第四章-数据传输技术课件.ppt

1、l基带传输技术基带传输技术l频带传输及调制技术频带传输及调制技术l同步控制技术同步控制技术l信道访问技术信道访问技术l数据交换技术数据交换技术l差错控制技术差错控制技术l基带传输对信号的要求基带传输对信号的要求l基带信号的波形及其传输码型基带信号的波形及其传输码型l基带传输系统基带传输系统l数字基带信号数字基带信号-来自数据终端的原始数据来自数据终端的原始数据信号。信号。l计算机输出的二进制序列计算机输出的二进制序列l电传机输出的代码电传机输出的代码lPCM码组，码组，M序列序列l这些信号往往包含丰富的这些信号往往包含丰富的低频分量低频分量，甚至直流分，甚至直流分量。量。在具有低通特性的有线信

2、道中，特别是传输在具有低通特性的有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，它们可以距离不太远的情况下，它们可以直接传输直接传输，故称故称为基带传输。为基带传输。l 因为在利用对称电缆构成的近程数据通信系统因为在利用对称电缆构成的近程数据通信系统广泛采用了这种传输方式；广泛采用了这种传输方式；l 因为基带传输系统的许多问题也是频带传输系因为基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题；统必须考虑的问题；l 因为任何一个采用线性调制的频带传输系统可因为任何一个采用线性调制的频带传输系统可等效为基带传输系统来研究。等效为基带传输系统来研究。基带传输系统的研究：基带传输系统的研究：l基带传输对

3、信号的基本要求：基带传输对信号的基本要求：基带信号应有利于提高系统的频带利用率基带信号应有利于提高系统的频带利用率基带信号应含有尽量少的直流、甚低频及高频分量基带信号应含有尽量少的直流、甚低频及高频分量基带信号应含有足够大的可供提取定时信号的信号基带信号应含有足够大的可供提取定时信号的信号分量分量基带信号的码型基本上应不受信源统计特性的影响基带信号的码型基本上应不受信源统计特性的影响基带信号的频谱能量要集中，所占带宽要窄基带信号的频谱能量要集中，所占带宽要窄基带信号的码型对噪声和码间干扰应具有较强的抵基带信号的码型对噪声和码间干扰应具有较强的抵抗力和自检能力抗力和自检能力基带信号的变换电路应简

4、单，成本低，性能号，且基带信号的变换电路应简单，成本低，性能号，且易于调整易于调整1.基带信号的波形基带信号的波形 基带信号是指基带信号是指消息代码的电波形消息代码的电波形，它是用不同的，它是用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。基带信号的类电平或脉冲来表示相应的消息代码。基带信号的类型有很多，常见的有矩形脉冲、三角波、高斯脉冲型有很多，常见的有矩形脉冲、三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等。和升余弦脉冲等。最常用的是矩形脉冲，因为矩形最常用的是矩形脉冲，因为矩形脉冲易于形成和变换脉冲易于形成和变换。10100110 E(a)E E110011 E0101011(b)(c)E E1010011(d

5、)E E1100011 E E 3E 3E010 011100 11 10 00 1(e)(f)0（1）单极性不归零波形（图）单极性不归零波形（图4-1(a)）特点是极性单一，有直流分量有直流分量，脉冲之间无间隔。另外位同步信息包含在电平的转换之中，当出现连0序列时没有位同步信息（2）双极性不归零波形（图）双极性不归零波形（图4-1(b)）特点是无直流分量无直流分量。这样，恢复信号的判决电平为 0，因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强。故双极性波形有利于在信道中传输故双极性波形有利于在信道中传输（3）单极性归零波形）单极性归零波形（图（图4-1(c)）单极性归零波形可以直接提取定时信息

6、可以直接提取定时信息，是其他波形提取位定时信号时需要采用的一种过渡波形。（4）双极性归零波形双极性归零波形（图（图4-1(d)）除了具有双极性不归零波形的特点外，还有利于同步脉冲的提取。（5）差分波形（图差分波形（图4-1(e)）由于差分波形是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码码，因此称它为相对码波形，而相应地称前面的单极性或双极性波形为绝对码波形。用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响，特别是在相位调制系统中用于解决载波相位模糊问题。（6）多电平波形（图多电平波形（图4-1(f)）是多于一个二进制符号对应一个脉冲的情形，适合于高数据速率传输系统。l对传输

