1、現(xiàn)代通信技術(shù) 第2版,電子教案(僅供參考),機(jī)械工業(yè)出版社,目 錄,第1章 現(xiàn)代通信技術(shù)概述,第2章 模擬通信,第3章 數(shù)字通信,第4章 數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸,第5章 數(shù)字信號(hào)的載波傳輸,第6章 同步與數(shù)字復(fù)接,第1章 現(xiàn)代通信技術(shù)概述,11 緒論 12 信號(hào) 13 信道及其容量 14 通信系統(tǒng) 15 數(shù)字通信的發(fā)展與現(xiàn)狀 16 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo),1.1 緒論,通信的發(fā)展 信息高速公路,回第一章首頁(yè),1.2 信號(hào),信號(hào)的定義。 信號(hào)是隨時(shí)間變化的某種物理量 信號(hào)傳遞方式。 信號(hào)的分類。 連續(xù)信號(hào)與離散信號(hào) 確定信號(hào)和隨機(jī)信號(hào) 周期信號(hào)與非周期信號(hào),回第一章首頁(yè),1.3 信道及其容量,數(shù)字信

2、道的容量 模擬信道的容量,回第一章首頁(yè),1.4 通信系統(tǒng),終端設(shè)備。 終端設(shè)備的主要功能是把待傳送的信息和在信道上傳送的信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換 傳輸鏈路。 傳輸鏈路是連接源點(diǎn)和終點(diǎn)的媒介和通路 交換設(shè)備。 交換設(shè)備的基本功能是完成接入點(diǎn)鏈路的匯集、轉(zhuǎn)接和分配,回第一章首頁(yè),1.4.1 模擬通信,模擬通信利用模擬信號(hào)來(lái)傳遞消息。模擬通信系統(tǒng)框圖如圖1-1所示 圖1-1 模擬通信系統(tǒng),1.4.1 模擬通信,模擬通信系統(tǒng)的缺點(diǎn)是 傳輸?shù)男盘?hào)是連續(xù)的，混入噪聲后不易清除，抗干擾能力差 不易進(jìn)行保密通信 設(shè)備不易大規(guī)模集成 不能適應(yīng)數(shù)據(jù)通信的要求,1.4.2 數(shù)字通信,數(shù)字通信利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞消息。數(shù)字通信

3、系統(tǒng)框圖如圖1-2所示,圖1-2 數(shù)字通信系統(tǒng)模型,1.4.3 數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 抗干擾能力強(qiáng) 容易實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離通信 便于實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) 便于加密 適于集成化、智能化,1.4.3 數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點(diǎn) 占用頻帶寬 系統(tǒng)和設(shè)備比較復(fù)雜,1.5 數(shù)字通信的發(fā)展與現(xiàn)狀,數(shù)字短波通信 數(shù)字移動(dòng)通信 數(shù)字微波通信 數(shù)字衛(wèi)星通信 數(shù)字光纖通信,回第一章首頁(yè),1.6 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo),一個(gè)通信系統(tǒng)往往有很多指標(biāo)，這些指標(biāo)從各高個(gè)方面評(píng)價(jià)了系統(tǒng)各方面的優(yōu)劣。常用有效性何可靠性兩方面進(jìn)行考慮。,回第一章首頁(yè),1.6.1 模擬通信系統(tǒng)的基本參數(shù),帶寬 可

4、用時(shí)間 最大容許功率范圍,1.6.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的基本參數(shù),有效性 系統(tǒng)的有效性主要從傳輸效率、功率利用率、和頻帶利用率三個(gè)方面 有效性 在數(shù)字通信系統(tǒng)中衡量系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)是差錯(cuò)率。另外，為了說(shuō)明系統(tǒng)正確工作的能力，可靠性指標(biāo)還包括可靠度和中斷率,回第一章首頁(yè),第2章 模擬通信,24 無(wú)線電發(fā)射機(jī),23 角度調(diào)制,25 無(wú)線電接收機(jī),26 頻分多路復(fù)用,21 模擬信號(hào)的傳輸方式,22 幅度調(diào)制,2.1 模擬信號(hào)的傳輸方式,調(diào)制 解調(diào) 無(wú)線電發(fā)射機(jī)框圖如圖2-1 無(wú)線電接收機(jī)如圖2-2 模擬通信系統(tǒng)組成框圖如圖2-3,回第二章首頁(yè),2.1 模擬信號(hào)的傳輸方式,2.1 模擬信號(hào)的傳輸方式,

5、2.1 模擬信號(hào)的傳輸方式,提高頻率，易于輻射 實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用 改變信號(hào)占用的帶寬 改善系統(tǒng)的性能,2.1.1 調(diào)制的作用,2.1.2 噪聲和干擾,乘性噪聲 乘性噪聲是由于通信系統(tǒng)的非理想傳輸特性而引起的，通常隨著信號(hào)的消失而消失，它的存在將引起信號(hào)的各種畸變 加性噪聲 加性噪聲是一種獨(dú)立于信號(hào)而存在的噪聲,2.2 幅度調(diào)制,幅度調(diào)制是指高頻正弦波的幅度隨調(diào)制信號(hào)作線性變化的過(guò)程，是發(fā)送設(shè)備中不可或缺的不部分。與之對(duì)應(yīng)，接收設(shè)備中必須有振幅解調(diào)電路，稱為檢波器,回第二章首頁(yè),2.2.1 雙邊帶調(diào)制,常規(guī)雙邊帶調(diào)制 調(diào)幅過(guò)程可以看成兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的“黑盒子”，如圖2-4所示 抑止載波的雙邊

6、帶調(diào)制 常規(guī)雙邊帶調(diào)制信號(hào)中，載波不傳送信息，因此，可以只發(fā)送上、下兩個(gè)邊頻，而不發(fā)送載波，這稱為抑止載波的雙邊帶調(diào)制,2.2.1 雙邊帶調(diào)制,2.2.2 單邊帶調(diào)制,獨(dú)立邊帶調(diào)制 獨(dú)立邊帶調(diào)制可采用濾波法、移項(xiàng)法、移項(xiàng)濾波法實(shí)現(xiàn) 殘留邊帶制 單邊帶信號(hào)具有節(jié)省功率和頻帶的優(yōu)點(diǎn)，但難于產(chǎn)生單邊帶信號(hào)，為解決此問(wèn)題，提出殘留邊帶調(diào)制,2.2.3 解調(diào),從調(diào)幅波中不失真的檢出調(diào)制信號(hào)稱為解調(diào)，它是調(diào)制的逆過(guò)程，也是一種頻譜搬移電路，如圖2-5所示。,2.3 角度調(diào)制,在角度調(diào)制中，已調(diào)信號(hào)的頻譜不再保持原來(lái)基帶信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)，而是基帶信號(hào)與已調(diào)信號(hào)頻譜之間存在著非線性關(guān)系。如果用調(diào)制信號(hào)去控制載波

7、信號(hào)的頻率，使載波的頻率隨調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化而變化，則稱為調(diào)頻；如果用調(diào)制信號(hào)去控制載波信號(hào)的相位，使載波的相位隨調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化而變化，則稱為調(diào)相。,回第二章首頁(yè),2.3.1 調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式,設(shè)調(diào)制信號(hào)表達(dá)式為： 載波信號(hào)的表達(dá)式為 則調(diào)頻波和調(diào)相波的表達(dá)式分別為：,2.3.1 調(diào)角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式,調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式 調(diào)相波的數(shù)學(xué)表達(dá)式,2.3.2 調(diào)角波的頻譜結(jié)構(gòu)與帶寬,調(diào)角信號(hào)的頻譜 調(diào)角信號(hào)的頻譜為一貝塞爾函數(shù) 調(diào)角信號(hào)的頻譜寬度（寬度調(diào)制時(shí)）,2.3.2 調(diào)角波的頻譜結(jié)構(gòu)與帶寬,抗干擾性 在相同條件下，調(diào)頻接收機(jī)輸出端的信號(hào)噪聲比要比調(diào)幅接收機(jī)大得多。 信號(hào)頻譜寬度 在寬度調(diào)角

