模块四数字频带传输技术.ppt

《模块四数字频带传输技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模块四数字频带传输技术.ppt（147页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、模块四模块四模块四模块四 数字频带传输技术数字频带传输技术数字频带传输技术数字频带传输技术课题二 多进制数字调制课题一 二进制数字调制课题三 定时和同步原理课题一课题一 二进制数字调制二进制数字调制模块四 数字频带传输技术学习目标学习目标1 1掌握二进制幅移键控（掌握二进制幅移键控（2ASK2ASK）的工作原理。）的工作原理。2 2掌握二进制频移键控（掌握二进制频移键控（2FSK2FSK）的工作原理。）的工作原理。3 3掌握二进制相移键控（掌握二进制相移键控（2PSK2PSK和和2DPSK2DPSK）的工作原理。）的工作原理。模块四 数字频带传输技术相关知识相关知识一、调制概述一、调制概述1基

2、带信号调制的过程和作用基带信号调制的过程和作用基带信号的特征基带信号的特征模块四 数字频带传输技术如图所示为调制解调信号的变换过程，从中可以看出调制在通信中的作用主要有以下几个方面：（1）调制将基带信号频谱搬移到一定的频带范围以适应信道的要求。（2）经过调制后的频带信号更容易辐射，从而满足无线通信的要求。（3）实现频率分配。（4）实现多路复用。（5）减少噪声和干扰的影响，提高系统抗干扰能力。模块四 数字频带传输技术调制解调信号的变换过程调制解调信号的变换过程模块四 数字频带传输技术2调制的类型调制的类型在调制器中选择不同的参数，可以将调制分为不同的类型。根据输入信号s（t）的不同，可以将调制分

3、为模拟调制和数字调制。根据载波信号c（t）的不同，可以将调制分为连续载波调制和脉冲载波调制。调制的基本过程调制的基本过程模块四 数字频带传输技术如果调制以后的频谱和原始信号频谱呈线性搬移关系，则这种调制为线性调制，如模拟调制中的调幅（AM）、数字调制中的幅移键控（ASK）；否则为非线性调制，如模拟调制中的调频（FM）、调相（PM），数字调制中的频移键控（FSK）。模块四 数字频带传输技术线性调制和非线性调制线性调制和非线性调制模块四 数字频带传输技术3数字调制的种类数字调制的种类数字调制用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，其过程类似于对高频载波信号进行开关控制的工作状态，所以数字调制通

4、常称为数字键控。常见的数字调制有幅移键控（Amplitude Shift Keying，ASK）、频移键控（Frequency Shift Keying，FSK）、相移键控（Phase Shift Keying，PSK）以及它们的组合或改进。模块四 数字频带传输技术数字调制的种类数字调制的种类模块四 数字频带传输技术二、二进制幅移键控二、二进制幅移键控2ASK2ASK（通断键控（通断键控OOKOOK）用数字基带信号对载波幅度进行调制的方式称为幅移键控。幅移键控（也称振幅调制）记作ASK，或称其为开关键控（通断键控），记作OOK（On-Off Keying）。二进制幅移键控通常记作2ASK。幅移

5、键控调制因为传输效率低，在实际应用中已经很少采用，但它是研究数字调制的基础。模块四 数字频带传输技术1基本原理及其产生方法基本原理及其产生方法（1）基本原理2ASK的原理是利用代表数字信息的“0”或“1”码的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出，有载波输出时表示发送“1”码，无载波输出时表示发送“0”码，如图所示。2ASK2ASK信号波形示意图信号波形示意图模块四 数字频带传输技术（2）产生方法二进制幅移键控信号的产生方法有两种，即模拟振幅调制法和数字键控法。2ASK2ASK波形的产生方法波形的产生方法a a）模拟振幅调制法）模拟振幅调制法 b b）数字键控法）数字键控法模块

6、四 数字频带传输技术ASK已调信号可以表示为一个单极性矩形脉冲序列s(t)与一个正弦载波的乘积。设数字基带信号为s(t)，高频载波为cos ct，则2ASK信号数学表达式为模块四 数字频带传输技术在实际应用中，2ASK信号的实现方法如图所示。2ASK2ASK信号的实现方法信号的实现方法模块四 数字频带传输技术2.2ASK信号的频谱分析信号的频谱分析信号的频谱分析非常复杂，要用到傅里叶变换。频谱分为幅度频谱和相位频谱。2ASK信号的功率谱如图所示，可见2ASK的功率谱具有以下特点：模块四 数字频带传输技术2ASK2ASK信号的功率谱信号的功率谱a)a)调制信号的功率谱调制信号的功率谱b)b)已调