7、用的基带信号主要有两个方面的要对传输用的基带信号主要有两个方面的要求：求：对代码的要求对代码的要求l原始消息代码必须编成适合于传输用的码型；原始消息代码必须编成适合于传输用的码型；对所选码型的电波形要求对所选码型的电波形要求l电波形应适合于基带系统的传输。电波形应适合于基带系统的传输。前者属于传输码型的选择，前者属于传输码型的选择，后者是基带脉冲后者是基带脉冲的选择。这是两个既独立又有联系的问题。的选择。这是两个既独立又有联系的问题。l传输码传输码(或称线路码或称线路码)的结构将取决于实际信的结构将取决于实际信道特性和系统工作的条件。通常，传输码的道特性和系统工作的条件。通常，传输码的结构应具

8、有下列主要特性：结构应具有下列主要特性：相应的基带信号无直流分量，且低频分量少；相应的基带信号无直流分量，且低频分量少；便于从信号中提取定时信息；便于从信号中提取定时信息；信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰；码间串扰；不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；的变化；具有内在的检错能力，传输码型应具有一定规律具有内在的检错能力，传输码型应具有一定规律性，以便利用这一规律性进行宏观监测；性，以便利用这一规律性进行宏观监测；编译码设备要尽可能简单，编译码设备要尽可能简单，等等。等等。双向码双

9、向码差（微）分双向码差（微）分双向码密勒码密勒码传号交替反转码传号交替反转码三阶高密度双极性码三阶高密度双极性码最常用的传输码型：最常用的传输码型：(1)(1)双相码双相码又称曼彻斯特（又称曼彻斯特（Manchester）码。）码。它用一个周期的正负对称方波表示它用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相，而用其反相波形表示波形表示“1”。编码规则之一是：编码规则之一是：“0”码用码用“01”两两位码表示，位码表示，“1”码用码用“10”两位码表示两位码表示，例如：，例如：代码：代码：1 1 0 0 1 0 1 双相码：双相码：10 10 01 01 10 01 10 双相码只有极性相反的

10、两个电平。双相码只有极性相反的两个电平。因为双相码在每个码元周期的中心点都存在电平跳变，因为双相码在每个码元周期的中心点都存在电平跳变，所以所以富含位定时信息。又因为这种码的正、负电平各富含位定时信息。又因为这种码的正、负电平各半，所以无直流分量，编码过程也简单。半，所以无直流分量，编码过程也简单。缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的的2倍）。倍）。(2)差分双向码差分双向码又叫差分曼彻斯特码又叫差分曼彻斯特码(Differential Manchester)与与双向码相同，双向码相同，在每个码元的中间，信号都在每个码元的中间，信号都会

11、发生跳变；不同之处在于：会发生跳变；不同之处在于：用在码元开始处有无跳变来表示用在码元开始处有无跳变来表示0和和1：码元开始处有跳变码元开始处有跳变0 码元开始处无跳变码元开始处无跳变1l（3）密勒）密勒(Miller)码码又称延迟调制码又称延迟调制码，它是双相码的一种变形。，它是双相码的一种变形。编码规则如下：编码规则如下：l“1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或或“01”表示。表示。“0”码有两种情况：单个码有两种情况：单个“0”时，在码元间隔内不出现电平跃变，且与相邻码元时，在码元间隔内不出现电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变，连

12、的边界处也不跃变，连“0”时，在两个时，在两个“0”码的边码的边界处出现电平跃变，界处出现电平跃变，即即“00”与与“11”交替交替若两个若两个“1”码中间有一个码中间有一个“0”码时，密勒码流中出码时，密勒码流中出现最大宽度为现最大宽度为2Ts的波形，即两个码元周期。这的波形，即两个码元周期。这一一性质可用来进行性质可用来进行宏观检错宏观检错l（4）传号交替反转码（）传号交替反转码（AMI码）码）其编码规则是其编码规则是l将二进制消息代码将二进制消息代码“1”(传号传号)交替地变交替地变换为传输码的换为传输码的“+1”和和“-1”，而，而“0”(空号空号)保持不变。例如：保持不变。例如：消息

13、代码消息代码 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 AMI码：码：+1 0 0 1 +1 0 0 0 0 0 0 0-1+1 0 0 -1+1AMI码对应的基带信号是码对应的基带信号是正负极性交替的脉冲序列正负极性交替的脉冲序列，而，而0电位持电位持不变的规律不变的规律优点：优点：l由于由于+1与与-1 交替，交替，AMI码的功率谱中不含直流成分，高、低频分量码的功率谱中不含直流成分，高、低频分量少，能量集中在频率为少，能量集中在频率为1/2码速处。码速处。l位定时频率分量虽然为位定时频率分量虽然为0，但只要将基带信号经全波整流变为单极性，但只要将基带信号经全

