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1、3 3 傳輸技術傳輸技術n 數字信號的頻帶傳輸n 數字信號的基帶傳輸n 模擬信號的數字化編碼數字信號的頻帶傳輸數字信號的頻帶傳輸o載波調制是按基帶信號的變化規(guī)律去改變載波某些參數的過程。o調制的載波可以分為兩類：n一類用正弦型信號，稱為正弦載波調制；n一類用脈沖串，稱為脈沖調制。o基帶信號也可分為兩類：n一類是模擬信號，即基帶信號的取值是連續(xù)的，稱為模擬調制；n另一類是數字信號，即基帶信號的取值是離散的，稱為數字調制。調制的目的o將消息變換為便于傳輸的形式。也就是說，變換為某種形式使信道容量達到最大，而且傳輸更可靠和有效。o提高性能，特別是提高抗干擾性。o有效的利用頻帶。調制與解調原理o載波選

2、用正弦型載波，基帶信號為模擬信號，設正弦型載波為s（t）=Acos（ct+0）式中 A 載波的幅度 c 載波角頻率 0 載波的初始相位數字調制技術頻帶傳輸o數字數據的模擬信號編碼n通過調制振幅、頻率和相位等載波特性或者這些特性的某種組合，來對數字數據進行編碼。最基本的數字數據模擬信號調制方式有以下三種：o幅移鍵控方式（ASK，Amplitude-Shift Keying）o頻移鍵控方式（FSK，Frequency-Shift Keying）o相移鍵控方式（PSK，Phase-Shift Keying）基帶數字信號的幾種調制方法幅度調制的原理（AM）o若基帶信號為S（t），則幅度調制信號（已調信

3、號）一般可表示成e（t）=S（t）cos（ct+0）幅度調制信號的解調原理o包絡檢波法n對調幅（AM）信號，當滿足 m0m（t）max時，不會發(fā)生過調制現象，此時用包絡檢波的方法很容易恢復原始基帶信號m（t）。幅度調制信號的解調原理o相干解調（同步解調）n雙邊帶信號不能用包絡檢波來解調，可采用以下方法，將已調信號SDSB（t）乘上一個同頻同相的載波，得n由上式可知，用一個低通濾濾器就可以將2項分離，無失真地恢復出原始基帶信號m（t）。二進制振幅鍵控（2ASK）o二進制數字振幅鍵控是數字調制中出現最早的，也是最簡單的，是研究其他各種數字調制的基礎。振幅鍵控，記作ASK（Amplitude Shi

4、ft Keying），或稱為開關鍵控（通斷鍵控），記作OOK（On Off Keying）。o二進制數字振幅鍵控通常記作2ASK。2ASK的調制方法o一般說來，數字信號的調制方法有兩種類型：n利用模擬方法去實現數字調制，即把數字基帶信號當作模擬信號的特殊情況來處理；n利用數字信號的離散值特點鍵控載波，從而實現數字調制。2ASK的解調方法o如同AM信號的解調方法一樣，OOK信號也有兩種基本的解調方法：n非相干解調（包絡檢波法）n相干解調（同步檢測法）2ASK信號的包絡檢波o包絡檢波法的原理方框圖如圖所示。帶通濾波器恰好使2ASK信號完整地通過，經包絡檢測后，輸出其包絡。二進制移頻鍵控（2FSK）

5、o數字頻率調制又稱移頻鍵控，記作FSK（Frequency Shift Keying），二進制移頻鍵控記作2FSK。2FSK信號的調制方法o模擬調頻法n用數字基帶矩形脈沖控制一個振蕩器的某些參數（例如電容C），可直接改變振蕩頻率，使輸出得到不同頻率的已調信號。o數字鍵控法n它是用數字矩形脈沖控制電子開關，使電子開關在兩個獨立的振蕩器之間進行轉換，從而在輸出端得到不同頻率的已調信號。2FSK信號的解調o二進制頻移鍵控信號的解調方法很多，常采用n非相干檢測法（包絡檢測法）n相干檢測法（同步檢波法）n過零檢測法n差分檢波法等。2FSK信號包絡檢測法o2FSK信號的包絡檢測方框圖及波形圖如圖所示。用兩

6、個窄帶的分路濾波器分別濾出頻率為f1及f2的高頻脈沖，經包絡檢測后分別取出它們的包絡。2FSK信號同步檢波法二進制移相鍵控（2PSK）o二進制移相鍵控中，載波的相位隨數字基帶信號1或0而改變。通常用相位0表示數字信號“0”，用相位表示數字信號“1”。則已調信號可表示為e0（t）=cos（ct+i）且i=0或 則有e0（t）=cosct。相對移相（2DPSK）1 1 0 0 0 1 1 0o2DPSK方式是利用前后相鄰碼元的相對載波相位值去表示數字信息的一種方式。2PSK和2DPSK信號的調制2PSK信號的解調o相干解調（極性比較法）n2PSK信號的解調只能采用相干解調的方法，其方框圖及波形如圖

