第五章数字信号的频带传输
5.1 引言
与模拟通信相似，要使某一数字信号在带限信道中传输，就必须用数字信号对载波进行调制。对于大多数的数字传输系统来说，由于数字基带信号往往具有丰富的低频成分，而实际的通信信道又具有带通特性，因此，必须用数字信号来调制某一较高频率的正弦或脉冲载波，使已调信号能通过带限信道传输。这种用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程称为数字调制。
数字调制:用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程。
那么，已调信号通过信道传输到接收端，在接收端通过解调器把频带数字信号还原成基带数字信号，这种数字信号的反变换称为数字解调。
数字解调：在接收端通过解调器把频带数字信号还原成基带数字信号。
通常，我们把数字调制与解调合起来称为数字调制，把包括调制和解调过程的传输系统叫做数字信号的频带传输系统。
数字调制：把数字调制与解调的统称。
数字信号的频带传输系统：包括调制和解调过程的传输系统。
在大多数的数字通信系统中，通常选择正弦波信号为载波，这一点与模拟调制没有什么本质的差异，它们均属于正弦波调制。
然而数字调制与模拟调制又有不同点，其不同点在于模拟调制需要对载波信号的参量连续进行调制，在接收端需要对载波信号的已调参量连续进行估值；而在数字调制中则可用载波信号参量的某些离散状态来表征所传输的信息，在接收端也只要对载波信号的调制参量有限个离散值进行判决，以便恢复出原始信号。
数字调制技术分类：
(1) 利用模拟方法去实现数字调制，即把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况来处理；
(2) 利用数字信号的离散取值特点键控载波，从而实现数字调制。
第(2)种技术通常称为键控法，比如对载波的振幅、频率及相位进行键控，便可获得振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)及相移键控(PSK)调制方式。键控法一般由数字电路来实现，它具有调制变换速率快，调整测试方便，体积小和设备可靠性高等特点。
在数字调制中，所选择参量可能变化状态数应与信息元数相对应。数字信息有二进制和多进制之分，因此，数字调制可分为二进制调制和多进制调制两种。在二进制调制中，信号参量只有两种可能取值；而在多进制调制中，信号参量可能有M(M>2)种取值。一般而言，在码元速率一定的情况下，M
取值越大，则信息传输速率越高，但其抗干扰性能也越差。
在数字调制中，根据已调信号的结构形式又可分为线性调制和非线性调制两种。在线性调制中，已调信号表示为基带信号与载波信号的乘积，已调信号的频谱结构和基带信号的频谱结构相同，只不过搬移了一个频率位置；在非线性调制中，已调信号的频谱结构和基带信号的频谱结构不再相同，因为这时的已调信号通常不能简单地表示为基带信号与载波信号的乘积关系，其频谱不是简单的频谱搬移。
频带传输系统框图：
由图可见，原始数字序列经基带信号形成器后变成适合于信道传输的基带信号s(t)，然后送到键控器来控制射频载波的振幅、频率或相位，形成数字调制信号，并送至信道。在信道中传输的还有各种干扰。接收滤波器把叠加在干扰和噪声中的有用信号提取出来，并经过相应的解调器，恢复出数字基带信号)
s或数字序列。
(?t
5.2 数字振幅调制
5.2.1 二进制数字振幅键控(2ASK) 1.
二进制数字振幅键控是一种古老的调制方式，也是各种数字调制的基础。
振幅键控/幅移键控(ASK ，Amplitude Shift Keying)；或称其为开关键控/通断键控（OOK ，On Off Keying)。
二进制数字振幅键控通常记作2ASK 。
对于振幅键控这样的线性调制来说，在二进制里，2ASK 是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。 1）2ASK 信号表达式
根据线性调制的原理，一个二进制的振幅键控信号可以表示成一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦型载波的相乘， 即
2ASK 信号：t nT t g a t e n n c s 0cos )()(ω??
?
???-=∑
式中，g(t)是持续时间为T s 的矩形脉冲，ωc 为载波频率，
a n 为二进制数字???-=P P a n 1,0,1出现概率出现概率为。
令：∑-=n
n nT t g a t s )()(s ，则 t t s t e o c cos )()(ω=
2）2ASK 信号产生的方法
① 模拟幅度调制法
图中，基带信号形成器把数字序列{a n }转换成所需的单极性基带矩形脉冲序列s(t),s(t)与载波相乘后即把s(t)的频谱搬移到〒f c 附近，实现了2ASK 。带通滤波器滤出所需的已调信号，防止带外辐射影响邻台。 ② 键控法
2ASK 信号之所以称为OOK 信号，这是因为振幅键控的实现可以用开关电路来完成，开关电路以数字基带信号为门脉冲来选通载波信号，从而在开关电路输出端得到 2ASK 信号。 ③ 具体电路
实现2ASK
桥式调制器如图 5-4所示。此电路由 4 个二极管V 1、V 2、V 3、V 4构成一电桥并接在变压器两端。当基带脉冲为正时，4个二极管处于导通状态，把载波旁路，输出端变压器没有载波电路流过；当基带
脉冲为负时，4个二极管截止，有载波电流流经输出变压器，于是有一定幅度的信号Acos(ωc t+φ)输出。
简单的三极管调幅器如图 5-5 所示。基带脉冲信号加在三极管的集电极上，载波信号加在三极管的基极上。 当基带脉冲为正时，三极管导通，有信号Acos(ωc t +φ)输出；当基带信号为负时，三极管截止，无信号输出，从而可获得开关键控信号。
以数字电路为主实现2ASK 信号的电路原理留给大家课后分析。
2.
2ASK 信号的功率谱及带宽
若：P s (f )为s (t )的功率谱密度，P o (f )为已调信号e (t )的功率谱密度，则有
)]
()([)]
()([)(22161
161
c b c b b c c o f f T Sa f f T Sa T f f f f f P -+++-++=ππδδ
由此画出2ASK 信号功率谱示意图为：
2ASK 信号的功率谱密度由连续谱和离散谱两部分组成。
因为2ASK 信号的功率谱密度P o(f )是相应的单极性数字基带信号功率谱密度P s(f )形状不变地平移至〒f c 处形成的，所以2ASK 信号的功率谱密度由连续谱和离散谱两部分组成。 它的连续谱取决于数字基带信号基本脉冲的频谱G (f )；它的离散谱是位于〒f c 处一对频域冲击函数，这意味着2ASK 信号中存在着可作载频同步的载波频率f c 的成分。
2ASK 信号的带宽B 2ASK 是单极性数字基带信号B g 的两倍，b b
g ASK 222
2f T B B ==
=。 2ASK 系统的频带利用率为)Hz /Baud (21
221b b b
b ===f f T T r B
这意味着用2ASK 方式传送码元速率为R B 的数字信号时， 要求该系统的带宽至少为2R B(Hz)。 由此可见，这种2ASK 调幅的频带利用率低，即在给定信道带宽的条件下，它的单位频带内所能传送的数码率较低。为了提高频带利用率，可以用单边带调幅，从理论上说，单边带调幅的频带利用率可以比双边带调幅提高一倍，即其每单位带宽所能传输的数码率可达 1 Baud/Hz 。由于具体技术的限制，要实现理想的单边带调幅是极为困难的。因此，实际上广泛应用的是残留边带调制， 其频带利用率略低于
1Baud/Hz
2ASK 信号的主要优点是易于实现，其缺点是抗干扰能力不强，主要应用在低速数据传输中。
3. 2ASK 信号的解调及系统误码率
2ASK
1）包络解调法（非相干）
带通滤波器恰好使2ASK 信号完整地通过，经包络检测后，输出其包络。低通滤波器的作用是滤除高频杂波，使基带包络信号通过。抽样判决器包括抽样、判决及码元形成，有时又称译码器。定时抽样脉冲是很窄的脉冲，通常位于每个码元的中央位置，其重复周期等于码元的宽度。不计噪声影响时，带通滤波器输出为2ASK 信号，即y (t )=s (t )cos ωc t , 包络检波器输出为s (t )，经抽样、判决后将码元再生，即可恢复出数字序列{a n }。
系统的误码率22e 2
1d )(21d )(210
1r A A v v f v v f P e -∞∞-=+=??，式中，r =A 2
/(2 )为输入信噪比。
2）相干解调法
相干解调就是同步解调，同步解调时，接收机要产生一个与发送载波同频同相的本地载波信号，称其为同步载波或相干载波，利用此载波与收到的已调波相乘， 相乘器输出为
t t s t s t t s t
t s t t y t z c c c 2c 2cos )(2
1
)(21]
2cos 1[21
)(cos )(cos )()(ωωωω+=+?=?=?=
第一项是基带信号，第二项是以2ωc 为载波的成分，两者频谱相差很远。经低通滤波后，即可输
