1.3 数字信号频带传输

1.3 数字信号频带传输 数字信号的频带传输，就是指以载波（正弦）信号传输数字信息的传输形式。

1.3.1 数字信号调制的原理

1 0?

1. 脉冲方波含丰富频率成分，在有限带宽信道传递，不同频率成分衰减、延迟不一致。载波频率成分单纯。

2. 采用不同频率载波信号，通过频率迁移，实现多路复用，即在带宽大的信道传输多路信号，有利于资源利用。

3. 传输需要（如无线发射）。

实际中，数字信号频带传输被普遍采用。

用正弦波作载波，调制信号为数字信号的调制方式称为连续波数字调制。

) cos(2 0c tfA

幅度 频率 初相位

正弦载波

频率与相位幅度与频率幅度与相位

联合调制方式

基本调制方式MDPSK、2DPSK、MPSK、PSK2

MFSK、FSK2

MASK、ASK2

1 ）二进制幅移键控 (2ASK ， Amplitude Shift Key ）

在幅度键控中载波幅度是随着调制信号而变化的。最简单的形式是在单极性二进制数字信息序列的控制下，为 1时发送载波，为零时不发送载波 .

n

bn nTtgatm )()(调制信号

g(t) 为基带信号波形； Tb 为码元间隔； an 为发送数字序列的第 n 个二进制信息码元。

tnTtgats cn

bnASK cos)()(2

已调信号

ASK 与 AM 有什么不同？

2 ）二进制频移键控 (2FSK ） 载波的幅度不变，频率随 an 在两个频率中变化，用两个不同的频率携带传递二进制数字信息，当发送“ 1 ”时对应于某个载波频率 c1 ，发送“ 0”时对应于另一个载频 c0 。

tnTtgatnTtgats cn

bn cn

bn FSK 012 cos)( cos)( )(

已调信号

3 ）二进制相移键控 (2PSK ） 载波的幅度、频率不变，用两个不同的起始相位来携带传递二进制数字信息，当发送“ 1 ”时用一个起始相位（如 0 相 0°) ；发送“ 0”时对应于另一个起始相位（ π 相 (180°) 。

)(cos])( [)cos( ])( [)( 2 tnTtgatnTtgats cn

bn cn

bnPSK

已调信号

1.3.2 数字信号调制的实现方法

调制实现电路（以 2FSK 为例）

解调方法

包络检波

相干解调

e (t)c(t) =s(t) cos(ωc t +θc) cos(ω' t+θ )

=0.5 s(t)cos[(ωc - ω') t- θc- θ]

+0.5 s(t)cos[(ωc +ω') t+ θc+θ]

经 LPF 后得

0.5 s(t)cos[(ωc - ω') t- θc- θ]

相干条件为

ω c = ω ‘

θc = θ

QPSK 的相干解调

2FSK 过零检测法

1.3.3 多进制联合调制

M 进制数字调制中，每个符号可以携带 L=log2M 比特信息，因此，在相同的信道码元传输速率下，多进制系统的信息传输速率比二进制系统提高了 log2M 倍

以 PSK 为例

180 0 180 0

2PSK 4PSK 8PSK

16

sin2 16PSK

d

Q

I

比特每个符号4

16QAM

Q

I

16QAM星 形

32QAM 128QAM

V.29 (7200bps/2400baud)

V.29 (9600bps/2400baud)

信号点之间的距离 d ( 设信号最大幅度为 1 ）16PSK d=2/sin(π/16) =0.39

16QAM d=21/2 /(161/2 –1) =0.47

扰动

最大功率 / 平均功率比

16PSK 1 0dB

16QAM 1.8 2.55dB

故 16QAM 较 16PSK 抗扰性能优

有证明 16QAM 较最佳结构差 0.5dB

1. 电话 Modem

1.3.4 几种网络接入形式的调制

电话线路传送数据， 300 ～ 3400Hz 频带。V 建议（ CCITT ），早期的的速率的一般传送 1200b/s 以下，采用 FSK 方式。如 2400b/s Modem (V.26 建议 )

采用四相调制，，载频为 1800Hz ， 2400b/s, fs=1200Hz, fN=600Hz ，信号带宽处在 600Hz ～ 3000Hz一般可以采用四线制。

半双工方式全双工方式要采用回波抵消

V.22 600 1200bps 4-FSK

V.26 1200 2400bps 4-PSK

V.27 1600 4800bps 8-PSK

V.29 2400 9600bps 16-QAM

V.32 2400 14.4kbps 64-QAM

2400 19.2kbps 256-QAM

V.34 3200 28.8kbps 512QAM

电话

计算机

交换机

计算机

电话交换机

2.ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line) xDSL(xxx Digital Subscriber Line)

ADSL 是在现有双绞线上传送高速非对称数字信号的一种技术，它可以在一对双绞线上传送下行达到 8mb/s ，上行几 kb/s, 距离到几公里。

电话

计算机

交换机

计算机

话音 上行 下行

1.1MHz

1.1MHz

ADSL 带宽与利用

离散多频音调制

DMT将 1.1MHz 带宽分为 256 个子信道，每信道 4.3125kHz.信道内采用 QAM 。其中下行用 218 个信道，数据传输率可望达到 8Mbps.

ADSL 可望达到

上行 640kbps 下行 8Mbps (9000ft) 384k 2M (18000ft)

ADSL 较电话 Modem 在传输速度上有很大提高，实现了窄带向宽带的转变。

3. 线调制解调器 (Cable Modem)

Cable Modem 是在 HFC 网络上工作，而 HFC 网络传输部分采用光纤，配线及接入线部分充分利用已有的 CATV 同轴电缆网，以提供宽带接入。

Cable Modem 下行数据占用 550 ～ 860MHz 之间的一个 8MHz 的频段。一般采用 64QAM 调制方式，速率可达 40Mb／ s ；上行数据占用 5～ 42MHz 之间的一个 8MHz 的频段。一般采用抗噪声能力较强的 QPSK 调制方式，速率可达 10Mb／ s 。

上行码流 射频信道宽度 200KHz—3 ． 2MHz 频率范围 5-42MHz 调制方式 QPSK orl6QAM 数据率 0 ． 3Mbpsor 10Mbps 前向纠错 Reed S010mon

下行码流 射频信道宽度 8MHz 频率范围 90to 860MHz 调制方式 64QAMor 256QAM 数据率 36MbPsor 48Mbps 前向纠错 Reed S010mon

频率范围： 91-857MHz 信道带宽： 6MHz ( 制式有关）调制： 64QAM或 256QAM 码元速率： 5.056Msym/s或 5.361MSym/s 信息比特速率： 23.96Mbps或 30.8Mbps

频率范围： 5-42MHz信道带宽： 200-3,200KHz 调制： QPSK或 16QAM 码元速率： 160-2.560Ksym/Sec

Cable Modem 方式有关指标

Cable Modem 特点及问题1 。可利用带宽较大2。性价比较好3 。往往需要对单向电视网络做双向改造4 。共用媒体，用户实际带宽有限。

4.光纤调制解调器