14、波整流变为单极性归零波形，便可提取位定时信号。归零波形，便可提取位定时信号。lAMI码的编译码电路简单，便于利用传号极性交替规律观察误码情码的编译码电路简单，便于利用传号极性交替规律观察误码情况。况。不足：当原信码出现连不足：当原信码出现连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时成提取定时信号的困难信号的困难l（5）三阶高密度双极性码（）三阶高密度双极性码（HDB3码）码）它是它是AMI码的一种改进型，其目的是为了保持码的一种改进型，其目的是为了保持AMI码码的优点而克服其缺点，的优点而克服其缺点，使连使连“0”个数不超过个数不超过3个个。其编码规则如下

15、：其编码规则如下：l当信码的连当信码的连“0”个数不超过个数不超过3时，仍按时，仍按AMI码的规则编，码的规则编，即传号极性交替；即传号极性交替；l当连当连“0”个数超过个数超过3时，则将第时，则将第4个个“0”改为与前面的改为与前面的“1”同极性的脉冲，记为同极性的脉冲，记为+V或或-V，称之为破坏脉冲。相邻，称之为破坏脉冲。相邻V码的极性必须交替出现，以确保编好的码中无直流；码的极性必须交替出现，以确保编好的码中无直流；l为了便于识别，为了便于识别，V码的极性应与其前一个非码的极性应与其前一个非“0”脉冲的脉冲的极性相同，否则，将四连极性相同，否则，将四连“0”的第一个的第一个“0”更改为

16、与该更改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲，并记为破坏脉冲相同极性的脉冲，并记为+B或或-B；l破坏脉冲之后的传号码极性也要交替。破坏脉冲之后的传号码极性也要交替。例如：例如：代码：代码：1000 0 1000 0 1 1 000 0 l 1 AMI码：码：-1000 0 +1000 0 -1 +1 000 0 -1 +1 HDB3码：码：-1000 -V +1000 +V -1 +1 -B00 -V +1 -1其中的其中的V脉冲和脉冲和B脉冲与脉冲与1脉冲波形相同，用脉冲波形相同，用V或或B符号的目的是为了示意是将原信码的符号的目的是为了示意是将原信码的“0”变换成变换成“1”码。码。lHDB3码

17、保持了码保持了AMI码的优点外，同时还将连码的优点外，同时还将连“0”码限制在码限制在3个以内，故有利于位定时信号的提取个以内，故有利于位定时信号的提取lHDB3码是应用最为广泛的码型码是应用最为广泛的码型，A律律PCM四次四次群以下的接口群以下的接口码型均为码型均为HDB3码码l常用的基带传输码型l分析基带信号的码型可以从推导各种码型的功率密度谱和输出能量谱的计算公式人手l基带传输系统的模型l基带传输系统的传输特性分析基带传输系统的传输特性分析l结论：结论：l码间串扰和随机噪声干扰是影响基带信号传输质量的两个主要因素码间串扰和随机噪声干扰是影响基带信号传输质量的两个主要因素0000()()(

18、)()()knknRn kY ta h kTtnTa h ta h kn TtnkTt码间串扰值随机噪声的干扰值l概述概述l基本数字调制技术基本数字调制技术l幅相混合调制幅相混合调制l脉码调制脉码调制l调制的目的：调制的目的：满足信道传输的需要满足信道传输的需要实现多路复用、完成频率分配和减小噪声干扰实现多路复用、完成频率分配和减小噪声干扰的影响的影响l数字调制数字调制用载波信号参量三离散状态来表征所传输的数用载波信号参量三离散状态来表征所传输的数据消息据消息在解调时只需对载波信号的受调参量进行检测在解调时只需对载波信号的受调参量进行检测和判决和判决三种基本形式：三种基本形式：ASK、FSK和

19、和PSKASK：用载波的两个不同振幅表示：用载波的两个不同振幅表示0(0v)和和1(+5v)FSK：用载波的两个不同频率表示：用载波的两个不同频率表示0(1.2KHz)和和1(2.4KHz)PSK：用载波的起始相位的变化表示：用载波的起始相位的变化表示0(同相同相)和和1(反相反相)l数字幅度调制l数字频率调制l数字相位调制l二进制振幅键控（二进制振幅键控（2ASK）正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制二进制符号序列可表示为：二进制符号序列可表示为：()()nSns ta g tnT2()()cosASKnScneta g tnTtPPan1