7、所示。2PSK信號的解調2DPSK信號的解調o極性比較法n極性比較碼變換法即是2PSK解調加差分譯碼，其方框圖如圖5-24（a）所示，2DPSK解調器將輸入的2DPSK信號還原成相對碼bn，再由差分譯碼器把相對碼轉換成絕對碼，輸出an。o差分檢測法2DPSK信號的解調2DPSK信號的解調波形1 0 1 0 0 0 1t (a)2DPSK信號t (b)延遲Tt (c)=a*b取反t (d)對c整形多進制數字調制o多進制數字振幅調制（MASK）o多進制數字頻率調制（MFSK）o多進制數字相位調制（4PSK或QPSK）o四相相對移相鍵控（4DPSK或QDPSK）o振幅相位聯合鍵控（APK）改進的數字

8、調制技術o最小移頻鍵控（MSK）o高斯最小移頻鍵控（GMSK）o平滑調頻（TFM）o正弦移頻鍵控（SFSK）調制解調器（Modem）o調制解調器的英文“Modem”來自于調制器（Modulator）和解調器（Demodulator）的縮寫，世界上有些地方又稱它為數傳機（Data Set）。Modem的分類o按功能分類：通用Modem和具有傳真功能的Modem。o按外形分類：外置式和內置式。o按傳輸速率分類：標準的傳輸速率為1200bit/s，2400bit/s，9600bit/s，14400bit/s，33600bit/s和56000bit/s等。o按操作模式分類：同步和異步兩種模式。o按數據

9、壓縮及糾錯方法分類：可以以數據糾錯的方法保證收到的數據正確無誤，同時通過對數據進行壓縮提高有效傳輸速率，其中最常用的是MNP5和V.42bis。o按傳輸介質分類：有線和無線Modem。Modem工作原理Modem標準o調制協(xié)議nV.34標準，傳輸速率33.6kbpsnV.90標準，傳輸速率56kbpso差錯控制協(xié)議:是為了保證傳輸正確而提供的協(xié)議，主要有兩個工業(yè)標準MNP和V.42。o數據壓縮協(xié)議:數據壓縮是高速Modem的關鍵技術，數據壓縮有兩個工業(yè)標準：V.42bis和MNP5。o通信軟件:對于智能型Modem能提供很多高級功能，但要靠通信軟件完成。56K高速Modemo56kbit/sM

10、odem是1997年才開始上市的撥號高速調制解調器，它的傳輸速率之所以能有高于傳統(tǒng)電話線路上33.6kbit/s的極限速率，是因為它采用了完全不同于33.6kbit/s的調制解調技術，其工件原理和使用要求與33.6kbit/s高速Modem相比也有一定的區(qū)別。寬帶調制解調器簡介o目前Modem若以帶寬區(qū)分，則可以細分為窄帶Modem和寬帶Modem。窄帶Modem指的是帶寬在56kbit/s以下的Modem，也就是傳統(tǒng)的Modem。寬帶Modem則是指電纜線Modem（Cable Modem）和ADSL Modem。寬帶調制解調器o電纜調制解調器n前面介紹的Modem主要是在電話線路上使用的，

11、而電纜調制解調器（Cable Modem）主要在有線電視線路上使用的。oADSL ModemnADSL（非對稱數字用戶環(huán)路）是指現有的電話線上加裝ADSL Modem（又稱為ATU-R），利用ADSL技術用戶可以在使用電話時，同時以高于一般Modem的速率接入Internet或進行數據的傳輸，而且上網和打電話兩不誤。數字信號的基帶傳輸數字基帶傳輸系統(tǒng)的基本構成o傳輸碼型的功率譜中應不含直流分量，同時低頻分量要盡量少n滿足這種要求的原因是PCM端機、再生中繼器與電纜線路相互連接時，需要安裝變量器，以便實現遠端供電（因設置無人站）以及平衡電路與不平衡電路的連接。o傳輸碼型的功率譜中高頻分量應盡量少

