现代通信原理10第十章 数字信号的载波传输
载波通信原理
载波通信原理载波通信是一种基于载波传输的通信方式，其原理是利用载波信号来传输信息。
在载波通信中，信息信号会被调制到一个高频载波信号上，然后通过传输介质传送到接收端，接收端再将载波信号解调还原成原始信息信号。
载波通信原理涉及到调制、解调、信道传输等多个方面的知识，下面将对载波通信原理进行详细介绍。
首先，载波通信的原理基础是调制。
调制是指将要传输的信息信号与载波信号相结合，通过改变载波信号的某些参数来表示信息信号的过程。
常见的调制方式有调幅、调频和调相等。
调幅是通过改变载波信号的幅度来表示信息信号，调频是通过改变载波信号的频率来表示信息信号，调相是通过改变载波信号的相位来表示信息信号。
调制过程中，信息信号被称为基带信号，而调制后的信号则称为带通信号。
其次，带通信号通过信道传输到接收端。
信道传输是指带通信号在传输介质中的传播过程，传输介质可以是空气、电缆、光纤等。
在信道传输过程中，带通信号会受到噪声、衰减等干扰，因此需要在接收端进行解调处理来还原出原始的信息信号。
最后，接收端进行解调还原信息信号。
解调是指将带通信号中的信息信号分离出来的过程，解调过程与调制过程相反。
解调过程中，需要根据调制时采用的调制方式来进行相应的解调处理，最终得到原始的信息信号。
总的来说，载波通信原理涉及到调制、信道传输和解调三个主要环节。
通过调制将信息信号与载波信号相结合，然后通过信道传输将带通信号传送到接收端，最后在接收端进行解调处理得到原始的信息信号。
这种通信方式在现代通信领域得到了广泛的应用，如调频广播、移动通信等都是基于载波通信原理来实现的。
在实际应用中，载波通信原理还涉及到很多细节和技术，如信道编解码、信道均衡、多径效应等。
对于工程师来说，了解和掌握载波通信原理是十分重要的，这不仅有助于理解通信系统的工作原理，还可以为通信系统的设计和优化提供重要的参考。
因此，对载波通信原理的深入研究和理解对于提高通信系统的性能和可靠性具有重要意义。
通信原理-CH10-数字信号的载波传输详解
本地载波 恢 复
位定时 恢 复
图10-15 BPSK相干解调器
克服相位模糊度对相干解调影响的方法是在调制器输入的数字基带信号中采用差分编码
16
10.1.4 二进制差分相移键控（2DPSK）
1,出现概率为P an 0,出现概率为1 P
（10-2）
典型波形图
1
A
0
0
1
A
Ts
t
4
10.1.1 二进制幅度键控(2ASK)
一般情况下，调制信号时域表达式：
Bt an g t nTs
n
（10-3）
二进制幅度键控信号的一般时域表达式：
S ASK t
电平 转换
双极 NRZ 已调信号 二元基带信号 （双极NRZ）
二进信息
选相 开关 0 π
已调信号
（单极NRZ）
A cos 2f c t
载 波 发生器
载 波 发生器
（b）相位选择法 14
（a）相乘法
10.1.3 二进制相移键控（2PSK或BPSK）
BPSK解调必须要采用相干解调，如何得到同频同相的载波是一个关 键问题。常见的载波恢复电路有两种：
第十章 数字信号的载波传输
第十章 数字信号的载波传输
信 源 信源 编码 信道 编码 调 制 传输 媒介 收 信 者 信源 译码 信道 译码 解 调 噪声 干扰
传输数字信号有三种基本的调制方式
幅移键控 频移键控
相移键控
2
第十章 数字信号的载波传输
§10.1 §10.2 §10.3 §10.4 §10.5 §10.6
现代通信原理(10-2)
对于二进制调制，能发送的符号有两种，一个
波形周期（0，TS）内只能发送一个二进制符号。频 带利用率只能达到2b/S/HZ。
对于高速传输，为了提高频带利用率，多采用
多进制调制方法，在一个波形周期（0，TS）内发送 多个二进制符号。频带利用率能成倍增加。
如4PSK（QPSK），载波有（0，/2， ， 3/2） 四种不同的初相，可以在一个波形周期（0，TS）内 发送2个二进制符号（00，01，10，11）。频带利用 率能达到4b/S/HZ。
2020/8/3
