现代通信原理第6章数字带通传输系统..优秀PPT.ppt
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1、第第 6 6 章章 数字带通传输系统数字带通传输系统二进制幅度键控6.1二进制频移键控6.2二进制相移键控6.3二进制差分相移键控6.4各种二进制数字调制系统的性能比较6.5多进制数字调制6.6 数字基带信号不能干脆通过带通信道传输,需将数字基带数字基带信号不能干脆通过带通信道传输,需将数字基带信号变换成数字频带信号。用数字基带信号去限制高频载波的信号变换成数字频带信号。用数字基带信号去限制高频载波的幅度、频率或相位,称为数字调制。从已调高频载波上将数字幅度、频率或相位,称为数字调制。从已调高频载波上将数字基带信号复原出来,称为数字解调。基带信号复原出来,称为数字解调。和模拟调制相像,数字调制
2、所用的载波一般也是连续的正和模拟调制相像,数字调制所用的载波一般也是连续的正弦型信号,但调制信号则为数字基带信号。理论上讲,载波形弦型信号,但调制信号则为数字基带信号。理论上讲,载波形式可以是随意的(比如三角波、方波等),只要适合在带通信式可以是随意的(比如三角波、方波等),只要适合在带通信道中传输即可。之所以在实际通信中多选用正弦型信号,是因道中传输即可。之所以在实际通信中多选用正弦型信号,是因为它具有形式简洁、便于产生和接收等特点。为它具有形式简洁、便于产生和接收等特点。数字调制方式:幅度调制,称为幅度键控,记为数字调制方式:幅度调制,称为幅度键控,记为ASKASK;频;频率调制,称为频移
3、键控,记为率调制,称为频移键控,记为FSKFSK;相位调制,称为相移键;相位调制,称为相移键控,记为控,记为PSKPSK。所谓所谓“键控键控”是指一种犹如是指一种犹如“开关开关”限制的调制方式。比如限制的调制方式。比如对于对于二进制数字信号,由于调制信号只有两个状态,调制后的载波参二进制数字信号,由于调制信号只有两个状态,调制后的载波参量也只能具有两个取值,其调制过程就像用调制信号去限制一个量也只能具有两个取值,其调制过程就像用调制信号去限制一个开关,从两个具有不同参量的载波中选择相应的载波输出,从而开关,从两个具有不同参量的载波中选择相应的载波输出,从而形成已调信号。形成已调信号。6 61
4、1 二进制幅移键控(二进制幅移键控(2ASK2ASK)1.2ASK 1.2ASK信号的调制信号的调制 用二进制数字基带信号限制载波的幅度,二进制数字序列只用二进制数字基带信号限制载波的幅度,二进制数字序列只有有“1”“1”、“0”“0”两两种种状状态态。调调制制后后的的载载波波也也只只有有两两种种状状态态:有有载载波输波输出出传传送送“1”“1”,无无载载波波输输出出传传送送“0”“0”。假假定定调调制制信信号号是是单单级级性性非非归零归零的的二二进进制制序序列列,“1”“1”码码时时 ,输输出出载载波波Acos0tAcos0t;“0”“0”码码时时,无输无输出。出。图6-1 2ASK信号的波
5、形图6-2 2ASK信号调制器原理框图 为第为第n n个码元的电平值,单极性码,个码元的电平值,单极性码,或或 。是是时间宽度为时间宽度为 的基本脉冲。的基本脉冲。2ASK2ASK信号信号 乘法器完成调制,乘法器完成调制,BPFBPF取出已调信号,抑制带外频谱分取出已调信号,抑制带外频谱分量,通过调整还可以实现单边带或残留边带调制。量,通过调整还可以实现单边带或残留边带调制。在一般状况下,调制信号是具有确定波形形态的二进制脉冲序列,可表示为2.2ASK2.2ASK信号的带宽信号的带宽图62 2ASK信号的功率谱密度 是基带脉冲的速率,是基带脉冲的速率,是基带脉冲周期。是基带脉冲周期。2ASK
