1、2022-5-311 电力系统通信技术电力系统通信技术华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院黄黄 敏敏2022-5-312联系方式：n办公室：电力实验楼501n 电话：135127669762022-5-313教学内容n绪论n通信基础知识 Principle of Communication n 电力载波通信PLCC (Power Line Carrier Communication)n 光纤通信技术 (Fiber Optic Communication )n 微波与卫星通信技术 (Microwave and Satellite Communication)n 移动通信技术 (Mobile
2、Communication)2022-5-314电力系统安全稳定运行电力系统安全稳定运行 的的 三大支柱三大支柱：电力系统通信网电力系统通信网电力系统的安全稳定控制系统电力系统的安全稳定控制系统电力系统调度自动化系统电力系统调度自动化系统电力系统通信技术的电力系统通信技术的意义和作用意义和作用：是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段；是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段；是电网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础；是电网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础；是电力系统的重要基础设施。是电力系统的重要基础设施。 第第 1 章章 绪绪 论论2022-5-315第第 1 章章
3、绪论绪论 1.1 通信、通信系统以及通信网的基本概通信、通信系统以及通信网的基本概 念念 1.1.1通信通信 通信的目的是传送信息。即把信息源产生的信息(语言、文字、数据、图像等)快速、准确地传到收信者。 communication: the transmission of information from one place and/or time to another2022-5-3161.1.2通信系统的基本组成通信系统的基本组成Communication System Model信源发送设备信道接收设备信宿噪声2022-5-317 1.1.2通信系统的基本组成通信系统的基本组成 信源和
4、信宿: Source and Destination 人、机器设备。 信息：information 与概率有关 信号：signal 话音、数字、符号、图像等。 信道：Channel 即传输媒体（media） wire、 wireless 噪音：Noise 自然界、人为 2022-5-318通信系统和通信网n系统系统 相互关联的一个整体相互关联的一个整体n通信系统通信系统信源到信宿之间完成信息传送全过程的信源到信宿之间完成信息传送全过程的总体。总体。 “线线”n网络网络各种关联系统的综合各种关联系统的综合 “网网”n 通信网络通信网络各种通信节点（端节点、交换节点、转接点）及连接各节点的传输链路
5、互相依存的有机结合体，以实现两点及多个规定点间的通信体系。2022-5-319 1.1.3通信网概念通信网概念通信网的物理结构或硬件设施的三大要素：终端设备终端设备：（电话机、PC机、移动终端、手机 各种数字传输终端 PDH/SDH光端机 ）交换设备交换设备：（程控交换机、分组交换机、ATM交换机、移动 交换机、路由器、集线器、网关、交叉连接设备）传输链路传输链路： （电缆信道、光缆信道、微波、卫星信道及其他 无线传输信道组成）2022-5-3110 现代通信系统与现代通信网现代通信系统与现代通信网 现代通信系统的特点： 数字通信与计算机技术的结合 现代通信网的特点： 综合化、智能化、（宽带化
6、、数字化）2022-5-31111.2电力通信系统的现状电力通信系统的现状电力系统通信：是电力、电信两大行业的一个交叉点。电力通信技术的发展： 20世纪70年代的电力线载波 80年代的模拟微波 90年代的数字微波 目前 光纤通信。2022-5-3112 电力行业发展光纤通信的优势：利用高压输电线路， 可架设电力特种光缆电力特种光缆： 地线复合光缆 OPGW (Optical Power Grounded Waveguide ） 无金属/全介质自承式光缆 ADSS (All Dielectric Self-Support) 缠绕式光缆 GWWOP （Ground Wire Wrapped Opt
