)，擾碼器的輸出可能是全0碼或全1碼。但對於實(shí)際的輸入數(shù)據(jù)序列，出現(xiàn)這種碼組的可能性很小

4.6PCM中繼傳輸系統(tǒng)的測量誤碼率是PCM中繼傳輸系統(tǒng)衡量品質(zhì)的重要指標(biāo)，它對數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和日常維護(hù)是很必要的。PCM中繼傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)氖荘CM信碼，它是一個(gè)隨機(jī)的數(shù)字信號，通常採用m序列碼（偽隨機(jī)碼）作為測試信號

回第四章首頁4.6PCM中繼傳輸系統(tǒng)的測量PCM再生中繼系統(tǒng)中再生中繼器的數(shù)目很多，且都採用無人值守方式，一旦再生中繼器發(fā)生故障，必須立即判斷故障點(diǎn)的具體位置，以便迅速採取措施，使傳輸系統(tǒng)正常工作。再生中繼系統(tǒng)的故障位置的測定是在終端局進(jìn)行遠(yuǎn)距離測試，再生中繼器的故障分為兩種，一種是全中斷，中繼無輸出；另一種是由於部件變質(zhì)或接觸不良，雖然還未到全中斷的程度，但誤碼已大增，通信品質(zhì)明顯下降。

4.7差錯(cuò)控制編碼

由於通信線路上總有雜訊存在，雜訊和有用資訊中的結(jié)果，就會出現(xiàn)差錯(cuò)。雜訊可分為兩類，一類是熱雜訊，另一類是衝擊雜訊，熱雜訊引起的差錯(cuò)是一種隨機(jī)差錯(cuò)，亦即某個(gè)碼元的出錯(cuò)具有獨(dú)立性，與前後碼元無關(guān)。衝擊雜訊是由短暫原因造成的，例如電機(jī)的啟動、停止，電器設(shè)備的放弧等，衝擊雜訊引起的差錯(cuò)是成群的，其差錯(cuò)持續(xù)時(shí)間稱為突發(fā)錯(cuò)的長度。衡量通道傳輸性能的指標(biāo)之一是誤碼率。誤碼率=錯(cuò)誤接收的碼元數(shù)/接收的總碼元數(shù)。回第四章首頁4.7.1差錯(cuò)控制方式差錯(cuò)控制方式基本上分為兩類，一類稱為“回饋糾錯(cuò)”，另一類稱為“前向糾錯(cuò)”。在這兩類基礎(chǔ)上又派生出一種稱為“混合糾錯(cuò)”。

1）回饋糾錯(cuò)

2）前向糾錯(cuò)

3）混合糾錯(cuò)4.7.2糾錯(cuò)編碼原理

糾錯(cuò)編碼的基本原理差錯(cuò)控制編碼的分類

1）按照誤碼控制的不同功能分類

2）按照誤碼產(chǎn)生的原因不同分類

3）按照資訊碼元與監(jiān)督附加碼元之間的約束方式不同分類

4）按照資訊碼元在編碼之後是否保持原來的形式是否不變分類4.7.2糾錯(cuò)編碼原理

有關(guān)誤碼控制編碼的幾個(gè)基本概念

1）資訊碼元與監(jiān)督碼元

2）許用碼組與禁用碼組

3）碼重與碼距4.7.3常用差錯(cuò)控制編碼

奇偶校驗(yàn)碼正反碼線性分組碼糾錯(cuò)原理回第四章首頁第5章數(shù)字信號的載波傳輸

5.1二進(jìn)位數(shù)字振幅調(diào)製5.2二進(jìn)位數(shù)字頻率調(diào)製5.3二進(jìn)位數(shù)字相位調(diào)製5.4二進(jìn)位數(shù)字調(diào)製系統(tǒng)的抗雜訊性能5.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)製系統(tǒng)5.1二進(jìn)位數(shù)字振幅調(diào)製