6、2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱的线性搬移,信号的功率谱是基带信号功率谱的线性搬移,其频谱宽度是二进制基带信号的两倍。由于基带信号其频谱宽度是二进制基带信号的两倍。由于基带信号是矩形波,其频谱宽度从理论上来说为无穷大,以载波是矩形波,其频谱宽度从理论上来说为无穷大,以载波为中心频率,在功率谱密度的第一对过零点之间集中了为中心频率,在功率谱密度的第一对过零点之间集中了信号的主要功率,因此信号的主要功率,因此,通常取第一对过零点的带宽作通常取第一对过零点的带宽作为传输带宽,称之为为传输带宽,称之为谱零点带宽谱零点带宽。3.2ASK 3.2ASK信号的解调信号的解调 解调方式:相干解调和非相干解
7、调。解调方式:相干解调和非相干解调。图6-4 2ASK信号解调器原理框图 (1 1)相干解调)相干解调 乘法器实现乘法器实现ASKASK频谱的再次搬移,使数字调制信号的频频谱的再次搬移,使数字调制信号的频谱搬回到零频旁边;谱搬回到零频旁边;LPFLPF去除乘法器产生的高频重量,滤出去除乘法器产生的高频重量,滤出数字调制信号。数字调制信号。BPFBPF滤除接收信号频带以外的噪声干扰,并滤除接收信号频带以外的噪声干扰,并保证信号完整地通过。乘法器输出保证信号完整地通过。乘法器输出 LPFLPF输出输出 由于噪声及信道特性的影响,由于噪声及信道特性的影响,LPF LPF输出的数字信号是不输出的数字信
8、号是不标准的,通过对信号再采样,利用判决器对采样值进行判标准的,通过对信号再采样,利用判决器对采样值进行判决,便可以复原原决,便可以复原原“1”“1”、“0”“0”数字序列。数字序列。应当留意本地载波要与发送在波同频同相,以保证数据应当留意本地载波要与发送在波同频同相,以保证数据的正确解调。的正确解调。图6-5 2ASK信号相干解调过程的各点波形 (2 2)非相干解调非相干解调 利用包络检波器来实现,利用包络检波器来实现,LPF LPF滤除包络信号中的高频成滤除包络信号中的高频成分,平滑包络信号。比非相干解调实现简洁。分,平滑包络信号。比非相干解调实现简洁。2FSK 2FSK是利用载波的频率变
9、更来传递数字信息的。在二进制情是利用载波的频率变更来传递数字信息的。在二进制情况下,况下,1 1对应于载波频率对应于载波频率 ,0 0对应于载波频率对应于载波频率 。2FSK2FSK信号在信号在形式上犹如两个不同频率交替发送的形式上犹如两个不同频率交替发送的ASKASK信号相叠加。信号相叠加。62 二进制频移键控 图6-7 2FSK信号的波形 式中:式中:是宽度为是宽度为 的基本矩形脉冲,的基本矩形脉冲,表示表示 的非。的非。频差频差 :两个载频之间的间隔。两个载频之间的间隔。中心频率中心频率 :两个载频的平均值两个载频的平均值因此已调信号的时域表达式为定义调制指数(或频移指数)为图68 2F
10、SK信号功率谱 图图6868给出了给出了h h0.50.5、h h=0.7=0.7、h h=1.5=1.5时时2FSK2FSK信号的信号的功率谱示意图。功率谱以功率谱示意图。功率谱以f fc c为中心对称分布。在为中心对称分布。在f f较小较小时功率谱为单峰。随着时功率谱为单峰。随着f f的增大,的增大,f f1 1和和f f2 2之间的距离增之间的距离增大,功率谱出现了双峰。大,功率谱出现了双峰。2FSK2FSK信号的第一频谱零点带宽信号的第一频谱零点带宽可近似表示为可近似表示为式中式中,为基带信号的带宽或者说是基带信号的码元速为基带信号的带宽或者说是基带信号的码元速率。率。图6-9 2FS