7、ical Fiber Cable） 光纤通信的优点：具有抗电磁干扰能力强、传输容量大、频带宽、传输衰耗小等地线复合光缆、地线复合光缆、 OPGW :将通信光缆和高压输电线上的架空地线结合成一个整体，将光缆技术和输电线技术相融合，成为多功能的架空地线，既是避雷线，又是架空光缆，同时还是屏蔽线，在完成高压输电线路施工的同时，也完成了通信线路的建设，非常适用于新建的输电线路。常见于220、330、500kV电压等级；无金属无金属/全介质自承式光缆全介质自承式光缆 ADSS : 质轻价优，与输电线路独立，且可带电架设，不影响输电线路的正常运行，非常适合于已建电力线路（需复核杆塔或改造已有线路杆塔结构）
8、及新建电力线路，常见于35、110、220kV电压等级，特别是110kV电压等级基本上都采用ADSS光缆。缠绕式光缆缠绕式光缆 GWWOP：重量很轻，将光缆缠绕在输电线路的地线上。适合在已运行的电力线路上架设，不需对原杆塔作改动即可施工。工程造价最低，缺点是易受外界损坏。2022-5-3114 大力发展光纤通信，主干传输网络以光纤为主，微波为辅，边远地区可采用卫星通信。电力电力“十二五十二五” 通信规划的趋势：通信规划的趋势：满足坚强智能电网运行和公司现代化管理需要，提出了建设具有智能化、光纤化、网络化特征的，以骨干通信电路为主，各级通信网协调发展的，坚强智能的电力通信网络。 全国电力全国电力
9、“十五十五” 通信规划通信规划，”建设以光纤为主的主干通信传输网络，保证信息的快速可靠传输。”2022-5-3115全国电力“十五” 通信规划:n80的网公司建成电力通信光纤传输二级网络，n50的省公司建成电力通信光纤传输三级网络，n30的地（市）公司建成电力通信光纤传输四级网络；n根据应用和发展的需要，采用符合电力系统特点的专用通信网络技术体制，近期可采用SDH体制，远期逐步采用IP体制2022-5-31161.3 电力系统通信网电力系统通信网 电力系统通信网是国家专用通信网之一，是电力系统不可缺少的重要组成部分，是电网调度自动化、电网运营市场化和电网管理信息化的基础，是确保电网安全、稳定、
10、经济运行的重要手段。其最重要的特点： 高度的可靠性和实时性。用户分散、容量小、网络复杂。电力通信主干网络：基本上成树型与星型相结合的复合型网络结构。2022-5-3117电力系统通信网中常见的通信网络有： 电话交换网 电力数据网电力数据网 (包含传统的远动信息网(SCADA系统)、EMS、MIS) 电视电话会议网 企业内联网INTRANET等。 2022-5-3118 1.3.3 电力数据通信网电力数据通信网 按级别和范围分： 国家网省市 按类型分： 电力电力调度调度数据通信网数据通信网用于承载与电力自动化生产直接相关的信息系统，用于监控电力生产运行过程中的各种业务处理系统及智能设备。物理：专
11、用通道，使用独立的网络设备组网，与其他的电力内部数据网及外网进行安全隔离。 电力电力综合业务综合业务数据网数据网 承载众多的业务和应用系统，包括管理信息系统、财务自动化系统和供电营销系统等；同时，电力综合业务数据网还将承载具有实时性要求的新型应用，如视频监控、视频会议等。2022-5-3119为了确保各调度中心之间以及调度中心与厂站之间计算机监控系统等实时数据通信的可靠性和安全性，依照国家经贸委令2002第30号电网和电厂计算机监控系统及调度数据网电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安络安全防护规定全防护规定，建设全国性的统一的国家电力调度数据网，按照“统一规划设计、统一技术体制、统一理由策
12、略、统一组织实施”的原则进行网络工程建设。国家电力国家电力调度调度数据网数据网2022-5-3120核心层核心层core layer 由国调、6个网调、四川、三峡等9个节点组成；汇聚层汇聚层 distribution layer由除四川以外的29个省调节点组成；接入层接入层Access layer由各接入厂站及调度中心业务网组成。国家电力调度数据网 骨干网的分层：2022-5-31211.4 电力系统通信技术电力系统通信技术 电力系统通信网主要由传输、交换、终端三大部分组成。 传输系统：传输系统：以光纤、数字微波传输为主，卫星、电力线载波、电缆、移动通信等多种通信方式并存， 交换方式交换方式：
