数字信号频带传输
模块六数字信号的频带传输课件
电话网络
在电话网络中，采用脉冲编码调 制（PCM）等技术将模拟语音信 号转换为数字信号进行传输，提
高通话质量和网络效率。
有线电视网络
在有线电视网络中，采用数字调制 技术将数字视频信号转换为适合同 轴电缆或光纤传输的模拟信号，实 现高清电视节目的传输。
以太网
在以太网等局域网中，利用数字基 带传输技术将数字信号直接传输到 目的地，实现高速数据交换和文件 共享等功能。
光纤通信系统中的数字信号频带传输
波分复用技 术
在光纤通信系统中，采用波分复用（WDM）等技术将多个数字信 号调制到不同波长的光载波上进行传输，提高光纤的传输容量和利 用率。
光放大器
利用光放大器对光纤中传输的数字信号进行放大和补偿，延长光纤 的传输距离和提高信号质量。
光交换技术
在光网络中，采用光交换技术对数字信号进行路由选择和交换，实现 光层上的高速数据传输和灵活组网。
PSK调制原理
调制方式
相移键控（PSK）是一种数字调制方式，通过改变载波的相位来传递数字信息。
调制原理
在PSK调制中，二进制数字信号“0”和“1”分别对应载波的两种不同相位状态。当发送 “1”时，载波相位发生180度的变化；当发送“0”时，载波相位保持不变。
优缺点
PSK调制具有较高的频谱利用率和抗干扰能力，适用于高速率、远距离的数字通信系统。 此外，PSK调制还具有实现简单、成本低的优点。然而，PSK调制对相位噪声和频偏较为 敏感，因此需要采取一定的措施来减小这些影响。
80%
高速化
随着通信技术的不断发展，数字 信号的频带传输速度将不断提高， 满足日益增长的信息传输需求。
100%
宽带化
为了适应多媒体信息的传输需求， 频带宽度将不断拓展，实现更高 速率的信息传输。
第5章-数字信号的频带传输系统说课讲解
第波5形章 数字信号频带传输系统
相对码与绝对码的关系：
an表示绝对码、 bn表示相对码
bn anbn1
第5章 数字信号频带传输系统
cos ct
开关电路
0° e2DPSK (t)
180°移 相
码 变 换 s(t)
bn anbn1
2DPSK信号产生原理图
第5章 数字信号频带传输系统
e2D PS K (t)
在二进制情况下，1对应于载波频率f1， 0对应于载波频率f2。
第5章 数字信号频带传输系统
2FSK信号在形式上如同两个不同频率交替发送的
2ASK信号相叠加，因此已调信号的时域表达式为：
e 2 F S K ( t) [ a n g ( t n T s ) ] c o s1 t [ a n g ( t n T s ) ] c o s2 t
(2) 2ASK信号的解调 方法有两种： 相干解调（同步检测法） 非相干解调（包络检波法）
第5章 数字信号频带传输系统
e2Ask(t)
sAM (t)
2ASK信号的非相干解
调
线性包络检波器
BPF
LED
LPF m0 (t)
AM信号的非相干解调
第5章 数字信号频带传输系统
a
b
e2Ask(t)
c
d
1
1
0
在2ASK中，载波幅度随着调制信号1和0的 取值而在两个状态之间变化。
第5章 数字信号频带传输系统
令二进制数字基带信号为：
s(t)
ang(tnT s),an1 0
概率为P 概率为1-P
n
则 e2ASK(t)s(t)cosct
为双边带调幅信号的时域表达式
高级通信原理第5章数字信号频带传输.ppt
接收信号波形中所有的信息。本节将描述基于观测向量 r 的 最佳判决准则。
假定在连续信号间隔内的发送信号中不存在记忆。设计 一个信号检测器，它根据每个信号间隔中的观测向量
r r1, r2 ,rN 对该间隔内的发送信号作出判决，并使正确
➢ 最大相关度量准则
最佳AWGN接收机的实现形式
如果所有信 号具有相同 的能量？
注意：
1、要求先验等概； 2、与所有发送信号进行相 关，而不是基函数的相关。
例 5－1－3 研究二进制 PAM 信号，其中两个可能的信号
点为 s1 s2 b ， b 表示为每比特能量。
先验概率 Ps1 p, P s2 1 p 。
1
N0 N
2
exp
N k 1
rk
smk N0
2
,
m 1,2,..M
ln p r sm
1 2
N
lnN0
1 N0
N
rk
k 1
smk 2
N
ln p r sm 最大，等价于“欧式距离 Dr,sm rk smk 2 ”最小。
k 1
距离度量：
N
N
N
D r,sm rn2 2 rnsmn sm2n
的 P(sm ) pr | sm 所对应的 sm ”作为判决输出，即
sˆ arg sm max P(sm ) pr | sm
“最小的错误概率”准则：选择“最大的 P(sm ) pr | sm 所对应
的 sm ”作为判决输出，即
sˆ arg sm max P(sm ) pr | sm
根据贝叶斯公式，后验概率
响应，当发送信号为 s1t 时匹配滤波器解调器的
基带传输和频带传输的概念
基带传输和频带传输的概念