20、,1,0发送概率为发送概率为其它,00,1)(sTttg则二进制振幅键控信号可表示为则二进制振幅键控信号可表示为乘 法 器coscte2ASK(t)(a)cosct开 关 电 路s(t)e2ASK(t)(b)s(t)二进制振幅键控信号调制器原理框图模拟相乘数字键控l2ASK信号的带宽是基带脉冲波形带宽的两倍，故频带利用率仅是直接传输基带信号时的一半。l对2ASK信号的解调主要有两种方法：包络检波法相干解调法e2ASK(t)带通滤波器全波整流器低通滤波器抽样判决器输出abcd定时脉冲(a)e2ASK(t)带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出cosct(b)二进制振幅键控信号解调器原理

21、框图 l多进制振幅键控（多进制振幅键控（MASK）利用多电平的矩形基带脉冲去控制正弦载波信号幅利用多电平的矩形基带脉冲去控制正弦载波信号幅度度由于在一个码元持续时间内，多电平信号所包含的由于在一个码元持续时间内，多电平信号所包含的信息量是二电平信号的信息量是二电平信号的logM倍倍(M为电平数为电平数)，所以，所以多电平调制的频率利用率多电平调制的频率利用率(指单位频带内的信息传输指单位频带内的信息传输速率速率)比二电平调制高。比二电平调制高。时域表达式：时域表达式：()()cosMASKnScneta g tnTt多电平调制信号的带宽和二电平调制信号的带宽是相同的l4进制振幅调制信号的时间波

22、形OTBtA2A3A2301l正交幅度调制（正交幅度调制（QAM）利用两个独立的基带波形对两个相互正交的同频载利用两个独立的基带波形对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带幅度调制波进行抑制载波的双边带幅度调制由于它利用了合成的已调信号在相同频带范围内频由于它利用了合成的已调信号在相同频带范围内频谱正交的特性，因而实现了在同一频带内两路数据谱正交的特性，因而实现了在同一频带内两路数据信息的并行传输。信息的并行传输。适用于高速数据传输的场合适用于高速数据传输的场合正交幅度键控信号可表示为：正交幅度键控信号可表示为：12()()cos()sinccS tm ttm tt正交幅度键控信号的调制正

23、交幅度调制对传输信道和接收端相干载波的相位误差提正交幅度调制对传输信道和接收端相干载波的相位误差提出了严格的要求，信道特性的不理想或相干载波存在相位出了严格的要求，信道特性的不理想或相干载波存在相位误差，都会在接收端解调后恢复的基带波形中出现邻路干误差，都会在接收端解调后恢复的基带波形中出现邻路干扰和正交干扰。扰和正交干扰。正交幅度键控信号的解调l二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK）在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在信号在f1和和f2两个频率点间变化，则产生二进制移频键控两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号信号(2

24、FSK信号信号)。二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。振幅键控信号的叠加。若二进制基带信号的若二进制基带信号的1符号对应于载波频率符号对应于载波频率f1，0符号对符号对应于载波频率应于载波频率f2，则二进制移频键控信号的时域表达式，则二进制移频键控信号的时域表达式为为212()()cos()()cos()FSKnSnnnSnneta g tnTtb g tnTtl 是反码关系是反码关系l 分别代表第分别代表第n个信号码元的初始相位。在个信号码元的初始相位。在2ASK信信号中，它们不携带信息，通常可设为零号中，它们不

25、携带信息，通常可设为零。l因此，二进制移频键控信号的时域表达式可简化为因此，二进制移频键控信号的时域表达式可简化为：nnab nn,212()()cos()cosFSKnSnnSneta g tnTta g tnTtl 带宽带宽B|f2-f1|+2fsl 生成生成2FSK信号一般有两种方法，即频率选择法和载波信号一般有两种方法，即频率选择法和载波调频法。前者产生的一般是相位离散的调频法。前者产生的一般是相位离散的2FSK信号；后者信号；后者则是相位连续的则是相位连续的2FSK信号。信号。振荡器1f1选通开关反相器基带信号选通开关振荡器2f2相加器e2FSK(t)频率选择法实现二进制移频键控信号

