第七章 数字信号的载波传输要点

数字信号的传送我们知道，数字信号在时域上是呈离散性的且都只有两种状态1和0，在短距离传送时（100米以下）可采用基带传输，当要进行远距离传输时就要采取载波传输方式了。

载波传输系统是把数字信号调制到载波上再送入传输信道中，它同基带传送心痛仅是在数字信号的输出端增加一个调制器，在数字输入口前增加一个解调器而其它部分则完全相同。

一、基带传输系统在数字通信系统中，信道编码器输出的代码还需经过码型变换，变为适于传输的码型。

常用的基带传输码主要有以下几种：1、双极性不归零码；2、单极性不归零码；3、双极性归零码；4、单极性归零码；5、曼彻撕特码。

这里的所谓双极性是指用正脉冲和负脉冲分别代表数字信号1和0；所谓单极性是指用正脉冲和零分别代表数字信号1和0；所谓不归零是代表第一个码元的脉冲过后紧接着是代表第二个码元的脉冲，两者之间没有时间间隔，即所谓归零。

曼彻撕特码是以半个符号宽的先正后负（1、0）的脉冲代表数字信号1，而以半个符号的先负后正的脉冲（0、1）代表数字信号0，如图D-1所示。

双极性不归零码中，如果0和1出现的概率相同，正负电压正好抵消无直流分量，因而对传输有利且有较强的抗干扰能力。

在基带传送系统中，通常采用多路复用技术，多路复用是将来自不同信息源的各路信息按某种方式合并为一路，通过同一信道传送给接收端，接收端再按相应方式分离出各路信号送给不同的用户。

多路复用的方式有：1、频分复用；2、时分复用；3、码分复用；4、波分复用；5、时间压缩复用等。

在数字通信中则更多地使用时分复用技术，所谓时分复用是将各路信号利用同一信道的不同时隙来进行通信，因为时分复用传输时各路信号不在同一时间上传送，不容易产生交调和互调失真，所以时分复用系统的非线性失真指标要求不高。

在时分复用系统中要使用两个主要器件：一是复接器，它的功能是把几路信号按时分复用的原理合成为一个合路数字信号。

另一个是分接器，它与复接器功能相反，是把合路信号还原为几个支路的数字信号。

第一章绪论1、通信的目的：传递消息中所包含的信息。

2、信息：是消息中包含的有效内容3、模拟信号信号的参量取值是连续（不可数、无穷多）的（抽样信号未量化仍为模拟信号）数字信号信号的参量取值是可数的有限的4、按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统；按照传输媒介、通信系统可分为有线通信系统和无线通信系统5、模拟消息⇔原始电信号（基带信号）；基带信号⇔已调制信号（带通信号）6、数字通信系统模型信源编码与译码目的：①提高信息传输的有效性②完成模/数转换信道编码与译码目的：增强抗干扰能力，提高可靠性基本的数字调控方式有振幅键控（ASK）、频移键控(FSK)、绝对相移键控(PSK)、相对（差分）相移键控(DPSK)按同步的公用不同，分为载波同步、位同步、群（帧）同步、网同步7、数字通信的特点优点①抗干扰能力强，且噪声不积累②传输差错可控③便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储。

（便于将来自不同信源的信号综合到一起传输）④易于集成，使通信设备微型化，重量轻⑤易于加密处理，且保密性好缺点：①需要较大的传输带宽②对同步要求高8、按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统频分复用是用频谱搬移的方法是不同信号占据不同的频率范围；时分复用是用脉冲调制的方法使不同的信号占据不同的时间区间；码分复用是用正交的脉冲序列分别携带不同的信号。

9、单工、半双工和全双工通信单工通信：消息只能单方向传输的工作方式半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时收发的工作方式全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方10、信息及其度量)(log )(1log x P x P I a a-== P （x ）表示信息发生的概率，I 表信息中所含的信息量 上式中对数的底：若a = 2，信息量的单位称为比特(bit) ，可简记为b 若a = e ，信息量的单位称为奈特(nat)，若a = 10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley) 。