8、中，調(diào)角信號(hào)得頻譜寬度高于調(diào)幅信號(hào)得頻譜寬度。 設(shè)備利用率 調(diào)角系統(tǒng)的設(shè)備利用率高于調(diào)幅系統(tǒng)。,2.3.3 調(diào)頻方法,直接調(diào)頻 直接調(diào)頻是指用調(diào)制信號(hào)直接去控制振蕩器的振蕩頻率。如某典型的調(diào)頻電路如圖2-6所示。,圖2-6 變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路,2.3.3 調(diào)頻方法,間接調(diào)頻 間接調(diào)頻就是先將調(diào)制信號(hào)積分，然后對(duì)載波進(jìn)行調(diào)相，從而間接獲得調(diào)頻。某典型的間接調(diào)頻電路如圖2-7所示。,圖2-7 單級(jí)回路變?nèi)荻O管調(diào)相電路,2.3.4 解調(diào),斜率鑒頻 相位鑒頻 脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻 利用門電路或鎖相環(huán)進(jìn)行鑒頻,2.4 無(wú)線電發(fā)射機(jī),無(wú)線電發(fā)射機(jī)的作用是產(chǎn)生一個(gè)功率足夠大的高頻振蕩信號(hào)送給發(fā)射天線，通過(guò)天線轉(zhuǎn)

9、換成電磁波傳送到接收端。 衡量發(fā)射機(jī)優(yōu)劣的技術(shù)指標(biāo)有： 輸出功率、頻率范圍與頻率間隔、頻率準(zhǔn)確度與頻率穩(wěn)定度、鄰道頻率、寄生輻射、調(diào)制特性等。,回第二章首頁(yè),2.4.1 調(diào)幅發(fā)射機(jī),調(diào)幅發(fā)射機(jī)的組成框圖如圖2-8所示：,2.4.1 調(diào)幅發(fā)射機(jī),在調(diào)幅發(fā)射機(jī)中，為節(jié)約頻譜資源，提高能量利用率，往往采用單邊帶發(fā)射機(jī)。某單邊帶發(fā)射機(jī)的框圖如圖2-9所示:,2.4.2 調(diào)頻發(fā)射機(jī),使用調(diào)頻調(diào)制方式的發(fā)射機(jī)稱為調(diào)頻發(fā)射機(jī)。其組成框圖如圖2-10所示,2.4.2 調(diào)頻發(fā)射機(jī),調(diào)頻發(fā)射機(jī)與調(diào)幅發(fā)射機(jī)比較，具有如下特點(diǎn)： 占用頻帶寬 具有較強(qiáng)的抗干擾性能 功率利用率高,2.5 無(wú)線電接收機(jī),接收無(wú)線電信號(hào)的設(shè)

10、備稱為無(wú)線電接收機(jī)。 衡量接收機(jī)性能的主要性能指標(biāo)有： 靈敏度 選擇性 失真度 波段覆蓋 工作穩(wěn)定性,回第二章首頁(yè),2.5.1 調(diào)幅接收機(jī),直接放大式 直接放大式接收機(jī)稱為調(diào)諧方法式，其結(jié)構(gòu)方框圖如圖2-11所示,2.5.1 調(diào)幅接收機(jī),超外差接收機(jī) 典型超外差接收機(jī)框圖如圖2-12所示,2.5.2 單邊帶接收機(jī),單邊帶接收機(jī)也是一個(gè)頻率的搬移過(guò)程 單邊帶接收機(jī)設(shè)有只準(zhǔn)SSB信號(hào)通過(guò)的帶同濾波器,2.5.3 調(diào)頻接收機(jī),接收調(diào)頻信號(hào)的接收機(jī)稱為調(diào)頻接收機(jī) 典型的調(diào)頻接收機(jī)框圖如圖2-13所示,2.6 頻分多路復(fù)用,若干路信息在同一信道中傳送稱為多路復(fù)用。 按頻率分割信號(hào)的方法稱為頻分復(fù)用。 在

11、頻分多路復(fù)用中，信道的可用頻帶被分割成若干互不交疊的頻段，每路信號(hào)占據(jù)其中一個(gè)頻段，以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用的FDM信號(hào)在同一信道中傳輸。 頻分多路復(fù)用的框圖如圖2-14所示。,回第二章首頁(yè),2.6 頻分多路復(fù)用,圖2-14 頻分多路復(fù)用原理方框圖,回第二章首頁(yè),第3章 數(shù)字通信,3.1 緒論 3.2 信源編碼 3.3 時(shí)分多路復(fù)用 3.4 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)簡(jiǎn)介,3.1 緒論,通信系統(tǒng)按傳輸?shù)男盘?hào)形式可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng) 按傳輸媒介可分為有線通信系統(tǒng)和無(wú)線通信系統(tǒng) 按通信業(yè)務(wù)可分為電話、電報(bào)、傳真、電視等,回第三章首頁(yè),3.1.1 數(shù)字信號(hào),信號(hào)是信息的表現(xiàn)形式 基帶信號(hào)和頻帶信號(hào) 基帶信號(hào)是指

12、含有低頻成分甚至直流成分的信號(hào)，通常，原始信號(hào)都是基帶信號(hào) 頻帶信號(hào)的中心頻率相對(duì)較高，因而相對(duì)帶寬窄,3.1.1 數(shù)字信號(hào),模擬信號(hào) 模擬信號(hào)是指時(shí)間和狀態(tài)都連續(xù)的信號(hào) 數(shù)字信號(hào) 數(shù)字信號(hào)是指時(shí)間和狀態(tài)都離散的信號(hào) 典型的數(shù)字信號(hào)波形如圖3-1所示,3.1.1 數(shù)字信號(hào),圖3-1 數(shù)字信號(hào)波形 3-1a 二進(jìn)制數(shù)字信號(hào) 圖3-1b 四進(jìn)制數(shù)字信號(hào),3.1.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的模型,典型數(shù)字通信的模型如圖3-2所示,圖3-2 數(shù)字通信系統(tǒng)的模型,3.1.3 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo),比特 概率 碼元 信息量 傳信率 傳碼率 誤碼率 頻帶利用率,3.1.4 數(shù)字通信的特點(diǎn),抗干擾能力強(qiáng) 通信效率

13、高 保密性能好 便于構(gòu)成綜合數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) 占用頻帶寬,3.2 信源編碼,信源編碼的任務(wù)包含兩個(gè)方面： 將輸入信號(hào)變換成適于在數(shù)字通信系統(tǒng)處理和傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)。 通過(guò)信源編碼提高數(shù)字信號(hào)的有效性，盡可能減小信號(hào)中的多余度，進(jìn)行壓縮信號(hào)帶寬的編碼，使單位時(shí)間單位系統(tǒng)頻帶上所傳輸?shù)男畔⒘孔畲蟆?回第三章首頁(yè),3.2.1 脈沖編碼調(diào)制（ PCM ）,取樣 取樣也稱為抽樣，它是把時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散的信號(hào)的過(guò)程，取樣示意圖如圖3-3所示。,3.2.1 脈沖編碼調(diào)制（PCM）,圖3-3 取樣過(guò)程示意圖,3.2.1 脈沖編碼調(diào)制（PCM）,對(duì)于上限頻率為Fh的限帶信號(hào)，如果用Fs 2F

14、h的信號(hào)對(duì)它進(jìn)行取樣，則原信號(hào)將被所得到的取樣值完全地確定?；蛘呖梢酝ㄟ^(guò)截止頻率為Fh的理想低通濾波器完全地恢復(fù)原信號(hào)。這就是著名的奈奎斯特取樣定理 。,3.2.1 脈沖編碼調(diào)制（PCM）,取樣時(shí)，由于模擬信號(hào)m(t)的值是連續(xù)變化的，取樣后，取樣器輸出的脈沖頂部是變化的，為獲得近似不變的準(zhǔn)確的取樣值，要求s(t)的脈沖寬度應(yīng)盡可能窄。 另一方面，在后面的量化過(guò)程中，為保證量化編碼的要求，取樣值必須保持一段時(shí)間，這一過(guò)程稱為取樣保持。,3.2.1 脈沖編碼調(diào)制（PCM）,量化 取樣后的PAM信號(hào)幅度仍是連續(xù)變化的，不能進(jìn)行編碼。因此，還必須進(jìn)行數(shù)字化的第二步幅度離散化處理，即量化 量化分為：