基带传输和频带传输是通信领域中两个重要的概念。
基带传输指的是
将数字信号直接传输到信道中，而频带传输则是将数字信号通过调制
的方式转换成模拟信号，再传输到信道中。
下面将详细介绍这两种传
输方式的概念和特点。
基带传输是指将数字信号直接传输到信道中，信号的频率范围为0Hz
到基带带宽。
基带传输的特点是传输距离短，传输速率低，但传输质
量高，信号失真小。
基带传输常用于短距离通信，如局域网、计算机
内部通信等。
频带传输是将数字信号通过调制的方式转换成模拟信号，再传输到信
道中。
调制是指将数字信号的频率、相位、幅度等参数转换成与载波
信号相对应的参数，从而形成模拟信号。
频带传输的特点是传输距离长，传输速率高，但传输质量受到噪声和干扰的影响较大。
频带传输
常用于长距离通信，如广播电视、移动通信等。
基带传输和频带传输各有优缺点，应根据具体情况选择合适的传输方式。
在短距离通信中，基带传输具有传输质量高、信号失真小的优点，因此常用于局域网、计算机内部通信等场合。
而在长距离通信中，频
带传输具有传输速率高、传输距离远的优点，因此常用于广播电视、
移动通信等场合。
总之，基带传输和频带传输是通信领域中两个重要的概念，各有优缺点，应根据具体情况选择合适的传输方式。
在未来的通信发展中，基带传输和频带传输将继续发挥重要作用，为人们的通信生活带来更多的便利和效益。
通信原理第六章 数字信号的频带传输
通信原理ICommunication Theory安建伟北京科技大学通信工程系第六章 数字信号的频带传输6.1 引言 6.2 二进制数字信号正弦型载波调制 6.3 四相移相键控 6.4 M进制数字调制 6.5 恒包络连续相位调制第6章数字信号的频带传输6.1 引言1.数字信号的正弦型载波调制数字信号 d(t) 调制 频带信号 带通信道s ( t ) = A c o s ( 2 π ft + ϕ ) = F ( d ( t ))用数字基带信号去控制正弦型载波的某参量： ¾ 控制载波的幅度，称为振幅键控(ASK)； ¾ 控制载波的频率，称为频率键控(FSK)； ¾ 控制载波的相位，称为相位键控(PSK)。
3北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输2. 数字信号的分类 （1）二进制及M进制(M>2)； （2）按是否满足叠加原理分类： 线性调制及非线性调制； （3）按已调符号约束关系分类 无记忆调制及有记忆调制。
4北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输6.2 二进制数字信号的正弦载波调制1. 二进制通断键控（OOK或2ASK） 2. 二进制移频键控（2FSK） 3. 二进制移相键控（2PSK或BPSK） 4. 2PSK的载波同步 5. 差分移相键控（DPSK）5北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输 (OOK) 6.2.1 二进制通断键控二进制通断键控(OOK： On-Off Keying) 又名二进制振幅键(2ASK)，它是以单极性 不归零码序列来控制正弦载波的导通与关 闭。
即正弦载波的幅度随数字基带信号而 变化。
6北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输1. OOK信号的产生a) 模拟法n = −∞∑+∞a nδ ( t − nTb )b (t ) =a n = 0 或1脉冲成形 滤波器 冲激响应 g T ( t )n = −∞∑+∞a n g T ( t − nTb )sO O K (t ) A cos(2π f c t )b) 键控法载波 cosωct开关电路1 0KSOOK(t)b(t)7北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输¾时域表示b( t ) =n = −∞∑a∞ngT ( t − nTb )其中b(t)为单极性矩形不归零脉冲序列。
频带传输技术
频带传输技术
频带传输的定义
频带传输，有时也称宽带传输，是指将数字信号调制成音频信号后再发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。
我们将这种利用模拟信道传输数字信号的方法称为频带传输技术。
是利用模拟信号进行数据传输是一种比较普遍的通信方式。
频带传输将代表二进制数据的“1”和“0”信号，通过调制解调器变成具有一定频带范围的模拟信号进行传输。
典型的例子就是电话电路，其特性是带通型，一般频率范围为300～3400Hz，基带信号不能通过，所以要采取措施把基带信号调制解调到电话电路的频带范围内传输，频带传输可实现远距离的数据通信。
在实现远距离通信时，经常借助于电话线路，此时就需要利用频带传输方式。
采用频带传输时，调制解调器 Modem）是最典型的通信设备，要求在发送和接收端都要安装调制解调器。