出s(t)/2 信号。低通滤波器的截止频率取得与基带数字信号的最高频率相等。由于噪声影响及传输特性的不理想，低通滤波器输出波形有失真，经抽样判决、整形后再生数字基带脉冲。
系统的误码率4
-e e πr
1r
P ≈（信噪比>>1时）
3）包络非相干解调与相干解调相的比较
将2ASK
信号包络非相干解调与相干解调相比较，我们可以得出以下几点： 相干解调比非相干解调容易设置最佳判决门限电平。因为相干解调时最佳判决门限仅是信号幅度的
函数，而非相干解调时最佳判决门限是信号和噪声的函数。
最佳判决门限时，r 一定，P e 相
率；P e 一定时，r 相 波与信号的相关性，起了增强信号抑制噪声作用的缘故。 相干解调需要插入相干载波，而非相干解调不需要。可见，相干解调时设备要复杂一些，而非相干 解调时设备要简单一些。 5.3 数字频率调制 5.3.1 二进制数字频移键控(2FSK) 1. 一般原理与实现的方法 数字频率调制又称频移键控，记作FSK(Frequency Shift Keying)，二进制频移键控记作2FSK 。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息的，即用所传送的数字消息控制载波的频率。由于数字消息只有有限个取值，相应地，作为已调的FSK 信号的频率也只能有有限个取值。那么，2FSK 信号便是符号“1”对应于载频ω1，而符号“0”对应于载频ω2(与ω1不同的另一载频)的已调波形，而且ω1与ω2之间的改变是瞬间．．完成的。 从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现，后者较为方便。2FSK 键控法就是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通的。图5-14是2FSK 信号的原理方框图及波形图。图中s(t)为代表信息的二进制矩形脉冲序列，e o (t)即是2FSK 信号。注意到相邻两个振荡波形的相位可能是连续的，也可能是不连续的。因此，有相位连续的FSK 及相位不连续的FSK 之分，并分别记作CPFSK(Continuous Phase FSK)及DPFSK(Discrete Phase FSK)。 2FSK 信号可以表示成 )cos(])([)cos(])([)(210n n s n n n s n t nT t g a t nT t g a t e θω?ω+-++-=∑∑ 式中，g(t)为单个矩形脉冲， 脉宽为T s ， ???-=) 1(,1,0P P a n 概率为概率为，φn 、θn 分别是第n 个信号码元的初相位。 一般说来，键控法得到的φn 、θn 与序号n 无关，反映在e o (t)上，仅表现出当ω1与ω2改变时其相位是不连续的; 而用模拟调频法时，由于ω1与ω2改变时e o (t)的相位是连续的，故φn 、θn 不仅与第n 个信号码元有关，而且φn 与θn 之间也应保持一定的关系。 下面介绍2FSK 的产生方法，模拟方法对应相位连续FSK ，数字键控法对应相位不连续FSK 。模拟调频法不作要求，了解即可。 1) 直接调频法(相位连续2FSK 信号的产生) 用数字基带矩形脉冲控制一个振荡器的某些参数，直接改变振荡频率，使输出得到不同频率的已调信号。用此方法产生的2FSK 信号对应着两个频率的载波，在码元转换时刻，两个载波相位能够保持连续，所以称其为相位连续的2FSK 信号。 2) 频率键控法(相位不连续2FSK 信号的产生) 如果在两个码元转换时刻，前后码元的相位不连续，称这种类型的信号为相位不连续的2FSK 信号。频率键控法又称为频率转换法，它采用数字矩形脉冲控制电子开关，使电子开关在两个独立的振荡器之间进行转换，从而在输出端得到不同频率的已调信号。 数字信号为“1”时，正脉冲使门电路 1 接通，门 2 断开，输出频率为f 1; 数字信号为“0”时， 门 1 断开， 门 2 接通， 输出频率为f 2。 如果产生f 1和f 2的两个振荡器是独立的，则输出的2FSK 信号的相位是不连续的。这种方法的特点是转换速度快，波形好，频率稳定度高，电路不甚复杂，故得到广泛应用。 波形如下： 2. 2FSK 信号的功率谱及带宽 1) 相位不连续的2FSK 情况 相位不连续的2FSK 信号的功率谱曲线如图5-17所示，由图可见： ① 由离散谱和连续谱两部分组成。其中，连续谱与 2ASK 信号的相同，而离散谱是位于〒f 1、〒f 2处的两对冲击，这表明 2FSK 信号中含有载波f 1 、f 2的分量。 ② 若仅计算2FSK 信号功率谱第一个零点之间的频率间隔，则该2FSK 信号的频带宽度为 B B 12FSK 2)2(2||R h R f f B +=+-=，其中R Ｂ=f b 是基带信号的带宽，h=|f 2-f 1|/R Ｂ为偏移率(调制指数)。 为了便于接收端解调，要求2FSK 信号的两个频率f 1, f 2间要有足够的间隔。对于采用带通滤波器来分路的解调方法，通常取|f 2-f 1|=(3～5)R B 。于是，2FSK 信号的带宽为B FSK R B )7~5(2≈ ③ 频带利用率 )/() 7~5(1 22Hz Baud B R B f r FSK B FSK b == = 当用普通带通滤波器作为分路滤波器时，2FSK 信号的带宽约为2ASK 信号带宽的3倍，系统频带利用率只有2ASK 系统的1/3 左右。 2) 相位连续的 2FSK 情况 直接调频法是一种非线性调制，由此而获得的2FSK 信号的功率谱不像2ASK 信号那样，也不同于相位不连续的2FSK 信号的功率谱，它不可直接通过基带信号频谱在频率轴上搬移，也不能用这种搬移后频谱的线性叠加来描绘。因此对相位连续的2FSK 信号频谱的分析是十分复杂的。 图5-18给出了几种不同调制指数下相位连续的2FSK 信号功率谱密度曲线。图中f c =(f 1+f 2)/2称为频偏，h=|f 2-f 1|/R B 称为偏移率(或频移指数或调制指数)，R B =f b 是基带信号的带宽。 由图可以看出： ① 功率谱曲线对称于频偏(标称频率)f c 。 ② 当偏移量(调制指数)h 较小时，（如h <0.7 时，信号能量集中在f c 〒0.5R B 范围内；如h <0.5 时，在f c 处出现单峰值，在其两边平滑地滚降。）在这种情况下，2FSK 信号的带宽约为 2R B 。 ③ 随着h 的增大，信号功率谱将扩展，并逐渐向f 1、f 2两个频率集中。当h >0.7 后，将明显地呈现双峰；当h =1 时，达到极限情况，这时双峰恰好分开，在f 1和f 2位置上出现了两个离散谱线，如图5-18(b)所示。继续增大h 值，两个连续功率谱f 1、f 2中间就会出现有限个小峰值，且在此间隔内频谱还出现了零点。但是，当h <1.5 时，相位连续的2FSK 信号带宽虽然比2ASK 的宽，但还是比相位不连续的 2FSK 信号的带宽要窄。 ④ 当h 值较大时(大约在h >2 以后)，将进入高指数调频。 这时，信号功率谱扩展到很宽频带，且与相位不连续2FSK 信号的频谱特性基本相同。当|f 2-f 1|=mR B (m 为正整数)时，信号功率谱将出现离散频率分量。 表5-1是两种2FSK 及2ASK(或2PSK)信号的带宽在不同的调制指数h 值下进行比较的结果。 3. 2FSK 信号的解调及系统误码率 数字调频信号的解调方法： 1) 过零检测法 单位时间内信号经过零点的次数多少，可以用来衡量频率的高低。数字调频波的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。过零检测法又称为零交点法、计数法。 考虑一个相位连续的FSK 信号a, 经放大限幅得到一个矩形方波b,经微分电路得到双向微分脉冲c ，经全波整流得到单向尖脉冲d 。单向尖脉冲的密集程度反映了输入信号的频率高低，尖脉冲的个数就是信号过零点的数目。单向脉冲触发一脉冲发生器，产生一串幅度为E 、宽度为τ的矩形归零脉冲e 。脉冲串e 的直流分量代表着信号的频率，脉冲越密，直流分量越大， 输入信号的频率越高。经低通滤波器就可得到脉冲串e 的直流分量f 。这样就完成了频率-幅度变换，从而再根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号“1”和“0”。 FSK 解调 线性鉴频法 分离滤波法 模拟鉴频法 差分检测法 过零检测法 相干检测法 （同步检波法） 非相干检测法 （包络检测法） 动态滤波法 2) 包络检测法 用两个窄带的分路滤波器分别滤出频率为f 1及f 2的高频脉冲，经包络检测后分别取出它们的包络。把两路输出同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。 设：f 1代表“1”； f 2代表“0”，则抽判准则为 式中, v 1,v 2分别为抽样时刻两个包络检波器的输出值。 这里的抽样判决器，要比较v 1,v 2的大小，或者说把差值v 1-v 2与零电平比较。因此，有时称这种比较判决器的判决门限为零电平。 3) 同步检波法 图中两个带通滤波器的作用同上，起分路作用。它们的输出分别与相应的同步相干载波相乘，再分别经低通滤波器取出含基带数字信息的低频信号，滤掉二倍频信号，抽样判决器在抽样脉冲到来时对两个低频信号进行比较判决，即可还原出基带数字信号。 