26、的原理图abcdefgaak1011001ts(t)ts(t)bttcdettfgt2FSK信号二进制移频键控信号的时间波形e2FSK(t)带通滤波器1包络检波器抽样判决器输出定时脉冲带通滤波器包络检波器(a)e2FSK(t)带通滤波器1低 通滤波器抽样判决器输出定时脉冲带通滤波器低通滤波器相乘器相乘器cos1tcos2t(b)非相干解调相干解调111000001012FSK信号2FSK非相干解调过程的时间波形l多进制频移键控（多进制频移键控（MFSK）利用利用M个不同频率的信号波形来代表个不同频率的信号波形来代表M进制的进制的M个个码元符号。码元符号。当需要传送某一码元符号时，则在信道上传输

27、相应当需要传送某一码元符号时，则在信道上传输相应的信号波形的信号波形1()()cosMMFSKiiiets ttfc4.8 kHzfc1.6 kHzfc1.6 kHzfc4.8 kHz1101100001MFSK信号的生成原理框图MFSK信号最佳非相干解调器原理框图MFSK信号二进制比特流l相移键控与幅度键控、频移键控相比，它不仅在相移键控与幅度键控、频移键控相比，它不仅在恒参信道上具有较优的抗噪声性能和频带利用率，恒参信道上具有较优的抗噪声性能和频带利用率，而且在有衰落和多径现象的信道上也有较好的接而且在有衰落和多径现象的信道上也有较好的接收效果。收效果。l二相绝对调制（二相绝对调制（2PS

28、K）在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。信号。通常用已调信号载波的通常用已调信号载波的0和和 180分别表示二进制数分别表示二进制数字基带信号的字基带信号的 1 和和 0。这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式，称为的调制方式，称为二进制绝对移相方二进制绝对移相方式式。二进制移相键控信号的时域表达式为二进制移相键控信号的时域表达式为1,cos1,1nnPaP发送概率为发送概率

29、为2()()cosPSKnScneta g tnTt2()()cos()PSKScnnetg tnTt n是第是第n个码元的载波相位，它是一随机变量，个码元的载波相位，它是一随机变量，只有两种可能的取值：只有两种可能的取值：0或或。s(t)码型变换双极性不归零乘法器e2PSK(t)cosct(a)cosct0开关电路e2PSK(t)180 移相s(t)(b)2PSK信号的调制原理图图(a)是采用模拟调制的方法（调相法）产生2PSK信号，图(b)是采用数字键控的方法（相位选择法）产生2PSK信号。A ATstOl2PSK信号的带宽是基带脉冲波形带宽的两倍l2PSK信号的解调通常都是采用相干解调。

30、在相干解调过程中需要用到与接收的2PSK信号同频同相的相干载波。带通滤波器e2PSK(t)a相乘器c低通滤波器dbe抽样判决器输出cosct定时脉冲2PSK信号的解调原理图2PSK信号的相干解调存在随机的信号的相干解调存在随机的“倒倒”现象，从而使得现象，从而使得2PSK方式在实际中很少采用方式在实际中很少采用10a110100bcde2PSK信号相干解调各点时间波形l二相相对移相（二相相对移相（2DPSK）用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。假设前后相邻码元的载波相位差为息。假设前后相邻码元的载波相位差为，可定义，可定义一种数字信息与一

31、种数字信息与之间的关系为之间的关系为0,0,1表示数字信息“”表示数字信息“”二进制数字信息：二进制数字信息：1 1 0 1 0 0 1 1 1 02DPSK信号相位：信号相位：0 0 0 0 0 0 或或 0 0 0 0 0 则一组二进制数字信息与其对应的则一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的载波相位信号的载波相位关系如下所示关系如下所示:cosct0开关电路e2DPSK(t)180 移相s(t)码变换2DPSK信号调制器原理图相对码绝对码相对码载波DPSK信号101100102DPSK信号的解调：信号的解调：l以相干解调法来说明其解调原理以相干解调法来说明其解调原理 因为相干解调后

32、仍是相对码，故最后还需经因为相干解调后仍是相对码，故最后还需经码反变换器将相对码变换成绝对码码反变换器将相对码变换成绝对码 在解调过程中，若相干载波产生在解调过程中，若相干载波产生180相位相位模糊，模糊，解调出的相对码将产生倒置现象，但解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊度的问题。度的问题。(a)abcdef(b)带通滤波器e2DPSK(t)a相乘器c低通滤波器dbe抽样判决器输出cosct定时脉冲码反变换器f10110002DPSK信号相干解调