13、电路交换、分组交换、ATM异步传送模式和帧中继。 承载的业务业务：语音、数据、远动、继电保护、电力监控、移动通信等 2022-5-3122 (PLC-Power Line Carrier)电力系统特有电力系统特有 利用高压输电线高压输电线作为传输通路的载波通信方式，用于电力系统的调度通信、远动、保护、生产指挥、行政业务通信及各种信息传输。 电力线路是为输送50Hz强电设计的，机械强度高，传输可靠，电力线载波通信复用电力线路进行通信不需要通信线路建设的基建投资和日常维护费用，是电力系统电力系统特有特有的通信方式。1电力线载波通信2022-5-3123 光纤通信是以光波为载波光波为载波，以光纤为传
14、输媒介的一种通信方式。 在我国电力通信领域普遍使用电力特种光缆，主要包括全介质自承式光缆ADSS、架空地线复合光缆OPGW、缠绕式光缆GWWOP 电力特种光缆电力特种光缆是适应电力系统特殊的应用环境而发展起来的一种架空光缆体系，它将光缆技术和输电线技术相结合光缆技术和输电线技术相结合，架设在10500kV不同电压等级的电力杆塔上和输电线路上，具有高可靠、长寿命等突出优点。2光纤通信2022-5-3124n微波通信是指利用微波微波(射频射频)作载波作载波携带信息，通过无线电波空间进行中继中继（接力）的通信方式。常用微波通信的频率范围为140GHz。n微波按直线直线传播，若要进行远程通信，则需在高
15、山、铁塔或高层建筑物顶上安装微波转发设备进行中继通信。n3微波通信2022-5-31254卫星通信卫星通信 卫星通信利用人造地球卫星人造地球卫星作为中继站中继站来转发无线电波，从而进行两个或多个地面站之间的通信。 卫星通信主要用于解决国家电力公司至边远地区边远地区的通信。目前电力系统内已有地球站32座，基本上形成了系统专用的卫星通信系统，实现了北京对新疆等边远省区的通信。 卫星通信除用作话音通信话音通信外，还用来传送调度自动传送调度自动化系统的实时数据化系统的实时数据。2022-5-3126 移动通信通信的双方中至少有一方至少有一方是在移动中进行信息交换的通信方式。 作为电力通信网的补充和延伸
16、，移动通信在电力线维护、事故抢修、行政管理等方面发挥着积极的作用。5移动通信技术2022-5-31276现代交换技术现代交换技术 现代交换方式有电路交换、分组交换、ATM异步传送模式、帧中继和多协议标记交换多协议标记交换（MPLS）技术。 电路交换和分组交换是两种不同的交换方式，是代表两大范畴的传送模式， 帧中继和ATM异步传送模式则属于快速分组交换的范畴。2022-5-3128 连接建立后，无信息传送时也需占电路，电路利用率低； 要预先建立连接，有一定的连接建立时延，通路建立后可实时传送信息，传输时延一般可以不计； 无差错控制措施。 因此，电路交换： 适合于电话交换、文件传送及高速传真， 不
17、适合突发业务和对差错敏感的数据业务。 电路交换电路交换 circuit switching 固定分配带宽固定分配带宽的交换方式：2022-5-3129 它是将需要传送的信息划分为一定长度的包，也称为分组分组，以分组为单位进行存储转发的。 而每个分组信息都包含源地址和目的地址的标识，在传送数据分组之前，必须首先建立虚电路虚电路，然后依序传送。分组交换最基本的思想就是实现通信资源的共享通信资源的共享。 适合数据通信。数据通信网几乎全部采用分组交换。分组交换分组交换packet switching存储转发存储转发的交换方式：2022-5-3130 帧中继帧中继(Frame Relay，FR)技术技术
18、是在OSI第二层上用简化的方法传送和交换数据单元的一种技术。 ATM（Asynchronous Transfer Mode）即异步转移模式的缩写，是电信网络发展的一个重要技术，是为解决远程通信时兼容电路交换和分组交换而设计的技术体系。快速分组交换：快速分组交换：为尽量简化协议，只具有核心的网络功能,以提供高速、高吞吐量和低时延服务的交换方式。2022-5-3131 通信技术与计算机技术、控制技术、数字信号处理技通信技术与计算机技术、控制技术、数字信号处理技术等相结合术等相结合是现代通信技术的典型标志。随着电力系统信息化的兴起，电力系统通信技术的发展趋势可概括为数字化、综合化数字化、综合化、宽带
19、化、智能化和个人化宽带化、智能化和个人化。电力系统通信技术大发展时代已经开始。现代通信发展趋势2022-5-3132绪论小结n电力系统通信网的特点n电力数据通信网的分层： 核心层，汇聚层，接入层n电力系统通信技术的发展历程和主要特点n电力特种光缆电力特种光缆：n 地线复合光缆 OPGW (Optical Power Grounded Waveguide ）n 无金属/全介质自承式光缆 ADSS (All Dielectric Self-Support) n 缠绕式光缆 GWWOP （Ground Wire Wrapped Optical Fiber Cable）2022-5-31332022-