7、信号的功率谱已调信号的功率谱模块四 数字频带传输技术(1)2ASK信号的功率谱密度是相应的单极性数字基带信号功率密度形状不变地平移至fc（fc为载波信号频率）处形成的，即2ASK信号的功率谱密度由连续谱和离散谱两部分组成。(2)2ASK信号的带宽B2ASK是单极性数字基带信号带宽fs的两倍。B2ASK=2B基=2fs=2RB式中，fs为基带信号的频率，RB=1/TS为基带信号的码元传输速率。(3)2ASK的频带利用率只有直接传输基带信号的一半。模块四 数字频带传输技术32ASK信号的解调方法信号的解调方法从已调信号中恢复基带信号的过程称为解调，它是调制的逆过程，有两种基本解调方法，即非相干解调

8、（包络检波法）和相干解调（同步检波法）。非相干解调是指接收端不需要恢复载波信号即可实现解调，而相干解调则是在接收端必须恢复与发送端一致的载波才能实现解调。（1）2ASK信号的非相干解调非相干解调又称包络检波法，其原理如图所示。模块四 数字频带传输技术2ASK2ASK信号的非相干解调（包络检波法）信号的非相干解调（包络检波法）模块四 数字频带传输技术2ASK2ASK信号的非相干解调（包络检波）框图中的各点波形信号的非相干解调（包络检波）框图中的各点波形a a）通过带通滤波器后的波形）通过带通滤波器后的波形b b）全波整流后的波形）全波整流后的波形c c）包络检波器检出的包络）包络检波器检出的包络

9、d d）取样判决后恢复的波形）取样判决后恢复的波形模块四 数字频带传输技术（2）2ASK信号的相干解调相干解调就是同步解调。2ASK2ASK信号的相干解调（同步解调）信号的相干解调（同步解调）模块四 数字频带传输技术 2ASK 2ASK信号的相干解调框图中的各点波形信号的相干解调框图中的各点波形模块四 数字频带传输技术三、二进制频移键控（三、二进制频移键控（2FSK2FSK）用数字基带信号对载波频率进行调制的方式称为频移键控，频移键控（也称频率调制）记作FSK，二进制数字频移键控通常记作2FSK。模块四 数字频带传输技术1基本原理及其产生方法基本原理及其产生方法（1）基本原理2FSK的原理是用

10、载波的频率变化传送数字信号，即用所传送的数字基带信号控制载波的频率变化，而载波的幅度则保持不变。如图所示为2FSK信号波形示意图。从图中可以看出，信码为“l”时，基带信号为高电平，对应的2FSK信号是一个频率为f1的载波；信码为“0”时，基带信号为低电平，2FSK信号则是一个频率为f2的载波，也就是说，“l”码对应载频f1，“0”码对应载频f2，而且f1和f2之间的改变是瞬间完成的，f1和f2的大小由收发双方通信协议确定。模块四 数字频带传输技术 2FSK 2FSK信号波形示意图信号波形示意图模块四 数字频带传输技术FSK已调信号数学模型如式所示。一般，将fc称为标称载频。将f 称为频移宽度，

11、简称频移。模块四 数字频带传输技术（2）产生方法二进制频移键控信号的产生方法有两种，即模拟调频法和频率选择法。前者产生相位连续的FSK信号，后者产生相位不连续的FSK信号。1）模拟调频法。所谓模拟调频法就是用输入的基带脉冲去控制一个振荡器的某种参数而达到改变振荡器频率的目的，其电路框图如图a所示。2）频率选择法。2FSK信号的另一种产生方法是频率选择法，即利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，如图b所示。模块四 数字频带传输技术2FSK2FSK波形的产生方法波形的产生方法a a）模拟调频法）模拟调频法 b b）频率选择法）频率选择法模块四 数字频带传输技术2FSK信号

12、可以看成是两个2ASK信号的组合。在2FSK中f1和f2哪一个频率高由收发双方通信协议确定，频率选择法产生2FSK信号的电路原理如图a所示，图中各点波形如图b所示。频率选择法产生频率选择法产生2FSK2FSK信号的电路原理图及各点波形信号的电路原理图及各点波形a a）电路原理）电路原理 b b）各点波形图）各点波形图模块四 数字频带传输技术频率选择法产生频率选择法产生2FSK2FSK信号的电路原理图及各点波形信号的电路原理图及各点波形a a）电路原理）电路原理 b b）各点波形图）各点波形图模块四 数字频带传输技术22FSK信号的频谱分析信号的频谱分析以相位不连续的FSK信号进行2FSK信号的

13、频谱分析。2FSK2FSK信号的功率谱信号的功率谱 模块四 数字频带传输技术可见，2FSK功率谱具有以下特点：(1)2FSK信号的功率谱密度同样由连续谱和离散谱两部分组成。连续谱由两个双边谱叠加而成，离散谱出现在两个载频位置f1、f2上。(2)若频移小于fb，则连续谱出现单峰，峰值对应于标称载频fc；否则，连续谱出现双峰，峰值对应于两个载频位置f1、f2。模块四 数字频带传输技术(3)2FSK信号的带宽B2FSK为 式中，R基为数字基带信号的码元速率，数值上和带宽一样。所以说，FSK调制比ASK调制频带利用率下降 。这里引入频移指数h的概念，频移指数的计算公式为模块四 数字频带传输技术式中，R