4
总误码比特：
m1 m2
Pb
P(S1)
m1 m2
fs1( y)dy P(S2 )
2
fs2 ( y)dy
2
令ES1、ES2分别为S1(t)、 S2(t)在一个码元周期内 （0<t<TS）的能量。
ES1
TS 0
S12 (t)dt
ES 2
TS 0
S
2 2
(t
)dt
2020/8/3
再生判决前， S1(t)的均值为m1， S2(t)的均值 为m2
判决前的噪声功率：
2 y
1
2
|
H
|2
ni
(
)d
2020/8/3
3
用最大似然准则判断，似然函数
fs1 fs2
1
2
y
exp{[ y(TS
)
m1 ]2
/
2
y2}
1
2
y
exp{[ y(TS
) m2 ]2
/
2
y2}
最佳判决电平
d m1 m2 2
现代通信原理
第十章 数字信号的载波传输(2)
数字信号的载波传输
软件定义无线电技术
总结词
软件定义无线电技术是数字信号载波传输的另一个重要发展趋势，它能够实现无线通信 系统的灵活性和可扩展性。
详细描述
软件定义无线电技术通过将无线通信系统的功能模块化，并将各模块集成在一个通用硬 件平台上，利用软件编程实现不同的通信协议和功能。这种技术可以使得无线通信系统 更加灵活和可扩展，适应不同的应用场景和需求。同时，软件定义无线电技术还可以降
多天线与智能天线技术
总结词
多天线与智能天线技术是数字信号载波传输 的另一个重要发展趋势，它能够改善信号传 输的质量和可靠性。
详细描述
多天线技术通过在发射端和接收端使用多个 天线，实现了信号的并行传输，从而提高了 传输速率和抗干扰能力。智能天线技术则通 过实时调整天线的指向和增益，实现了对信 号的定向跟踪和波束成形，进一步提高了信
数字信号的载波传输
目录
CONTENTS
• 数字信号载波传输概述 • 数字信号载波传输原理 • 数字信号载波传输系统 • 数字信号载波传输的应用 • 数字信号载波传输的挑战与解决方案 • 数字信号载波传输的发展趋势
01 数字信号载波传输概述
定义与特点
定义
数字信号载波传输是指将数字信号调 制到一个高频载波上，通过传输介质 将信号传输到目的地，并在目的地解 调还原出原始数字信号的过程。
02
数据传输网络具有高速、大容 量和可靠性的优点，能够满足 各种不同类型的数据传输需求 。
03
数据传输网络还支持多种数据 协议和标准，如TCP/IP、FTP 和SMTP等，方便用户进行数 据交换和共享。
05 数字信号载波传输的挑战 与解决方案
噪声与干扰
噪声与干扰是数字信号载波传输中常 见的问题，它们会影响信号的接收质 量，导致误码率的增加。
数字信号的载波传输
24
•2FSK信号旳功率谱和带宽（相位不连续2FSK信号）
图相位不连续2FSK信号旳功率谱
B2FSK f2 f1 2Rs (2 h)Rs
Rs fs h f2 f1 / R（s 偏移率）
25
•2FSK信号旳功率谱和带宽（相位连续旳2FSK信号）
图相位连续旳2FSK信号旳功率谱
连续谱旳形状伴随 f 2 f1 旳大小而异。 f2 f1 fb 出现 双峰；不然出现单峰
r
e2
P(1)
P(0)
1 2
r
e2
（1）在输入信号信噪比一定时，相干解调旳
误码率不大于非相干解调旳误码率；当系统旳误码
率一定时，相干解调比非相干解调对输入信号旳信
噪比要求低。
（2）相干解调时，需要插入两个相干载波，电 路较为复杂。
（3）相干和非相干解调均不合合适f1和f2相距 比较近旳2FSK信号。
3
一般来说，数字调制技术能够分为两种类型：
- 利用模拟措施实现数字调制，即把数字基带信号看成模拟 信号旳特殊情况处理；
- 利用数字信号旳离散取值特点键控载波（键控法）。
键控法一般由数字电路实现：调制变换速率快、 调整测试以便、体积小、设备可靠性高。
4
7.2 二进制振幅键控(ASK)
ASK也称为通断键控OOK； 二进制数字振幅键控一般记做2ASK；
f (z)
0a
z
图5-15 z的一维概率密度函数
于是可得2FSK信号采用同步检测法解调时系
统旳误码率为：
Pe
P(1)P(0 /1)