20、5-3134第二章第二章 通信基础知识通信基础知识n通信的基本概念与基本问题通信的基本概念与基本问题n信号分析基础信号分析基础n通信中的调制技术通信中的调制技术n通信中的编码技术通信中的编码技术n数字基带传输系统数字基带传输系统n通信中的复用和多址技术通信中的复用和多址技术2022-5-3135第一节第一节 通信的基本概念与基本问题通信的基本概念与基本问题 一、通信系统模型一、通信系统模型 通信系统的一般模型图1-1模拟通信系统的模型图2-12022-5-31362. 数字通信系统模型n信道中信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统模拟通信系统。n信道中信道中传输数字信号的系统称为数字通信系统
21、。数字通信系统。图2-2图2-12022-5-3137n信源编码：source coding 1 减少码元数目，降低码元速率：（有效） 数据压缩 2 模拟信号数字化n 信道编码：channel coding 降低误码率 （准确）2022-5-3138二、通信系统的分类二、通信系统的分类（二）按调制方式调制方式不同分类n基带基带传输系统 不经过调制直接传输n广义的频带频带传输系统（或称载波载波传输） 经过调制，有频谱搬移 可采用 表2-1所示的各种调制方式。2022-5-31392022-5-3140（三）按传输信号的特征分类n按照信道中信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分成
22、模拟通信系统和数字通信系统。2022-5-3141（四）按传送信号的复用方式分类n传输多路信号有频分复用（FDM）、时分复用（TDM）、码分复用（CDM）、波分复用（WDM）和空分复用（SDM）。n频分复用（Frequency Division multiplexing） 用频谱搬移的方法使不同信号占据不同频率范围；n时分复用 （Time Division multiplexing）是用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间；n码分复用 （Code Division multiplexing）是用正交的脉冲序列分别携带不同信号。2022-5-3142n传统的模拟通信中通常采用频分复用n随着
23、数字通信的发展，时分复用通信系统的应用愈来愈广泛n码分复用主要用于移动通信系统n波分复用WDM主要用于光纤通信 -Wavelength Division multiplexingn卫星通信中还有空分复用（SDM） -Space Division multiplexing（四）按传送信号的复用方式分类2022-5-3143四、信息及其度量四、信息及其度量n通信的目的在于传输信息信息进行定量的描述信息量（一）信息量信息量离散消息xi携带的信息量为：单位由对数的底来确定：（1）对数以2 2为底时，单位为比特比特( (bitbit) )。（2）对数以e为底时，单位为奈特(nit)。（3）对数以10为底
24、时，单位为哈特莱(Hartley)。其中比特使用较多。2022-5-3144（二）平均信息量(也称信源熵)离散信源的平均信息量为：211( )( ) ( )( )log( )()LLiiiiiiHP x I xP xP xbit symbol对于连续信源，其信源熵为：为消息出现的概率密度)(,)(log)()(2fdffH2022-5-3145五、通信系统的主要性能指标 从研究信息传输的角度来说，主要性能指标有两个 有效性有效性:速度 即给定信道内所传输的信息内容多少 可靠性可靠性:质量 即接收信息的准确程度 二者是一对矛盾， 两个主要性能指标对于不同通信系统，具体表现也不同。2022-5-3
25、146（一）模拟模拟通信系统的主要性能指标1有效性有效性 每路信号所需的传输频带每路信号所需的传输频带， (简称带宽带宽B) ，传输信号的带宽B越小，占用信道带宽越少，在给定信道时容纳的传输路数越多，有效性越好。2可靠性可靠性 接收接收端的最终输出信号噪声功率比 (简称信噪比信噪比S/N或或SNRSignal Noise Ratio) ro，系统可靠性能越好！r0 = 解调器输出有用信号功率解调器输出有用信号功率解调器输出噪声平均功率解调器输出噪声平均功率2022-5-3147n模拟通信系统主要性能指标n有效性：信号的带宽n可靠性：信噪比工程实现：n带宽n3种定义：3dB带宽、百分比带宽和等效
