数字信号的频带传输

1数字信号的频带传输2基带和频带传输模型数字信号码型生成器数字信道接收滤波器抽样判决器噪声数字基带传输模型数字基带信号信道接收滤波器噪声调制器解调器抽样判决器频带传输模型3基本概念调制--把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。调制信号----指来自信源的基带信号载波调制--用调制信号去控制载波的参数的过程。载波----未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。已调信号--载波受调制后称为已调信号。解调--调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。（检波）用基带信号对载波波形的某些参数进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓调制。4调制的基本特征和分类调制器m(t)C(t)sm(t)连续变化的模拟量：模拟调制离散的数字量：二进制数字脉冲数字调制单频正弦波连续波形连续载波调制脉冲波形脉冲载波调制矩形周期脉冲5调制的基本特征和分类调制器m(t)C(t)sm(f)线性调制非线性调制m(f)sm(f)m(t)改变载波信号C(t)的不同参数幅度调制：AM、PAM、ASKsm(t)相位调制：PPM、PSK频率调制：FM、FSK频谱之间呈线性搬移关系：AM、ASK频谱之间没有线性对应关系：FM、PM、FSK数字调制基本方法1001()st2FSKt2PSKt调制器m(t)C(t)sm(t)数字基带信号正弦载波2ASKtASK、PSK、FSK7主要内容一、数字调幅ASK二、数字调频FSK三、数字调相PSK2ASK2FSK2PSK一、数字幅度调制概念——以基带数据信号控制一个载波的幅度，称为数字调幅，又称幅移键控，简写为ASK。AmplitudeShiftKeying一、数字幅度调制二进制幅移键控(2ASK)基本思想：利用数字基带信号键控载波幅度的变化，即传送“1”信号输出正弦载波信号Acos(ωct+φc)，传送“0”信号无载波输出。010011100基带信号调幅OOK”时发送“以概率，”时发送“以概率信号波形：0P101P,)tAcos()(2cOOKcteASK102ASK信号的一般表达式：ttsteccos)(2ASKnsnnTtgats)()(其中Ts－码元持续时间；g(t)－持续时间为Ts的基带脉冲波形，通常假设是高度为1，宽度等于Ts的矩形脉冲；an－第N个符号的电平取值，若取P0P1an1,,概率为概率为则相应的2ASK信号就是OOK信号。2ASK实现方法--模拟调制法（相乘器法）--键控法tccos)(ts)(2teASK开关电路乘法器)(2teASK二进制不归零信号tccos)(ts2ASK实现原理ttsteccos)(2ASK设：Ps(f)－s(t)的功率谱密度P2ASK(f)－2ASK信号的功率谱密度则已调信号的功率谱可表示为：)()(41)(2ASKcscsffPffPfP由上式可见，2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱Ps(f)的线性搬移（属线性调制）。13单极性NRZ码功率谱2ASK已调信号功率谱B2ASK传输带宽：B2ASK=2B双极性NRZ码功率谱抑制载频的2ASK已调信号功率谱DSB-SCASK信号波形形成2ASK信号解调方法--非相干解调(包络检波法)--相干解调(同步检测法)2ASK信号解调方法--非相干解调(包络检波法)是利用包络检波器或波形整流器对幅度键控信号进行检波以恢复基带信号的方法2ASK信号解调方法--非相干解调(包络检波法)--相干解调(同步检测法)2/)t2(cos2/)t(stcos)t(stcos)t(scc2cm数字基带调制信号以2ωc为载波频率的高频信号将此信号通过低通滤波器就可以滤除第二项，只输出第一项，从而得到原调制信号。与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波）二、数字调频概念——以基带数据信号控制载波的频率，称为数字调频，又称频移键控，简写为FSK。FrequencyShiftKeying二进制频移键控(2FSK)基本原理在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。故其表达式为:”时发送“”时发送“0),cos(A1),cos(A)(212FSKnnttte2FSK典型波形10t10tt1()2FSKa信号11)cosbstt（22()coscstt212FSK实现方法（一）压控振荡器相位连续的2FSK信号222FSK实现方法（二）23相位连续性概念——以基带数据信号控制载波的相位，称为数字调相，又称相移键控，简写为PSK。三、数字调相PhaseShiftKeying基本思想：利用基带数字信号控制载波相位的变化来传输数字信息“1”和“0”。调相010011100基带信号概念——以基带数据信号控制载波的相位，称为数字调相，又称相移键控，简写为PSK。三、数字调相PhaseShiftKeying1、二进制绝对相移键控2PSK2、二进制差分相移键控2DPSK利用两种相位来传输二元符号。1、2PSK在2PSK中，通常用初始相位0和π分别表示二进制”1”和”0”,故其表达式为：P1tAcos-tAcos)(cc2PSK概率为概率为Pte由于两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK信号的时间表达式又可写成：tnTtgattstecnsnccos])([cos)(2PSK其中s(t)为双极性NRZ矩形脉冲序列；第n个符号an的电平取值为PPan1,1,1概率为概率为“1”“0”这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对相移方式。2PSK时间波形“1”-0相位表示“0”-π相位表示2PSK调制原理图乘法器)(2tePSK双极性不归零tccos)(ts码型变换tccos)(ts)(2tePSK开关电路移相01800--模拟调制法（相乘器法）--键控法2PSK解调方法——相干解调法带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2tePSKtccosabcde相位模糊倒π现象2、2DPSK2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称相对相移键控。假设为当前码元与前一码元的载波相位差，定义数字信息与之间的关系为”表示数字信息“，”表示数字信息“10,000000000002DPSK011001011或信号相位：二进制数字信息：Ex:00000000002DPSK011001011或信号相位：二进制数字信息：Ex:相应的2DPSK信号的波形如下：()a绝对码()b相对码t10101011100()2DPSKc参考Note数字信息与之间的关系也可定义为”表示数字信息“，”表示数字信息“01,02DPSK信号的矢量图参考相位参考相位/2/2(a)A方式参考相位参考相位/2/2(b)B方式在B方式中，当前码元的相位相对于前一码元的相位改变/2。因此，在相邻码元之间必定有相位突跳。在接收端检测此相位突跳就能确定每个码元的起止时刻。2DPSK信号的产生方法()a绝对码()b相对码t10101011100()2DPSKc参考①将绝对码进行码变换（差分编码）得到相对码（差分码）；②然后进行绝对调相。产生方法：2DPSK上图中使用的是传号差分码，即载波的相位遇到原数字信息“1”变化，遇到“0”则不变。1nnnbab图中的码变换（绝对码→相对码）规则为：1nnnbba接收端码反变换（相对码→绝对码）规则为：2DPSK调制原理图tccos)(ts)(2teDPSK开关电路移相01800码变换差分码可取传号差分码或空号差分码。其中，传号差分码的编码规则为1nnnbab逆过程称为差分译码（码反变换），即1nnnbba2DPSK解调方法I.相干解调(极性比较法)加码反变换法原理：先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再经码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，由于载波相位模糊性的影响，使得解调出的相对码也可能是“1”和“0”倒置，但经差分译码（码反变换）得到的绝对码不会发生任何倒置的现象，从而解决了载波相位模糊性带来的问题。I.相干解调(极性比较法)加码反变换法带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(DPSK2tetccos码反变换器abcdefabcdtte110t10101t000111f10(相对码）(绝对码）2DPSK解调方法Ⅱ.差分相干解调(相位比较）法带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(DPSK2te延迟Tsabcdeabcdtte10101111tt40