14、B是数字基带信号的速率。如图所示是在不同频移指数的情况下2FSK信号的功率谱。在不同频移指数的情况下在不同频移指数的情况下2FSK2FSK信号的功率谱信号的功率谱模块四 数字频带传输技术功率谱以fc为中心对称分布。在f 较小时功率谱为单峰。随着f的增大，f1和f2之间的距离增大，功率谱出现了双峰。为了便于接收端解调，要求2FSK信号的两个频率f1和f2之间要有足够的间隔。对采用带通滤波器来分路的解调方法，通常取 。于是，2FSK信号的带宽为 这时2FSK系统的频带利用率为模块四 数字频带传输技术32FSK信号的解调方法信号的解调方法2FSK信号同样有两种基本的解调方法，即相干解调（相干接收法）

15、和非相干解调（包络检波法）。但是，由于从FSK信号中提取载波较困难，目前多采用非相干解调的方法，如鉴频法、分路滤波包络检波法、过零检测法等。模块四 数字频带传输技术（1）相干解调2FSK2FSK相干解调法的电路原理框图相干解调法的电路原理框图模块四 数字频带传输技术（2）非相干调解分路滤波包络检波法2FSK2FSK信号分路滤波包络检波法的电路原理框图及各点波形信号分路滤波包络检波法的电路原理框图及各点波形a a）电路原理框图）电路原理框图 b b）各点波形）各点波形模块四 数字频带传输技术（3）非相干解调过零检测法如图所示为过零检测法的电路原理框图。过零检测法的电路原理框图过零检测法的电路原理

16、框图模块四 数字频带传输技术过零检测法电路原理框图中的各点波形过零检测法电路原理框图中的各点波形模块四 数字频带传输技术42FSK的应用的应用2FSK是数字通信中用得较广泛的一种调制方式。2FSK广泛应用于在音频信道或衰落信道中传输数据。ITUT的V.21标准即为2FSK技术在传真机上的应用，它描述了用于在电话网中进行数据传输的速率为300 bps的Modem的技术参数，其主呼频率为1 270 Hz（1码）、1 070 Hz（0码），被呼频率为2 225 Hz（1码）、2 025 Hz（0码），这样主叫和被叫各有一对频率的信号在同一条电话线上双向传输而互不干扰，这种Modem主要用于传真机中。

17、模块四 数字频带传输技术四、二进制相移键控（四、二进制相移键控（2PSK2PSK）用基带数字信号对载波相位进行调制的方式称为数字相位调制。相位调制也称相移键控，记作PSK。二进制相移键控通常记作2PSK。1基本原理及其产生方法基本原理及其产生方法（1）绝对相移键控（PSK）绝对相移键控就是利用同一载波的不同相位去直接传送数字信号，而载波振幅和频率保持不变的一种方法。如0相位代表“0”码，相位代表“1”码，也可以做相反的规定。模块四 数字频带传输技术2PSK2PSK波形示意图波形示意图模块四 数字频带传输技术二进制相移键控信号的产生方法主要有两种：模拟调相法和相移键控法。2PSK2PSK信号的产

18、生方法信号的产生方法a a）模拟调相法）模拟调相法 b b）相移键控法）相移键控法2PSK已调信号可以表示为一个双极性矩形脉冲序列s(t)与一个余弦载波的乘积，如式所示。模块四 数字频带传输技术（2）相对相移键控（DPSK）相对相移键控也称差分相移键控，它用载波相位的相对变化来传送数字信号，即数字1和0信号的相位不是以某个固定的相位（如载波的相位）为基准，而是以相邻的前一码元的相位为基准。2DPSK2DPSK波形示意图波形示意图模块四 数字频带传输技术2DPSK信号的产生方法有模拟调相法和相移键控法两种，如图所示，一般采用相移键控法，即先将绝对码转换为相对码，然后使用该相对码进行绝对调相。2D

19、PSK2DPSK信号的产生方法信号的产生方法a a）模拟调相法）模拟调相法 b b）相移键控法）相移键控法模块四 数字频带传输技术所谓绝对码是指每一脉冲只决定本身的值，与前后码元无关；而相对码则是指用前后脉冲的差别来传输数字信息。相对码也叫差分码。绝对码和相对码是可以互相转换的，实现的方法是使用模二加法器和延迟器（延迟一个码元宽度Tb），如图所示。绝对码与相对码的互相转换电路绝对码与相对码的互相转换电路a a）将绝对码转换为相对码）将绝对码转换为相对码 b b）将相对码转换为绝对码）将相对码转换为绝对码模块四 数字频带传输技术信码为信码为0011100100111001的的2PSK2PSK和和