P(0)P(1/ 0)
1 2
erfc
r [P(1) P(0)] 1 erfc
2
文元美现代通信原理课件数字信号的基带传输详解演示文稿
④ 所有输入、 输出接口都与TTL兼容；
⑤ 具有内部自环测试能力。
第36页，共79页。
NRZ-IN 1 CTX 2
HDB3/AMI 3 NRZ-OUT 4
CRX 5 RAIS 6
AIS 7 VSS 8
CD22103
16 VDD 15 +HDB3-OUT 14 -HDB3-OUT 13 -HDB3-IN 12 LTE 11 +HDB3-IN
Qn1 J Qn KQn ; 取J K 1
a-单极性不归零码 则Qn1 Qn
a
cp-码元同步脉冲
Q-单极性归零码
cp‘
J=1
Q
cp 与
cp’J-k
触发器
a K=1
Q
第20页，共79页。
单极性不归零码 差分码
用异或门实现
cp
状态方程为： DK CK D K 1
Ck
异
Dk
或
CK
延时
DK
第21页，共79页。
B1
第32页，共79页。
4.1.3 码型变换的基本方法
1. 码表存储法
待变换码流
串/并移位寄存器 …
(模式控制)
A0 A1 … Am-2 Am-1 Am PROM
D0 D1 … Dn-3 Dn-2Dn-1Dn
…
(M1)(M2)
并/串移位寄存器
已变换码流
图 4 – 3 Ts内g1(t)和g2(t)出现的概率分别为 P和1-P，且认为它们的出现是统计独立的，则s(t)可用下式表征。即
S(t) g(t nTb ) n
g
(t
nTb
)
g1 (t g2 (t
nTb ) nTb )
ofdm载波传输原理
ofdm载波传输原理OFDM（正交频分复用）是一种用于无线通信的调制技术，它将高速数据流分成多个低速子流进行传输。
OFDM的基本原理是将原始数据流分成多个小数据流，并将这些小数据流分配到不同的子载波上进行传输。
每个子载波都具有不同的频率和相位，使得它们之间互相正交，从而避免了频率干扰和串扰。
OFDM的载波传输原理可以通过以下几个步骤来描述。
首先，原始数据流被分成多个小数据流。
这个过程称为并行-串行转换（P/S转换）。
然后，每个小数据流被调制到一个子载波上。
这个过程称为调制。
调制将数字数据转换成模拟信号，以便能够在无线信道上传输。
接下来，将所有的子载波合并成一个OFDM信号。
这个过程称为并行-串行转换（S/P转换）。
最后，OFDM信号通过天线传输到接收端。
在接收端，OFDM信号经过串行-并行转换（S/P转换）后，可以将子载波分离出来。
然后，每个子载波上的数据被解调，将模拟信号转换回数字信号。
这个过程称为解调。
解调后的数据通过并行-串行转换（P/S转换）后，恢复成原始数据流。
OFDM的载波传输原理的关键在于子载波之间的正交性。
子载波之间的正交性使得它们之间的干扰最小化，从而提高了系统的传输效率和抗干扰能力。
此外，OFDM还具有频谱利用率高、抗多径衰落和抗频率选择性衰落等优点，使其成为现代无线通信系统中广泛采用的调制技术之一。
OFDM的载波传输原理在实际应用中有广泛的应用。
例如，OFDM 被用于Wi-Fi、LTE和5G等无线通信系统中。
在Wi-Fi系统中，OFDM被用于将数据传输到无线设备，以提供高速的互联网接入。
在LTE和5G系统中，OFDM被用于将数据传输到移动设备，以提供高速的移动通信服务。
总的来说，OFDM的载波传输原理是一种高效的无线通信调制技术，通过将原始数据流分成多个子载波进行传输，提高了系统的传输效率和抗干扰能力。
OFDM在现代无线通信系统中有广泛的应用，成为实现高速无线通信的重要技术之一。
载波通信原理
载波通信原理载波通信是一种利用载波来传输信息的通信方式，它是现代通信系统中最基本的原理之一。
在载波通信中，信息信号会被调制到一个高频载波信号上，通过传输媒介传播到接收端，然后再进行解调得到原始信息信号。
本文将从载波通信的基本原理、调制技术和解调技术等方面进行介绍。
首先，载波通信的基本原理是利用载波信号来传输信息信号。