浅析数字信号的载波传输摘要：本论文旨在对数字信号的载波传输进行浅析。

数字信号的载波传输是一种用于在信道中传输数字信息的技术。

本文首先介绍了数字信号和载波的概念，然后探讨了数字信号的模拟和数字化的过程以及数字信号的传输方式。

接着，本文详细分析了数字信号的载波传输的原理和技术，包括基带传输、曼彻斯特编码、频移键控等技术，同时对数字信号的调制方式进行介绍。

最后，本文对数字信号的载波传输技术在实际应用中所存在的优缺点进行了讨论。

通过本文的论述，读者能够深入了解数字信号的载波传输技术的基本原理和应用场合，并了解其在实际应用中的优缺点。

关键词：数字信号、载波传输、调制、基带传输、曼彻斯特编码、频移键控正文：一、数字信号与载波的概念数字信号是一种通过数字方式表达的信号。

数字信号通常由一系列的数字信号点构成，而这些数字信号点由一系列的比特序列来表示。

比特序列通常由一系列的0和1组成，这些数字通常被称为“位”。

数字信号可以用于在不同的媒介间传输、处理和存储信息。

载波是指一种能够通过信道传播信息的信号。

在无线通讯中，载波是一种在无线电或微波频率范围内传输信息的信号。

载波在通讯系统中的作用是承载调制信息，将这些信息传递到接收端。

二、数字信号的模拟与数字化数字信号的模拟与数字化过程是将连续时间和连续幅度的模拟信号转化为离散时间和离散数字的数字信号的过程。

数字信号的模拟和数字化是数字信号的基础，是实现数字信号的传输和处理的前提条件。

数字信号的模拟过程中，模拟信号被采样，并将采样值离散化为一系列的数字信号点。

数字化过程中，采样值经过量化，并用二进制表示。

数字化的过程中，采样信号的精度越高，数字信号的表示越准确。

三、数字信号的传输方式数字信号的传输方式一般有两种，分别是基带传输和带通传输。

基带传输是指在信道中直接传输数字信号的方式，带通传输是指将数字信号在调制信号的作用下转化为带通信号进行传输的方式。

基带传输方式直接将数字信号传输到接收端，但由于信道噪声、频响等问题，基带传输通常不适用于远距离传输。

数字通信中信息速率、符号率和带宽的换算数字通信原理是数字电视技术的基础。

在全台数字化、有线电视数字化、数字电视等等这些数字概念的应用中，需要了解、掌握数字通信技术与电视技术。

下面，就数字电视技术应用中常用的基本知识点做一归纳和小结。

一、基带数字信号的基本概念1、基带数字信号的主要指标和基本波形在数字通信中衡量系统传输能力的重要指标，常用比特率和波特率表示。

对于任何形式的数字传输，接收机必须知道发射机发送的信息速率。

在基带传输系统中用比特率表示传输的信息速率。

信息速率Rb 是指单位时间内传输的二进制比特数。

单位是比特率，用bit/s表示。

例如计算机串口的传输码率最高到 115200bit/s。

基带数字信号的基本波形如（图一）所示。

在图（一）中，二进制信号波形有；(a)单极性波形，（b）双极性波形，（c）单极性归零波形，（e）差分波形。

（d）双极性归零波形为三元码。

符号率Rs 是指单位时间内传输的调制符号数，即指三元及三元以上的多元数字码流的信息传输速率，单位是波特率，用baud/s表示。

码元的概念：数字信号一个取值的波形称为一个码元。

在数字基带信号中，二进制和多进制信号码元波形示意如图（二）所示。

在图（二）中；(a) 二进制单极性信号，(b)基带多电平单极性不归零信号，(c)基带多电平双极性不归零信号。

在数字信号的载波调制中，码元速率就是符号率，单位也是baud/s。

在调制器映射之后到解调器反映射之前，信息以多元符号形式存在，这时采用波特率更为方便。

信息速率和符号率的单位不同，但在二进制中它们的数值相同。

在M 进制调制中，信息速率Rb 和符号率Rs 之间关系为：（1）码元或符号周期用Ts表示，符号率用Rs表示，则有Rs=1/Ts 。

2、基带数字信号的传输码形对模拟信号抽样、量化、编码可以得到具有上述波形的基带数字信号。

为了适合信道传输，这些基带数字信号还要进行码形变换，其作用是；减少信号中的直流和低频分量，使码元含有定时信息，提高传输效率，具有一定的检错能力等。

第6章 数字信号的载波传输（备注：在实际授课中将第8章“现代数字调制技术”纳入第6章中进行）6.1本章知识点数字信号的载波传输是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在接收端对载波信号的离散调制参量进行检测。