26、矩形带宽n对同一信号，所需的带宽越窄，则有效性越好n信噪比n信噪比定义为信号功率与噪声功率之比，即dBlog10SNRns10dBPP2022-5-3148（二）数字数字通信系统的主要性能指标1有效性有效性 传输速率衡量（1）码元传输速率(RB)。简称传码率传码率，又称波特率， 单位时间能够传送的码元数，单位波特Baud。 若TB（秒，S）为每个码元传输所占用的时间，则 RB=1/TB (波特，Baud)。码元/秒 码元为二进制，则RB 对应 RB2 ， 码元为M 进制，则RB 对应 RBM， RB2=RBMlog2 M（2）信息传输速率(Rb)。简称传信率传信率，又称比特率， 单位时间能够传
27、送的平均信息量，单位为bit/s 或bps。 传码率和传信率的关系： Rb=RBlog2M 比特/秒 RB = Rb2022-5-3149码元速率和信息速率的关系Rb=RBlog2M= 2RB1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0t)(2ts当码元宽度相同时，多进制码元比二进制码元传输的信息量大。 当传送的信息量相同时，多进制码元比二进制码元的码元传输速率低。 2022-5-3150数字数字通信系统的有效性：n频带利用率 单位频带内的 码元/信息 传输速率 = RB /B (Baud/Hz) 或= Rb /B b/(sHz)n能量利用率传输每一比特所需的信号能量传输每一
28、比特所需的信号能量2022-5-31512可靠性 用差错概率衡量，分为：（1） （2）。传输总的比特数错误比特数bP误比特率误比特率（误信率）（误信率） 传输总的码元数错误码元数eP 误码率误码率（误符号率）（误符号率） 注：传输、调制、接收方式若不同，则有不同的误码率和误信率注：传输、调制、接收方式若不同，则有不同的误码率和误信率2022-5-3152六、信道容量与香农公式六、信道容量与香农公式信道容量C信道中无差错传输信息的最大速率bps，分为连续信道的信道容量和离散信道的信道容量。 信息传输速率R = C对于连续信道的信道容量，著名香农公式香农公式（Shannon Law） （2-1）式
29、中：S为信号的功率；B为信道带宽；S/N为信道信噪比；no为噪声功率谱密度。BnSBNSBC0221log)1 (log2022-5-3153关于香农公式的说明BnSBNSBC0221log)1 (log式中：S为信号的功率（W）；B为信道带宽（Hz）； no为噪声功率谱密度 三要素。2022-5-3154通信原理模拟调制系统2022-5-3155本节提要n概述n线性调制n振幅调制（AM）n双边带调制（DSB-SC）n单边带调制（SSB）n残留边带调制（VSB）n非线性调制n角调制基本原理n频率调制（FM）n相位调制（PM）modulation2022-5-31563.1 概述n两类调制n线性
30、调制： 已调信号频谱与调制信号频谱呈线性关系 注：是调制前后信号频谱频谱只有位置变化， 呈线性搬移线性搬移关系(不是线性变换不是线性变换)。n非线性调制： 已调信号频谱与调制信号频谱没有线性关系2022-5-3157n调制的目的n 实现信号的频谱搬移。n 实现信道多路复用信道多路复用，提高信道的频带利用率。n 提高信号的抗干扰抗干扰性能。2022-5-31583.1 概述n正弦波三要素n载波：c (t) = Acos(0t + 0)nA 为幅度n0 为角频率，载波频率n0 为相位n三种基本调制方法n幅度调制n频率调制n相位调制2022-5-31593.2 线性调制n乘法器输出信号的频谱图下边带
31、上边带下边带上边带)( fMOf)( fS0fO0ff2022-5-31603.2.1 幅度调制调制（Amplitude Modulation, AMAmplitude Modulation, AM） nk 1，过调幅AM000( )( )( )cos()( )cos()sts tm ttAm tt0 ( ) ( ) ( )m tm tAm t为的交流分量,为的直流分量0maxk ( )m tA/ ，为调幅度，也称调幅指数2022-5-3161AM小结n优点：接收设备简单，解调方便（包络检波）；n缺点： 功率利用率低 （发射功率大） 抗干扰能力差，（在传输中如果载波受到信道的选择性衰落，则在包