15、均勻量化 非均勻量化,3.2.1 脈沖編碼調(diào)制（PCM）,均勻量化： 對(duì)PAM信號(hào)的樣值幅度進(jìn)行量化處理，也稱為分層或分級(jí)。在數(shù)字技術(shù)中，量化過(guò)程實(shí)際上是將樣值信號(hào)的最大幅度范圍（設(shè)為-um+um）劃分為2n個(gè)區(qū)間，即可用2n個(gè)離散值來(lái)表示PAM的樣值幅度變化，并且經(jīng)量化后，每一個(gè)樣值都將被這些離散值所取代，這些電平被稱為量化電平，用量化電平取代每個(gè)取樣值的過(guò)程稱為量化，分層區(qū)間電平是一致的，因此稱為均勻量化。,3.2.1 脈沖編碼調(diào)制（PCM）,非均勻量化： 取樣信號(hào)量化后的信噪比與量化比特?cái)?shù)n成正比。n每增加或減小1bit，信噪比將相應(yīng)變化6dB。 隨輸入信號(hào)幅度的下降，信噪比將嚴(yán)重惡化。

16、因?yàn)樵诹炕鞔_定后，N和確定，隨輸入信號(hào)幅度的下降，相當(dāng)于被量化的級(jí)數(shù)小于N，使量化誤差增大，噪聲增大 。 為克服均勻量化過(guò)程中造成的小信號(hào)量化信噪比惡化的缺點(diǎn)，提出了非均勻量化，所謂非均勻量化，指當(dāng)信號(hào)幅度小時(shí)，量化臺(tái)階也小，信號(hào)幅度大時(shí)，量化臺(tái)階也大。,3.2.1 脈沖編碼調(diào)制（PCM）,非均勻量化一般采用13折線A率壓擴(kuò)特性，可采用逐次反饋比較型PCM編碼器，其組成框圖如圖3-4所示,3.2.2 預(yù)測(cè)編碼,所謂預(yù)測(cè)編碼，是根據(jù)上一時(shí)刻的信號(hào)樣值預(yù)測(cè)下一個(gè)樣值，并僅把預(yù)測(cè)值與當(dāng)前的實(shí)際樣值之差（即預(yù)測(cè)誤差）加以量化、編碼后進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?。也可以說(shuō)，預(yù)測(cè)編碼是利用信號(hào)的相關(guān)性，根據(jù)當(dāng)前和過(guò)去

17、的信號(hào)值來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)的信號(hào)值。這樣，預(yù)測(cè)誤差信號(hào)與原信號(hào)相比，功率減小，幅度范圍減小，但原信號(hào)所包含的信息仍保持完整。如果解調(diào)，在量化噪聲相同的情況下，傳輸預(yù)測(cè)誤差所需的量化比特?cái)?shù)將比PCM方式的要少，這就有效地去除了多余信息，達(dá)到了壓縮頻帶、提高效率地目的 。,3.2.2 預(yù)測(cè)編碼,簡(jiǎn)單增量調(diào)制（M ） 總和增量調(diào)制（-M ） 自適應(yīng)增量調(diào)制（ADM） 差值脈碼調(diào)制（DPCM） 自適應(yīng)預(yù)測(cè)編碼（ADPCM） 霍夫曼編碼 （屬于最佳的不等長(zhǎng)編碼，即按信號(hào)的大小配置不同的碼元，從而提高編碼效率，壓縮頻帶）,3.3 時(shí)分多路復(fù)用（TDM）,為了提高通信系統(tǒng)的傳輸速率，充分利用設(shè)備，絕大多數(shù)數(shù)字通信系

18、統(tǒng)都采用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)（TDM）。在時(shí)分多路傳輸系統(tǒng)中，各路信號(hào)輪流在不同的時(shí)隙傳輸，每一路所占的頻帶相同。 對(duì)采用PCM方式的數(shù)字電話而言，采用時(shí)分多路復(fù)用是很適合的 。,回第三章首頁(yè),3.3.1 時(shí)分多路復(fù)用的基本概念,在時(shí)分多路復(fù)用時(shí)，每路信號(hào)脈沖重復(fù)出現(xiàn)的周期稱為幀。一幀的時(shí)間是125us，一幀內(nèi)包含了每路信號(hào)的一個(gè)樣值脈沖。,3.3.2 30/32路PCM通信系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu),30/32路PCM基群的幀結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-6所示：,3.4 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)簡(jiǎn)介,為了存儲(chǔ)、處理和傳輸這些數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行壓縮。相比之下，語(yǔ)音的數(shù)據(jù)量較小，且基本壓縮方法己經(jīng)成熟，目前的數(shù)據(jù)壓縮研究主要集中于圖像和視

19、頻信號(hào)的壓縮方面 數(shù)據(jù)壓縮方法種類繁多，可以分為無(wú)損壓縮和有損壓縮兩大類,回第三章首頁(yè),3.4 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)簡(jiǎn)介,無(wú)損壓縮利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)冗余進(jìn)行壓縮，可完全恢復(fù)原始數(shù)據(jù)而不引入任何失真，但壓縮率受到數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)冗余度的理論限制，一般為2:1到5:1 。 損壓縮方法利用了人類視覺(jué)對(duì)圖像中的某些頻率成分不敏感的特性，允許壓縮過(guò)程中損失一定的信息；雖然不能完全恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，但是所損失的部分對(duì)理解原始圖像的影響較小，卻換來(lái)了大得多的壓縮比。有損壓縮廣泛應(yīng)用于語(yǔ)音、圖像和視頻數(shù)據(jù)的壓縮。,3.4 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)簡(jiǎn)介,JPEG靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn) MPEG運(yùn)動(dòng)圖像壓縮編碼 H.261視頻通信編碼標(biāo)準(zhǔn),回第三章首頁(yè),

20、第4章 數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸,4.1 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) 4.2 數(shù)字基帶信號(hào)的再生中繼傳輸 4.3 中繼傳輸性能的分析 4.4 基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型 4.5 擾碼與解擾 4.6 PCM中繼傳輸系統(tǒng)的測(cè)量 4.7 差錯(cuò)控制編碼,4.1 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng),基帶傳輸系統(tǒng)主要由波形變換器、發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器和取樣判決器等組成。其組成框圖如圖4-1所示 。,回第四章首頁(yè),4.1.1 限帶信道傳輸對(duì)信號(hào)波形的影響,單位沖擊響應(yīng)的特點(diǎn) 響應(yīng)h(t)在t=0時(shí)有最大的輸出，隨時(shí)間的推移，輸出響應(yīng)的幅度逐漸減小，波形形成一種拖尾現(xiàn)象 在時(shí)間軸上有很多的零點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)零點(diǎn)的距離為（除低頻部分） 在沖擊響應(yīng)

21、的波形圖上有很多的峰值點(diǎn)，但隨著時(shí)間的推移，峰值越來(lái)越小。所以，沖擊響應(yīng)的主要能量集中在低端,4.1.2 無(wú)碼間串?dāng)_的條件,如信號(hào)傳輸速率f=2fc(fc為信道帶寬)，各碼元的間隔為 ，則該數(shù)字序列就可以做到無(wú)碼間干擾傳輸。其中稱fc為奈奎斯特帶寬；T為奈奎斯特間隔； 響應(yīng)波形為奈奎斯特脈沖 。,4.1.3 無(wú)碼間干擾的滾降系統(tǒng)特性,雖然數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的理想低通濾波特性達(dá)到了有效性能的極限，但這種特性實(shí)現(xiàn)起來(lái)不容易。而且即便獲得了相當(dāng)逼近理想的特性，但由于h(t)的“尾巴”，在判決時(shí)刻出現(xiàn)偏差時(shí)，碼間串?dāng)_仍可能達(dá)到很大的值。所以，實(shí)際的通信系統(tǒng)一般不采用這種特性，而采用具有升余弦傳輸特性的H

22、（j） 。,4.1.4 部分響應(yīng)基帶傳輸系統(tǒng),合成的部分響應(yīng)信號(hào)帶寬為 ，在相同進(jìn)制的條件下，其頻帶的利用率與理想低通特性傳輸系統(tǒng)的頻帶利用率相同 。 部分響應(yīng)可以改善理想低通特性傳輸系統(tǒng)的拖尾幅度。 用部分響應(yīng)信號(hào)的脈沖波形作為系統(tǒng)的傳輸波形，當(dāng)以碼元寬度為間隔進(jìn)行判決時(shí)，只在相鄰的兩個(gè)碼元之間發(fā)生串?dāng)_，其它判決時(shí)刻不會(huì)發(fā)生串?dāng)_ 。,4.2 數(shù)字基帶信號(hào)的再生中繼傳輸,傳輸信道 再生中繼系統(tǒng),回第四章首頁(yè),4.2.1 PCM信號(hào)基帶傳輸信道,傳輸距離越長(zhǎng)，波形失真越嚴(yán)重。當(dāng)傳輸距離增加到一定長(zhǎng)度時(shí)，接收到的信號(hào)很難識(shí)別。因此，PCM數(shù)字信號(hào)的傳輸距離將受到限制，為了延長(zhǎng)通信距離，在傳輸通道的