12、n這是因為一條電纜中包含有許多線對，線對間由于電磁感應會引起串話，且這種串話隨頻率的升高而加劇。o便于定時時鐘的提取n傳輸碼型功率譜中應含有定時鐘信息，以便再生中繼器或接收端能提取必需的定時鐘信息。對基帶傳輸碼型的要求o傳輸碼型應具有一定的檢測誤碼能力n數字信號在信道中傳輸時，由于各種因素的影響，有可能產生誤碼，若傳輸碼型有一定的規(guī)律性，那么就可根據這一規(guī)律性來檢測是否有誤碼，即做到自動監(jiān)測，以保證傳輸質量。o對信源統(tǒng)計依賴性最小n信道上傳輸的基帶傳輸碼型應具有對信源統(tǒng)計依賴最小的特性，即對信源經信源編碼后，直接轉換的數字信號的類型不應有任何限制（例如“1”和“0”出現的概率及連“0”多少等）

13、。o要求碼型變換設備簡單、易于實現n由信息源直接轉換的數字信號不適合于直接在電纜信道中傳輸，需經碼型變換設備轉換成適合于傳輸的碼型，要求碼型變換設備要簡單、易于實現。對基帶傳輸碼型的要求數字基帶信號的波形o矩形脈沖信號的頻譜函數分布于整個頻率軸上，而其主要能量集中在直流和低頻段。數字信號的功率譜二進制數字信號序列的功率譜曲線o分析隨機脈沖序列的功率譜可以知道信號功率的分布，根據主要功率集中在哪個頻段，便可確定信號帶寬，進而考慮信道帶寬和傳輸網絡（濾波器、均衡器等）的傳輸函數等。同時利用它的離散譜是否存在這一特點，可以明確能否從脈沖序列中直接提取所需的離散分量和采取怎樣的方法可以從序列中獲得所需

14、的離散分量，以便在接收端用這些成份作位同步定時等。模擬數據的數字信號編碼模擬信號數字化的基本原理o模擬信號的抽樣o信號的量化o編碼模擬信號的抽樣o抽樣定理n抽樣定理告訴我們：一個頻帶限制在Fm赫以內的時間連續(xù)函數f（t），如果以T1/2Fm的等間隔時間抽樣，則所得的樣值可以完全地確定原信號f（t）。n上述定理因抽樣時間間隔相等，故稱為均勻抽樣定理。模擬信號的抽樣模擬信號的抽樣o具體地說，就是某一時間連續(xù)信號f(t)，僅取f(t0)、f(t1)、f(t2)等各離散點數值，就變成了時間離散信號。這個取時間連續(xù)信號離散點數值的過程就叫做抽樣。語聲信號的抽樣頻率o語聲信號的最高頻率限制在3400Hz，

15、這時滿足抽樣定理的最低抽樣頻率應為fsmm=6800Hz,為了留有一定的防衛(wèi)帶，原CCITT規(guī)定語音信號的抽樣頻率為fs=8000Hz，這樣，就留出了80006800=1200Hz作為濾波器的防衛(wèi)帶。信號的量化o量化的基本原理n模擬信號經抽樣得到的時間離散，幅度連續(xù)的信號，通常叫PAM信號（脈沖調幅信號）。量化便是使PAM信號的幅度離散化，量化通常由量化器完成。信號的量化o量化是把信號在幅度域上連續(xù)取值變換為幅度域上離散取值的過程。具體的定義是，將幅度域連續(xù)取值的信號在幅度域上劃分為若干個分層，在每一個分層范圍內的信號值用“四舍五入”的辦法取某一個固定的值來表示。量化噪聲o量化是用量化電平值y

16、k來代替x。顯然這種替代是存在誤差的，這個誤差是由于量化產生的，故叫量化誤差，表示為e（t）=x yo量化噪聲的大小常用它的均方值e2（t），即量化噪聲功率表示。它對通信質量的影響程度用量化器輸出的信號功率與量化噪聲功率的比SNR（dB）表示。均勻量化與非均勻量化o均勻量化n均勻量化的特點是量化級的間距d為常數n均勻量化因量化階距d為常數，所以有直觀、量化設備簡單的優(yōu)點o非均勻量化n采用均勻分級量化時其量化信噪比隨信號電平的減小而下降。產生這一現象的原因就是均勻量化的分級間隔是固定值，它不能隨信號幅度的變化而變化，故大信號時信噪比大；小信號時信噪比小。解決這一問題的有效方法是要用非均勻分級，即非均勻量化。n非均勻量化的特點是：信號幅度小時，量化間隔小其量化誤差也??；信號幅度大時，量化間隔大，其量化誤差也大。采用非均勻量化可以改善小信號的量化信噪比，可以做到在不增大量化級數N的條件下，使信號在較寬的動態(tài)范圍內的（S/Nq)dB達到指標的要求。壓縮擴張技術o是實現非均勻量化的方法之一。o壓縮特性是：在最大信號時其增益系數為1，隨著信號的減小增益系數逐漸變大。信號通過這種壓縮電路處理后就改變