数字信号的传输.pptx
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1、第4章数字信号的传输4.1.2关注基带传输的目的4.2数字基带信号码型4.2.1码型变换原则4.2.2基带传输的常用码型10.5B6B码4.3眼图4.3.1无噪声时的眼图4.3.2存在噪声时的眼图4.3.3眼图的模型4.4数字频带传输系统4.5数字调制第1页/共113页第4章数字信号的传输4.5.1二进制振幅键控4.5.2二进制移频键控4.5.3移相键控3.8相PSK4.6现代数字调制技术4.6.1正交振幅调制4.6.2最小移频键控4.6.3高斯最小移频键控4.7数字调制系统的性能比较4.7.1二进制数字调制系统的性能比较4.7.2多进制数字调制系统的性能比较第2页/共113页第4章数字信号的
2、传输4.8调制解调器4.8.1MODEM的功能4.8.2MODEM的分类4.8.3MODEM的性能指标4.8.4MODEM的应用第3页/共113页4.1数字基带传输系统的基本理论第4页/共113页4.1.1基带传输系统的模型1)发送滤波器(也叫信道信号形成器):用来产生适合于信道传输的基带信号;2)接收滤波器:用来接收信号,并尽可能排除信道噪声和其他干扰;3)抽样判决电路:是在噪声背景下用来判定与再生基带信号的。第5页/共113页4.1.1基带传输系统的模型图4-1基带传输系统的模型第6页/共113页3)抽样判决电路:是在噪声背景下用来判定与再生基带信号的。图4-2基带传输系统各点波形第7页/
3、共113页4.1.2关注基带传输的目的1)在频带传输制式里同样存在基带传输的问题(如码间干扰等),因为信道的含义是相对的,若把调制解调器包括在信道中(如广义信道),则频带传输就变成了基带传输。2)随着数字通信技术的发展,基带传输这种方式也有迅速发展的趋势。3)理论上可以证明,任何一个采用线性调制的频带传输系统,总是可以由一个等效的基带传输系统所替代。第8页/共113页4.2数字基带信号码型第9页/共113页4.2.2基带传输的常用码型1.单极性非归零(NRZ)码2.双极性非归零(NRZ)码3.单极性归零(RZ)码4.双极性归零(RZ)码5.差分码6.AMI码7.HDB8.Manchester码
4、9.CMI码第10页/共113页4.2.2基带传输的常用码型图4-3基带传输的部分码型第11页/共113页1.单极性非归零(NRZ)码1)发送能量大,有利于提高接收端信噪比;2)在信道上占用频带较窄;3)有直流分量,将导致信号的失真与畸变;且由于直流分量的存在,无法使用一些交流耦合的线路和设备;4)不能直接提取位同步信息;5)抗噪性能差。6)传输时需一端接地。第12页/共113页2.双极性非归零(NRZ)码1)直流分量小。2)接收端判决门限为0,容易设置并且稳定,因此抗干扰能力强;3)可以在电缆等无接地的线上传输。第13页/共113页3.单极性归零(RZ)码第14页/共113页4.双极性归零(
5、RZ)码第15页/共113页5.差分码在差分码中,“1”、“0”分别用电平跳变或不变来表示。若用电平跳变来表示“1”,称为传号差分码BF(在电报通信中,常把“1”称为传号,把“0”称为空号)BFQ,如图43e所示。若用电平跳变来表示“0”,称为空号差分码。由图可见,这种码型在形式上与单极性或双极性码型相同,但它代表的信息符号与码元本身电位或极性无关,而仅与相邻码元的电位变化有关。差分码也称相对码,而相应地称前面的单极性或双极性码为绝对码。差分码的特点是,即使接收端收到的码元极性与发送端完全相反,也能正确地进行判决第16页/共113页6.AMI码1)在“1”、“0”码不等概率的情况下,也无直流成
6、分,且零频附近低频分量小。2)若接收端收到的码元极性与发送端的完全相反,也能正确判决。3)便于观察误码情况。第17页/共113页7.HDB1)先把消息代码变成AMI码,然后检查AMI码的连“0”串情况,当无3个以上连“0”码时,则这时的AMI码就是HDB 3码。2)当出现4个或4个以上连0码时,则将每4个连“0”小段的第4个“0”变换成“非0”码。B码和V码各自都应始终保持极性交替变化的规律,以便确保编好的码中没有直流成分;V码必须与前一个码(信码B)同极性,以便和正常的AMI码区分开来。如果这个条件得不到满足,那么应该在四个连“0”码的第一个“0”码位置上加一个与V码同极性的补信码,用符号表