20、2DPSK2DPSK波形波形模块四 数字频带传输技术2相移键控矢量图相移键控矢量图2PSK2PSK矢量图矢量图a a）A A方式方式 b b）B B方式方式(1)A(1)A方式方式模块四 数字频带传输技术(1)A方式设某相邻两码元的相位差为，则通常假设：当=0时，表示数字信号0；当=时，表示数字信号1。也可以做相反假设。(2)B方式设某相邻两码元的相位差为，则可以假设：当 时，表示数字信号1；当 时，表示数字信号0。也可以做相反假设。模块四 数字频带传输技术3相移键控的解调相移键控的解调（1）绝对相移键控的解调绝对相移键控（2PSK）的解调原理框图如图所示。2PSK2PSK的解调原理框图的解调

21、原理框图模块四 数字频带传输技术二进制绝对相移键控解调原理框图中的各点波形如图所示。2PSK2PSK解调原理框图中的各点波形解调原理框图中的各点波形模块四 数字频带传输技术在2PSK解调中，关键是恢复发送端的载波信号。通常的方法是倍频分频法，如图所示。倍频倍频分频法提取相干载波法框图分频法提取相干载波法框图模块四 数字频带传输技术（2）相对相移键控的解调相对相移键控（2DPSK）信号的解调有两种方法，一种是极性比较法解调，另一种是相位比较法解调。1）极性比较法解调实际上是产生相对相移键控的反过程，即先按绝对相移键控接收，将2DPSK信号解调为相对码基带信号，然后经过码型变换器将相对码变换为绝对

22、码。极性比较法解调原理框图及各点波形如图所示。极性比较法解调原理框图及各点波形极性比较法解调原理框图及各点波形a a）原理框图）原理框图 b b）各点波形）各点波形模块四 数字频带传输技术极性比较法解调原理框图及各点波形极性比较法解调原理框图及各点波形a a）原理框图）原理框图 b b）各点波形）各点波形模块四 数字频带传输技术2)相位比较法解调直接使用相位比较器比较前、后码元载波的相位差而实现解调，故又称差分相干解调，如图所示。相位比较法解调相位比较法解调DPSKDPSK原理框图原理框图模块四 数字频带传输技术图中取样判决器的判决原则如下：取样值大于0时判“0”，取样值小于0时判“1”。相位

23、比较法解调相位比较法解调DPSKDPSK原理框图中的各点波形原理框图中的各点波形模块四 数字频带传输技术相位比较法解调相位比较法解调DPSKDPSK原理框图中的各点波形原理框图中的各点波形模块四 数字频带传输技术4相移键控信号的频谱分析相移键控信号的频谱分析(1)2PSK信号的频谱分析一般情况下，2PSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成，如图所示。2PSK信号的带宽、频带利用率也与2ASK信号的相同。2PSK2PSK信号的功率谱信号的功率谱模块四 数字频带传输技术(2)2DPSK信号的频谱分析由前面的讨论可知，无论2PSK还是2DPSK信号，就波形本身特点而言，它们都可以等效成双极性基带信号作

24、用下的调幅信号。因此2DPSK和2PSK信号具有相同形式的表达式，所不同的是2PSK信号表达式中的s(t)是数字基带信号，2DPSK信号表达式中的s(t)是由数字基带信号转换而来的相对码数字信号。2DPSK信号的频谱具有以下特点：2DPSK与2PSK信号有相同的功率谱；2DPSK与2PSK信号带宽相同，是基带信号带宽的两倍；2DPSK与2PSK信号频带利用率也相同。所以模块四 数字频带传输技术五、二进制数字调制系统的性能比较五、二进制数字调制系统的性能比较1频带宽度频带宽度当码元宽度为TS时，2ASK系统、2PSK系统和2DPSK系统的带宽均为2/TS，2FSK系统的带宽为 。也就是说，当传输

25、码率相同时，PSK、DPSK、ASK系统具有相同的带宽，而FSK系统的频带利用率最低。因此，从频带宽度或频带利用率上看，2FSK系统最不可取。模块四 数字频带传输技术2误码率误码率三种数字调制系统的误码率三种数字调制系统的误码率P Pe e与输入信噪比与输入信噪比r r的关系曲线的关系曲线模块四 数字频带传输技术3对信道特性变化的敏感性对信道特性变化的敏感性在选择数字调制方式时，还应考虑它的最佳判决门限对信道特性的变化是否敏感。在2FSK系统中，不需要人为设置判决门限，仅根据两路解调信号的大小做出判决。2PSK和2DPSK系统的最佳判决门限电平为0，稳定性也好，与接收机输入信号的幅度无关。因此