23、適當(dāng)位置應(yīng)設(shè)置再生中繼設(shè)備，把已失真的信號(hào)整形后再向更遠(yuǎn)的距離傳輸，這就是PCM的再生中繼傳輸 。,4.2.2 再生中繼系統(tǒng)和再生中繼器,再生中繼器的作用是： 經(jīng)過(guò)一段距離的傳輸，當(dāng)信噪比變差時(shí)，及時(shí)識(shí)別判決以防止信道誤碼。只要不誤判，經(jīng)過(guò)再生中繼器后的輸出脈沖，會(huì)恢復(fù)成和原來(lái)一樣的標(biāo)準(zhǔn)脈沖波形 再生中繼器包括： 均衡放大、定時(shí)和判決再生，其組成框圖如圖4-2所示 。,4.2.2 再生中繼系統(tǒng)和再生中繼器,4.2.2 再生中繼系統(tǒng)和再生中繼器,為了在正確的最佳的時(shí)刻識(shí)別判決均衡波是“1”碼還是“0”碼，并把它恢復(fù)成一定寬度和幅度的脈沖，各再生中繼器必須具有與發(fā)送定時(shí)絕對(duì)同步的定時(shí)電路。通常有外

24、同步定時(shí)法和自同步定時(shí)法兩種辦法來(lái)產(chǎn)生接收端的定時(shí)時(shí)鐘信號(hào) 。,4.2.2 再生中繼系統(tǒng)和再生中繼器,外同步定時(shí)法：發(fā)送端在發(fā)送PCM信號(hào)序列的同時(shí)用另外的信道同時(shí)發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，以供各中繼器和接收端使用。此方法可在各中繼器和接收端獲得與發(fā)端完全同頻同相的定時(shí)時(shí)鐘，但需要有一條附加的信道，所以在實(shí)際中很少采用 。 自同步定時(shí)法：從傳送的PCM信號(hào)序列中提取定時(shí)信號(hào)，由于不需要附加信道傳送定時(shí)信號(hào)，所以，目前一般采用這種方法 。,4.2.2 再生中繼系統(tǒng)和再生中繼器,再生判決由判決和脈沖形成兩部分組成，其功能有三個(gè)： 1）在最佳門限帶電壓下判決 2）在最佳判決時(shí)刻取樣 3）再生形成所需要的碼型,4

25、.3 中繼傳輸性能的分析,數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)中反映傳輸質(zhì)量的指標(biāo)是誤碼和時(shí)鐘抖動(dòng)，這兩者是由于數(shù)字信號(hào)傳輸時(shí)信道特性的不理想以及信道中的噪聲和干擾造成的。關(guān)于信道的特性已在前面討論過(guò)，這里要討論的是信道噪聲和干擾特性及其對(duì)傳輸性能的影響。,回第四章首頁(yè),4.3.1 信道噪聲及干擾,電纜信道中的傳輸噪聲和干擾主要有兩個(gè)方面： 信道噪聲； 電纜線對(duì)之間的相互串?dāng)_,4.3.2 誤碼率及誤碼率的積累,PCM系統(tǒng)中的誤碼主要發(fā)生在傳輸信道（含再生中繼器）中，產(chǎn)生的原因是多方面的，包含噪聲、干擾、串音以及碼間干擾等，當(dāng)總干擾幅度超過(guò)判決電平時(shí)將產(chǎn)生誤判而出現(xiàn)誤碼。傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生的誤碼在接收端解碼后，必然使重建

26、的PAM信號(hào)發(fā)生偏離，造成信號(hào)的失真 。,4.3.2 誤碼率及誤碼率的積累,為便于分析，假設(shè)接收的單極性碼是矩形脈沖，幅度為A，判決門限電平為A/2；隨機(jī)噪聲是疊加在信碼脈沖上，如圖4-3所示。由圖可知，在判決時(shí)刻，當(dāng)噪聲電壓A/2時(shí)，將使“1”碼誤判為“0”碼，即產(chǎn)生誤碼；當(dāng)噪聲電壓A/2時(shí)，將使“0”碼誤判為“1”碼，即產(chǎn)生誤碼。,4.3.2 誤碼率及誤碼率的積累,4.3.2 誤碼率及誤碼率的積累,如果每個(gè)中繼站的誤碼率為，而且各中繼站誤碼率之間相互獨(dú)立，兩終端之間的中繼站數(shù)目為個(gè)，則總誤碼率為：,4.3 相位抖動(dòng),PCM信號(hào)的脈沖碼流經(jīng)過(guò)信道傳輸，各中繼站和終端站接收的脈沖在時(shí)間上不再是

27、等間隔的，而是隨時(shí)間變動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為相位抖動(dòng)。相位抖動(dòng)不僅使再生判決時(shí)刻的時(shí)鐘偏離信號(hào)的最大值而產(chǎn)生誤碼，而且由于解碼后重建的PAM信號(hào)脈沖發(fā)生相位抖動(dòng)，使重建后的信號(hào)產(chǎn)生波形失真。,4.3 相位抖動(dòng),引起相位抖動(dòng)的原因是多方面的，包含定時(shí)電路的不理想、信道干擾及噪聲以及碼元組合方式的變化等。其中，信道噪聲及干擾引起的相位抖動(dòng)稱為非系統(tǒng)性抖動(dòng)，它將按 關(guān)系積累，顯然其影響是不大的。而系統(tǒng)性抖動(dòng)是由于中繼器和終端站采用自定時(shí)方式而產(chǎn)生的，其來(lái)源包括碼間干擾、有限脈沖寬度效應(yīng)、碼元組合方式的變化等。,4.4 數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型,碼型設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是提高通信的可靠性指標(biāo)。,回第四章首頁(yè),4.4

28、.1 數(shù)字基帶傳輸?shù)拇a型設(shè)計(jì),碼型設(shè)計(jì)的原則： 1）能在接收端獲取同步信息。即為了接收端能夠與發(fā)送端同步，從而保證接收機(jī)在最佳的時(shí)刻對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行判決，需要從接收的信碼中獲取位同步信息。 2）由于信道不適合傳輸直流成分，所以基帶信號(hào)中應(yīng)無(wú)直流成分或極小的低頻成分。 3）盡量減小基帶信號(hào)頻譜中的高頻分量。這樣可以節(jié)省傳輸頻帶，提高信道的頻譜利用率，還可以減小干擾 4）在信源信碼的統(tǒng)計(jì)特性發(fā)生變化時(shí)，不會(huì)因此而使系統(tǒng)傳輸受到影響。如當(dāng)信源信碼中出現(xiàn)連0或連1碼時(shí)，接收端不會(huì)因此而失步 。,4.4.1 數(shù)字基帶傳輸?shù)拇a型設(shè)計(jì),碼型設(shè)計(jì)的原則： 5)能提高系統(tǒng)的可靠性 。 6)系統(tǒng)的有效性指標(biāo)不能

29、下將過(guò)多。 7)對(duì)于某些基帶傳輸碼型，信道中產(chǎn)生的單個(gè)誤碼會(huì)擾亂一段譯碼過(guò)程，從而導(dǎo)致譯碼輸出信息中出現(xiàn)多個(gè)錯(cuò)誤，這種現(xiàn)象稱為誤碼增值（或誤碼擴(kuò)散）?？偸窍Ｍ`碼增值越少越好 。,4.4.2 常用碼型,數(shù)字基帶信號(hào)的波形及其特點(diǎn) 1)單極性非歸零碼 2）雙極性非歸零碼 3）單極性歸零碼 4）差分碼 5）數(shù)字雙相碼,4.4.2 常用碼型,常用傳輸碼 1）信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼 2）三階高密度雙極性碼,4.4.2 常用碼型,傳輸碼型變換的誤碼增值 數(shù)字信號(hào)在電纜中傳輸時(shí)由于信道的不理想和噪聲干擾，接收端會(huì)出現(xiàn)誤碼，當(dāng)線路傳輸碼中出現(xiàn)一位錯(cuò)碼時(shí)，在碼型反變換后的數(shù)字碼中出現(xiàn)一個(gè)以上的數(shù)字碼錯(cuò)誤的現(xiàn)象稱為誤碼