思考：请画出图中各波形。 与2ASK 系统相仿，相干解调能提供较好的接收性能，但是要求接收机提供具有准确频率和相应的 相干参考电压，这样增加了设备的复杂性。 当2FSK 信号的频偏|f 2-f 1|较大时，多采用分离滤波法；而在|f 2-f 1|较小时，多采用鉴频法。 与2ASK 的情形相对应，我们分别以包络解调法和相干解调法两种情况来讨论2FSK 系统的抗噪声性能，给出误码率，并比较其特点。 4）误码率 ① 包络检测 2 e 2 1r e P -= ，误码率将随输入信噪比的增加而成指数规律下降。 ② 相干解调 2 r erfc 21= e P 将相干解调与包络(非相干)解调系统误码率做以比较，可以发现： 两种解调方法均可工作在最佳门限电平。 相干解调 2FSK系统的抗噪声性能优于非相干的包络检测。在输入信号信噪比r一定时，相干解调的误码率小于非相干解调的误码率；当系统的误码率一定时，相干解调比非相干解调对输入信号的 信噪比要求低。但当输入信号的信噪比r很大时，两者的相对差别不明显。 相干解调电路较为复杂，包络检测电路较为简单。（是否插入相干载波）因此大信噪比时常用包络检测，小信噪比时才用相干解调，与2ASK情况相同。 5.4 数字相位调制 5.4.1 二进制数字相移键控 1. (1) 绝对码和相对码。 绝对码和相对码是相移键控的基础。 ①绝对码：以基带信号码元的电平直接表示数字信息。如 假设高电平代表“1”，低电平代表“0”，如图5-24中{an} 所示。 ②相对码(差分码)：用基带信号码元的电平相对前一码元 的电平有无变化来表示数字信息的。 假若相对电平有跳变表示“1”，无跳变表示“0”，由 于初始参考电平有两种可能，因此相对码也有两种波形，如 图 5-24{b n}1、{b n}2所示。显然{b n}1、｛b n｝2相位相反，当 用二进制数码表示波形时，它们互为反码。上述对相对码的 约定也可作相反的规定。 ③绝对码和相对码的互相转换。 使用模二加法器和延迟器(延迟一个码元宽度T b)，如下图 (a)、(b)所示。图(a)是把绝对码变成相对码的方法，称其为差分编码器，完成的功能是b n=a n⊕b n-1(n-1表示n的前一个码)。图(b)是把相对码变为绝对码的方法，称其为差分译码器，完成的功能是a n = b n ⊕b n-1 。 (2) 绝对相移。 绝对相移：利用载波的相位偏移(指某一码元所对应的已调波与参考载波的初相差)直接表示数据信号的相移方式。 要说明的是，在相移键控中往往用矢(向)量偏移(指一码元初相与前一码元的末相差)表示相位信号，调相信号的矢量表示如图所示。 在2PSK中，若假定未调载cosωc t为参考相位，则矢量OA表示所有已调信号中具有 0 相(与载波同相)的码元波形，它代表码元“0”；矢量OB表示所有已调信号具有π相(与载波反相)的码元波形，可用数字式cos(ωc t+π)来表示，它代表码元“1”。 当码元宽度不等于载波周期的整数倍时，已调载波的初相(0或π)不直接表示数字信息(“0”或“1”)，必须与未调载波比较才能看见它所表示的数字信息。 (3) 相对相移。 相对相位：指本码元初相与前一码元末相的相位差(即向量偏移)。 相对相移是利用载波的相对相位变化表示数字信号的相移方式。有时为了讨论问题方便，也可用相位偏移来描述。在这里，相位偏移指的是本码元的初相与前一码元(参考码元)的初相相位差。当载波频率是码元速率的整数倍时，向量偏移与相位偏移是等效的，否则是不等效的。 假若规定：已调载波(2DPSK波形)相对相位不变表示数字信号“0”，相对相位改变π表示数字信号“1”，如图5-24所示。由于初始参考相位有两种可能，因此相对相移波形也有两种形式，如图5-24 中的2DPSK 1、2DPSK 2 所示，显然，两者相位相反。然而，我们可以看出，无论是2DPSK 1 ，还是2DPSK 2 ， 数字信号“1”总是与相邻码元相位突变相对应，数字信号“0”总是与相邻码元相位不变相对应。我 们还可以看出，2DPSK 1、2DPSK 2 对{a n}来说都是相对相移信号，然而它们又分别是{b n}1、{b n}２的绝对相 移信号。因此，我们说，相对相移本质上就是对由绝对码转换而来的差分码的数字信号序列的绝对相移。那么，2DPSK信号的表达式与2PSK的表达式应完全相同，所不同的只是式中的s(t)信号表示的差分码数字序列。 2. 2PSK信号的产生与解调 1) 2PSK信号的产生 (1) 直接调相法。——用双极性数字基带信号s(t)与载波直接相。 根据前面的规定，产生2PSK信号时，必须使s(t)为正电平时代表“0”，负电平时代表“1”。若原始数字信号是单极性码，则必须先进行极性变换再与载波相乘。电路原理图在此就不作分析，大家可根据书上所述内容进行推导。 (2) 相位选择法。——用数字基带信号s(t)控制门电路，选择不同相位的载波输出。 s(t)通常是单极性的。s(t) =0 时，门电路1通，门电路2闭，输出e(t)=cosω c t； s(t) =1 时，门电路2通, 门电路1闭，输出e(t)=-cosωc t 。 2)2PSK信号的解调及系统误码率 2PSK信号的解调不能采用分路滤波、包络检测的方法, 只能采用相干解调的方法(又称为极性比较法)。通常本地载波是用输入的2PSK信号经载波信号提取电路产生的。 正常工作波形 反向工作波形 我们知道, 2PSK 信号是以一个固定初相的未调载波为参考的。因此，解调时必须有与此同频同相的同步载波。如果同步不完善，存在相位偏差，就容易造成错误判决，称为相位模糊。如果本地参考载波倒相，变为cos(ωc t +π)，低通输出为x (t )=-(cos φn )/2，判决器输出数字信号全错，与发送数码完全相反，这种情况称为反向工作。绝对移相的主要缺点是容易产生相位模糊，造成反向工作。这也是它实际应用较少的主要原因。 在P (1)=P (0)=1/2时，最佳门限电平取为 0，系统误码率为)erf c(2 1 e r P 。 3. 2DPSK 信号的产生与解调 1) 2DPSK 信号的产生 由于2DPSK 信号对绝对码{a n }来说是相对移相信号，对相对码{b n }来说则是绝对移相信号，因此，只需在2PSK 调制器前加一个差分编码器，就可产生2DPSK 信号。 原理方框图 数字信号{a n }经差分编码器，把绝对码转换为相对码{b n }，再用直接调相法产生2DPSK 信号。极性变换器是把单极性{b n }码变成双极性信号，且负电平对应{b n }的 1，正电平对应{b n }的 0。 逻辑方框图和波形图 差分编码器输出的两路相对码(互相反相)分别控制不同的门电路实现相位选择，产生2DPSK 信号。这里差分码编码器由与门及双稳态触发器组成，输入码元宽度是振荡周期的整数倍。 与图5-24对照：若双稳态触发器初始状态为Q =0，这里输出的e(t)为2DPSK 2；若双稳态触发器初始状态为Q =1，则输出e(t)为2DPSK 1。 2) 2DPSK 信号的解调及系统误码率 (1) 极性比较-码变换法。 此法即是2PSK 解调加差分译码。2DPSK 解调器将输入的2DPSK 信号还原成相对码{b n }，再由差分译码器把相对码转换成绝对码，输出{a n }。 思考：2PSK 解调器存在“反向工作”问题，2DPSK 解调器是否也会出现“反向工作”问题呢? 答：不会。 这是由于当2PSK 解码器的相干载波倒相时，使输出的b n 变为b n (b n 的反码)。然而差分译码器的功 能是b n ⊕b n -1=a n ，b n 反向后，仍使等式n n n a b b =⊕-1成立。因此，即使相干载波倒相，2DPSK 解调器仍然能正常工作。由于相对移相制无“反向工作”问题，因此得到广泛的应用。 系统的误码率)erfc(2'e e r P P =≈【差分译码器总是使系统误码率增加，通常认为增加一倍。】 由于极性比较-码变换法解调2DPSK 信号是先对2DPSK 信号用相干检测 2PSK 信号办法解调，得到相对码b n ，然后将相对码通过码变换器转换为绝对码a n ，显然，此时的系统误码率可从两部分来考虑。 首先，码变换器输入端的误码率可用相干解调 2PSK 系统的误码率来表示，即)erf c(2 1 e r P =。最终的 系统误码率也就是在此基础上再考虑差分译码误码率即可。 (2) 相位比较法—差分检测法。 这种方法不需要码变换器，也不需要专门的相干载波发生器，因此设备比较简单、实用。图中T b 延时电路的输出起着参考载波的作用。乘法器起着相位比较(鉴相)的作用。 系统的误码率：r P -e e 2 1 = 【差分检测时2DPSK 系统的误码率随 输入信噪比的增加成指数规律下降。】 4. 二进制相移信号的功率谱及带宽 由前讨论可知，无论是2PSK 还是2DPSK 信号，就波形本身 而言，它们都可以等效成双极性基带信号作用下的调幅信号，无非是一对倒相信号的序列。因此，2PSK 和 2DPSK 信号具有相同形式的表达式，所不同的是2PSK 表达式中的s (t )是数字基带信号，2DPSK 表达式中的s (t )是由数字基带信号变换而来的差分码数字信号。 