26、，它不随信道特性的变化而变化。这时，接收机容易保持在最佳判决门限状态。对于ASK系统，最佳判决门限电平与信号幅度有关，当信道特性发生变化时，最佳判决门限电平会相应发生变化，判决器的最佳判决门限也需要随之改变。这时，接收机不容易保持在最佳判决门限状态，从而导致误码率增大。因此，就对信道特性变化的敏感性而言，ASK的性能最差。模块四 数字频带传输技术4设备的复杂性设备的复杂性对于二进制幅移键控、频移键控、相移键控三种调制方式来说，发送端设备的复杂性相差不多。而接收端的复杂程度则与所选用的调制和解调方式有关。如果抗噪声性能是主要要求，则应考虑相干2PSK和2DPSK，而2ASK最不可取；如果带宽是主

27、要要求，则应考虑相干2PSK、2DPSK和2ASK，而2FSK最不可取；如果设备的复杂性是一个必须考虑的重要因素，则非相干方式比相干方式更为适宜。综上所述，在选择调制、解调方式时，就系统的抗噪声性能而言，2PSK系统最好，但会出现倒相问题，所以2DPSK系统更实用。如果对数据传输率要求不高（1 200 bps或以下），特别是在衰落信道中传送数据，则2FSK系统可作为首选。课题二课题二 多进制数字调制多进制数字调制模块四 数字频带传输技术学习目标学习目标1.1.掌握多进制幅移键控（掌握多进制幅移键控（MASKMASK）的概念。）的概念。2.2.掌握多进制频移键控（掌握多进制频移键控（MFSKMF

28、SK）的概念。）的概念。3.3.掌握多进制相移键控（掌握多进制相移键控（MPSKMPSK）的概念。）的概念。4.4.了解其他数字调制技术。了解其他数字调制技术。模块四 数字频带传输技术相关知识相关知识一、多进制幅移键控（一、多进制幅移键控（MASKMASK）多进制幅移键控又称多电平调幅，使用多进制数字基带信号调制发送载波的幅度参数，产生多电平调幅信号。4ASK4ASK波形示意图波形示意图a a）多进制基带信号）多进制基带信号 b b）4ASK4ASK的已调波形的已调波形模块四 数字频带传输技术由于基带信号的功率谱与其脉冲宽度有关，而与其脉冲幅度无关，所以MASK信号的功率谱与2ASK完全相同，

29、由M-1个2ASK信号的功率谱叠加而成，叠加后的MASK信号的功率谱与每个2ASK信号的功率谱具有相同的带宽，如式所示。式中，RB为多进制码元速率。系统的码元频带利用率 系统的信息频带利用率 MASK信号的产生方法与2ASK信号的产生方法相同，可以用乘法器实现，解调方法同样可以采用相干解调法或非相干解调法。模块四 数字频带传输技术二、多进制频移键控（二、多进制频移键控（MFSKMFSK）多进制频移键控简称多频调制，它用M个不同频率的载波代表M种数字信号，是2FSK的直接推广。MFSK是无线通信中广泛采用的一种调制方式，它的主要缺点是信号频带宽、频带利用率低。MFSK系统可以看成是M个振幅相同、

30、载波频率不同、时间上互不相容的2ASK信号的叠加，采用频率选择法产生的MFSK信号相位是不连续的，其带宽为 式中，fH最高载波频率；fL最低载波频率。模块四 数字频带传输技术三、多进制相移键控（三、多进制相移键控（MPSKMPSK）由于MASK、MFSK占据较宽的频带，信道利用率低、抗噪声性能低，因而一般不被采用。多进制相移键控是微波和卫星通信系统中最常用的数字调制方法。多进制相移键控又称多相制，是二进制相移键控的推广。它是利用载波的多种不同的相位状态来表征数字信息的调制方法。与二进制相移键控相同，多进制相移键控也有绝对相移键控（MPSK）和相对相移键控（MDPSK）两种。MPSK信号的频带宽

31、度应与MASK相同。模块四 数字频带传输技术MPSK信号还可以用矢量图来描述，在矢量图中通常以未调制载波相位作为参考矢量。二相、四相、八相数字调制矢量图二相、四相、八相数字调制矢量图a a）A A方式相移系统方式相移系统 b b）B B方式相移系统方式相移系统模块四 数字频带传输技术二进制数字调制相位逻辑二进制数字调制相位逻辑模块四 数字频带传输技术四进制数字调制相位逻辑四进制数字调制相位逻辑模块四 数字频带传输技术八进制数字调制相位逻辑八进制数字调制相位逻辑模块四 数字频带传输技术MPSK的产生方法与2PSK基本相似，即有模拟调相法和相移键控法，关键是增加了串/并变换设备。如图所示为MPSK