30、增值。,4.5 擾碼和解擾,減少連“0”碼以保證位定時(shí)恢復(fù)質(zhì)量是數(shù)字基帶信號(hào)傳輸?shù)囊粋€(gè)重要問(wèn)題。將二進(jìn)制數(shù)字信息先作“隨機(jī)化”處理，變?yōu)閭坞S機(jī)序列，也能限制連“0”碼的長(zhǎng)度。這種對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行的“隨機(jī)化”處理稱為“擾碼” 。,回第四章首頁(yè),4.5.1 m序列,m序列是最常用的一種偽隨機(jī)序列，它是最長(zhǎng)先性反饋移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱。 帶線性反饋邏輯的移位設(shè)定各級(jí)寄存器的初始狀態(tài)后，在時(shí)鐘觸發(fā)下，每次移位后各級(jí)積存器狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。觀察其中一級(jí)寄存器（通常為末級(jí)）的輸出，隨著移位時(shí)鐘節(jié)拍的推移會(huì)產(chǎn)生一個(gè)序列，稱為移位寄存器序列。移位寄存器序列是一個(gè)周期性序列，其周期不但與移位寄存器的級(jí)數(shù)有關(guān)，而

31、且還與線性反饋邏輯有關(guān) 。 如某遵從 的4級(jí)m序列發(fā)生器如圖4-4所示。,4.5.1 m序列,該m序列可以得到 100010011010111，周期15的序列。,4.5.2 擾碼與解擾原理,擾碼原理是以線性反饋移位寄存器理論為基礎(chǔ)的。擾碼的一般原理框圖如圖4-5 所示。分析擾碼器的工作原理時(shí)引入一個(gè)運(yùn)算符號(hào)“D”，D表示將序列延時(shí)一位，DkS表示將序列延時(shí)k位。采用延時(shí)運(yùn)算符后，可得到擾碼原理的表達(dá)式：,4.5.2 擾碼與解擾原理,4.5.2 擾碼與解擾原理,解擾原理：,4.5.2 擾碼與解擾原理,采用擾碼和解擾能使包括連“0”碼（或連“1”碼）內(nèi)的任何輸入序列變?yōu)閭坞S機(jī)碼，因而可以在基帶傳輸

32、系統(tǒng)中代替旨在限制連“0”碼的各種復(fù)雜的碼型變換。 采用擾碼和解擾的主要缺點(diǎn)是對(duì)系統(tǒng)的誤碼率有影響；另一個(gè)缺點(diǎn)是當(dāng)輸入序列為某些偽隨機(jī)碼形式時(shí)，擾碼器的輸出可能是全0碼或全1碼。但對(duì)于實(shí)際的輸入數(shù)據(jù)序列，出現(xiàn)這種碼組的可能性很小,4.6 PCM中繼傳輸系統(tǒng)的測(cè)量,誤碼率是PCM中繼傳輸系統(tǒng)衡量質(zhì)量的重要指標(biāo)，它對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和日常維護(hù)是很必要的。 PCM中繼傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)氖荘CM信碼，它是一個(gè)隨機(jī)的數(shù)字信號(hào)，通常采用m序列碼（偽隨機(jī)碼）作為測(cè)試信號(hào),回第四章首頁(yè),4.6 PCM中繼傳輸系統(tǒng)的測(cè)量,PCM再生中繼系統(tǒng)中再生中繼器的數(shù)目很多，且都采用無(wú)人值守方式，一旦再生中繼器發(fā)生故障，必須立即

33、判斷故障點(diǎn)的具體位置，以便迅速采取措施，使傳輸系統(tǒng)正常工作。 再生中繼系統(tǒng)的故障位置的測(cè)定是在終端局進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)試，再生中繼器的故障分為兩種，一種是全中斷，中繼無(wú)輸出；另一種是由于部件變質(zhì)或接觸不良，雖然還未到全中斷的程度，但誤碼已大增，通信質(zhì)量明顯下降。,4.7 差錯(cuò)控制編碼,由于通信線路上總有噪聲存在，噪聲和有用信息中的結(jié)果，就會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。噪聲可分為兩類，一類是熱噪聲，另一類是沖擊噪聲，熱噪聲引起的差錯(cuò)是一種隨機(jī)差錯(cuò)， 亦即某個(gè)碼元的出錯(cuò)具有獨(dú)立性，與前后碼元無(wú)關(guān)。 沖擊噪聲是由短暫原因造成的，例如電機(jī)的啟動(dòng)、停止，電器設(shè)備的放弧等，沖擊噪聲引起 的差錯(cuò)是成群的，其差錯(cuò)持續(xù)時(shí)間稱為突發(fā)錯(cuò)的

34、長(zhǎng)度。 衡量信道傳輸性能的指標(biāo)之一是誤碼率。 誤碼率=錯(cuò)誤接收的碼元數(shù)/接收的總碼元數(shù) 。,回第四章首頁(yè),4.7.1 差錯(cuò)控制方式,差錯(cuò)控制方式基本上分為兩類，一類稱為“反饋糾錯(cuò)”，另一類稱為“前向糾錯(cuò)”。在這兩類基礎(chǔ)上又派生出一種稱為“混合糾錯(cuò)”。 1）反饋糾錯(cuò) 2）前向糾錯(cuò) 3）混合糾錯(cuò),4.7.2 糾錯(cuò)編碼原理,糾錯(cuò)編碼的基本原理 差錯(cuò)控制編碼的分類 1）按照誤碼控制的不同功能分類 2）按照誤碼產(chǎn)生的原因不同分類 3）按照信息碼元與監(jiān)督附加碼元之間的約束方式不同分類 4）按照信息碼元在編碼之后是否保持原來(lái)的形式是否不變分類,4.7.2 糾錯(cuò)編碼原理,有關(guān)誤碼控制編碼的幾個(gè)基本概念 1）信

35、息碼元與監(jiān)督碼元 2）許用碼組與禁用碼組 3）碼重與碼距,4.7.3 常用差錯(cuò)控制編碼,奇偶校驗(yàn)碼 正反碼 線性分組碼 糾錯(cuò)原理,回第四章首頁(yè),第5章 數(shù)字信號(hào)的載波傳輸,5.1 二進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制 5.2 二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制 5.3 二進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制 5.4 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 5.5 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),5.1 二進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制,二進(jìn)制振幅鍵控ASK(Amplitude Shift Keying)系統(tǒng)所用的基帶信號(hào)是表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的原始矩形脈沖信號(hào)。設(shè)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)為單極性不歸零脈沖，以s(t)表示，載波以Acosct表示。那么，二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)由s(t)與載波信號(hào)相乘而

36、得到，圖5-1示出了2ASK信號(hào)的波形。,回第五章首頁(yè),5.1 二進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制,e(t),回第五章首頁(yè),圖5-1 2ASK信號(hào)波形,5.1 二進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制,從圖5-1中看出，基帶信號(hào)s(t)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)，當(dāng)其值取“1”時(shí)，載波原樣輸出，當(dāng)其為“0”時(shí)，則沒(méi)有載波輸出。整個(gè)過(guò)程相當(dāng)于一個(gè)電子開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制，因此這種調(diào)制稱為振幅鍵控調(diào)制。圖51所示的調(diào)制波形僅僅是2ASK信號(hào)中典型的一種，2ASK調(diào)制信號(hào)為基帶信號(hào)與載波信號(hào)的乘積。,回第五章首頁(yè),5.1 二進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制,一個(gè)典型的二進(jìn)制ASK信號(hào)為 即 ， 發(fā)“1”碼； ， 發(fā)“0”碼。,回第五章首頁(yè),5.1 二進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制,調(diào)制：

37、 二進(jìn)制ASK信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成。 二進(jìn)制ASK信號(hào)的帶寬是原基帶信號(hào)帶寬的兩倍，故頻帶利用率僅有直接傳輸基帶信號(hào)的一半。,回第五章首頁(yè),5.1 二進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制,解調(diào)： 從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)基帶信號(hào)的過(guò)程叫解調(diào)，解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程。二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的解調(diào)方法主要有兩種：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢波法）。相應(yīng)的接收系統(tǒng)方框圖如圖5-2所示 。,回第五章首頁(yè),5.1 二進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制,回第五章首頁(yè),5.1 二進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制,非相干解調(diào)： 常用的非相干解調(diào)是包絡(luò)檢波法，簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波器電路示于圖5-3，它能夠得到一個(gè)與輸入信號(hào)瞬時(shí)振幅大小成正比的輸出電壓。由