因此，它们的功率谱密度应是相同的，即 功率谱：]})(π[])(π[Sa {4 )(22o b c b c b T f f Sa T f f T f P -++= 可见，二进制相移键控信号的频谱成分与2ASK 信号相同，当基带脉冲幅度相同时，其连续谱的幅度是2ASK 连续谱幅度的 4 倍。当P =1/2时，无离散分量，此时二相相移键控信号实际上相当抑制载波的双边带信号了。 信号带宽为 b b PSK D PSK f B B 2222== 与2ASK 相同，是码元速率的两倍。这就表明，在数字调制中，2PSK 、2DPSK 的频谱特性与2ASK 的十分相似。 5. 2PSK 与 2DPSK (1) 检测这两种信号时判决器均可工作在最佳门限电平(零电平) (2) 2DPSK 系统的抗噪声性能不及2PSK (3) 2PSK 系统存在“反向工作”问题，而2DPSK 综上，在实际应用中，真正作为传输用的数字调相信号几乎都是DPSK 信号。 目录 1 技术要求1 2 基本原理1 2.1 频带传输的意义1 2.2 2ASK调制1 2.2.1 基本原理1 2.2.2 两种调制法2 2.2.3 功率谱密度3 2.3 2ASK解调3 3 建立模型描述4 3.1 使用SystemView实现2ASK模型仿真4 3.2 使用Simulink实现2ASK模型仿真5 3.3 使用Matlab编程实现2ASK模型仿真6 4 模型组成模块功能描述或程序注释7 4.1 使用SystemView实现2ASK模型仿真7 4.1.1 调制模块7 4.1.2 信道模块8 4.1.3 解调模块8 4.2 使用Simulink实现2ASK模型仿真9 4.2.1 调制及信道模块9 4.2.2 解调模块10 4.3 使用Matlab编程实现2ASK模型仿真11 5 调试过程及结论13 5.1 使用SystemView编程实现2ASK模型仿真13 5.1.1 采用模拟相乘法调制，及信道加噪后各点输出波形13 5.1.2 采用非相干解调各点输出波形13 5.1.3 采用相干解调各点输出波形14 5.1.4 模拟调制法与键控法比较15 5.1.5 波形分析15 5.2 使用Simulink编程实现2ASK模型仿真16 5.2.1 模拟调制，相干解调各点输出波形16 5.2.2 模拟调制，非相干解调各点输出波形17 5.3 使用Matlab编程实现2ASK模型仿真18 6 心得体会18 7 参考文献19 二进制数字频带传输系统设计 ——2ASK系统 1 技术要求 设计一个2ASK数字调制系统，要求： <1）设计出规定的数字通信系统的结构； <2）根据通信原理，设计出各个模块的参数<例如码速率，滤波器的截止 课程名称数字通信综合实验 题目数字频带传输系统的仿真 专业电子信息工程 班级 学号 姓名 指导教师 地点 时间：2015年7月04日至2015年7月08日 摘要 此次课程设计主要运用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台对2ASK频带传输系统仿真，并把运行仿真结果输入到显示器，根据显示器结果分析设计的系统性能。在设计中，目的主要是仿真通信系统中频带传输技术中的ASK调制。产生一段随机的二进制非归零码的频带信号，对其进行ASK调制后再加入加性高斯白噪声传输，在接收端对其进行ASK解调以恢复原信号，观察还原是否成功。通过Simulink的仿真功能摸拟到了实际中的2ASK 调制与解调情况。 关键词：Simulink ；高斯白噪声；调制与解调 第1章前言 (4) 1.设计平台 (4) 2. Simulink (5) 第2章通信技术的历史和发展 (7) 2.1通信的概念 (7) 2.2 通信的发展史简介 (9) 2.3通信技术的发展现状和趋势 (9) 第3章2ASK的基本原理 (10) 3.1 2ASK定义 (10) 3.2 2ASK的调制 (11) 3.3 2ASK的解调 (11) 第4章2ASK频带系统设计方案 (12) 4.1仿真系统的调制与解调过程 (12) 4.2 SIMULINK下2ASK系统的设计 (12) 第5章仿真结果分析 (17) 第6章出现的问题及解决方法 (23) 第7章总结 (24) 参考文献 (24) 第1章前言 在现代数字通信系统中，频带传输系统的应用最为突出。将原始的数字基带信号，经过频谱搬移，变换为适合在频带上传输的频带信号，传输这个信号的系统就称为频带传输系统。在频带传输系统中，根据数字信号对载波不同参数的控制，形成不同的频带调制方法。幅移键控法(ASK)的载波幅度是随着调制信号而变化的，其最简单的形式是，载波数字形式的调制信号在控制下通断，此时又可称作开关键控法(OOK)。本设计中选择正弦波作为载波，用一个二进制基带信号对载波信号的振幅进行调制，载波数字信号1或0的控制下通或断，在信号为1的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送，调制后的信号的频带宽度为二进制基带信号宽度的两倍，此制称为二进制振幅键控信号。 数字调制就是对基带数据信号进行变换，实现信号频谱的“搬移”数据的发送端进行搬移的过程称作“调制”，在称作调制器的设备中完成。在数据的接收端，有一个相反的变换被称作“解调”的过程，解调过程在称作解调器的设备中完成。经过调制的后的信号在一个很高的频段上占有一定的带宽，由于所处频段很高，使得其最高频率和最低频率的相对偏差变小（最高频率和最低频率的比值略大于1），这样的信号称为频带信号或射频信号，相应的传输系统称作频带传输系统。 数字频带传输系统或带通信号是现代通信系统的非常重要部分，通过调制来时信号与信道特新相匹配从而达到效果、传输为目的。数字频带传输系统既可用于低速数据信道，而可以用于中、高速数字信道，其应用很广泛，因此研究数字频带传输系统具有非常重要的义。理解和掌握二进制数字调制通信系统的各个关键环节，包括调制、解调、滤波、传输、噪声对通信质量的影响等。在数字信号处理实验课的基础上更加深入的掌握数字滤波器的设计原理及实现方法。是学习者对系统各关键点的信号波形及频谱有深刻的认识。设计或分析一个简单的通信系统，可以进一步理解通信系统的基本组成、模拟通信和数字通信的基础理论、通信系统发射端信号的形成及接收端信号解调的原理、通信系统信号传输质量的检测等方面的相关知识。 1.设计平台 MATLAB是美国MathWorks公司生产的一个为科学和工程计算专门设计的交互式大型 第6章数字信号频带传输 知识点 (1) 数字调幅、调频、调相——二元与多元系统信号分析； (2) 传输信道的利用——正交复用、带宽、频带利用率； (3) 解调方式——相干与非相干； (4) 各种系统噪声性能分析。 知识点层次 (1) 以二元调制系统为基础，掌握数字调制解调模型及信号特征；理解噪声性能分析方法。掌握基于信噪比的误比特率公式与比较分析； (2) 掌握以QPSK、QAM、MSK为重点的基本原理与技术特征，并熟悉有关重要参量与技术措施；掌握各种传输方式误码率表示式； (3) 通过大体了解改进型调制技术特点，了解现代调制技术思路； 本章涉及的系统最佳化设计思想 信号设计——基于已调波信号间正交的概念； 传输技术——基于正交载波复用与多元调制技术； 接收技术——基于相干接收与最佳接收的原理及发展。 6.1 数字频带调制概述 通过第3章模拟调制的讨论，我们已明确到，以调制信号去正比例控制正弦载波3个参量之一，可以产生载荷信息的已调波，并分为线性调制（幅度调制）和角度调制（调频与调相）。现将模拟调制信号改换为数字信号，仍去控制正弦载波，就可以得到相应的数字调幅、数字调频与数字调相等已调波。 本章拟首先介绍二元数字信号作为调制信号的基本调制方式。它们已调波分别称为二元幅移键控——ASK（amplitude shift keying）、二元频移键控——FSK（frequency shift keying）和二元相移键控——PSK（phase shift keying），并分别分析与计算它们在不同解调方式下的抗噪声性能。 然后介绍以多进制符号（M元）控制载波某1个或1、2个参量构成的多元调制，以及常用的优质调制技术。 本章讨论问题的基本着眼点为： （1）各种数字调制方式的发送信号（已调波构成）的设计考虑及其时、频域表示方式。 （2）针对已调波的时—频域特点，给出其传输有效带宽，讨论它们对于传输信道频带利用率。 （3）相干与非相干解调方法与解调效果评价。 （4）分析不同调制与不同解调方式的系统，在高斯信道环境下的抗噪声性能，同时计算它们的接收信号的比特或符号误差概率。 （5）在此基础上，能使读者深入了解到如何进行信号与系统优化设计，能够达到既有效又可靠信息传输。 就本章内容而言，称为数字信号频带传输（或调制），也可称为数字信号的载波传输（或调制）。虽然调制信号为二元或多元数字信号，但已调波信号却是连续波，因此也可称为数字信号的模拟传输。 本章覆盖的内容与概念很多，设计的数字分析也往往比较繁杂，所设计的调制技术均有很大的实用意义，并在不断发展。 6.2 二元幅移键控（ASK） 6.2.1 ASK信号分析 《数字通信原理》习题解答 第1章 概述 1-1 模拟信号和数字信号的特点分别是什么? 答：模拟信号的特点是幅度连续；数字信号的特点幅度离散。 1-2 数字通信系统的构成模型中信源编码和信源解码的作用是什么?画出话音信号的基带传输系统模型。 