数字信号的频带传输
2、2ASK调制与解调
(a)
开关
载波 发生器
S
e(t)
s(t)
(b()a)
1 图 40-4 AS1K波形1产生器0 框图0
（1） 产生 二进制振幅键控信号的产生方
法(调制方法)有两种，如图4-4所示。 其中，图（a）采用模拟调制方式的 ASK调制方法。相乘器将数字基带信 号（单极性NRZ码）和高频载波相 乘，得到ASK信号；图（b）采用数 字键控方法，由数字基带信号去控制 一个开关电路。当出现1码时开关S闭 合，有高频载波输出；出现0码时开 关S断开，无高频载波输出。
相乘。我们知道二进制NRZ波形的频谱如书上P58图4-6（a）所 示，乘法器可以使信号的频谱搬移到载波的两边，因此可得到 ASK信号的频谱如图4-6(b)所示，从中可以得到一个重要的结 论：ASK信号的频带宽度是基带信号的2倍。
2020/1/4
常州信息职业技术学院 电子系 张立中
12
4.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
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，一般都是与具他种调制方式合用。
2020/1/4
常州信息职业技术学院 电子系 张立中
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4.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
书上P58例4-1：假设电话信道具有理想的带通特性，频率范 围为300-3400Hz，试问该信道在单向传输ASK信号时最大的传输 码率为多少？
2020/1/4
常州信息职业技术学院 电子系 张立中
6
4.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
4.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
4 1、信.号波形
图 4-3 所示是一个ASK
信号波形的例子。正弦载
数字信号的频带传输详解
Amplitude Shift Keying
一、数字幅度调制
二进制幅移键控(2ASK) OOK
基本思想：利用数字基带信号键控载波幅度的变化，即传
送“1;φc)，传送“0”信号 无载波输出。
以概率 P 发送“ 1”时 Acos(c t c ), 2 ASK信号波形：eOOK (t ) 0， 以概率1 P 发送“0”时
t
(c) s2 t cos 2t
1
t
2FSK实现方法（一）
相位连续的2FSK信号
压控振 荡器
21
2FSK实现方法（二）
22
相位连续性
23
三、数字调相
概念 —— 以基带数据信号控制载波的相位，称为数
字调相，又称相移键控，简写为PSK。
Phase Shift Keying
基本思想：
利用基带数字信号控制载波相位的变化来传输数字信息“1”和“0”
数字基带调制信号 以2ωc为载波频率 的高频信号
将此信号通过低通滤波器就可以滤除第二项，只输出第一项，从 而得到原调制信号。
二、数字调频
概念 —— 以基带数据信号控制载波的频率，称为数
字调频，又称频移键控，简写为FSK。 Frequency Shift Keying
二进制频移键控(2FSK)
基本原理
数字信号的频带传输
1
基带和频带传输模型
数字信号 码型生成器 数字信道 接收 滤波器 抽样判决器
噪声
数字基带传输模型
数字基带 信号 调 制 器 信道 接收 滤波器 解 调 器 抽 样 判 决 器
噪声
频带传输模型
2
基本概念
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B = 2fs + mfs
(5-10)
图5-6 2FSK信号的功率谱
第5章 数字信号频带传输
5.2.2 二进制频移键控FSK的解调
2FSK信号的解调也有相干解调和非相干解调两种，其原理与2ASK时相同，只是
5.2.1 二进制频移键控FSK的调制
1. 2FSK信号的产生
2FSK信号的产生有两种方法： 一是直接调频法； 二是键控法，如图5-5(a)所示，
2FSK信号，波形如图5-5(b)所示。
图5-5 2FSK信号频移键控原理图 (a)频移键控方框图;(b)FSK波形图。
第5章 数字信号频带传输
2. 2FSK信号功率谱
使用了两套电路。图5-7画出了非相干解调器的原理框图及相应各点波形，图5-8画出
了相干解调器的原理框图。
S FSK (t )
y1(t )
y2(t )
v1(t )
v2(t )
定时脉冲
（a）
f (t )
1
0
1
1
（b）
图5-7 2FSK信号非相干解调 (a)非相干解调原理框图；(b)各点波形图。
系：
SASK(t) = f (t ) cos w0t = cos w0t ，f(t)取1时
0，
f(t)取0时