32、络检波时会出现过调失真） 信号频带较宽B=2fm,频带利用率不高（含上下边带）。 因此AM制式用于通信质量要求不高的场合，目前主要用在中波和短波的调幅广播中。 2022-5-31623.2.2 双边带调幅(DSB-SC) （Double side bandsuppressed carrier）n双边带调幅 (DSB) 的原理n幅度调制信号的缺点：信号的能量利用率低n双边带调幅 (DSB) 的特点：没有载波分量n全称：抑制载波的双边带调制n双边带调幅 (DSB) 的优点：信号的能量利用率高n双边带调幅 (DSB) 信号的时域表达式)cos()()(0DSBtAtmts2022-5-31633.2
33、.2 双边带调幅(DSB)波形t)(DSBtmt)(tm2022-5-31643.2.2 双边带调幅(DSB)n双边带调幅 (DSB) 信号的频域表达式及频谱下边带上边带下边带上边带)( fMOf)(DSBfS0fO0ff2022-5-31653.2.2 双边带调幅(DSB)n双边带调幅 (DSB) 信号的调制器n双边带调幅 (DSB) 信号的解调器 相干解调器Acos(0t)(DSBts)(tm本地载波 cos(0t)(tr)(DSBts低通滤波器)(tr2022-5-3166(DSBSC)的特点n节省了载波功率，功率利用率提高 （已调信号中无载波分量，抑制载波）n带宽B=2 fm n 双边
34、带，上下边带完全对称2022-5-31673.2.3 单边带调制(SSB)（Single side band）nSDSB( f ) 的上下两个边带对称，这意味着一个边带就包含了调制信号 m(t) 的全部信息。n单边带调制只发送其中一个边带，滤掉另一个边带，从而提高通信的有效性。n单边带 (SSB) 调制器Acos(0t)(SSBts)(tm单边带滤波器)(tm)(DSBts2022-5-31683.2.3 单边带调制(SSB)n上边带调制的频谱分析Of)(USBfS0fO0ff)(DSBfS0fO0ff0f)(USBfH0f2022-5-31693.2.3 单边带调制(SSB)n下边带调制的频
35、谱分析Of)(LSBfS0fO0ff)(DSBfS0fO0ff0f)(LSBfH0f2022-5-3170单边带调制的特点n 优点：具有最窄的传输带宽B=fm， 信道利用率最高n缺点： 电力实现复杂，技术要求高 解调是要求同步误差要小应用：载波通信，微波多路通信 3.2.4 残留边带调制(VSB)（Vestigial Side Band）n残留边带调制 (VSB) 的原理n有直流分量的信号无法用单边带调制。n残留边带调制是一种 SSB 和 DSB 之间的折衷方法。n残留边带 (VSB) 调制器Acos(0t)(VSBts)(tm残留边带滤波器)(tm)(DSBts)(VSBfS0fOf3.2.
36、4 残留边带调制(VSB)n残留边带调制 (VSB) 的频谱分析Of)(VSBfS0fO0ff)(DSBfS0fO0ff0f)(VSBfH0f3.2.4 残留边带调制(VSB)n残留边带滤波器系统函数的约束条件残留边带滤波器残留边带滤波器: 在载频处在载频处互补对称互补对称Of0fO0ff0f)(VSBfH0fHVSB( f + f0) + HVSB( f f0) = 1, | f | fmaxmaxfmaxfconstraint4 残留边带调制(VSB) 特点nVSB是一种 SSB 和 DSB 之间的折衷方法。n 通过附加足够大载波（VSB+C）方法，就可以包络检波解调信号。n 综合AM/S
37、SB/VSB三者优点。n 广泛用于商用电视广播系统。（二）非线性调制非线性调制：已调信号的频谱不再仅是调制信号频谱的线性搬移，而产生出许多新的频率成分。角度调制属于非线性调制 非线性调制n角调制的基本概念tttid)(d)(瞬时频率0d)()(ttti瞬时相角( )cos ( )c tAt载波信号瞬时相角( )( )( )ittt2022-5-3177三、数字调制数字调制：调制信号为数字形式，又称为键控：状态切换时，类似于对载波进行开关控制。三种基本形式：调幅、调频、调相又称为：幅移键控、频移键控、相移键控 或 移幅键控、移频键控、移相键控 可分为二进制数字调制和多进制数字调制。（一）二进制数
38、字调制 2022-5-31781二进制幅移键控（2ASK） (2 Amplitude shift keying ） 2ASK正弦载波的幅度随二进制数字基带信号而变化的数字调制方式。可表示为 调制基带信号：随机脉冲序列载波信号： 已调信号：tnTtgatscSnnASKcos)()(20 P( )()1 1-Pnsnns ta g tnTa概率为概率为( )cos()cc tt2022-5-31791二进制幅移键控（2ASK） (2 Amplitude shift keying ）2ASK已调信号时域波形tnTtgatscSnnASKcos)()(22ASK又称为：通断键控（又称为：通断键控（O