数字信号的载波传输信号也称为键控信号。

根据已调信号参数改变类型的不同，数字调制可以分为幅移键控（ASK ）、频移键控（FSK ）和相移键控（PSK ）。

其中幅移键控属于线性调制，而频移键控属于非线性调制。

6.1.1二进制数字调制原理1、二进制幅移键控（2ASK ）二进制幅移键控（2ASK ）是指高频载波的幅度受调制信号的控制，而频率和相位保持不变。

也就是说，用二进制数字信号的“1”和“0”控制载波的通和断，所以又称通—断键控OOK （On —Off Keying ）。

（1）、2ASK 信号的时域表达()2()()c o s c o s ASK c n s c nS t s t t a g tn T t ωω⎡⎤==-⎢⎥⎣⎦∑ （6-1） 一个典型的2ASK 信号时间波形如图6-1所示（图中载波频率在数值上是码元速率的3倍）。

图6-1 2ASK 信号时间波形（2）、2ASK 信号的产生2ASK 信号的产生方法有两种：模拟调制法和键控法。

（3）、2ASK 信号的功率谱及带宽当()s t 为0、1等概率出现的单极性矩形随机脉冲序列（码元间隔为s T ）时，2ASK 信号的功率谱密度为[][]{}222()()()161[()()]16sASK c s c s c c T P f Sa ff T Saff T f f f f ππδδ=++-+++- （6-2）2ASK 信号的频带宽度2A SK B 为数字基带信号带宽s B 的两倍。

222ASK s B B B R == （6-3）上式中，1/B s R T =为码元传输速率。

特别：式（6-3）是在数字基带信号()s t 用单极性矩形脉冲波形表示的前提条件下得到的结论。

数字信号的载波传输马运聪 PB07210249 凌彬 PB07210039实验一：二进制幅度键控（ASK ）1.ASK 调制通-断键控表达式为t A a t S c n ook ωcos )(⋅=，其中n a 表示输入二进制数字。

调制信号如下：二进制幅度键控表达式为t nT t g a t S c n s n ASK ωcos )()(⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⋅=∑，实验结果如下：信号的频谱中心在c f ，与基带传输不同，其抗干扰的能力更强。

2.ASK解调ASK解调分为包络检波和相干解调，其过程如下：（1）包络检波（2）相干解调实验中用BS作为相乘器的频率计，其结果如下：解调信号与原信号相比有半个周期的延时，这是由于抽样判决器需要一定时间来判断输入的信号是否稳定在某个电平范围，从而保证了判决的正确率。

输入带通滤波器半波或全波整流器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出输入相乘器半波或全波整流器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出tccos实验二：二进制频移键控（FSK ）1.FSK 调制二进制频移键控调制信号表达式为：t nT t ga t nTt g a t S n s n n s n FSK 21cos )(cos )()(ωω⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⋅+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⋅=∑∑，原理如下：调制信号如下：二进制信号 NRZ 倒相门振荡器 门振荡器相加输出2.FSK 解调除了可以采用类似于ASK 解调的非相干解调和相干解调外，还可以采用常用而简便的过零检测法，其原理分别如下：（1）非相干解调（2）相干解调（3）过零检测法输入 1ω带通 滤波器 包络 检波器抽样 判决器 输出 抽样 脉冲 2ω带通 滤波器 包络 检波器 输入 1ω带通 滤波器 低通滤 波器 抽样 判决器 输出 抽样脉冲2ω带通 滤波器低通滤 波器相乘器 相乘器 t 1cos ω t 2cos ω 输入 限幅 微分 整流 宽脉冲发生低通实验结果如下：通过调节判决电压使输出波形正确，其效果与ASK 一致。