38、于這種檢波器比較簡(jiǎn)單，并具有穩(wěn)定性好、可靠性高和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，所以ASK接收機(jī)中用得最廣泛。 檢波的過(guò)程很簡(jiǎn)單，即電容充電放電的過(guò)程，檢波器輸出波形示于圖53。為了使檢波出來(lái)的基帶信號(hào)接近于方波，電路中元件應(yīng)滿足于：二極管正向電阻足夠小，反向電阻足夠大（后者一般為前者的幾十倍），二極管的極間電容要小，RC值要遠(yuǎn)大于載波的周期，而又必須比基帶信號(hào)的碼元間隔足夠小。,回第五章首頁(yè),5.1 二進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制,圖5-3 包絡(luò)檢波器及其輸出波形,回第五章首頁(yè),5.1 二進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制,相干解調(diào)： 通常也稱同步檢波器為相干檢波器或相干解調(diào)器并稱本機(jī)振蕩信號(hào)為相干振蕩信號(hào)。 采用同步解調(diào)法接收端必須提

39、供一個(gè)與ASK信號(hào)的載波保持同頻同相的相干振蕩信號(hào)否則會(huì)造成解調(diào)后的波形失真。通常接收端本身是無(wú)法獨(dú)立產(chǎn)生這種相干信號(hào)的而此相干信號(hào)原則上可以通過(guò)窄帶濾波（如果已調(diào)信號(hào)中含有載波分量）或鎖相環(huán)路來(lái)提取。但是實(shí)現(xiàn)起來(lái)還是比較困難，將給設(shè)備增加復(fù)雜性。 因此，目前在實(shí)際設(shè)備中、很少采用同步檢波法來(lái)解調(diào)ASK信號(hào)不過(guò)，這種方法是那些不能用包給檢波器解調(diào)出信號(hào)的一種有效解調(diào)方法 。,5.2 二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制,頻率調(diào)制(FM)是利用載波的頻率變化來(lái)傳輸信息的，其中最簡(jiǎn)單的一種方式是二進(jìn)制頻移鍵控(FSK)調(diào)制，它是繼振幅鍵控信號(hào)之后出現(xiàn)比較早的一種調(diào)制方式。由于它的抗噪聲、抗衰減性能優(yōu)于ASK，設(shè)備又

40、不算復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)也比較容易，所以一直在很多場(chǎng)合，例如在中低速數(shù)據(jù)傳輸，尤其在有衰減的無(wú)線信道中廣泛應(yīng)用。,回第五章首頁(yè),5.2 二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制,二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)用靠近載波的兩個(gè)不同頻率表示兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)。信號(hào)具有如下形式： 二進(jìn)制頻移鍵控（ 2FSK ）信號(hào)波形如圖5-4所示。,回第五章首頁(yè),5.2 二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制,圖5-4 FSK信號(hào)波形,回第五章首頁(yè),5.2 二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制,FSK信號(hào)有兩種產(chǎn)生方法：載波調(diào)頻法和頻率選擇法 ，其框圖分別如圖5-5(a）、（b）所示。 載波調(diào)頻法產(chǎn)生的是相位連續(xù)的FSK信號(hào), 相位連續(xù)FSK信號(hào)一般由一個(gè)振蕩器產(chǎn)生，用基帶信號(hào)改變振蕩器的參

41、數(shù)，使振蕩頻率發(fā)生變化，這時(shí)相位是連續(xù)的，如圖5-5(a)所示。 頻率選擇法產(chǎn)生的一般是相位不連續(xù)的FSK信號(hào)，如圖5-5(b)，相位不連續(xù)FSK信號(hào)一般由兩個(gè)不同頻率的振蕩器產(chǎn)生，由基帶信號(hào)控制這兩個(gè)頻率信號(hào)的輸出。由于這兩個(gè)振蕩器是相互獨(dú)立的，因此在f1轉(zhuǎn)換為f2或相反的過(guò)程中，不能保證f1與f2之間相位的連續(xù)。,回第五章首頁(yè),5.2 二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制,回第五章首頁(yè),（a）,（b）,5.2 二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制,相位不連續(xù)FSK信號(hào)的功率譜與ASK信號(hào)相似，同樣由連續(xù)譜和離散譜組成。其中，連續(xù)譜由兩個(gè)雙邊譜疊加而成，而離散譜出現(xiàn)在f1和f2這兩個(gè)頻率位置，并對(duì)稱于標(biāo)稱載頻f0 。 若兩個(gè)載

42、頻相隔較遠(yuǎn)，則連續(xù)譜出現(xiàn)雙峰，峰值對(duì)應(yīng)干這兩個(gè)載頻位置。當(dāng)f減少時(shí)，雙峰隨之靠近，最后并為單峰，其峰值對(duì)應(yīng)于標(biāo)稱載頻f0的位置 。,回第五章首頁(yè),5.2 二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制,FSK信號(hào)的解調(diào)方法很多。由于從FSK信號(hào)中提取相干載波較困難，因此目前大多采用非相干解調(diào)。非相干解調(diào)法又有鑒頻法、零交點(diǎn)法、分路濾波包絡(luò)檢波法等。 分路濾波法原理框圖如圖5-6所示。 正常工作的條件是兩路ASK信號(hào)的頻譜不重疊，目而頻帶利用率不高，但是因?yàn)閷?shí)現(xiàn)比較容易，因而在實(shí)際系統(tǒng)中用得不少。,回第五章首頁(yè),5.2 二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制,回第五章首頁(yè),5.2 二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制,零交點(diǎn)法的出發(fā)點(diǎn)是提取數(shù)字FSK信號(hào)的過(guò)零

43、點(diǎn)，然后從這些過(guò)零點(diǎn)形成的脈沖序列中提取低頻基帶分量，這個(gè)分量將與發(fā)送的數(shù)序基帶信號(hào)相對(duì)應(yīng)圖5-7是零交點(diǎn)法非相平解調(diào)器的框圖，圖58是相應(yīng)各點(diǎn)的波形,回第五章首頁(yè),5.2 二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制,圖5-8 零交點(diǎn)解調(diào)各點(diǎn)波形,回第五章首頁(yè),5.3 二進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制,數(shù)字調(diào)相與數(shù)字調(diào)幅、數(shù)字調(diào)頻相比，在數(shù)據(jù)傳輸中占有更重要的地位。數(shù)字調(diào)相又稱相移健控PSK(Phase Shift Keying）調(diào)制，因?yàn)樗抢幂d波的相位變化來(lái)反映數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息的，此時(shí)載波的振幅和頻率都不變化。相移鍵控（PSK）信號(hào)對(duì)噪聲的抗擾性比ASK信號(hào)和FSK信號(hào)都要好，在中高速的數(shù)據(jù)傳輸中廣泛采用調(diào)相技術(shù)。數(shù)字調(diào)相通常分

44、為絕對(duì)移相制和相對(duì)移相制兩種方式。所謂絕對(duì)移相制是利用載波的不同相位表示數(shù)據(jù)信息，而相對(duì)移相制是利用載波的相對(duì)相位值表示數(shù)據(jù)信息。一般用PSK代表絕對(duì)移相制，DPSK代表相對(duì)移相制。,回第五章首頁(yè),5.3.1 二相絕對(duì)移相調(diào)制,如果給定正弦載波信號(hào)為Asin(Ct+C)，則絕對(duì)移相信號(hào)可表示為 e(t)= AsinCt+C+ks(t) 其中，k表示調(diào)制系數(shù)，s(t)是數(shù)字基帶信號(hào)。C+ks(t)直接表示載波的相位值。C是原載波的相位，稱為基準(zhǔn)相位。ks(t)是由s(t)控制的，相對(duì)C 的已調(diào)波相位。為了使表示數(shù)字“1”和“0”的相位差別最大，可使二者的相位差為。 二相絕對(duì)移相信號(hào)的典型波形如圖