7、示,并做调整,使B码和码合起来保持信码(含B及)极性交替变换的规律。第18页/共113页8.Manchester码ManchesterBF(曼彻斯特)BFQ码又称为数字双相码或分相码。它的特点是每个码元用两个连续的极性相反的脉冲来表示,如“”码用正、负脉冲表示,“0”码用负、正脉冲表示,如图43g所示。该码的优点是无直流分量,最长连“0”、连“”数为2,定时信息丰富,编译码电路简单。但其码元速率比输入的信码速率提高了一倍。曼彻斯特码适用于数据终端设备在中速短距离上传输,如以太网采用曼彻斯特码作为线路传输码。曼彻斯特码当极性反转时会引起译码错误,为解决此问题,可以采用差分码的概念,将曼彻斯特码中
8、用绝对电平表示的波形改为用电平相对变化来表示。这种码型称为条件分相码或差分曼彻斯特码。数据通信的令牌网即采用这种码型。第19页/共113页9.CMI码CMI码是传号反转码的简称,其编码规则为:“1”码交替用“00”和“11”表示;“0”码用“01”表示,图43h给出其编码的例子。CMI码的优点是没有直流分量,且频繁出现波形跳变,便于定时信息的提取,具有误码监测能力。由于CMI码具有上述优点,再加上编译码电路简单,容易实现,因此,在高次群脉冲编码调制终端设备中广泛用作接口码型,在速率低于8448Kbit/s的光纤数字传输系统中也被建议作为线路传输码型。第20页/共113页10.5B6B码除了上述
9、这些码型外,近年来,高速光纤数字传输系统中还应用到5B6B码,它是将每5位二元码输入信息编成6位二元码码组输出BF(曼彻斯特码和CMl码属于lB2B类)。这种码型输出虽比输入增加20的码速,但却换来了便于提取定时、低频分量小、同步迅速等优点。第21页/共113页11.多进制码图4-4四进制代码波形第22页/共113页4.3眼图眼图就是用实验方法宏观监测系统的性能。眼图是指利用一种定性且十分方便的方法估计和改善BF(通过调整)BFQ传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。可观察码间干扰、发收滤波器、信道特性、噪声的影响,从而估计系统的优劣程度。方法:示波器的Y轴输入接收到的信号的波形,X轴输入
10、与码元定时同步的扫描信号,然后在示波器上能观察到类似人眼的图形,称之为眼图。第23页/共113页4.3.1无噪声时的眼图图4-5眼图第24页/共113页4.3.2存在噪声时的眼图当存在噪声时,观察到的眼图的线迹会变得模糊不清。若同时存在码间串扰,“眼睛”将张开得更小。与无码间串扰时的眼图相比,原来清晰端正的细线迹,变成了比较模糊的带状线,而且不端正。噪声越大,线迹越宽,越模糊;码间串扰越大,眼图越不端正。第25页/共113页4.3.3眼图的模型()最佳抽样时刻在“眼睛”张最大的时刻。()对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。()在抽样时刻上,眼图上下两分支阴影区的垂直高度,表示最大信号畸变
11、。(5)各相应电平的噪声容限。(6)倾斜分支与横轴相交的区域的大小,表示零点位置变动范围的大小。第26页/共113页4.3.3眼图的模型图4-6眼图模型第27页/共113页4.4数字频带传输系统第28页/共113页4.5数字调制第29页/共113页4.5.1二进制振幅键控1)二进制ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成,其中连续谱取决于单个基带信号码元g(t)经线性调制后的双边带谱,离散谱则由载波分量决定。2)二进制ASK信号的带宽是基带脉冲波形的两倍。第30页/共113页4.5.1二进制振幅键控图4-二进制振幅键控信号的产生及波形第31页/共113页4.5.1二进制振幅键控图4-8二进
12、制振幅键控信号的接收系统的组成框图第32页/共113页4.5.1二进制振幅键控图-二进制幅键控信号的功率谱密度第33页/共113页1)二进制ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成,其中连续谱取决于单个基带信号码元gBF(t)BFQ经线性调制后的双边带谱,离散谱则由载波分量决定。2)二进制ASK信号的带宽是基带脉冲波形的两倍。二进制振幅键控方式是数字调制中出现较早的,也是最简单的。这种方法最早应用在电报系统,但由于它抗噪声的能力较差,它的功率利用率和频带利用率都不高,故在数字通信中应用得不多,一般都是与其他种调制方式合用。第34页/共113页4.5.2二进制移频键控1)2FSK信号的功率谱
13、与2ASK的功率谱相似,同样由连续谱和离散谱组成。2)若两个载波f1与f2之差较小,例如小于fs,则连续谱出现单峰;若载波之差逐渐增大,即f1与f2的距离增加,则连续谱出现双峰。3)由此发现传输2FSK信号所需的频带约为:第35页/共113页4.5.2二进制移频键控图-2FSK信号的产生及波形第36页/共113页4.5.2二进制移频键控图-二进制移频信号的解调第37页/共113页4.5.2二进制移频键控图4-12过零检测法的原理图第38页/共113页1)2FSK信号的功率谱与2ASK的功率谱相似,同样由连续谱和离散谱组成。其中连续谱由两个双边带叠加而成,而离散谱则出现在两个载频位置上。2)若两