32、相移键控法的原理框图。MPSKMPSK相移键控法的原理框图相移键控法的原理框图模块四 数字频带传输技术4PSK和4DPSK调制。1四相相移键控（四相相移键控（4PSK、QPSK）四相相移键控（4PSK）可以由一个正交调制而得到，因此又称其为正交相移键控（QPSK）。美国和日本的数字移动通信系统中采用4PSK的B方式，故又称为/4QPSK，即用高频载波的4种相位变化来代表数字信号，这种相位分别为/4、3/4、-3/4、-/4。因为有4种相位状态，每种状态可以表示2位二进制码元，所以4相调制的相位与2位二进制信号相对应，因此它的传输速率更快。模块四 数字频带传输技术MPSK的产生方法与2PSK基本

33、相似，即有模拟调相法和相移键控法，关键是增加了串/并变换设备。如图所示为MPSK相移键控法的原理框图。用模拟调相法产生用模拟调相法产生B B方式方式4PSK4PSK信号的原理框图信号的原理框图模块四 数字频带传输技术用相移键控法产生4PSK信号的原理框图如图所示。图中，四相载波发生器分别输出调相所需的4种不同相位的载波，按照串/并变换器输出的双比特码元的不同，逻辑选相电路输出相应的载波。用相移键控法产生用相移键控法产生4PSK4PSK信号的原理框图信号的原理框图模块四 数字频带传输技术由于四相绝对相移信号可以看成两个正交2PSK信号的合成，对应图中B方式的4PSK信号的解调，可以采用与2PSK

34、信号类似的解调方法进行解调。B B方式方式4PSK4PSK信号相干解调的原理框图信号相干解调的原理框图模块四 数字频带传输技术2四相相对相移键控（四相相对相移键控（4DPSK）所谓四相相对相移键控是利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信息的。若以前一码元相位为参考，并令k作为本码元与前一码元的初相差，信息编码与载波相位变化关系仍然可采用表来表示，它们之间的矢量关系也可用图来表示。四进制数字调制相位逻辑四进制数字调制相位逻辑模块四 数字频带传输技术二相、四相、八相数字调制矢量图二相、四相、八相数字调制矢量图a a）A A方式相移系统方式相移系统 b b）B B方式相移系统方式相移系统模块四

35、数字频带传输技术如图所示为产生A方式4DPSK信号的原理框图，其中载波采用了/4相移器，图中在串/并变换后增加了一个码型变换器，它负责将绝对码转换为相对码（差分码）。产生产生A A方式方式4DPSK4DPSK信号的原理框图信号的原理框图模块四 数字频带传输技术4DPSK信号的解调与2DPSK信号的解调方法相类似。可采用相干解调法和差分相干解调法。4DPSK4DPSK信号的相干解调原理框图信号的相干解调原理框图模块四 数字频带传输技术4DPSK4DPSK信号的差分相干解调原理框图信号的差分相干解调原理框图模块四 数字频带传输技术四、其他数字调制技术简介四、其他数字调制技术简介1多进制正交幅度调制

36、（多进制正交幅度调制（QAM）正交幅度调制（QAM）是幅度与相位相结合的调制方式，这种方式属于数字复合调制方式，一般称为幅相键控（APK）调制。它是利用两个独立的基带波形对两个相互正交的载波进行抑制载波的双边带调制，即利用已调信号在相同带宽内的频谱正交来实现两路数字信号的传输。它的信道频带利用率与单边带一样，因而主要用于高速数字通信系统中。模块四 数字频带传输技术正交幅度调制(QAM)的一般表达式为式中，TS码元宽度；Am、Bm离散的振幅值(m=l，2，M，M为Am和Bm的个数)。模块四 数字频带传输技术QAM调制和解调的原理框图如图所示。QAMQAM调制和解调的原理框图调制和解调的原理框图a

37、 a）QAMQAM调制调制 b b）QAMQAM解调解调模块四 数字频带传输技术QAM调制方式通常有二进制QAM（4QAM）、四进制QAM（16QAM）、八进制QAM（64QAM）等方式，下面简单介绍16QAM调制解调原理。16QAM由两路独立的正交4ASK信号叠加而成，4ASK是由多电平信号去键控载波而得到的信号，它是2ASK体制的推广。与2ASK相比，这种调制的优点在于信息传输速率高。四进制的正交振幅调制是一种振幅相位联合键控信号。16QAM的产生有两种方法：（1）正交调幅法，它由2路正交的四电平振幅键控信号叠加而成；（2）复合相移法：它由2路独立的四相位移键控信号叠加而成。模块四 数字频