在通信系统中，一般会选择一个高频的载波信号作为传输介质，然后将要传输的信息信号进行调制，将其嵌入到载波信号中。
这样，信息信号就可以随着载波信号一起传输到接收端。
在接收端，再通过解调技术将信息信号从载波信号中提取出来，完成信息的传输。
其次，调制技术是实现载波通信的重要手段之一。
调制技术是指将要传输的信息信号转换成适合传输的调制信号的过程。
常见的调制方式有幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）等。
不同的调制方式适用于不同的通信场景，可以根据具体的要求选择合适的调制方式。
另外，解调技术是在接收端将信息信号从载波信号中提取出来的关键。
解调技术是指将调制信号转换成原始信息信号的过程。
常见的解调方式有包络检波、相干解调和频率解调等。
不同的解调方式适用于不同的调制方式，可以根据具体的情况选择合适的解调方式。
在实际的通信系统中，载波通信原理被广泛应用于无线通信、有线通信以及光纤通信等领域。
通过合理选择载波频率、调制方式和解调方式，可以实现高效可靠的信息传输。
同时，随着通信技术的不断发展，载波通信原理也在不断演进和完善，为人们的生活和工作带来了诸多便利。
总之，载波通信原理是现代通信系统中的重要基础，它通过利用载波信号来传输信息信号，实现了高效可靠的通信。
在实际应用中，合理选择调制技术和解调技术，可以更好地适应不同的通信场景，为人们的通信需求提供了有力支持。
随着通信技术的不断发展，相信载波通信原理将会在未来发挥更加重要的作用。
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2018/11/29
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功率谱 图中fc是中心频率，h=(f2-f1)/Rs，与频率之差 和负载阻抗有关。
2018/11/29 23
调制方式： 1、可以用模拟信号调频电路来实现。 2、也可以用如图所示的调制电路实现。
2018/11/29
24
解调方式：(a)包络检波
(b)相干解调
2018/11/29
频域表达式
功率谱密度（连续谱部分)
1 ASK ( ) [ B ( C ) B ( C )] 4 B ( )是基带二进制序列的功 率谱密度
除连续谱部分，还有离散线谱（载波）。
2ASK信号的带宽是基带带宽的两倍
2018/11/29 12
ASK信号的功率谱：ASK相当于单极性码调幅， 单极性码的平均电平不为零，有直流成分，相当 于普通调幅，除连续谱之外，还有离散线谱。
2018/11/29 5
•
• • • •
•
（6）多进制正交幅度调制（MQAM）原理和星 座图表示； （7）QPSK信号的调制和解调方法； （8）偏移四相相移键控（OQPSK）基本原理； （9）最小频移键控（MSK）基本原理； （10）数字信号的最佳接收概念，匹配滤波器基 本原理； （11）各种数字调制信号的频带利用率和误比特 率性能比较； （12）数字调制在移动通信、卫星通信、微波通信 中的应用。
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过零检测法的原理：
2018/11/29
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10.1.3 二进制相移键控
n n
其中an
0 1
概率为P 概率为 1 P
an
1 0
概率为P 概率为 1 P
20
2018/11/29
当g(t)为矩形脉冲，二进制频移键控信号是两个不同 载频的幅度键控已调信号之和。 带宽
f 2 B | f 2 f 1 | 其中B为基带信号带宽
2018/11/29
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时域波形
2018/11/29
3
实际传输信道常常是非线性的限带信 道，为了避免非线性引起的频谱扩展， 演变出一类恒包络调制。它们的特点是 调制后信号的幅度包络是恒定的或接近 于恒定的。其中OQPSK(偏移四相相移键 控 )和MSK已得到广泛应用。