45、5-9所示。,5.3.1 二相絕對(duì)移相調(diào)制,圖5-9 2PSK信號(hào)波形,5.3.1 二相絕對(duì)移相調(diào)制,絕對(duì)移相信號(hào)產(chǎn)生的方法有調(diào)相法和相位選擇兩大類。 調(diào)相法就是根據(jù)絕對(duì)移相信號(hào)等于雙極性基帶信號(hào)與載波相乘的原理產(chǎn)生PSK 信號(hào)。這可以用平衡調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種方法和產(chǎn)生抑制載波的雙邊帶信號(hào)的方法完全相同。 相位選擇法的原理方框圖如圖5-10所示。振蕩器和倒相器輸出0和兩種不同相位的載波。,5.3.1 二相絕對(duì)移相調(diào)制,由于二相PSK信號(hào)與抑制載波的雙邊帶信號(hào)相同，故其解調(diào)方法也與它一樣，只能采用相干檢測(cè)器。其解調(diào)組成方框圖示于圖5-11。,5.3.1 二相絕對(duì)移相調(diào)制,5.3.2 二相相對(duì)移相

46、調(diào)制（2DPSK）,所謂相對(duì)移相制，就是數(shù)字“1”和“0”信號(hào)的相位不是以某個(gè)固定的相位（載波的相位）作參考，而是以相鄰的前一碼元的相位為參考。 相對(duì)移相與絕對(duì)移相相比，只是相位變化的參考相位不同。因此，當(dāng)相對(duì)相位變化以等概率的條件出現(xiàn)時(shí)，相對(duì)移相信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式、功率譜密度和絕對(duì)移相信號(hào)相同。,5.3.2 二相相對(duì)移相調(diào)制（2DPSK）,相對(duì)移相信號(hào)產(chǎn)生的方法很多，大致可分成二類：直接移相法和間接移相法。為了方便下面的敘述，約定數(shù)字序列中的“0”和“1”分別對(duì)應(yīng)于相位差為0和。 直接法產(chǎn)生2DPSK信號(hào)的原理框圖示于圖5-12。,5.3.2 二相相對(duì)移相調(diào)制（2DPSK）,5.3.2 二相相

47、對(duì)移相調(diào)制（2DPSK）,間接產(chǎn)生法就是將原始的輸入序列先轉(zhuǎn)換成相對(duì)碼序列。然后用此相對(duì)碼進(jìn)行絕對(duì)移相調(diào)制，便可獲得2DPSK信號(hào)，其原理方框圖示于圖5-13 。,5.3.2 二相相對(duì)移相調(diào)制（2DPSK）,2DPSK信號(hào)的解調(diào)方法有相位比較法和極性比較法。 相位比較法又稱差分相干解調(diào)法。由于相對(duì)移相信號(hào)的參考相位是取相鄰前一碼元的載波相位，故解調(diào)時(shí)可以直接用相位檢波器比較前后碼元載波的相位，從中可以直接得到相位差攜帶的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息。這種解調(diào)方法的組成方框圖示于圖5-14。,5.3.2 二相相對(duì)移相調(diào)制（2DPSK）,5.3.2 二相相對(duì)移相調(diào)制（2DPSK）,極性比較法實(shí)際上是間接相對(duì)移相調(diào)

48、制的反過(guò)程。先按絕對(duì)移相接收，把2DPSK信號(hào)變成具有相對(duì)碼的基帶信號(hào)。然后經(jīng)過(guò)碼變換器把相對(duì)碼變成絕對(duì)碼。極性比較法用來(lái)解調(diào)二相DPSK信號(hào)時(shí)，其組成原理框圖示于圖5-15 。,5.3.2 二相相對(duì)移相調(diào)制（2DPSK）,5.4 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能,通信系統(tǒng)的抗噪聲性能是指系統(tǒng)克服加性噪聲影響的能力。在數(shù)字通信中，信道加性噪聲有可能使傳輸碼元產(chǎn)生錯(cuò)誤。錯(cuò)誤程度通常用誤碼率來(lái)衡量。因此，與數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)一樣，分析數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能，也就是要找出系統(tǒng)由加性噪聲產(chǎn)生的總誤碼率。,回第五章首頁(yè),5.4.1 二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）系統(tǒng)的抗噪聲性能,二進(jìn)制振幅鍵控的應(yīng)用雖然不像頻

49、移鍵控和移相鍵控那樣廣泛，但由于它的抗噪聲性能分析方法具有普遍意義，因此首先討論二進(jìn)制振幅鍵控系統(tǒng)的抗噪聲性能。 由于信道加性噪聲被認(rèn)為只對(duì)信號(hào)的接收產(chǎn)生影響，故分析系統(tǒng)的抗噪聲性能也只要考慮接收部分。同時(shí)認(rèn)為這里的信道加性噪聲既包括實(shí)際信道中的噪聲，也包括接收設(shè)備噪聲折算到信道中的等效噪聲。 采用包絡(luò)檢波法的系統(tǒng)誤碼率取決于系統(tǒng)輸入信噪比和歸一化門限值。 在相同的大信噪比下，2ASK信號(hào)同步檢測(cè)的誤碼率總是低于包絡(luò)檢波時(shí)的誤碼率，但兩者的誤碼性能相差并不大。然而，前者不需要穩(wěn)定的本地相干載波信號(hào)，故在電路上要比后者簡(jiǎn)單得多。,5.4.2 二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）系統(tǒng)的抗噪聲性能,在大信噪比

50、下，頻移鍵控的包絡(luò)檢波系統(tǒng)和同步檢測(cè)系統(tǒng)相比，在性能上相差是很小的，但采用同步檢測(cè)時(shí)設(shè)備卻要復(fù)雜得多。因此，在能夠滿足輸入信噪比要求的場(chǎng)合，包絡(luò)檢波法比同步檢測(cè)法更為常用。 應(yīng)該指出，對(duì)頻移鍵控信號(hào)的解調(diào)，除上述兩種方式外，在實(shí)際中還可采用鑒頻法。由于此時(shí)數(shù)學(xué)分析較為復(fù)雜，限于篇幅，就不再討論它的性能。,5.4.3 二進(jìn)制絕對(duì)移相（2PSK）及相對(duì)移相鍵控（2DPSK）系統(tǒng)的抗噪聲性能,當(dāng)要求系統(tǒng)的誤碼率不大于10-4時(shí)，采用差分相干解調(diào)接收機(jī)輸入端所需的信號(hào)功率僅比采用相干解調(diào)一碼變換時(shí)多05dB左右，但前者的解調(diào)電路卻比后者要簡(jiǎn)單得多。因此，2DPSK系統(tǒng)中大都采用差分相干解調(diào)。,5.5

51、多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),二進(jìn)制載波數(shù)字調(diào)制，其基帶數(shù)字信號(hào)只有兩種可能的狀態(tài)1、0或+1、-1。隨著數(shù)字通信的發(fā)展，對(duì)頻帶利用率的要求不斷提高，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 用 M進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制載波的幅度、頻率和相位，可分別產(chǎn)生出MASK、MFSK和MPSK三種多進(jìn)制載波數(shù)字調(diào)制信號(hào) 。,回第五章首頁(yè),5.5.1 MASK系統(tǒng),多進(jìn)制數(shù)字報(bào)幅調(diào)制又稱為多電平調(diào)幅。它用具有多個(gè)電平的隨機(jī)基帶脈沖序列對(duì)載波進(jìn)行振幅調(diào)制。已調(diào)波一般可表示為 其波形示意圖如圖5-16所示。,5.5.1 MASK系統(tǒng),圖5-16 MASK系統(tǒng)波形 a）多電平隨機(jī)基帶脈沖序列 b）ASK已調(diào)信號(hào) c）各電

52、平對(duì)應(yīng)的ASK已調(diào)信號(hào),5.5.2 MFSK系統(tǒng),多進(jìn)制頻移鍵控簡(jiǎn)稱多頻制。是用多個(gè)頻率不同的正弦波分別代表不同的數(shù)字信號(hào)，在某一碼元時(shí)間內(nèi)只發(fā)送其中一個(gè)頻率。 一般的MFSK系統(tǒng)，可由圖5-17所示框圖表示。 MFSK系統(tǒng)占據(jù)較寬的頻帶，因而頻帶利用率低，多用于調(diào)制速率不高的傳輸系統(tǒng)中，以便頻帶不至于過(guò)寬。 MFSK帶寬為 其中fH為最高載頻，fL為最低載頻，fs為碼元速率 。,5.5.2 MFSK系統(tǒng),圖5-17 MFSK系統(tǒng)方框圖,5.5.3 MPSK系統(tǒng),MPSK利用具有多個(gè)相位狀態(tài)的正弦波來(lái)代表多組二進(jìn)制信息碼元。即用載波的一個(gè)相位對(duì)應(yīng)于一組二進(jìn)制信息碼元。如果載波有2k個(gè)相位，它可