38、带传输技术16QAM16QAM调制解调原理框图调制解调原理框图a)16QAMa)16QAM调制调制 b b）16QAM16QAM解调解调模块四 数字频带传输技术2最小频移键控（最小频移键控（MSK）调制和高斯滤波最小频移键控（）调制和高斯滤波最小频移键控（GMSK）MSK调制及其所属的GMSK调制是一种窄带数字调制技术，其中GMSK用于欧洲和中国的GSM制式的数字移动通信系统。（1）MSK调制MSK是FSK的一种改进形式。由于MSK的频偏量小，并且在两个相邻码元的频率跳变处的相位是连续的，所以MSK信号的谐波分量小，对邻道干扰小，占用的频带窄。模块四 数字频带传输技术1)MSK信号的产生过程如

39、下：对输入数据序列进行差分编码。将差分编码器的输出数据用串/并变换器分成两路，并相互交错一个比特宽度TS。用加权函数cost/(2TS)和sint/(2TS)分别对两路数据进行加权。用两路加权后的数据分别对正交载波cosct和sinct进行调制。将两路输出信号进行叠加。模块四 数字频带传输技术2)MSK信号应具有以下特点：已调信号的振幅是恒定的。信号的频率偏移严格地等于1/(4TS)，相应地调制指数h=fTS=(f2-f1)TS=0.5。以载波相位为基准的信号相位在一个码元周期内准确地线性变化/2。在一个码元周期内，信号包括1/4载波周期的整数倍。在码元转换时刻，信号相位是连续的，或者说信号的

40、波形没有突变。模块四 数字频带传输技术（2）GMSK调制高斯滤波最小频移键控（GMSK）就是在MSK调制器之前，用高斯型低通滤波器对输入数据进行处理。如果恰当地选择此滤波器的带宽，能使信号的带外辐射功率小到可以满足一些通信场合的严格要求。1）为了有效地抑制MSK的带外辐射，并保证经过预调制滤波后的已调信号能采用简单的MSK相干检测电路，预调制滤波器必须具有以下特点：带宽窄并且具有陡峭的截止特性。冲击响应的过冲较小。滤波器输出脉冲面积为一常量，该常量对应的一个码元内的载波相移为/2。模块四 数字频带传输技术2）GMSK与FSK的不同之处在于：GMSK在调制时，会使高、低电平所调制的两个频率f1、

41、f2尽可能接近，即频移最小，这样可以节省频带。GMSK调制可以控制相位的连续性，在每个码元持续期TS内，频移恰好引起/2的相位变化。在MSK之前加入了高斯滤波器（因其滤波特性与高斯曲线相似）。模块四 数字频带传输技术3）GMSK信号的调制和解调。GMSKGMSK信号的产生原理信号的产生原理GMSKGMSK调制器的原理框图调制器的原理框图模块四 数字频带传输技术3正交频分复用（正交频分复用（OFDM）通信系统的效率，说到底是频谱利用率和功率利用率。特别是在无线通信的情况下，对两个指标的利用率更高，尤其是频谱利用率。于是，各种具有较高频谱效率的通信技术不断被开发出来，正交频分复用（Orthogon

42、al Frequency Division Multiplexing，OFDM）是一种特殊的多载波调制技术，它利用载波间的正交性进一步提高频谱利用率，而且可以抗窄带干扰和抗多径衰落。模块四 数字频带传输技术（1）OFDM的基本原理OFDMOFDM的基本原理的基本原理模块四 数字频带传输技术（2）OFDM与传统FDM的区别1）传统FDM：为避免载波间干扰，需要在相邻的载波间保留一定的保护间隔，如图所示，大大降低了频谱效率。2）OFDM：各（子）载波重叠排列，同时保持（子）载波的正交性（通过FFT实现），如图所示，从而在相同带宽内容纳数量更多的（子）载波，提升频谱效率。FDMFDM载波排列载波排列

43、FDMFDM载波排列载波排列模块四 数字频带传输技术4伪随机序列与扩频通信伪随机序列与扩频通信（1）伪随机序列如果一个序列，一方面它是可以预先确定的，并且是可以重复地生产和复制的；另一方面它又具有某种随机序列的随机特性（即统计特性），便称这种序列为伪随机序列。因此可以说，伪随机序列是具有某种随机特性的确定的序列。模块四 数字频带传输技术伪随机序列的用途：1）软件设计：用于模拟实践环境。2）工程：用于模拟自然环境，模拟干扰和噪声。3）通信：扩频通信的关键技术，例如CDMA技术。4）其他专业领域：如气象、空间探测、军事等。模块四 数字频带传输技术（2）扩频通信扩频通信即扩展频谱通信。扩频通信是将待

44、传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列：Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。这种通信方式与常规的窄道通信方式是有区别的：一是信息的频谱扩展后形成宽带传输；二是相关处理后恢复成窄带信息数据。模块四 数字频带传输技术所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成的，用编码及调制的方法来实现，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。扩频通信的基本原理是：在发送端要先对要