答：信源编码的作用把模拟信号变换成数字信号，即完成模/数变换的任务。 信源解码的作用把数字信号还原为模拟信号，即完成数/模变换的任务。 话音信号的基带传输系统模型为 1-3 数字通信的特点有哪些? 答：数字通信的特点是： （1）抗干扰性强，无噪声积累； （2）便于加密处理； （3）采用时分复用实现多路通信； （4）设备便于集成化、微型化； （5）占用信道频带较宽。 1-4 为什么说数字通信的抗干扰性强，无噪声积累? 答：对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限的离散值(通常取二个幅值)，在传输过程中受到噪声干扰，当信噪比还没有恶化到一定程度时，即在适当的距离，采用再生的方法，再生成已消除噪声干扰的原发送信号，所以说数字通信的抗干扰性强，无噪声积累。 1-5 设数字信号码元时间长度为1s μ，如采用四电平传输，求信息传输速率及符号速率。 答：符号速率为 Bd N 661010 11===-码元时间 信息传输速率为 s Mbit s bit M N R /2/1024log 10log 6 262=?=?== 1-6 接上例，若传输过程中2秒误1个比特，求误码率。 答：76105.210 221)()(-?=??==N n P e 传输总码元发生误码个数 1-7 假设数字通信系统的频带宽度为kHz 1024，可传输s kbit /2048的比特率，试问其频带利用率为多少Hz s bit //? 答：频带利用率为 Hz s bit Hz s bit //2101024102048)//3 3 =??==（频带宽度信息传输速率η 1-8数字通信技术的发展趋势是什么？ 答：数字通信技术目前正向着以下几个方向发展：小型化、智能化，数字处理技术的开发应用，用户数字化和高速大容量等。 第2章 数字终端编码技术 ——语声信号数字化 2-1 语声信号的编码可分为哪几种？ 答：语声信号的编码可分为波形编码（主要包括PCM 、ADPCM 等）、参量编码和混合编码（如子带编码）三大类型。 2-2 PCM 通信系统中A ／D 变换、D ／A 变换分别经过哪几步? 答：PCM 通信系统中A ／D 变换包括抽样、量化、编码三步； D ／A 变换包括解码和低通两部分。 2-3 某模拟信号频谱如题图2-1所示，（1）求满足抽样定理时的抽样频率S f 并画出抽样信号的频谱（设M S f f 2=）。（2）若,8kHz f S =画出抽样信号的频谱，并说明此频谱出现什么现象? 题图2-1 武汉理工大学《通信原理课程设计》 目录 1 课设设计要求 (1) 1.1 题目的意义 (1) 1.2 设计要求 (1) 2 FSK设计原理和方案 (2) 2.1 FSK的调制 (2) 2.1.1 直接调频法 (2) 2.1.2 频率键控法 (2) 2.1.3 基于FPGA的FSK调制方案 (3) 2.2 FSK的解调 (3) 2.2.1 同步（相干）解调法 (3) 2.2.2 FSK滤波非相干解调法 (4) 2.2.3 基于FPGA的FSK解调方案 (5) 3 FSK设计的程序与仿真 (5) 3.1 FSK基于HDL语言调制 (5) 3.1.1 FSK调制程序 (5) 3.1.2 FSK调制仿真 (7) 3.1.3FSK调制电路 (8) 3.2 FSK基于VHDL语言解调 (8) 3.2.1 FSK解调程序 (8) 3.2.2FSK解调仿真 (10) 3.2.3 FSK解调电路 (10) 4心得体会 (11) 参考文献 (12) 1课设设计要求 1.1题目的意义 数字调制技术是现代通信的一个重要内容，在数字通信系统中由于数字信号具有丰富的低频成份，不宜进行无线传输或长距离电缆传输，因而需要将基带信号进行数字调制(Digital Modulation)。数字调制同时也是数字信号频分复用的基本技术。 数字调制与模拟调制都属于正弦波调制，但是，数字调制是调制信号为数字型的正弦波调制,因而数字调制具有自身的特点一般说来数字调制技术分为两种类型：一是把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况来处理；二是利用数字信号的离散取值去键控载波，从而实现数字调制。后一种方法通常称为键控法。例如可以对载波的振幅、频率及相位进行键控，便可获得振幅键控 (ASK)、移频键控(FSK)、相移键控(PSK)等调制方式。 移频键控(FSK)是数字信息传输中使用较早的一种调制形式，它由于其抗干扰及衰落性较好且技术容易实现，因而在集散式工业控制系统中被广泛采用。以往的键控移频调制解调器采用“定功能集成电路+连线”式设计；集成块多，连线复杂，容易出错，且体积较大，本设计采用Lattice公司的FPGA芯片，有效地缩小了系统的体积，降低了成本，增加了可靠性，同时系统采用VHDL语言进行设计，具有良好的可移植性及产品升级的系统性。 1.2设计要求 1.了解了FSK信号的基本概念后，利用Quartus II软件中的VHDL语言对2FSK 基于Systemview的二进制数字频带传输系统设计——2PSK系统 1、技术指标： （1）设计出规定的2PSK数字通信系统的结构； （2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止 频率等）； （3）用Matlab或SystemView 实现该数字通信系统； （4）观察仿真并进行波形分析； （5）系统的性能评价。 2、基本原理； 二进制移相键控（2PSK）的基本原理： 2PSK,二进制移相键控方式，是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的一种数字调制方式。就是根据数字基带信号的两个电平(或符号)使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。两个载波相位通常相差180度，此时称为反向键控(PSK),也称为绝对相移方式。 3、建立模型描述； （1）2PSK信号的产生 2PSK的产生：模拟法和数字键控法，就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s(t)要求不同，因此2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。而就键控法来说，用数字基带信号s(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s(t)为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。 2PSK信号与2ASK信号的时域表达式在形式上是完全相同的，所不同的只是两者基带信号s(t)的构成，一个由双极性NRZ码组成，另一个由单极性NRZ码组成。因此，求2PSK信号的功率谱密度时，也可采用与求2ASK信号功率谱密度相同的方法。 （2）2PSK信号的功率谱 2PSK信号的功率谱密度及其功率谱示意图如下: 分析2PSK信号的功率谱：（1）当双极性基带信号以相等的概率（p=1/2）出现时，2PSK信号的功率谱仅由连续谱组成。而一般情况下，2PSK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。其中，连续谱取决于基带信号经线性调制后的双边带谱，而离散谱则由载波分量确定（2）2PSK的连续谱部分与2ASK 信号的连续谱基本相同因此，2PSK信号的带宽、频带利用率也与2ASK信号的相同 其中，数字基带信号带宽。这就表明，在 数字调制中，2PSK的频谱特性与2ASK相似。相位调制和频率调制一样，本质上是一种非线性调制，但在数字调相中，由于表征信息的相位变化只有有限的离散取值，因此，可以把相位变化归结为幅度变化。这样一来，数字调相同线性调制的数字调幅就联系起来了，为此可以把数字调相信号当作线性调制信号来处理了。 （3）2PSK的解调系统 ---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 基于Systemview的数字频带传输系统的仿真 基于 Systemview 的数字频带传输系统的仿真华东交通大学 理工学院课程设计报告所属课程名称： 现代通信原理课程设计标题： 基于 Systemview 的数字频带传输系统的仿真分院：专业班级： 姓名： 学号： 指导老师： 胡保安 1 目录课程设计目的 3 课程设计器材 3 课程设计原理3 Systemview 的基本介绍3 课程设计过程4 1 二 进制振幅键控 2ASK4 2 二进制频移键控 2FSK9 3 二进制移相键控 2PSK14 4 二进制差分移相键控 2PSK18 课程设计总结22 参考 文献22 谢辞232 课程设计目的： 1、熟练掌握 Systemview 的用法，在该软件的配合下完 成各个系统的结构图，还有调试结果图 2、深入了解 2ASK， 2FSK， 2PSK， 2DPSK 的调制解调原理课程设计器材： PC 机， Systemview 软件课程设计原理： 数字信号的传输方式可以分为基带传输和带通传输。 为了使信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进 行调制，以使信号与信道特性相匹配。 