53、代表K位二進(jìn)制碼元的不同組合的碼組。多進(jìn)制相移鍵控也分為多進(jìn)制絕對(duì)相移鍵控和多進(jìn)制相對(duì)相移鍵控。 4PSK信號(hào) 4DPSK信號(hào),5.5.4 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能,進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能通常低于二進(jìn)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 。 多進(jìn)制系統(tǒng)的性能推導(dǎo)較繁瑣，有興趣的讀者可參考有關(guān)文獻(xiàn)。 將各種多進(jìn)制系統(tǒng)的誤碼率公式列于書137頁(yè)表5-4中以供讀者參考。,第6章 同步與數(shù)字復(fù)接,6.1 同步原理 6.2 數(shù)字復(fù)接原理,6.1 同步原理 6.2 數(shù)字復(fù)接原理,6.1 同步原理,發(fā)、收端設(shè)備各部分電路的動(dòng)作都由定時(shí)脈沖分別控制，保證嚴(yán)格正確的時(shí)間關(guān)系，這就是定時(shí)的概念。 發(fā)端和收端分別有了自身的定時(shí)脈沖是

54、不夠的，為了保證整個(gè)傳輸過(guò)程準(zhǔn)確可靠，還必須使發(fā)、收兩端的定時(shí)脈沖在時(shí)間上保持一致，這就稱之為“同步” 。 數(shù)字通信系統(tǒng)的同步，按照作用的不同一般分為：載波同步、位同步(碼元同步)、幀同步(群同步 ）和網(wǎng)同步。,回第六章首頁(yè),6.1.1 載波同步,在高速、高可靠性的數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了獲得較高的頻帶利用率和良好的抗干擾性能，經(jīng)常采用相干解調(diào)，而這種解調(diào)方式要求接收端必須產(chǎn)生一個(gè)與接收到的被調(diào)載波信號(hào)相干（即同頻同相）的本地參考載波信號(hào)（基準(zhǔn)信號(hào)）。這個(gè)過(guò)程即稱為載波同步。 載波同步一般有兩類方法：插入導(dǎo)頻法（外同步法）、直接提取法（自同步法）。,6.1.1 載波同步,在抑制載波的傳輸系統(tǒng)（如D

55、SB雙邊帶信號(hào)、SSB單邊帶信號(hào)等）中，信號(hào)中沒(méi)有載波成分，接收端無(wú)法從接收到的信號(hào)中直接提取載波；而有的信號(hào)（如VSB殘留邊帶信號(hào)）雖然含有載波但不易取出；為了獲取載波同步信息，就要采用插入導(dǎo)頻的方法。 插入導(dǎo)頻的方法就是發(fā)送端除了發(fā)送有用的信號(hào)外，還在適當(dāng)?shù)奈恢蒙喜迦胍粋€(gè)供接收端恢復(fù)相干載波之用的正弦波信號(hào)（這個(gè)信號(hào)通常稱為導(dǎo)頻信號(hào)）。插入導(dǎo)頻信號(hào)的方法可分為兩種：一種是在頻域插入導(dǎo)頻，另一種是在時(shí)域插入導(dǎo)頻 。,6.1.1 載波同步,頻域插入導(dǎo)頻法是指在已調(diào)信號(hào)的頻譜中加入一個(gè)低功率的線譜，該線譜對(duì)應(yīng)的正弦波即稱為導(dǎo)頻信號(hào)。 時(shí)域插入導(dǎo)頻法在時(shí)分多址通信衛(wèi)星中應(yīng)用較多，在一般數(shù)字通信中也

56、有應(yīng)用，插入導(dǎo)頻信號(hào)與傳輸?shù)男畔⒃跁r(shí)間上加以區(qū)別。,6.1.1 載波同步,有些接收信號(hào)（如DSB信號(hào)、PSK信號(hào)等）本身就含有載波分量或載波的諧波分量，如果對(duì)這些信號(hào)在接收端經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理，就可以從中提取出所需要的相干載波。直接提取法就是據(jù)此而提出的。 直接提取法的常用方式有：平方變換法、反調(diào)制環(huán)法、同相正交環(huán)法和判決反饋法。,6.1.1 載波同步,判斷一個(gè)載波同步系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)主要有如下兩個(gè)： (1)效率：所謂提高效率是指在能夠獲得載波的情況下，盡量減少發(fā)送載波的功率。 (2)精度：所謂提高精度是指提取到的相干載波與發(fā)送端載波之間的相位誤差要越小越好?？梢钥闯?，載波同步系統(tǒng)的精度越高，則傳

57、輸系統(tǒng)誤碼率就越小。這是影響傳輸系統(tǒng)誤碼率的主要因素 除了以上指標(biāo)，還有同步建立時(shí)間ts（越短越好）、同步保持時(shí)間tc （越長(zhǎng)越好）、相位抖動(dòng)（越小越好）等。,6.1.2 位同步,位同步又稱為碼元同步，它是數(shù)字通信中最基本最重要的一種同步。 傳統(tǒng)的位同步方法與載波同步方法類似，本節(jié)主要介紹直接法（自同步法）和插入導(dǎo)頻法（外同步法）兩種。 隨著DSP技術(shù)的發(fā)展，某些與常規(guī)同步方法大不一樣的新型技術(shù)如內(nèi)插同步技術(shù)開(kāi)始得到日益廣泛的應(yīng)用。有興趣的讀者可以查閱相關(guān)資料。,6.1.2 位同步,外同步法是指在發(fā)送數(shù)字信息的同時(shí)，還發(fā)送位同步信號(hào)的一種同步方法。 外同步法常采用插入位定時(shí)導(dǎo)頻法和雙重調(diào)制導(dǎo)頻

58、插入法 兩種方法。 自同步法也稱作直接提取位同步法，是指發(fā)端不傳送專門的位同步信息，而直接從接收信號(hào)或解調(diào)后的數(shù)字基帶信號(hào)中提取位同步信號(hào)。這種方法在數(shù)字通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，具體實(shí)現(xiàn)直接提取位同步的方法有三種：濾波法、脈沖鎖相法和數(shù)字鎖相法。,6.1.2 位同步,衡量數(shù)字通信設(shè)備的位同步性能，通常有以下幾項(xiàng)指標(biāo)： 相位誤差 同步建立時(shí)間ts 同步保持時(shí)間t0 同步門限信噪比,6.1.3 幀同步,在進(jìn)行多路信息傳輸時(shí)，需要將各路信息的碼字或碼組在時(shí)間上進(jìn)行周期性的劃分和排列，而每一個(gè)這樣的周期就稱為一幀。 幀同步的作用就是確定每一幀的起始位置。 由于幀內(nèi)部的碼元數(shù)目和排列規(guī)律都是事先約定

59、好的，所以只要確定了一幀的開(kāi)始，再加上正確的位同步、載波同步，就能從接收到的信號(hào)中提取正確的信息。,6.1.3 幀同步,為實(shí)現(xiàn)幀同步，一般采用插入同步碼法，即在發(fā)送端的數(shù)字信息中插入約定好的特殊碼組，在接收端如能檢測(cè)到這些碼組即為同步。 具體插入的方法分為集中插入和間隔插入兩種 。,6.1.3 幀同步,在目前的通信系統(tǒng)中，普遍采用集中插入幀同步碼法來(lái)實(shí)現(xiàn)幀同步。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是一旦失步后即能迅速恢復(fù)，即只要收到下一幀同步碼組就能恢復(fù)同步；而間隔插入法的缺點(diǎn)也恰在于此：失步后它必須逐位調(diào)整本地幀同步碼相位，也就是說(shuō)，同步恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，這一點(diǎn)不符合現(xiàn)代通信的要求。集中插入法也有缺點(diǎn)，由于幀同步碼需要一定的長(zhǎng)度，故而占用了信道資源，降低了傳輸效率；另外，設(shè)備相對(duì)比較復(fù)雜。間隔插入法占用碼位少，且設(shè)備