33、相干解调器原理图和解调过程各点时间波形l多相调制利用载波的多个相位或相位差来表示数字信息多相调制信号的表示形式为：nncSMPSKtnTtgtecos)()(ttQttItnTtgbtnTtgatnTtgtnTtgcccnSncnSncnnScnnSsin)(cos)(sin)(cos)(sinsin)(coscos)(4PSK0011参考相位1001参考相位101101002PSK01参考相位01参考相位(Constellation)信号矢量图双比特码元载波相位(n)abA方式 B方式 011000110 90 180 270 225 315 45 135 双比特双比特ab与载波相位的关系与

34、载波相位的关系 同2PSK的情况一样，4PSK也存在相位模糊问题，并且是0、90、180和270四个相位模糊四个相位模糊。在实际使用中常采用四相相对相移（4DPSK）。4DPSK信号产生原理图 移相4输入 串/并变换码变换载波振荡abc 移相4d输出4DPSK信号的产生与解调：信号的产生与解调：生成的基本思想：把以绝对码表示的双比特码元经过码变生成的基本思想：把以绝对码表示的双比特码元经过码变换，构成相对码表示的双比特码元再进行四相绝对移相换，构成相对码表示的双比特码元再进行四相绝对移相图 7-464DPSK信号相干解调加码反变换器方式原理图 输入载波恢复cosctsinct输出带通滤波低通滤

35、波抽样判决低通滤波抽样判决位定时码反变换并/串变换l多进制调制技术是以牺牲功率利用率换取频带利用率的提高的。l幅度相位混合调制（APK）是对载波信号的幅度和相位同时进行调制的一种调制形式。lAPK信号的时域表达式可表示如下：()()cosnScnnS ta g tnTtlAPK信号的可能状态数为NM1122,nNNaPaPaaP发送概率为发送概率为发送概率为1122,nMMPPP发送概率为发送概率为发送概率为lAPK信号可写成另一种形式：()()coscos()sinsinnSncnnSncnS ta g tnTta g tnTtAPK信号可以看作两个正交载波调制信号之和信号可以看作两个正交载

36、波调制信号之和如果在一个码元时间内，上式可写成：如果在一个码元时间内，上式可写成：()cossin(0)()cos,()sinncncsnnnnnnS tAtBttTAa g tBa g t 式中，l在功率相等或最大幅度相等的条件下，在功率相等或最大幅度相等的条件下，16QAM和和16PSK的星座图如下：的星座图如下：1)MPSK在在M4时，同相和正交信号不是独立的，以保时，同相和正交信号不是独立的，以保证合成矢量落在圆上，而证合成矢量落在圆上，而MQAM 则是独立的。则是独立的。2)16QAM星座图上信号点间的最小距离比星座图上信号点间的最小距离比16PSK小。小。l16QAM信号的生成方法

37、：信号的生成方法：正交调幅法正交调幅法l用两路正交的四电平幅度键控信号叠加而成用两路正交的四电平幅度键控信号叠加而成复合相移法：复合相移法：l用两路独立的四相相移键控信号叠加而成用两路独立的四相相移键控信号叠加而成 某调制解调器同时使用幅移键控和相移某调制解调器同时使用幅移键控和相移键控，采用键控，采用0、/2、和和3/2四种相位，每四种相位，每种相位又都有两个不同的幅值，问在波特种相位又都有两个不同的幅值，问在波特率为率为1200的情况下数据速率是多少的情况下数据速率是多少?解：解：由于采用由于采用0、/2、和和 3/2四种相位，而四种相位，而每种相位又都有两个不同的幅值，所以每个周每种相位

38、又都有两个不同的幅值，所以每个周期内可能有期内可能有8种状态。种状态。数据传输率数据传输率=波特率波特率 lb8=1200 3=3600(b/s)l模拟信号在数字信道中传输：编解码器l脉码调制原理l影响PCM中继间隔的因素l利用PCM信道进行数据传输l脉冲编码调制（脉冲编码调制（Pulse Code Modulation)就是就是用脉冲码组代表模拟调制信号的抽样量化值，用脉冲码组代表模拟调制信号的抽样量化值，是把模拟信号转换为数字信号的一种脉冲数字是把模拟信号转换为数字信号的一种脉冲数字调制方式。调制方式。lPCM方式的突出优点就是抗干扰性能好，便于方式的突出优点就是抗干扰性能好，便于时分多路