二進(jìn)位振幅鍵控ASK(AmplitudeShiftKeying)系統(tǒng)所用的基帶信號是表示二進(jìn)位數(shù)據(jù)的原始矩形脈衝信號。設(shè)二進(jìn)位數(shù)字信號為單極性不歸零脈衝，以s(t)表示，載波以Acosωct表示。那麼，二進(jìn)位振幅鍵控信號由s(t)與載波信號相乘而得到，圖5-1示出了2ASK信號的波形?；氐谖逭率醉?.1二進(jìn)位數(shù)字振幅調(diào)製

e(t)回第五章首頁

圖5-12ASK信號波形5.1二進(jìn)位數(shù)字振幅調(diào)製

從圖5-1中看出，基帶信號s(t)相當(dāng)於開關(guān)，當(dāng)其值取“1”時(shí)，載波原樣輸出，當(dāng)其為“0”時(shí)，則沒有載波輸出。整個(gè)過程相當(dāng)於一個(gè)電子開關(guān)的開關(guān)控制，因此這種調(diào)製稱為振幅鍵控調(diào)製。圖5－1所示的調(diào)製波形僅僅是2ASK信號中典型的一種，2ASK調(diào)製信號為基帶信號與載波信號的乘積。

回第五章首頁

5.1二進(jìn)位數(shù)字振幅調(diào)製一個(gè)典型的二進(jìn)位ASK信號為

即，發(fā)“1”碼；，發(fā)“0”碼?；氐谖逭率醉?/p>

5.1二進(jìn)位數(shù)字振幅調(diào)製

調(diào)製：二進(jìn)位ASK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成。二進(jìn)位ASK信號的帶寬是原基帶信號帶寬的兩倍，故頻帶利用率僅有直接傳輸基帶信號的一半。

回第五章首頁5.1二進(jìn)位數(shù)字振幅調(diào)製

解調(diào)：從已調(diào)信號中恢復(fù)基帶信號的過程叫解調(diào)，解調(diào)是調(diào)製的逆過程。二進(jìn)位振幅鍵控信號的解調(diào)方法主要有兩種：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢波法）。相應(yīng)的接收系統(tǒng)方框圖如圖5-2所示?；氐谖逭率醉?.1二進(jìn)位數(shù)字振幅調(diào)製帶通濾波器半波或全波整流器低通濾波器抽樣判決器輸出輸入定時(shí)脈衝(a)帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器輸出輸入定時(shí)脈衝(b)cosωct圖5-2二進(jìn)位振幅鍵控信號的接收系統(tǒng)組成方框圖(a)非相干解調(diào)方式(b)相干解調(diào)方式回第五章首頁5.1二進(jìn)位數(shù)字振幅調(diào)製

非相干解調(diào)：常用的非相干解調(diào)是包絡(luò)檢波法，簡單的包絡(luò)檢波器電路示於圖5-3，它能夠得到一個(gè)與輸入信號暫態(tài)振幅大小成正比的輸出電壓。由於這種檢波器比較簡單，並具有穩(wěn)定性好、可靠性高和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，所以ASK接收機(jī)中用得最廣泛。檢波的過程很簡單，即電容充電放電的過程，檢波器輸出波形示於圖5－3。為了使檢波出來的基帶信號接近於方波，電路中元件應(yīng)滿足於：二極體正向電阻足夠小，反向電阻足夠大（後者一般為前者的幾十倍），二極體的極間電容要小，RC值要遠(yuǎn)大於載波的週期，而又必須比基帶信號的碼元間隔足夠小。

回第五章首頁5.1

二進(jìn)位數(shù)字振幅調(diào)製圖5-3包絡(luò)檢波器及其輸出波形回第五章首頁5.1二進(jìn)位數(shù)字振幅調(diào)製

相干解調(diào)：通常也稱同步檢波器為相干檢波器．或相干解調(diào)器．並稱本機(jī)振盪信號為相干振盪信號。採用同步解調(diào)法．接收端必須提供一個(gè)與ASK信號的載波保持同頻同相的相干振盪信號．否則會造成解調(diào)後的波形失真。通常．接收端本身是無法獨(dú)立產(chǎn)生這種相干信號的．而此相干信號原則上可以通過窄帶濾波（如果已調(diào)信號中含有載波分量）或鎖相環(huán)路來提取。但是實(shí)現(xiàn)起來還是比較困難，將給設(shè)備增加複雜性。因此，目前在實(shí)際設(shè)備中、很少採用同步檢波法來解調(diào)ASK信號．不過，這種方法是那些不能用包給檢波器解調(diào)出信號的一種有效解調(diào)方法。