39、OK）（）（On Off keying）2022-5-31801二进制幅移键控（2ASK） (2 Amplitude shift keying ）)( fPAf)(ASKfP0f0ffcfcfOO带宽B2ASK=2Rb 2022-5-31811二进制移幅键控（2ASK） (2 Amplitude shift keying ）2ASK : 其它数字传输的基础 早期低速传输中使用 抗噪声能力差（对信道衰减敏感）2022-5-31822二进制移频键控（2FSK） (2 Frequency shift keying ）n2FSK:正弦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n若二进制基带
40、信号的1符号载波频率f1，0符号f2，n则2FSK的时域表达式为)cos()()cos()()(212nnSnnSnnFSKtnTtgatTntgats1111000t数字基带信号t2FSK信号1f0f1f1f1f0f0f2022-5-31832二进制移频键控（2FSK） (2 Frequency shift keying ）一个2FSK信号可表示成两个2ASK信号之和带宽B2FSK=2Rb+| f2-f1|t2FSK信号tt)(1ts)(0ts1f0f1f1f1f0f0f2022-5-31843二进制移相键控2PSK (2 Phase shift keying ）n相位不确定性相位不确定性“
41、相位模糊相位模糊”;倒向；倒倒向；倒 相干解调中，相干解调中，从从 PSK 信号中提取本地载波信号中提取本地载波（与（与原载波同频同相），但由于同步不完善，存在相位偏原载波同频同相），但由于同步不完善，存在相位偏差。初始相位可能为差。初始相位可能为 0，也可能为，也可能为 。2PSK信号本地载波相位为0本地载波相位为2022-5-31854二进制差分相位键控（2DPSK）（2 Differential Phase shift keying） n为了解决2PSK信号解调过程的反向工作问题，提出了二进制差分相位键控(2DPSK)。n差分： 绝对码： 相对码：11nnnnnnbababbnanb20
42、22-5-31864二进制差分相位键控（2DPSK）（2 Differential Phase shift keying）基带信号基带信号绝对码绝对码 an1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1相对码相对码 bn0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 12DPSK信信号号0 0 0 0 0 0 2DPSK信信号号 0 0 0 0 0 0 ：前后相邻码元的载波相位差前后相邻码元的载波相位差 0 有“1”有变化 信息：0“ ”1“ 2022-5-31871001101010101011载波2DPSK信号绝对码an相对码bntttt2022-5-3188 DPSK信号的频谱和带宽信号的频谱和
43、带宽 无论是无论是2PSK还是还是2DPSK信号，就波形本身而言，信号，就波形本身而言，它们都可以等效成双极性信号作用下的调幅信号，它们都可以等效成双极性信号作用下的调幅信号，无非是一对倒相信号的序列。有以下结论：无非是一对倒相信号的序列。有以下结论： （1）2DPSK与与2PSK有相同的功率谱；有相同的功率谱； （2）它们的它们的带宽和频带利用率均相同。带宽和频带利用率均相同。 bbsASKPSKDPSKfTBBBB222222)/(21222HzBaudASKPSKDPSK2022-5-3189二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较 设码元宽度设码元宽度T Ts s，则：
44、，则：-2ASK-2ASK，2PSK2PSK的频带利用率一致的频带利用率一致-2FSK-2FSK频带利用率最低频带利用率最低 B2FSK=f2 f1 + 2/Ts 2BbB2ASK= B2PSK = 2/Ts =2Bb2022-5-3190二进制数字调制系统的性能比较二进制数字调制系统的性能比较 2. 误码率误码率 对二进制数字调制系统的抗噪声性能做如下两个对二进制数字调制系统的抗噪声性能做如下两个方面的比较：方面的比较： （1）同一调制方式不同检测方法的比较同一调制方式不同检测方法的比较 对于同一调制方式不同检测方法，相干检测的抗噪对于同一调制方式不同检测方法，相干检测的抗噪声性能优于非相干