39、复用，便于计算机处理，能够把各种时分多路复用，便于计算机处理，能够把各种输入信号（如声音、图像、数据）进行量化处输入信号（如声音、图像、数据）进行量化处理，变为代码进行传输。理，变为代码进行传输。脉码调制原理框图l模拟信号经抽样、量化等处理后，就可以进行模拟信号经抽样、量化等处理后，就可以进行编码，使量化信号变为编码信号，也就是编码，使量化信号变为编码信号，也就是PCM基带信号。基带信号。l在实际数字系统中，一个数字信号是用二进制在实际数字系统中，一个数字信号是用二进制数来表示的。数来表示的。l在在PCM中广泛使用的二进制码有：自然二进制中广泛使用的二进制码有：自然二进制码，格雷码，折叠码。码

40、，格雷码，折叠码。l影响中继间隔的主要因素是码间串扰和线路噪影响中继间隔的主要因素是码间串扰和线路噪声声码间串扰码间串扰l难以避免，采用均衡器可以减少码间干扰的影响难以避免，采用均衡器可以减少码间干扰的影响线路噪声线路噪声l热噪声、脉冲噪声、系统间的串话噪声等热噪声、脉冲噪声、系统间的串话噪声等l同轴电缆因外导体的屏蔽作用，拨号脉冲噪声和串话噪声都同轴电缆因外导体的屏蔽作用，拨号脉冲噪声和串话噪声都较小，此时热噪声就成为主要噪声。较小，此时热噪声就成为主要噪声。l当当PCM线路与话音线路设置在同一条电缆内，来自话音电线路与话音线路设置在同一条电缆内，来自话音电路的冲击性噪声路的冲击性噪声(主要

41、是拨号脉冲噪声主要是拨号脉冲噪声)将对将对PCM中继设备产中继设备产生干扰。生干扰。l当同一电缆内的多个线对中同时传送不同系统的当同一电缆内的多个线对中同时传送不同系统的PCM信号信号时，就会出现系统间串话现象。时，就会出现系统间串话现象。l利用利用PCM信道进行数据传输时，存在一个如何使数据信道进行数据传输时，存在一个如何使数据信息进入信息进入PCM信道的问题，即要进行码变换的工作信道的问题，即要进行码变换的工作l根据根据PCM信道终端设备与数据终端设备两者定时信号信道终端设备与数据终端设备两者定时信号之间的关系，码变换有三种方式：之间的关系，码变换有三种方式：同步数据传输方式同步数据传输方

42、式l由由PCM信道的终端设备向数据终端设备发送统一的定时信信道的终端设备向数据终端设备发送统一的定时信号，达到两者同步的目的号，达到两者同步的目的非同步数据传输方式非同步数据传输方式l数据终端设备在数据信号的时钟与数据终端设备在数据信号的时钟与PCM信道的时钟不同步信道的时钟不同步而进行的数据传输方式而进行的数据传输方式同步时分多路复用数据传输方式同步时分多路复用数据传输方式l指多路数据信号在同步时分复用器内，按照一定的格式进指多路数据信号在同步时分复用器内，按照一定的格式进行组合后，再进入行组合后，再进入PCM信道。信道。l同步是指收发双方在时间上步调一致，故又称定时。同步是指收发双方在时间

43、上步调一致，故又称定时。l在数据通信中，按照同步的功用分为：载波同步、在数据通信中，按照同步的功用分为：载波同步、位同步、群同步和网同步位同步、群同步和网同步载波同步载波同步l指在相干解调时，接收端需要提供一个与接收信号中的调制载指在相干解调时，接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波波同频同相同频同相的相干载波。这个载波的获取称为载波提取或载波的相干载波。这个载波的获取称为载波提取或载波同步。同步。位同步位同步l又称码元同步。在数据通信系统中，任何消息都是通过一连串又称码元同步。在数据通信系统中，任何消息都是通过一连串码元序列传送的，所以接收时需要知道每个码元的起止时刻，码元序列传送的，所以

44、接收时需要知道每个码元的起止时刻，以便在恰当的时刻进行取样判决。以便在恰当的时刻进行取样判决。群同步群同步l包含字同步、句同步、分路同步，它有时也称帧同步。包含字同步、句同步、分路同步，它有时也称帧同步。l在数据通信中，信息流是用若干码元组成一个在数据通信中，信息流是用若干码元组成一个“字字”，又用若干个，又用若干个“字字”组成组成“句句”。在接收这些数字信息时，必须知道这些。在接收这些数字信息时，必须知道这些“字字”、“句句”的起止时刻，否则接收端无法正确恢复信息。的起止时刻，否则接收端无法正确恢复信息。网同步网同步l为了保证通信网内各用户之间可靠地通信和数据交换，全网必须有为了保证通信网内