1 / 20 在这个过程中就要用到数字调制。 在通信系统中，利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，来实现数字调制，这种方法通常称为键控法，主要对载波的振幅，频率，和相位进行键控。 键控主要分为： 振幅键控，频移键控，相移键控三种基本的数字调制方式。 Systemview 的基本介绍： SystemView 是一个用于现代科学与科学系统设计及仿真打动态系统分析平台。 从滤波器设计、信号处理、完整通信系统打设计与仿真，到一般打系统数字模型建立等各个领域，SystemView 在友好而功能齐全打窗口环境下，为用户提供啦一个精密的嵌入式分析工具。 进入 SystemView 后，屏幕上首先出现该工具的系统视窗，系统视窗最上边一行为主菜单栏，包括： 文件（File）、编辑（Edit）、参数优选（Preferences）、视窗观察（View）、便笺（NotePads）、连接（Connetions）、编译器（Compiler）、系统（System）、图符块（Tokens）、工具（Tools）和帮助（Help）共 11 项功能菜单。 如下图所示。 3 系统视窗左侧竖排为图符库选择区。 图符块（Token）是构造系统的基本单元模块，相当于系统组成框图中的一个子框图，用户在屏幕上所能看到的仅仅是代表某一 121 第六章 数字调制系统（数字频带传输系统） 6.1 引 言 在实际通信中，有不少信道都不能直接传送基带信号，而必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓调制。 数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在收端对载波信号的离散调制参量进行检测。 数字调制信号也称键控信号。 在二进制时，有 ASK ~ 振幅键控 FSK ~ 移频键控 PSK ~ 移相键控 正弦载波的三种键控波形 见樊书P129，图6－1 6.2 二进制数字调制原理 6.2.1 二进制振幅键控（2ASK ） 一、一般原理及实现方法 2ASK 是用“0”，“1” 码基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时 断时续地输出。 最早使用的载波电报就是这种情况。 数字序列{}n a ()t s 单极性基带脉冲序列 ()()t t s t e c ω=cos 0 与t c ωcos 相乘，()t s 频谱搬移到c f ±附近，实现2ASK 。 {}n a 信号 2ASK 调制的方框图 转换成 数字调制系统的基本结构图 122 带通滤波器滤出所需已调信号，防止带外辐射，影响邻台。 二、2ASK 信号的功率谱及带宽 ()()()() ∑∞-∞ =-=ω=n s n c nT t g a t s t Cos t s t e 0 ???-=p p a n 110，概率为，概率为随机变量 ()()()()()() ()()()s s T f j s a s T j s a s e fT S T f G e T S T G E t e S t s G t g 002 π-ω-?π=???? ??ω=ωω?ω?ω?或，设 ()()()[]c c S S E ω-ω+ω+ω=ω21 ()()()的功率为： 则在频率轴上互不重叠，，假如t e S S c c 0ω-ωω+ω ()()()[]()()()[] c S c S E c S c S E f f P f f P f P P P P -++=ω-ω+ω+ω= ω4 1 4 1 或 )(f P S 为)(t s 的功率谱， 可见，知道了)(f P S 即可知道)(f P E 。 由前面，二进制随机序列)(t s 的功率谱： 的门函数 12s 2 s t t t 《数字通信原理》综合练习题 一、填空题 1、模拟信号的特点是____幅度（信号强度）的取值连续变化____，数字信号的特点是___幅度的取值离散变化______。 2、模拟通信采用____频分制___实现多路通信，数字通信采用____时分制____ 实现多路通信。 3、PAM信号的___幅度_____连续，___时间____离散，它属于___模拟___信号。 4、数字通信系统的主要性能指标有______有效性___和____可靠性______两个方面。 5、A/D变换包括_____抽样_____、______量化_____和______编码____三步。 6、D/A变换包括______译码______和____低通______两步。 7、波形编码是_对信号波形进行的编码（或根据语声信号波形的特点，将其转换为数字 信号）__________。 8、参量编码是___提取语声信号的一些特征参量对其进行编码______________。 9、抽样是将模拟信号在___时间上_______离散化的过程，抽样要满足__抽样定理。 10、量化是将PAM信号在____幅度上_________离散化的过程。 11、量化分为___均匀量化________和___非均匀量化__。 12、均匀量化量化区内（非过载区）的最大量化误差为___=△/2 __；过载区内的最 大量化误差为____>△/2___。 13、A律压缩特性小信号时，随着A的增大，信噪比改善量Q____提高_____；大信号时，随着A的增大，信噪比改善量Q___下降______。 14、实现非均匀量化的方法有___模拟压扩法_____和_____直接非均匀编解码法 ____。 15、A律压缩特性一般A的取值为____87.6________。 16、线性编码是_____具有均匀量化特性的编码_____________。 复习题 名词：同步, 映射, 抽样，量化, DPCM, 汉明码, 复用, 定位，时分多路复用，正码速调整，同步复接，异步复接 问答： 1.数字信号和模拟信号的特点。 2.数字信号的有效性和可靠性指标及其计算方法。 3.为什么数字通信的抗干扰性强，无噪声积累? 4.低通和带通信号抽样定理。 5.回答均匀量化与非均匀量化的特点，说明为什么引入非均匀量化. 6.说明码的抗干扰能力与最小码距的关系. 7.什么叫PCM零次群? PCM30/32一至四次群的速率和接口码型分别是什么? 8.帧同步的目的是什么? PCM30/32系统的帧同步码型为何? 9.PCM帧同步系统处理流程图。 10.PCM30/32系统帧结构。 11.PCM帧同步系统中，前方保护和后方保护分别是指什么？其各自防止的现 象是什么？ 12.PCM一次群到异步复接二次群，与同步复接的区别。 13.简述SDH通信系统的特点。 14.SDH帧结构分哪几个区域? 各自的作用是什么? 15.SDH 网的速率等级有哪些? 16.SDH 中复用的概念是什么? 17.SDH 传送网的基本物理拓扑有哪几种? 18.SDH数字通信系统的特点是什么？ 19.画出SDH帧结构，计算出STM-N各个区域的速率大小 20.SDH网同步方式和时钟工作方式。 21.G.707 SDH复用结构。 计算方面： 1.A律13折线编解码，7/11变换； 2.带通信号的抽样及其计算，抽样后信号的频谱形式； 3.循环码计算，循环码多项式，监督矩阵和生成矩阵 4.SDH帧结构中各个信息结构速率的计算 5.系统循环码的多项式计算。 1. 某设备未过载电平的最大值为4096mv，有一幅度为2000mv的样值通过A律13折线逐次对分编码器，写出编码器编码过程及输出的8位PCM码。 2. PCM30/32路的帧长，路时隙宽，比特宽，数码率各为多少？ 3. 设数字信号码元时间长度为05sμ，如采用八电平传输，求信息传输速率及符号速率；若传输过程中2秒误1个比特，求误码率。 4. 为什么同步复接要进行码速变换？ 答：对于同步复接，虽然被复接的各支路的时钟都是由同一时钟源供给的，可以保证其数码率相等，但为了满足在接收端分接的需要，还需插入一定数量的帧同步码；为使复接器、分接器能够正常工作，还需加入对端告警码、邻站监测及勤务联络等公务码（以上各种插入的码元统称附加码），即需要码速变换。 5. 异步复接中的码速调整与同步复接中的码速变换有什么不同？ 答：码速变换是在平均间隔的固定位置先留出空位，待复接合成时再插入脉冲（附加码）； 而码速调整插入脉冲要视具体情况，不同支路、不同瞬时数码率、不同的帧，可能插入，也可能不插入脉冲（不插入脉冲时，此位置为原信息码），且插入的脉冲不携带信息。 6.由STM-1帧结构计算出①STM-1的速率。②SOH的速率。③AU-PTR的速率。 7.采用13折线A律编码，设最小的量化级为1个单位，已知抽样脉冲值为-95 单位。 (1)试求此时编码器输出码组，并计算量化误差（段内码用自然二进制码）；写出对应于该7位码（不包括极性码）的均匀量化11位码。 8.设数字信号码元时间长度为1sμ，如采用四电平传输，求信息传输速率及符 号速率。 答：符号速率为 数字通信原理与技术（第四版） 西安电子科技大学出版社 复习笔记 第一章 我国主要采用欧洲的GSM系统 第四代移动通信系统 特点：1.传输速度更高2.通信服务多元化3.智能化程度更高4.良好的兼容性 关键技术：1.定位技术2.切换技术3.