(5-2)
这相当于载波信号在二进制码元“1”或“0”的控制下导通或断开，故这种二进制 幅度键控方式也称为开关键控，记为OOK（On-Off Keying）。
第5章 数字信号频带传输
ASK信号的产生除了上述的模拟相乘法外，还可用数字键控法，其原理如 图5-2所示。
f (t )
S ASK (t )
LPFБайду номын сангаас
cos w0t
(a)
f (t ) 1 0 1 1 00 1 1
0
t
S ASK (t )
0
t
图5-1 ASK信号产生模型及波形 (a)ASK信号产生模型;(b)ASK信号波形。
图5-2 ASK信号的数字键控法模型
第5章 数字信号频带传输
2. 2ASK信号功率谱
ASK信号是幅度调制信号，因此其功率谱根据上式画出的功率谱如图5-3所示。
数字信号的载波调制也有三种方式： 1）数字信号对载波振幅的调制即幅移键控(ASK)； 2）数字信号对载波频率的调制即频移键控(FSK)； 3）数字信号对载波相位的调制即相移键控(PSK)。
第5章 数字信号频带传输
5.1 二进制幅移键控ASK系统
幅移键控是研究数字调制的基础，记作ASK(Amplitude Shift Keying)。幅移键控是 数字信号幅度调制中的一种典型调制方式，就是用数字基带信号去控制载波的幅度
5.4 多进制数字调制系统
5.4.1 MASK系统 5.4.2 MFSK系统
第5章 数字信号频带传输
5.4.3 MPSK系统 5.4.4 多进制数字调制系统性能分析
5.5 其他数字频带调制
5.5.1 正交振幅调制（QAM） 5.5.2 其他多元调制方式
实验1：2ASK、2FSK、2DPSK调制与解调 实验2：MSK、GMSK调制与解调 实验3：QPSK、OQPSK、DQPSK、π/4—DQPSK调制与解调
本章小结
第5章 数字信号频带传输
本章要点
• 2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号的产生、解调及功率谱 • MASK、MFSK、MPSK信号的产生、解调及性能分析 • QAM、OQPSK、MSK、GMSK信号的产生、解调及性能分析
本章难点
•各种相移键控系统信号的产生、解调及性能 • 实际通信系统中调制方式的选择
f
2fs
图5-3 2ASK信号的功率谱 (a)基带信号功率谱;(b)已调信号功率谱。
第5章 数字信号频带传输
5.1.2 二进制幅移键控ASK的解调
1. 非相干解调 包络检波法是一种常用的非相干解调的方法，其原理方框图如图5-4(a)所示。
2. 相干解调 相干解调又称为同步解调，其解调框图如图5-4(b)所示。
第5章 数字信号频带传输
5.1 二进制幅移键控ASK系统
5.1.1 二进制幅移键控ASK的调制 5.1.2 二进制幅移键控ASK的解调
5.2 二进制频移键控FSK系统
5.2.1 二进制频移键控FSK的调制 5.2.2 二进制频移键控FSK的解调
5.3 二进制相移键控PSK系统
5.3.1 二进制绝对相移键控PSK 5.3.2 绝对相移键控PSK的解调 5.3.3 二进制相对相移键控2DPSK 5.3.4 相对相移键控2DPSK的解调
由图可看出，ASK信号的功率谱就是把数字基带信号f(t)的功率谱加权后分别搬移
到频谱±的w0主处瓣，，所则以2A2ASSKK信信号号的的带带宽宽为是数字基带信号带宽的两倍，若只考虑基带信号
式中， fs
=
1 Ts
为码元速率。
B
=
2fs
=
2 Ts
(5-5)
Pf (f )
PASK ( f )
f 0
f0
0
f0
第5章 数字信号频带传输
数字传输系统分为基带传输和频带传输两种。为适应某种需要(如无线信道传输或多 路信号复用等)，大部分传输系统采用频带传输。在发送端数字基带信号对高频载波 进行调制变为频带信号，经信道传输后在接收端解调后又恢复成数字基带信号。 数字信号对载波的调制，可以用数字信号去控制正弦载波的振幅、频率或相位的变化， 由于数字信号具有时间和取值离散的特点，使调制后的载波参量只有几个有限数值， 故又称这种调制过程为“键控法”。
图5-4 2ASK信号解调原理 (a)相干解调原理;(b)包络检波原理。
第5章 数字信号频带传输
5.2 二进制频移键控FSK系统
频移键控就是利用不同频率的载波来传送数字信号，记作FSK(Frequency Shift Keying)。二进制频移键控(记为2FSK)就是用两个不同频率的载波来传输数字信号 的“0”和“1”。例如，“1”码用频率f1传输，“0”码用频率f2传输。
变化。
5.1.1 二进制幅移键控ASK的调制
1. 2ASK信号的产生
调制信号是二进制数字信号时的ASK调制简称为2ASK。图5-1(a)所示为2ASK信号 的产生模型。假设数字基带信号是单极性非归零的矩形脉冲序列，与载波信号送入
乘法器相乘，再经带通滤波器后输出2ASK信号，其波形如图5-1(b)所示。有如下关