5.2二進(jìn)位數(shù)字頻率調(diào)製

頻率調(diào)製(FM)是利用載波的頻率變化來傳輸資訊的，其中最簡單的一種方式是二進(jìn)位頻移鍵控(FSK)調(diào)製，它是繼振幅鍵控信號之後出現(xiàn)比較早的一種調(diào)製方式。由於它的抗雜訊、抗衰減性能優(yōu)於ASK，設(shè)備又不算複雜，實(shí)現(xiàn)也比較容易，所以一直在很多場合，例如在中低速數(shù)據(jù)傳輸，尤其在有衰減的無線通道中廣泛應(yīng)用?；氐谖逭率醉?/p>

5.2二進(jìn)位數(shù)字頻率調(diào)製

二進(jìn)位頻移鍵控(2FSK)用靠近載波的兩個(gè)不同頻率表示兩個(gè)二進(jìn)位數(shù)。信號具有如下形式：二進(jìn)位頻移鍵控（2FSK）信號波形如圖5-4所示?；氐谖逭率醉?.2二進(jìn)位數(shù)字頻率調(diào)製

圖5-4FSK信號波形回第五章首頁5.2二進(jìn)位數(shù)字頻率調(diào)製

FSK信號有兩種產(chǎn)生方法：載波調(diào)頻法和頻率選擇法，其框圖分別如圖5-5(a）、（b）所示。載波調(diào)頻法產(chǎn)生的是相位連續(xù)的FSK信號,相位連續(xù)FSK信號一般由一個(gè)振盪器產(chǎn)生，用基帶信號改變振盪器的參數(shù)，使振盪頻率發(fā)生變化，這時(shí)相位是連續(xù)的，如圖5-5(a)所示。頻率選擇法產(chǎn)生的一般是相位不連續(xù)的FSK信號，如圖5-5(b)，相位不連續(xù)FSK信號一般由兩個(gè)不同頻率的振盪器產(chǎn)生，由基帶信號控制這兩個(gè)頻率信號的輸出。由於這兩個(gè)振盪器是相互獨(dú)立的，因此在f1轉(zhuǎn)換為f2或相反的過程中，不能保證f1與f2之間相位的連續(xù)。回第五章首頁5.2二進(jìn)位數(shù)字頻率調(diào)製

模擬調(diào)頻器e0(t)s(t)載波f1載波f2開關(guān)電路e0(t)圖5－5二進(jìn)位頻移鍵控(2FSK)信號的產(chǎn)生回第五章首頁（a）（b）5.2二進(jìn)位數(shù)字頻率調(diào)製

相位不連續(xù)FSK信號的功率譜與ASK信號相似，同樣由連續(xù)譜和離散譜組成。其中，連續(xù)譜由兩個(gè)雙邊譜疊加而成，而離散譜出現(xiàn)在f1和f2這兩個(gè)頻率位置，並對稱於標(biāo)稱載頻f0

。若兩個(gè)載頻相隔較遠(yuǎn)，則連續(xù)譜出現(xiàn)雙峰，峰值對應(yīng)幹這兩個(gè)載頻位置。當(dāng)Δf減少時(shí)，雙峰隨之靠近，最後並為單峰，其峰值對應(yīng)於標(biāo)稱載頻f0的位置。回第五章首頁5.2二進(jìn)位數(shù)字頻率調(diào)製

FSK信號的解調(diào)方法很多。由於從FSK信號中提取相干載波較困難，因此目前大多採用非相干解調(diào)。非相干解調(diào)法又有鑒頻法、零交點(diǎn)法、分路濾波包絡(luò)檢波法等。分路濾波法原理框圖如圖5-6所示。正常工作的條件是兩路ASK信號的頻譜不重疊，目而頻帶利用率不高，但是因?yàn)閷?shí)現(xiàn)比較容易，因而在實(shí)際系統(tǒng)中用得不少?；氐谖逭率醉?.2二進(jìn)位數(shù)字頻率調(diào)製