2018/11/29
4
单元学习提纲
• （ 1 ）二进制数字调制： 2ASK 、 2FSK 、 2PSK 、 BPSK 、 2DPSK 的原理，它们的时域和 频域表示； • （2）二进制数字调制的调制与解调方法， 相干解调与差分解调的区别； • （3）BPSK相干解调的载波恢复； • （ 4 ）二进制数字调制的误比特率性能， BER~EB/NO 曲线的物理意义，信噪比与 EB/NO 之间的转换； （5）多进制相移键控（MPSK）原理和星 座图表示；
2018/11/29
13
2018/11/29
14
2018/11/29
OOK信号的功率谱
15
升余弦滚降基带信号的 2ASK 信号功率谱 2018/11/29
16
调制方法：用乘法器实现，对于OOK 可以用开关电路来代替乘法器。
2018/11/29
17
振幅健控ASK的实现
2018/11/29
18
2018/11/29
8
§10.1 二进制数字调制
调制信号为二进制数字信号 10.1.1 二进制幅度键控ASK
ASK 系统模型
2018/11/29 9
二进制幅度键控ASK：载波幅度随着调制信号而变化。
通-断键控(OOK,On-Off Keying)
2ASK 典型波形
2018/11/29 10
时域表达式：
2018/11/29 2
数字通信中，有效性可用单位频率的信息传输速 率 [ （ b/s ） /Hz] 来衡量。可靠性常用误比特率度量。 采用匹配滤波器可实现最佳接收，即达到最低的误 比特率。为了提高频谱的利用率，则可以采用多进 制数字调制：MASK、MFSK、MPSK和MQAM(多 进制正交幅度调制 )等。目前应用最为广泛的是 MPSK 和 MQAM 。 MPSK 是用 M 个相位来表示多种 基带电平。但随着M的增加，对载波同步和解调精 度的要求也随之增高。 MDPSK 中采用差分相干解 调，可以避免提取同频同相的精确载波，但误比特 率性能有所下降。正交幅度调制 MQAM 实际上是 一种幅度和相位相结合的多进制调制。
2018/11/29 6
数字载波传输系统方框图
2018/11/29
7ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三种方式
振幅键控(ASK,Amplitude Shift Keying) 频移键控(FSK,Frequency Shift Keying) 相移键控(PSK,Phase Shift Keying)
两种进制 二进制调制 多进制调制
现代通信原理
第十章 数字信号的载波传输
2018/11/29
1
单元概述
如同模拟调制一样，数字信号也可以用改变载 波的幅度、频率和相位的方法来传输，分别称为幅 度键控（ ASK ）、频移键控（ FSK ）和相移键控 （PSK）。与模拟调制的区别在于它们的幅度、频 率和相位只有离散取值，而它们的时域和频域特性 则与模拟调制时类同。 当数字信号为二进制时，载波的幅度、频率和 相位只有两种变化，分别称为2ASK、2FSK和2PSK （ BPSK ）。它们的解调方法也有相干解调和非相 干两种。与模拟调制不同的是：数字调制解调输出 为数字基带信号，为了恢复原始信息还必须从基带 信号中提取位定时。
解调方式：(a)非相干解调方式 (b)相干解调方式（在2ASK中很少采用）
2018/11/29
19
10.1.2 二进制频移键控FSK
载波频率随着调制信号“1”或“0”而变，用两种 频率f1和f2的载波信号分别表达1和0. 其时域表达式为
S 2 FSK (t ) [ an g (t nTS ] cos1t [ an g (t nTS ] cos 2t
SOOK an . A cos c t 其中 an 1 出现概率为 P 0 出现概率为 1 P
设调制信号是具有一定形状的二进制序列
B(t ) an g (t nTs)
n
则时域表达式与双边带调幅相同
S ASK [ an g (t nTs)]cosC t
n
2018/11/29 11