14、个载波f1与f2之差较小,例如小于fs,则连续谱出现单峰;若载波之差逐渐增大,即f1与f2的距离增加,则连续谱出现双峰。3)由此发现传输2FSK信号所需的频带约为:f=f2f1+2fs第39页/共113页3)由此发现传输2FSK信号所需的频带约为:图4-132FSK信号的功率谱示意图第40页/共113页4.5.3移相键控1.二进制移相键控2.多进制移相键控第41页/共113页1.二进制移相键控图4-142PSK及2DPSK信号的波形()2PSK信号的产生和解调2PSK信号的产生的方法有调相法和相位选择法两种。第42页/共113页1.二进制移相键控图4-152PSK信号产生的原理第43页/共11
15、3页1.二进制移相键控图4-162PSK信号的接收框图第44页/共113页1.二进制移相键控图4-17倍频-分类法载波提取第45页/共113页1.二进制移相键控图4-18差分调相信号产生的示意图第46页/共113页1.二进制移相键控()2DPSK信号的产生和解调上面提到,在绝对调相2PSK中,由于恢复出的载波初相角的不确定性会产生“倒现象”,如果采用相对调相2DPSK,则可以解决这个问题。图4-192DPSK信号的接收框图第47页/共113页2.多进制移相键控图4-20QPSK调制器框图第48页/共113页2.多进制移相键控图4-21QPSK调制器的真值表和星座图第49页/共113页2.多进制
16、移相键控图4-22QPSK调制器输出相位与时间的关系第50页/共113页2.多进制移相键控图4-23QPSK解调器的框图第51页/共113页3.8相PSK例-一个三比特输入Q=0,I=0,C=0(000),求图4-24所示8PSK调制器的输出相位。解:I信道24电平转换器的输入为I=0,C=0,由图4-25可知输出为0.541V,Q信道24电平转换器的输入为Q=0,=0,由图-可知输出为1.307V,这样,I信道调制器的两个输入为0.541V和sint,输出为I=0.541sint;Q信道调制器的两个输入为1.307V和cost,输出为Q=1.307cost。I和Q信道相乘调制器的输出在线性加
17、法器中结合,产生一个已调输出为第52页/共113页例-一个三比特输入Q=0,I=0,C=0(000),求图4-24所示8PSK调制器的输出相位。第53页/共113页解:I信道24电平转换器的输入为I=0,C=0,由图4-25可知输出为0.541V,Q信道24电平转换器的输入为Q=0,=0,由图-可知输出为1.307V,这样,I信道调制器的两个输入为0.541V和sint,输出为I=0.541sint;Q信道调制器的两个输入为1.307V和cost,输出为Q=1.307cost。I和Q信道相乘调制器的输出在线性加法器中结合,产生一个已调输出为图4-248PSK调制器的框图第54页/共113页解:
18、I信道24电平转换器的输入为I=0,C=0,由图4-25可知输出为0.541V,Q信道24电平转换器的输入为Q=0,=0,由图-可知输出为1.307V,这样,I信道调制器的两个输入为0.541V和sint,输出为I=0.541sint;Q信道调制器的两个输入为1.307V和cost,输出为Q=1.307cost。I和Q信道相乘调制器的输出在线性加法器中结合,产生一个已调输出为图4-25I和Q信道24电平转换器的真值表和PAM电平第55页/共113页解:I信道24电平转换器的输入为I=0,C=0,由图4-25可知输出为0.541V,Q信道24电平转换器的输入为Q=0,=0,由图-可知输出为1.3
19、07V,这样,I信道调制器的两个输入为0.541V和sint,输出为I=0.541sint;Q信道调制器的两个输入为1.307V和cost,输出为Q=1.307cost。I和Q信道相乘调制器的输出在线性加法器中结合,产生一个已调输出为图4-268PSK调制器的真值表和星座图第56页/共113页解:I信道24电平转换器的输入为I=0,C=0,由图4-25可知输出为0.541V,Q信道24电平转换器的输入为Q=0,=0,由图-可知输出为1.307V,这样,I信道调制器的两个输入为0.541V和sint,输出为I=0.541sint;Q信道调制器的两个输入为1.307V和cost,输出为Q=1.30
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