帶通濾波器f1檢波器1帶通濾波器f2低通濾波器檢波器2低通濾波器取樣判決器2FSK信號輸入Σcdefb圖5-6分路濾波解調(diào)原理方框圖a回第五章首頁5.2二進(jìn)位數(shù)字頻率調(diào)製

零交點(diǎn)法的出發(fā)點(diǎn)是提取數(shù)字FSK信號的過零點(diǎn)，然後從這些過零點(diǎn)形成的脈衝序列中提取低頻基帶分量，這個(gè)分量將與發(fā)送的數(shù)序基帶信號相對應(yīng)圖5-7是零交點(diǎn)法非相平解調(diào)器的框圖，圖5－8是相應(yīng)各點(diǎn)的波形限幅器微分器整流器脈衝展寬器低通2FSKabcdef基帶信號圖5-7零交點(diǎn)解調(diào)器框圖回第五章首頁5.2二進(jìn)位數(shù)字頻率調(diào)製圖5-8零交點(diǎn)解調(diào)各點(diǎn)波形回第五章首頁5.3二進(jìn)位數(shù)字相位調(diào)製

數(shù)字調(diào)相與數(shù)字調(diào)幅、數(shù)字調(diào)頻相比，在數(shù)據(jù)傳輸中佔(zhàn)有更重要的地位。數(shù)字調(diào)相又稱相移健控PSK(PhaseShiftKeying）調(diào)製，因?yàn)樗抢幂d波的相位變化來反映數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)資訊的，此時(shí)載波的振幅和頻率都不變化。相移鍵控（PSK）信號對雜訊的抗擾性比ASK信號和FSK信號都要好，在中高速的數(shù)據(jù)傳輸中廣泛採用調(diào)相技術(shù)。數(shù)字調(diào)相通常分為絕對移相制和相對移相制兩種方式。所謂絕對移相制是利用載波的不同相位表示數(shù)據(jù)資訊，而相對移相制是利用載波的相對相位值表示數(shù)據(jù)資訊。一般用PSK代表絕對移相制，DPSK代表相對移相制。回第五章首頁5.3.1二相絕對移相調(diào)製

如果給定正弦載波信號為Asin(ωCt+θC)，則絕對移相信號可表示為

e(t)=Asin[ωCt+θC+ks(t)]

其中，k表示調(diào)製係數(shù)，s(t)是數(shù)字基帶信號。θC+ks(t)直接表示載波的相位值。θC是原載波的相位，稱為基準(zhǔn)相位。ks(t)是由s(t)控制的，相對θC

的已調(diào)波相位。為了使表示數(shù)字“1”和“0”的相位差別最大，可使二者的相位差為π。二相絕對移相信號的典型波形如圖5-9所示。

5.3.1二相絕對移相調(diào)製

圖5-92PSK信號波形5.3.1二相絕對移相調(diào)製

絕對移相信號產(chǎn)生的方法有調(diào)相法和相位選擇兩大類。調(diào)相法就是根據(jù)絕對移相信號等於雙極性基帶信號與載波相乘的原理產(chǎn)生PSK信號。這可以用平衡調(diào)製器來實(shí)現(xiàn)。這種方法和產(chǎn)生抑制載波的雙邊帶信號的方法完全相同。相位選擇法的原理方框圖如圖5-10所示。振盪器和倒相器輸出0和π兩種不同相位的載波。

5.3.1二相絕對移相調(diào)製

振盪器倒相器&&+倒相器PSK信號圖5-102PSK信號相位選擇法原理框圖

由於二相PSK信號與抑制載波的雙邊帶信號相同，故其解調(diào)方法也與它一樣，只能採用相干檢測器。其解調(diào)組成方框圖示於圖5-11。鑒相器載波提取電路解調(diào)信號PSK信號採樣判決帶通濾波器圖5-112PSK信號解調(diào)原理方框圖5.3.1二相絕對移相調(diào)製