45、各用户之间可靠地通信和数据交换，全网必须有一个统一的时间标准时钟，这就是网同步的问题。一个统一的时间标准时钟，这就是网同步的问题。l按照获取和传输同步信息方式的不同，又可分为外同步按照获取和传输同步信息方式的不同，又可分为外同步法和自同步法。法和自同步法。外同步法。外同步法。l由发送端发送专门的同步信息（常被称为导频），接收端把这个导由发送端发送专门的同步信息（常被称为导频），接收端把这个导频提取出来作为同步信号的方法，称为外同步法。频提取出来作为同步信号的方法，称为外同步法。自同步法。自同步法。l发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到的信号中提取同发送端不发送专门的同步信息，接收端设法

46、从收到的信号中提取同步信息的方法，称为自同步法。步信息的方法，称为自同步法。l同步是进行信息传输的必要和前提同步是进行信息传输的必要和前提。同步性能。同步性能的好坏又将直接影响着通信系统的性能。同步的好坏又将直接影响着通信系统的性能。同步系统应具有比信息传输系统更高的可靠性和更系统应具有比信息传输系统更高的可靠性和更好的质量指标，如同步误差小、相位抖动小以好的质量指标，如同步误差小、相位抖动小以及同步建立时间短、保持时间长等。及同步建立时间短、保持时间长等。l实现载波同步的方法可分为两类：实现载波同步的方法可分为两类：若接收的己调信号频谱中含有载频离散谱成若接收的己调信号频谱中含有载频离散谱成

47、分（含有载波分量或载波导频分量）时可用分（含有载波分量或载波导频分量）时可用窄带带通滤波器或锁相环来提取相干载波窄带带通滤波器或锁相环来提取相干载波对于抑制载波而又没有插入导频的已调信号，对于抑制载波而又没有插入导频的已调信号，则通过对其进行非线性变换或采用特殊的锁则通过对其进行非线性变换或采用特殊的锁相环来获取相干载波相环来获取相干载波l又称为外同步法又称为外同步法发送端在发送有用信号频谱的同时，在适当发送端在发送有用信号频谱的同时，在适当的位置中再加入一个低功率的线谱，接收端的位置中再加入一个低功率的线谱，接收端利用窄带滤波器把它提取出来，再经适当处利用窄带滤波器把它提取出来，再经适当处理

48、后形成相干载波。理后形成相干载波。l抑制载波双边带信号的导频插入抑制载波双边带信号的导频插入导频的插入位置应该在信号频谱为导频的插入位置应该在信号频谱为0的位置的位置上发方框图发方框图m(t)cos0tsinsin 0t(正交导频正交导频)s(t)=m(t)cos 0t+sin+sin 0t90o相移 相加 带通s(t)m(t)S(t)cos 0t收方框图收方框图 90o相移 低通 带通f0窄带带通f0导频 频谱fS(t)=m(t)+m(t)cos2 0t+sin2sin2 0tl又称自同步法又称自同步法它适用于接收信号中含有载波分量或对接收它适用于接收信号中含有载波分量或对接收信号进行某种非

49、线性变换后含有载波的谐波信号进行某种非线性变换后含有载波的谐波分量的场合。分量的场合。l常用方法常用方法：平方变换法和平方环法平方变换法和平方环法同相正交环法同相正交环法l（1）平方变换法和平方环法）平方变换法和平方环法此方法广泛用于建立抑制载波的双边带信号的载波同步此方法广泛用于建立抑制载波的双边带信号的载波同步平方变换法提取载波的原理：平方变换法提取载波的原理：平方律部件输入已调信号e(t)2fc窄带滤波器二 分 频载波输出ttmtmttmtecc2cos)(21)(21cos)()(222提取的载波存在提取的载波存在 的相位模糊现象的相位模糊现象cos ct-cos ct l平方环法提取

50、载波：将上图中的窄带滤波器用锁相环平方环法提取载波：将上图中的窄带滤波器用锁相环代替代替l由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波和记忆功能，由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波和记忆功能，平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能。因此，平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能。因此，平方环法提取载波得到了较广泛的应用。平方环法提取载波得到了较广泛的应用。平方律部件输入已调信号鉴相器二分频载波输出环路滤波器压控振荡器锁相环l同相正交法同相正交法又叫科斯塔斯又叫科斯塔斯(Costas)环环在此环路中，压控振荡器在此环路中，压控振荡器(VCO)提供两路互为正交提供两路互为正交的载波，与输入接收信号分别在同