45、检测。声性能优于非相干检测。 2022-5-3191 （2）同一检测方法不同调制方式的比较）同一检测方法不同调制方式的比较 在相同误码率的条件下，对信噪比的要求是：在相同误码率的条件下，对信噪比的要求是： 2PSK 2DPSK 2FSK2ASK； 630369121518110 110 210 310 410 510 610 7信噪比 r (dB)Pe相干2DPSK非相干2DPSK相干2PSK相干FSK非相干FSK相干ASK非相干ASK2022-5-3192 3. 对信道特性变化的敏感性对信道特性变化的敏感性 信道特性变化的灵敏度对最佳判决门限有一定信道特性变化的灵敏度对最佳判决门限有一定的影
46、响。的影响。 2ASK系统最差。系统最差。2FSK系统和系统和2PSK系统较好。系统较好。 4. 设备的复杂程度设备的复杂程度 相干接收机设备较复杂（因相干接收机设备较复杂（因C(t)的提取困难）的提取困难） 2ASK2FSK2PSK4)。2022-5-311041 正交振幅调制(QAM)振幅相位联合键控n16PSK和和16QAM信号的星座图信号的星座图16PSK 星座图16QAM 星座图098. 0390. 0414. 1)sin(264PSK16PSK4PSKMPSKdddMd202. 0471. 0414. 1) 1(264QAM16QAM4QAMMQAMdddMd1 种幅度16 种相位
47、3 种幅度12 种相位2022-5-311052最小移频键控(MSK)nFSK/PSK，由于已调信号包络恒定，因此有利于在非线性特性的信道中传输。由于一般移频键控信号相位不相位不连续连续、频偏较大等原因，使其频谱利用率较低。n最小移频键控MSK(Minimum Frequency Shift Keying，有时也称为快速移频键控FFSK)是二进制连续相位连续相位FSK的一种特殊形式，它比2PSK有更高的频谱利用率，并且有更强的抗噪声性能，从而得到了广泛的应用。2022-5-311062最小移频键控(MSK) (Minimum Frequency Shift Keying) （Fast Freq
48、uency Shift Keying）n最小：最小的调制指数（0.5）获得正交信号n 快速：比PSK传送更多的比特速率2022-5-311073高斯最小移频键控(GMSK)n由上面分析可知，MSK调制方式的突出优点是已调信号具有恒定包络，且功率谱在主瓣以外衰减较快。但是，在移动通信中，对信号带外辐射功率的限制十分严格，一般要求必须衰减70dB以上。从MSK信号的功率谱可以看出，MSK信号仍不能满足这样的要求。高斯最小移频键控(GMSK)就是针对上述要求提出来的。GMSK调制方式能满足移动通信环境下对邻道干扰的严格要求，它以其良好的性能而被泛欧数字蜂窝移动通信系统(GSM)所采用。 2022-5
49、-311084正交频分复用（OFDM）n前面所讨论的数字调制解调方式都是属于串行体制，和串行体制相对应的一种体制是并行体制。它是将高速率的信息数据流经串/并变换，分割为若干路低速率并行数据流，然后每路低速率数据采用一个独立的载波调制并叠加在一起构成发送信号，这种系统也称为多载波传输系统。n在并行体制中，正交频分复用OFDM方式是一种高效调制技术，它具有较强的抗多径传播和频率选择性衰落的能力以及较高的频谱利用率，因此得到了深入的研究。nOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统已成功地应用于接入网中的高速数字环路HDSL、非对称数字环路A
50、DSL，高清晰度电视HDTV的地面广播系统。在移动通信领域，OFDM是第三代、第四代移动通信系统准备采用的技术之一。nOFDM是一种高效调制技术，其基本原理是将发送的数据流分散到许多个子载波上，使各子载波的信号速率大为降低，从而能够提高抗多径和抗衰落的能力。为了提高频谱利用率，OFDM方式中各子载波频谱有重叠，但保持相互正交，在接收端通过相关解调技术分离出各子载波，同时消除码间干扰的影响。2022-5-31109通信中的编码技术2022-5-31110第四节第四节 通信中的编码技术通信中的编码技术n信源编码n减少码元数目和降低码元速率，即数据压缩。n模拟语音信号数字化，即模拟信号的数字化传输。