软件无线电技术4.智能天线技术 5.无线电在光纤中的传输技术 6.网络协议与安全 7.传输技术 8.调制和信号传输技术 “三网融合”趋势：电信网，计算机网，有线电视网 一般意义上的通信是指由一地向另一地进行消息的有效传递。 通信从本质上来讲是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将有用的信息无失真、高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。 通信中工作频率与工作波长可互换：公式为λ=c/f，λ工作波长，f工作频率，c光速 基带传输：不采用调制频带传输：采用调制 脉冲数字调制：APC-自适应可预测编码LPC-线性可预测编码 通信方式： 1.按消息传送的方向与时间分 单工通信：单方向传输。广播 半双工通信：不能同时收和发。对讲机、收发报机 全双工通信：可同时双向传输信息。普通电话、各种手机 2.按数字信号排序分 串序传输：代表信息的数字信号序列按时间顺序一个接一个在信道传输 并序传输：分割成两路或以上的序列同时在信道传输 3.按通信网络形式分 点到点通信方式、点到多点通信（分支）方式、多点到多点通信（交换）方式 通信必有三个部分：发送端、接收端、信道 模拟通信系统两种变换： 1.把连续消息变换成电信号（发端信息源完成）和把电信号恢复成最初的连续信号（收端受信者完成） 2.将基带信号转换成其频带适合信道传输的信号，由调制器完成；在接收端经过相反的变换，由解调器完成 已调信号三个基本特性： 1.携带有信息 2.适合在信道中传输 3.具有较高频率成分 数字通信系统：信道中传输数字信号的系统 数字频带传输通信系统 在数字通信中，称节拍一致为“位同步”或“码元同步”； 称编组一致为“群同步”或“帧同步”。 课程设计报告 一．设计题目 数字频带传输系统的仿真设计 二．主要内容及具体要求 a．利用所学的《通信原理及应用》的基础知识，设计一个2ASK数字调制器。完成对2ASK的调制与解调仿真电路设计，并对其仿真结果进行分析。要求理解2ASK 信号的产生，掌握2ASK信号的调制原理和实现方法并画出实现框图。 b．设计一个2FSK数字调制器。要求给出2FSK的产生原理框图（调频法、键控法）、SystemView仿真电路图、调制解调的原理框图，给出信号的频谱图、调制前与 借条后数据波形比较覆盖图，加噪前后相关波形。 三．进度安排 5.28-5.29 图书馆查阅资料，确定选题，思考总体设计方案 熟悉软件的编程环境 推荐的参考资料有： 《MATLAB通信工程仿真》 《MATLAB/SIMULINK通信系统建模与仿真实例分析》 《MATLAB在通信系统建模中的应用》 5.30 总体设计方案的确定与设计 5.31 各部分的具体实现 6.01—6.02 程序调试并程序注释 6.03 整理完成设计报告 四．成绩评定 总成绩由平时成绩（考勤与课堂表现）、程序设计成绩和报告成绩三部分组成，各部分比例为30%,50%,20%. （1）平时成绩：无故旷课一次，平时成绩减半；无故旷课两次平时成绩为0分，无故旷课三次总成绩为0分。迟到15分钟按旷课处理 （2）设计成绩：按照实际的设计过程及最终的实现结果给出相应的成绩。 （3）设计报告成绩：按照提交报告的质量给出相应的成绩。 备注：每人提交一份课程设计报告（打印稿和电子稿各一份） 课程设计报告按照模板撰写内容，要求详细、准确、完整。 第一部分 1 2ASK 调制方法 1.基本原理调 频移键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。在2ASK 中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。一种常用的也是最简单的二进制振幅键控方式称为通—断键控（OOK ），其表达式为： =)(t e OOK ???? ?-时 发送“以概率”时发送“ 以概率"01,01,cos P P t A c ω （1-1） 典型波形如图1-1所示： 图1-1 数字通信原理试卷一 一、填空题（每题3分） 1、通信的目的是_______ 或________ 信息。 2、通信方式有两种基本形式，即________通信和_______ 通信。 3、数字通信在____________和____________上均是离散的。 4、某一数字信号的符号传输速率为1200波特（Bd），若采用四进制传输，则 信息传输速率为___________。 5、设信道的带宽B=1024Hz，可传输2048 bit/s的比特率，其传输效率η=_________。 6、模拟信号经抽样、量化所得到的数字序列称为________信号,直接传输这种 信号称为___________。 7、目前最常用的多路复用方法为________复用和_______复用。 8、由于噪声的干扰可能使帧同步码出现误码，我们将这种情况称为_____________。 9、一般PCM（脉冲编码调制）的帧周期为__________。 10、PCM30/32制式中一复帧包含有_____帧，而每一帧又包含有_____个路时 隙，每一路时隙包含有______个位时隙。 一、1、交换、传递；2、基带传输、频带传输；3、幅度、时间；4、2400b/s 5、2b/s/hz； 6、数字、基带； 7、频分、时分； 8、假失步； 9、125 us 10、16 32 8 二、选择题（每题2分）二、1、a ；2、b ；3、c ；模拟信号的特点为： (a) 幅度为连续(b) 时间域上全有值 (c) 幅度连续，时间间断(d) 幅度离散 1、数字基带信号为： (a) 基础信号(b)完成了模数变换后的信号 (c) 频带搬以后的信号(d)仅为和值的信号 2、量化即 (a) 对样值进行定量(b) 在时间域上进行离散化 (c) 将信号样值幅度变换为有限个离散值 (d)将样值幅度分层为无限个值 数字通信系统的模型 ? 数字通信系统的分类 数字通信系统可进一步细分为数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统、模拟信号数字化传输通信系统。 1. 数字频带传输通信系统 数字通信的基本特征是，它的消息或信号具有“离散”或“数字” 的特性，从而使数字通信具有许多特殊的问题。例如前边提到的第二种变换，在模拟通信中强调变换的线性特性，即强调已调参量与代表消息的基带信号之间的比例特性；而在数字通信中，则强调已调参量与代表消息的数字信号之间的一一对应关系。 另外，数字通信中还存在以下突出问题：第一，数字信号传输时，信道噪声或干扰所造成的差错，原则上是可以控制的。这是通过所谓的差错控制编码来实现的。于是，就需要在发送端增加一个，而在接收端相应需要一个解码器。第二，当需要实现保密通信时，可对数字基带信号进行人为“扰乱”（加密），此时在收端就必须进行解密。第三，由于数字通信传输的是一个接一个按一定节拍传送的数字信号，因而接收端必须有 一个与发端相同的节拍，否则，就会因收发步调不一致而造成混乱。另外，为了表述消息内容，基带信号都是按消息特征进行编组的，于是，在收发之间一组组的编码的规律也必须一致，否则接收时消息的真正内容将无法恢复。在数字通信中，称节拍一致为“位同步”或“码元同步”，而称编组一致为“群同步”或“帧同步”，故数字通信中还必须有“同步”这个重要问题。 综上所述，点对点的数字通信系统模型一般可用图 1-3 所示。 需要说明的是，图中 / 、加密器 / 解密器、编码器 / 译码器等环节，在具体通信系统中是否全部采用，这要取决于具体设计条件和要求。但在一个系统中，如果发端有调制 / 加密 / 编码，则收端必须有解调 / 解密 / 译码。通常把有调制器 / 解调器的数字通信系统称为数字频带传输通信系统。 2. 数字基带传输通信系统 与频带传输系统相对应，我们把没有调制器 / 解调器的数字通信系统称为数字基带传输通信系统，如图 1-4 所示。 1、已知一个4进制信号的码元速率为4800波特，则其对应的信息速率是( C ) A.4800bit/s B.2400bit/s C.9600bit/s D.14400bit/s 2、产生已抽样信号频谱混叠的原因是（ C ） A.f s≥f m B.f s=2f m C.f s<2f m D.f s≥2f m 3、样值为301△，它属于A律13折线的（ B ） A.第5量化段 B.第6量化段 C.第7量化段 D.第8量化段 4、在同一条链路上可传输多路信号，利用的是各路信号之间的（ B ） A. 相似性 B.正交性 C. 一致性 D. 重叠 5、在光纤中采用的多路复用技术是（ C ） A.时分复用 B. 频分复用 C.波分复用 D. 码分复用 R=( ), 信1、在4进制系统中，每秒钟传递1000个4进制符号，此系统的码元速率 B R( ).( A ) 息速率 b A.1000Bd,2000b/s B.2000Bd,2000b/s C. 2000Bd,1000b/s D. 1000Bd,1000b/s 2、满足抽样定理时低通型信号的抽样频率应选为（ D ） A.f s≥f m B.f s=2f m C.f s<2f m D.f s≥2f m 3、设模拟信号s(t)的幅度在[-2,2]v内均匀分布，对它进行奈奎斯特速率抽样，并均匀量化后， 编为2进制码。