11、K信号调制器原理框图2FSK信号的调制方法 2FSK信号常用的解调方法有相干解调,非相干解调和过零检测法等。3.2FSK3.2FSK信号的解调信号的解调 图图6-10 2FSK信号解调器原理框图信号解调器原理框图 设设 代表代表“1”“1”码,码,代表代表“0”“0”码。中心频率码。中心频率为为 的带通滤波器和中心频率为的带通滤波器和中心频率为 的带通滤波器可将的带通滤波器可将两者分开两者分开 ,把代表,把代表“1”“1”码的码的 和代表和代表“0”“0”码的码的 分成两路分成两路ASKASK信号,接受相干解调方式解调。采样判决信号,接受相干解调方式解调。采样判决可复原原数据序列。可复原原数据
12、序列。1.相干解调乘法器输出乘法器输出LPFLPF输出输出判决准则:判决准则:判为判为“1”“1”,判为判为“0”“0”。图6-11 2FSK信号相干解调过程的各点波形 2FSK 2FSK信号的过零点数随载频的变更而不同,因此,信号的过零点数随载频的变更而不同,因此,检测出过零点数就可以得到载频的差异,从而进一步得检测出过零点数就可以得到载频的差异,从而进一步得到调制信号的信息。过零检测法的原理框图及各点波形到调制信号的信息。过零检测法的原理框图及各点波形如图如图6-12,6-136-12,6-13所示。所示。FSKFSK信号经限幅、微分、整流后形信号经限幅、微分、整流后形成与频率变更相对应的
13、脉冲序列,由此再形成相同宽度成与频率变更相对应的脉冲序列,由此再形成相同宽度的矩形波。此矩形波的低频重量与数字信号相对应,由的矩形波。此矩形波的低频重量与数字信号相对应,由低通滤波器滤出低频重量,然后经抽样判决,即可得到低通滤波器滤出低频重量,然后经抽样判决,即可得到原始的数字调制信号。原始的数字调制信号。2.过零检测法图6-12 2FSK信号过零检测法解调原理框图图6-13 2FSK信号过零检测法的各点波形 二进制相移键控(二进制相移键控(2PSK2PSK)是用二进制数字信号限制)是用二进制数字信号限制载波的两个相位,这两个相位通常相隔载波的两个相位,这两个相位通常相隔弧度,例如用弧度,例如
14、用相位相位0 0和和分别表示分别表示1 1和和0 0,所以这种调制又称二相相移键,所以这种调制又称二相相移键控(控(BPSKBPSK)。二进制相移键控信号的时域表达式为)。二进制相移键控信号的时域表达式为 63 二进制相移键控这里的这里的 为双极性数字信号,即为双极性数字信号,即 假如 是幅度为1,宽度为 的矩形脉冲,则2PSK信号可表示为2PSK信号的典型波形如图616所示。图6-16 2PSK信号的波形图6-17 2PSK信号的功率谱密度示意图 2PSK2PSK信信号号与与2ASK2ASK信信号号相相比比较较,它它们们的的表表达达式式在在形形式式上上是是相相同同的的,其其区区分分在在于于2
15、PSK2PSK信信号号是是双双极极性性不不归归零零码码的的双双边边带带调调制制,而而2ASK2ASK信信号号是是单单极极性性非非归归零零码码的的双双边边带带调调制制。由由于于双双极极性性不不归归零零码码没没有有直直流流重重量量,因因此此2PSK2PSK信信号号是是抑抑制制载载波波的的双双边边带带调调制制。这这样样,2PSK2PSK信信号号的的功功率率谱谱与与2ASK2ASK信信号号的的功功率率谱谱相相同同,只只是是少少了了一一个个离离散散的的载载波波重重量量,也也属属于于线线性性调调制制。2PSK2PSK信信号号的的带带宽宽与与2ASK2ASK信信号号的的带带宽宽相相同,即同,即其中1 12P
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