45、传送的信号进行信息调制，形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号，以展宽信号的频谱（扩展1001 000倍）；展宽后的信号再经过射频调制后发射出去。课题三课题三 定时和同步原理定时和同步原理模块四 数字频带传输技术学习目标学习目标1.1.了解定时系统的作用及原理。了解定时系统的作用及原理。2.2.了解同步系统的作用及原理。了解同步系统的作用及原理。模块四 数字频带传输技术一、定时系统一、定时系统定时就是提供严格的定时脉冲控制数字通信系统各部分功能部件始终按规定的节拍工作。定时系统提供取样、分路、编码、译码、标志信号系统以及汇总、分离等部件的指令脉冲，以使整体各部分都能在规

46、定的时间内准确、协调地工作。这些定时脉冲主要有三类：供取样与分路用的取样脉冲、供编码与解码用的位脉冲、供标志信号用的复帧脉冲。定时系统包括发送端定时系统和接收端定时系统，发送端定时系统为主动式，接收端定时系统为被动式。模块四 数字频带传输技术1.发送端定时系统发送端定时系统PCM 30/32数字通信系统的发送端定时系统框图如图所示。发送端定时系统框图发送端定时系统框图模块四 数字频带传输技术PCM 30/32PCM 30/32路数字通信系统发送端定时脉冲方案路数字通信系统发送端定时脉冲方案模块四 数字频带传输技术PCM 30/32PCM 30/32路数字通信系统发送端的时间波形图路数字通信系统

47、发送端的时间波形图模块四 数字频带传输技术(1)主时钟脉冲主时钟脉冲发生器产生高稳定的时钟信号，为其他定时脉冲提供时钟源。为了保证主时钟脉冲、位脉冲、路时隙脉冲、路脉冲等定时脉冲有明确的相位关系，定时系统要以主时钟为基础，分频得到其他定时脉冲信号。因此，数字通信系统对主时钟的频率稳定性要求很高，要求小于5010-6，当主时钟频率为2 048 kHz时，要求误差在103 Hz以内。要满足这样的要求，通常需采用石英晶体振荡器和分频器组成的主时钟发生器。由晶体振荡器组成的主时钟脉冲发生器如图所示。模块四 数字频带传输技术由晶体振荡器组成的主时钟脉冲发生器由晶体振荡器组成的主时钟脉冲发生器模块四 数字

48、频带传输技术(2)位脉冲位脉冲用于编码和解码以及产生路脉冲、帧同步码、标志信号码等。在PCM 30/32路通信系统中，取样脉冲频率fs=8 kHz，位脉冲频率为832=256 kHz，它通过主时钟8分频后得到。模块四 数字频带传输技术由环形移位寄存器组成的位脉冲发生器及其输出波形图由环形移位寄存器组成的位脉冲发生器及其输出波形图模块四 数字频带传输技术(3)路脉冲路脉冲用于各路信号的取样和分路以及TS0、TS16路时隙脉冲的形成等。因为用于取样，所以PCM 30/32路数字通信系统中路脉冲的重复频率为8 kHz；由于需要32个路时隙，所以路脉冲的相位为32相。为了减少邻路串话，路脉冲的脉冲宽度

49、为4 bit，具体规定为4位码：D7，D8，D1，D2。(4)路时隙和复帧脉冲TS0路时隙脉冲用来传送帧同步码，而TS16路时隙脉冲用来传送标志信号码。重复频率为8 kHz，脉宽为8 bit。复帧脉冲用来传送复帧同步码和30个话路的标志信号码，其频率为8160.5 kHz，共16相，即F0，F1，F15。模块四 数字频带传输技术2接收端定时系统接收端定时系统接收端定时系统与发送端定时系统基本相同，不同之处在于它没有主时钟源（晶体振荡器），而是通过时钟提取电路代替。时分多路复用系统中要求接收端主时钟与发送端主时钟频率完全一致，也就是时钟同步，即位同步。(1)特点1)时钟CP可由收到的信码或锁相获

50、得。2)接收定时系统的起、止要受接收端同步系统控制。3)收定时系统的结构和产生定时脉冲的内容基本与发送端相同。4)失步时，收定时电路被强行置于“偶帧TS0、D8”时刻。5)同步时，收定时电路产生各种定时脉冲。模块四 数字频带传输技术(2)锁相法提取时钟1)锁相：相位同步的自动控制。2)锁相环的原理如图所示。锁相环的原理锁相环的原理模块四 数字频带传输技术环路滤波器环路滤波器模块四 数字频带传输技术二、同步系统二、同步系统按照同步的功能，同步可以分为载波同步、位同步（码元同步）、帧同步（群同步）和网同步四种。1载波同步载波同步当采用同步解调或相干检测时，接收端必须提供一个与发送载波同频、同相的相