5.3.2二相相對移相調(diào)製（2DPSK）

所謂相對移相制，就是數(shù)字“1”和“0”信號的相位不是以某個(gè)固定的相位（載波的相位）作參考，而是以相鄰的前一碼元的相位為參考。相對移相與絕對移相相比，只是相位變化的參考相位不同。因此，當(dāng)相對相位變化以等概率的條件出現(xiàn)時(shí)，相對移相信號的時(shí)域運(yùn)算式、功率譜密度和絕對移相信號相同。5.3.2二相相對移相調(diào)製（2DPSK）

相對移相信號產(chǎn)生的方法很多，大致可分成二類：直接移相法和間接移相法。為了方便下麵的敘述，約定數(shù)字序列中的“0”和“1”分別對應(yīng)於相位差Δθ為0和π。直接法產(chǎn)生2DPSK信號的原理框圖示於圖5-12。5.3.2二相相對移相調(diào)製（2DPSK）

數(shù)字信號源&定時(shí)發(fā)生器觸發(fā)器2DPSK信號bacde圖5-122DPSK信號直接產(chǎn)生法5.3.2二相相對移相調(diào)製（2DPSK）

間接產(chǎn)生法就是將原始的輸入序列先轉(zhuǎn)換成相對碼序列。然後用此相對碼進(jìn)行絕對移相調(diào)製，便可獲得2DPSK信號，其原理方框圖示於圖5-13。&觸發(fā)器環(huán)行調(diào)製器碼元輸入載波振盪器bacdfe碼元定時(shí)2DPSK信號輸出圖5-132DPSK信號間接產(chǎn)生法5.3.2二相相對移相調(diào)製（2DPSK）2DPSK信號的解調(diào)方法有相位比較法和極性比較法。相位比較法又稱差分相干解調(diào)法。由於相對移相信號的參考相位是取相鄰前一碼元的載波相位，故解調(diào)時(shí)可以直接用相位檢波器比較前後碼元載波的相位，從中可以直接得到相位差攜帶的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)資訊。這種解調(diào)方法的組成方框圖示於圖5-14。5.3.2二相相對移相調(diào)製（2DPSK）相位檢波器雙向積分器採樣判決碼元形成延遲T同步脈衝提取2DPSK信號bcdeefga帶通濾波器圖5-14相位比較法解調(diào)原理方框圖5.3.2二相相對移相調(diào)製（2DPSK）極性比較法實(shí)際上是間接相對移相調(diào)製的反過程。先按絕對移相接收，把2DPSK信號變成具有相對碼的基帶信號。然後經(jīng)過碼變換器把相對碼變成絕對碼。極性比較法用來解調(diào)二相DPSK信號時(shí)，其組成原理框圖示於圖5-15。5.3.2二相相對移相調(diào)製（2DPSK）鑒相器雙向積分器採樣判決碼元形成載波提取同步脈衝提取2DPSK信號bcdeefga相位檢波器絕對移相接收部分帶通濾波器圖5-15極性比較法接收2DPSK信號5.4二進(jìn)位數(shù)字調(diào)製系統(tǒng)的抗雜訊性能

通信系統(tǒng)的抗雜訊性能是指系統(tǒng)克服加性雜訊影響的能力。在數(shù)字通信中，通道加性雜訊有可能使傳輸碼元產(chǎn)生錯(cuò)誤。錯(cuò)誤程度通常用誤碼率來衡量。因此，與數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)一樣，分析數(shù)字調(diào)製系統(tǒng)的抗雜訊性能，也就是要找出系統(tǒng)由加性雜訊產(chǎn)生的總誤碼率。