量化间隔为1/64v，需要多少量化电平数？（ D ） A.64 B.128 C.192 D.256 4、消息码为：1010001110001，对应的AMI码为：（ A ） A. +10-1000+1-1+1000-1 B. +10-00000-1+1000-1 C. -10+1000+1-1+1000-1 D. +10+1000-1-1+1000+1 5、PCM30/32的二次群速率为（ B ） A.64 kb/s B.8.448Mb/s C.384kb/s D.2.048Mb/s 2、产生已抽样信号频谱混叠的原因是（ C ） A.f s≥f m B.f s=2f m C.f s<2f m D.f s≥2f m 3、均匀量化的PCM系统中，编码位数每增加1位，量化信噪比可增加（ C ）dB. A.2 B. 4 C. 6 D. 8 4、绝对码为：10010110，对应的相对码为：（ B ） A. 10100101 B.11100100 C. 11100110 D. 11000110 5、SDH采用的数字复接方法一般为（ B ） A.异步复接 B.同步复接 C.异步复接或同步复接 D.以上都不是 1、出现概率越__小__ 的消息，其所包含信息量越大； 2、模拟信号的数字化过程主要包括抽样、_量化 _和编码； 3、数字复接的方式主要有按位复接、按字复接和按帧复接； 4、为了减小相干载波的稳态相位误差，应减小带通滤波器带宽和增大锁相环的增益； 5、分组码（n,k）的编码效率为_ k/n ； 1、衡量数字通信系统可靠性的主要指标是___差错率； 2、模拟信号的数字化过程主要包括抽样、量化和编码； 3、数字复接的方式主要有按位复接、按字复接和按帧复接； 课程设计目的： 1、熟练掌握Systemview的用法，在该软件的配合下完成各个系统的结构图，还有调试结果图 2、深入了解2ASK，2FSK，2PSK，2DPSK的调制解调原理 课程设计器材： PC机，Systemview软件 课程设计原理： 数字信号的传输方式可以分为基带传输和带通传输。为了使信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道特性相匹配。在这个过程中就要用到数字调制。 在通信系统中，利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，来实现数字调制，这种方法通常称为键控法，主要对载波的振幅，频率，和相位进行键控。键控主要分为：振幅键控，频移键控，相移键控三种基本的数字调制方式。 Systemview的基本介绍： SystemView是一个用于现代科学与科学系统设计及仿真打动态系统分析平台。从滤波器设计、信号处理、完整通信系统打设计与仿真，到一般打系统数字模型建立等各个领域，SystemView在友好而功能齐全打窗口环境下，为用户提供啦一个精密的嵌入式分析工具。 进入SystemView后，屏幕上首先出现该工具的系统视窗，系统视窗最上边一行为主菜单栏，包括：文件（File）、编辑（Edit）、参数优选（Preferences）、视窗观察（View）、便笺（NotePads）、连接（Connetions）、编译器（Compiler）、系统（System）、图符块（Tokens）、工具（Tools）和帮助（Help）共11项功能菜单。如下图所示。 系统视窗左侧竖排为图符库选择区。图符块（Token）是构造系统的基本单元模块，相当于系统组成框图中的一个子框图，用户在屏幕上所能看到的仅仅是代表某一数学模型的图形标志（图符块），图符块的传递特性由该图符块所具有的仿真数学模型决定。创建一个仿真系统的基本操作是，按照需要调出相应的图符块，将图符块之间用带有传输方向的连线连接起来。这样一来，用户进行的系统输入完全是图形操作，不涉及语言编程问题，使用十分方便。进入系统后，在图符库选择区排列着8个图符选择按钮创建系统的首要工作就是按照系统设计方案从图符库中调用图符块，作为仿真系统的基本单元模块。可用鼠标左键双击图符库选择区内的选择按钮。 当需要对系统中各测试点或某一图符块输出进行观察时，通常应放置一个信宿（Sink）图符块，一般将其设置为“Analysis”属性。Analysis块相当于示波器或频谱仪等仪器的作用，它是最常使用的分析型图符块之一。 在SystemView系统窗中完成系统创建输入操作（包括调出图符块、设置参数、连线等）后，首先应对输入系统的仿真运行参数进行设置，因为计算机只能采用数值计算方式，起始点和终止点究竟为何值？究竟需要计算多少个离散样值？这些信息必须告知计算机。假如被分析的信号是时间的函数，则从起始时间到终止时间的样值数目就与系统的采样率或者采样时间间隔有关。实际上，各类系统或电路仿真工具几乎都有这一关键的操作步骤，SystemView 也不例外。如果这类参数设置不合理，仿真运行后的结果往往不能令人满意，甚至根本得不到预期的结果。有时，在创建仿真系统前就需要设置系统定时参数。 时域波形是最为常用的系统仿真分析结果表达形式。进入分析窗后，单击“工具栏”内的绘制新图按钮（按钮1），可直接顺序显示出放置信宿图符块的时域波形，对于码间干扰和噪声同时存在的数字传输系统，给出系统传输性能的定量分析是非常繁杂的事请，而利用“观察眼图”这种实验手段可以非常方便地估计系统传输性能。实际观察眼图的具体实验方法是：用示波器接在系统接收滤波器输出端，调整示波器水平扫描周期T s，使扫描周期与码元周期T c同步（即T s＝nT c，n为正整数），此时示波器显示的波形就是眼图。由于传输码序列的随机性和示波器荧光屏的余辉作用，使若干个码元波形相互重叠，波形酷似一个个“眼睛”，故称为“眼图”。“眼睛”挣得越大，表明判决的误码率越低，反之，误码率上升。SystemView具有“眼图”这种重要的分析功能。 当需要观察信号功率谱时，可在分析窗下单击信宿计算器图标按钮，出现“SystemView 信宿计算器”对话框，单击分类设置开关按钮spectrum，完成功率谱的观察。 课程设计过程 1 二进制振幅键控 2ASK 2ASK的实现： 模拟调制法键控法 在幅移键控中，载波幅度是随着调制信号而变化的。一种是最简单的形式是载波在二进制调制信号1或0控制下通或断，这种二进制幅度键控方式称为通断键控（OOK）。二进制振幅键控方式是数字调制中出现最早的，也是最简单的。这种方法最初用于电报系统，但由于它在抗噪声的能力上较差，故在数字通信中用的不多。但二进制振幅键控常作为研究其他数字调制方式的基础。 4PSK和4ASK的MATLAB仿真 一、实验目的： 学会利用MATLAB软件进行4PSK和4ASK调制的仿真。通过实验提高学生实际动手能力和编程能力，为日后从事通信工作奠定良好的基础。 二、实验内容：利用MATLAB软件编写程序，画出4PSK和4ASK图形，进一步了解4PSK和4ASK调制的原理。 （1）设二进制数字序列为0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0，编程产生4PSK调制信号波形。 （2）设二进制数字序列为1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1，编程产生4ASK调制信号波形。 三、程序和实验结果： （1）4PSK程序 clf clc clear T=1; M=4; fc=1/T; N=500; delta_T=T/(N-1); input=[0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0] input1=reshape(input,2,7) t=0:delta_T:T for i=1:7 hold on if input1([1 2],i)==[0;0] u=cos(2*pi*fc*t);plot(t,u) elseif input1([1 2],i)==[1;0] u=cos(2*pi*fc*t+2*pi/M);plot(t,u) elseif input1([1 2],i)==[1;1] u=cos(2*pi*fc*t+4*pi/M);plot(t,u) elseif input1([1 2],i)==[0;1] u=cos(2*pi*fc*t+6*pi/M);plot(t,u) end t=t+T end grid hold off 实验结果：二进制数字频带传输系统设计方案ASK系统+
通信原理综合实验数字频带传输系统的仿真报告解析
通信原理数字信号频带传输
《数字通信原理(第三版)》教材课后习题答案
2FSK数字信号频带传输系统的设计和建模
基于Systemview的二进制数字频带传输系统设计——2PSK系统
基于Systemview的数字频带传输系统的仿真
数字调制系统(数字频带传输系统)
北邮数字通信原理期末综合练习题
数字通信原理复习
数字通信原理与技术(第四版)复习笔记
数字频带传输系统的仿真设计(数字通信原理课程设计)
数字通信原理试卷及答案.
数字通信系统的模型
数字通信原理(附答案)[1]
基于Systemview的数字频带传输系统的仿真要点
数字通信原理与技术报告(4ASK和4PSK)
相关主题
文本预览