回第五章首頁5.4.1二進(jìn)位振幅鍵控（2ASK）系統(tǒng)的抗雜訊性能二進(jìn)位振幅鍵控的應(yīng)用雖然不像頻移鍵控和移相鍵控那樣廣泛，但由於它的抗雜訊性能分析方法具有普遍意義，因此首先討論二進(jìn)位振幅鍵控系統(tǒng)的抗雜訊性能。由於通道加性雜訊被認(rèn)為只對信號的接收產(chǎn)生影響，故分析系統(tǒng)的抗雜訊性能也只要考慮接收部分。同時(shí)認(rèn)為這裏的通道加性雜訊既包括實(shí)際通道中的雜訊，也包括接收設(shè)備雜訊折算到通道中的等效雜訊。採用包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)誤碼率取決於系統(tǒng)輸入信噪比和歸一化門限值。在相同的大信噪比下，2ASK信號同步檢測的誤碼率總是低於包絡(luò)檢波時(shí)的誤碼率，但兩者的誤碼性能相差並不大。然而，前者不需要穩(wěn)定的本地相干載波信號，故在電路上要比後者簡單得多。5.4.2二進(jìn)位頻移鍵控（2FSK）系統(tǒng)的抗雜訊性能在大信噪比下，頻移鍵控的包絡(luò)檢波系統(tǒng)和同步檢測系統(tǒng)相比，在性能上相差是很小的，但採用同步檢測時(shí)設(shè)備卻要複雜得多。因此，在能夠滿足輸入信噪比要求的場合，包絡(luò)檢波法比同步檢測法更為常用。應(yīng)該指出，對頻移鍵控信號的解調(diào)，除上述兩種方式外，在實(shí)際中還可採用鑒頻法。由於此時(shí)數(shù)學(xué)分析較為複雜，限於篇幅，就不再討論它的性能。

5.4.3二進(jìn)位絕對移相（2PSK）及相對移相鍵控（2DPSK）系統(tǒng)的抗雜訊性能當(dāng)要求系統(tǒng)的誤碼率不大於10-4時(shí)，採用差分相干解調(diào)接收機(jī)輸入端所需的信號功率僅比採用相干解調(diào)一碼變換時(shí)多0．5dB左右，但前者的解調(diào)電路卻比後者要簡單得多。因此，2DPSK系統(tǒng)中大都採用差分相干解調(diào)。5.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)製系統(tǒng)

二進(jìn)位載波數(shù)字調(diào)製，其基帶數(shù)字信號只有兩種可能的狀態(tài)1、0或+1、-1。隨著數(shù)字通信的發(fā)展，對頻帶利用率的要求不斷提高，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)製系統(tǒng)獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。用M進(jìn)制數(shù)字基帶信號調(diào)製載波的幅度、頻率和相位，可分別產(chǎn)生出MASK、MFSK和MPSK三種多進(jìn)制載波數(shù)字調(diào)製信號?；氐谖逭率醉?.5.1MASK系統(tǒng)多進(jìn)制數(shù)字報(bào)幅調(diào)製又稱為多電平調(diào)幅。它用具有多個(gè)電平的隨機(jī)基帶脈衝序列對載波進(jìn)行振幅調(diào)製。已調(diào)波一般可表示為其波形示意圖如圖5-16所示。5.5.1MASK系統(tǒng)圖5-16MASK系統(tǒng)波形a）多電平隨機(jī)基帶脈衝序列b）ASK已調(diào)信號c）各電平對應(yīng)的ASK已調(diào)信號5.5.2MFSK系統(tǒng)多進(jìn)制頻移鍵控簡稱多頻制。是用多個(gè)頻率不同的正弦波分別代表不同的數(shù)字信號，在某一碼元時(shí)間內(nèi)只發(fā)送其中一個(gè)頻率。一般的MFSK系統(tǒng)，可由圖5-17所示框圖表示。

MFSK系統(tǒng)佔(zhàn)據(jù)較寬的頻帶，因而頻帶利用率低，多用於調(diào)製速率不高的傳輸系統(tǒng)中，以便頻帶不至於過寬。MFSK帶寬為其中fH為最高載頻，fL為最低載頻，fs為碼元速率。5.5.2MFSK系統(tǒng)串/並變換輸入邏輯電路12k…f1f1fM門電路門電路門電路…M12……相加通道BPF抽樣判決帶通f1帶通f2帶通fM……包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波…邏輯電路並/串變換12k…12M…12M定時(shí)抽樣輸出圖5-17MFSK系統(tǒng)方框圖5.5.3MPSK系統(tǒng)MPSK利用具有多個(gè)相位狀態(tài)的正弦波來代表多組二進(jìn)位資訊碼元。即用載波的一個(gè)相位對應(yīng)於一組二進(jìn)位資訊碼元。如果載波有2k個(gè)相位，它可代表K位二進(jìn)位碼元的不同組合的碼組。多進(jìn)制相移鍵控也分為多進(jìn)制絕對相移鍵控和多進(jìn)制相對相移鍵控。4PSK信號4DPSK信號5.5.4多進(jìn)制數(shù)字調(diào)製系統(tǒng)的性能

進(jìn)制數(shù)字調(diào)製系統(tǒng)的性能通常低於二進(jìn)位系統(tǒng)的抗雜訊性能。多進(jìn)制系統(tǒng)的性能推導(dǎo)較繁瑣，有興趣的讀者可參考有關(guān)文獻(xiàn)。將各種多進(jìn)制系統(tǒng)的誤碼率公式列於書137頁表5-4中以供讀者參考。

第6章同步與數(shù)字複接6.1同步原理6.2數(shù)字複接原理6.1同步原理6.2數(shù)字複接原理6.1同步原理

發(fā)、收端設(shè)備各部分電路的動作都由定時(shí)脈衝分別控制，保證嚴(yán)格正確的時(shí)間關(guān)係，這就是定時(shí)的概念。發(fā)端和收端分別有了自身的定時(shí)脈衝是不夠的，為了保證整個(gè)傳輸過程準(zhǔn)確可靠，還必須使發(fā)、收兩端的定時(shí)脈衝在時(shí)間上保持一致，這就稱之為“同步”。數(shù)字通信系統(tǒng)的同步，按照作用的不同一般分為：載波同步、位同步(碼元同步)、幀同步(群同步）和網(wǎng)同步?；氐诹率醉?.1.1載波同步

在高速、高可靠性的數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了獲得較高的頻帶利用率和良好的抗干擾性能，經(jīng)常採用相干解調(diào)，而這種解調(diào)方式要求接收端必須產(chǎn)生一個(gè)與接收到的被調(diào)載波信號相干（即同頻同相）的本地參考載波信號（基準(zhǔn)信號）。這個(gè)過程即稱為載波同步。載波同步一般有兩類方法：插入導(dǎo)頻法（外同步法）、直接提取法（自同步法）。

6.1.1載波同步

在抑制載波的傳輸系統(tǒng)（如DSB雙邊帶信號、SSB單邊帶信號等）中，信號中沒有載波成分，接收端無法從接收到的信號中直接提取載波；而有的信號（如VSB殘留邊帶信號）雖然含有載波但不易取出；為了獲取載波同步資訊，就要採用插入導(dǎo)頻的方法。插入導(dǎo)頻的方法就是發(fā)送端除了發(fā)送有用的信號外，還在適當(dāng)?shù)奈恢蒙喜迦胍粋€(gè)供接收端恢復(fù)相干載波之用的正弦波信號（這個(gè)信號通常稱為導(dǎo)頻信號）。插入導(dǎo)頻信號的方法可分為兩種：一種是在頻域插入導(dǎo)頻，另一種是在時(shí)域插入導(dǎo)頻。

6.1.1載波同步

頻域插入導(dǎo)頻法是指在已調(diào)信號的頻譜中加入一個(gè)低功率的線譜，該線譜對應(yīng)的正弦波即稱為導(dǎo)頻信號。時(shí)域插入導(dǎo)頻法在時(shí)分多址通信衛(wèi)星中應(yīng)用較多，在一般數(shù)字通信中也有應(yīng)用，插入導(dǎo)頻信號與傳輸?shù)馁Y訊在時(shí)間上加以區(qū)別。6.1.1載波同步

有些接收信號（如DSB信號、PSK信號等）本身就含有載波分量或載波的諧波分量，如果對這些信號在接收端經(jīng)過適當(dāng)處理，就可以從中提取出所需要的相干載波。直接提取法就是據(jù)此而提出的。直接提取法的常用方式有：平方變換法、反調(diào)製環(huán)法、同相正交環(huán)法和判決回饋法。

6.1.1載波同步

判斷一個(gè)載波同步系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)主要有如下兩個(gè)：

(1)效率：所謂提高效率是指在能夠獲得載波的情況下，儘量減少發(fā)送載波的功率。

(2)精度：所謂提高精度是指提取到的相干載波與發(fā)送端載波之間的相位誤差要越小越好?？梢钥闯?，載波同步系統(tǒng)的精度越高，則傳輸系統(tǒng)誤碼率就越小。這是影響傳輸系統(tǒng)誤碼率的主要因素除了以上指標(biāo)，還有同步建立時(shí)間ts（越短越好）、同步保持時(shí)間tc

（越長越好）、相位抖動（越小越好）等。6.1.2位同步

位同步又稱為碼元同步，它是數(shù)字通信中最基本最重要的一種同步。傳統(tǒng)的位同步方法與載波同步方法類似，本節(jié)主要介紹直接法（自同步法）和插入導(dǎo)頻法（外同步法）兩種。隨著DSP技術(shù)的發(fā)展，某些與常規(guī)同步方法大不一樣的新型技術(shù)如內(nèi)插同步技術(shù)開始得到日益廣泛的應(yīng)用。有興趣的讀者可以查閱相關(guān)資料。

6.1.2位同步

外同步法是指在發(fā)送數(shù)字資訊的同時(shí)，還發(fā)送位同步信號的一種同步方法。外同步法常採用插入位定時(shí)導(dǎo)頻法和雙重調(diào)製導(dǎo)頻插入法兩種方法。自同步法也稱作直接提取位同步法，是指發(fā)端不傳送專門的位同步資訊，而直接從接收信號或解調(diào)後的數(shù)字基帶信號中提取位同步信號。這種方法在數(shù)字通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，具體實(shí)現(xiàn)直接提取位同步的方法有三種：濾波法、脈衝鎖相法和數(shù)字鎖相法。

6.1.2位同步

衡量數(shù)字通信設(shè)備的位同步性能，通常有以下幾項(xiàng)指標(biāo)：相位誤差同步建立時(shí)間ts

同步保持時(shí)間t0同步門限信噪比6.1.3幀同步在進(jìn)行多路資訊傳輸時(shí)，需要將各路資訊的碼字或碼組在時(shí)間上進(jìn)行週期性的劃分和排列，而每一個(gè)這樣的週期就稱為一幀。幀同步的作用就是確定每一幀的起始位置。由於幀內(nèi)部的碼元數(shù)目和排列規(guī)律都是事先約定好的，所以只要確定了一幀的開始，再加上正確的位同步、載波同步，就能從接收到的信號中提取正確的資訊。6.1.3幀同步

為實(shí)現(xiàn)幀同步，一般採用插入同步碼法，即在發(fā)送端的數(shù)字資訊中插入約定好的特殊碼組，在接收端如能檢測到這些碼組即為同步。具體插入的方法分為集中插入和間隔插入兩種。6.1.3幀同步

在目前的通信系統(tǒng)中，普遍採用集中插入幀同步碼法來實(shí)現(xiàn)幀同步。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是一旦失步後即能迅速恢復(fù)，即只要收到下一幀同步碼組就能恢復(fù)同步；而間隔插入法的缺點(diǎn)也恰在於此：失步後它必須逐位調(diào)整本地幀同步碼相位，也就是說，同步恢復(fù)時(shí)間較長，這一點(diǎn)不符合現(xiàn)代通信的要求。集中插入法也有缺點(diǎn)，由於幀同步碼需要一定的長度，故而佔(zhàn)用了通道資源，降低了傳輸效率；另外，設(shè)備相對比較複雜。間隔插入法佔(zhàn)用碼位少，且設(shè)備簡單，在一些對同步性能要求不高的場合可以採用。6.1.3幀同步