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第五章 数字信号的频带传输 教学重点 1 理解典型数字调制信号的波形与特点 能画出这些信号的波形 2 理解频分多路复用原理 3 理解调制解调器的功能 类型 基本原理框图 4 了解各种数字调制方式中调制和解调的方法 5 了解数字通信中的同步技术 掌握典型数字调制信号的波形与特点 调制解调器 学时分配 教学难点 第五章数字信号的频带传输 5 1概述 5 2振幅键控调制 ASK 5 3移频键控调制 FSK 5 4移相键控调制 PSK 5 5常用改进型数字调制技术 5 6同步技术概念 5 1概述 一 频带传输系统组成 二 数字调制的三种基本形式 有线信道中数字信号一般利用基带传输 而在无线信道中数字信号则是采用频带传输的 一 频带传输系统组成 频带传输系统图5 1所示 工作过程如下 原始数字序列经基带信号形成器后变换成适合于传输的基带信号 然后送到键控器来控制射频载波的振幅 频率或相位 形成数字调制信号后送至信道 在信道中传输的还有各种干扰 接收滤波器把淹没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 还原出数字基带信号 t 图5 1频带传输系统的组成方框图 频带传输系统的性能和质量 主要通过误码率和频带利用率来表示 1 数字信号调制 用数字信号去控制高频载波的振幅 频率和相位 使高频载波的振幅 频率和相位随数字信号而变化 称为数字信号调制 数字信号对高频载波的调制与模拟信号对高频载波的调制相似 二 数字调制的三种基本形式 2 数字键控 数字信号是离散的 其对载波信号进行调制时 的过程相似于对高频载波信号进行开关控制的工作状态 所以数字调制又称为数字键控 数字信号对载波的振幅调制称为振幅键控 ASK 对载波频的率调制称为频移键控 FSK 对载波的相位调制称为相移键控 PSK 若数字信号S t 是二进制的 则ASK FSK PSK实现原理框图及键控信号的输出波形如图5 2所示 图5 22ASK 2FSK 2PSK调制方框图及输出波形 5 2振幅键控调制 ASK 一 振幅键控信号的产生 二 振幅键控信号的解调 一 振幅键控信号的产生 振幅键控信号输出波形特点是 当数字信号为 1 时 高频载波有输出 当数字信号为 0 时 高频载波没有输出 振幅键控调制的实现可由数字信号与载波信号相乘来得到 其原理框图如图5 3所示 图5 3振幅调制的一般模型 上图中 COS ct为高频载波信号 S t 为数字基带信号 载波信号与基带信号在乘法器中相乘 乘法器输出为 m t S t COS ct 当S t 为 0 时 乘法器输出为0 当S t 为 1 时 乘法输出COS ct的高频载波信号 可得出 当数字基带信号S t 含有直流分量时 S t 可看成是由直流分量E和交流分量S t 叠加而成 即S t E S t 则m t 可分解成 2ASK的实质是由二进制的数字信号去控制一个连续的载波振荡信号 使载波振荡信号时断时续 m t S t COS ct E S t COS ct ECOS ct S t COS ct ECOS ct为高频载波分量 S t COS ct为上 下边频分量 可见 当数字调制信号含有直流时 振幅键控调制 ASK 信号是一个普通调幅信号 当数字信号中不含有直流分量E时 则此时的已调信号为抑制载波的双边带调幅信号 DSB 图5 3中的带通滤波器用来选取所需的频率分量 以得到符合传输要求的振幅键控信号SASK 当带通滤波器只取出已调信号的两个边频分量时 输出信号为抑制掉载波的双边带调幅信号 DSB 当只取出一个边频分量而将载波和另一个边频分量滤除掉时 输出信号为单边带信号 SSB 二 振幅键控信号的解调 振幅键控信号的解调方法分成包络解调和相干解调 同步解调 二种 对于一般的调幅波信号 即含有载波分量的调幅信号 解调既可以用包络检波 也可以相干检波 但对于抑制掉载波的双边带调幅信号和单边带调幅信号 由于它们的振幅包络不反映原来的调制信号 因而解调不能用包络检波而必须用相干检波 适应范围 1 包络解调器 图5 42ASK信号的包络解调 包络解调法的原理方框图如图5 4所示 包络解调法的原理 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 带通滤波器输出为2ASK信号 即m t S t COS ct 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 2 相干解调器 相干解调原理方框图如图5 5所示 图5 52ASK信号的相干解调 基带信号 上式第一项 与载波成分 上式第二项 之间频谱相差很远 经低通滤波后 即可输出S t 2信号 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m t S t COS ct相乘 相乘器输出为 Z t m t COS ct S t COS2 ct S t 1 COS2 ct S t S t COS2 ct 5 3移频键控调制 FSK 一 FSK信号的产生 二 FSK信号的解调 移频键控调制是用数字信号来控制高频载波频率的变化 调制后的载波信号频率代表了要传送的数字信号 2FSK波形特点 数字信号的 1 对应于高频载波f1 数字信号的 0 对应于高频载波f2 用二个高频载波来代表二个数字信号 而且频率f1和f2之间的改变是瞬间完成 一 FSK信号的产生 1 直接调频法图5 6给出了直接调频法产生2FSK信号的电路原理图 图5 6直接调频法产生2FSK信号 直接调频法简单易行 但频率稳定度差 因而实际应用范围不广 随着所要传输的数字信号取值不同 振荡器的振荡频率相应改变 从而达到了对高频载波键控的目的 从图中可见用数字基带信号控制电容C1是否接入LC振荡回路 从而改变振荡器的输出频率 直接调频法简单易行 但频率稳定度差 因而实际应用范围不广 随着所要传输的数字信号取值不同 振荡器的振荡频率相应改变 从而达到了对高频载波键控的目的 2 频率键控法 频率键控又称为频率转换法 它是用数字信号去控制电子开关门电路 使电子开关在二个独立的振荡器之间转换 从而在输出端得到不同频率的已调信号 其原理框图和各点波形如图5 7所示 图5 7频率键控法原理框图及其波形 图中选通门I和选通门II均为电子开关 用于控制振荡信号f1和f2是否到达加法器 两个电子开关均受控于输入信号S t 由于选通门II的前方接有反相器 因而对于同一码元而言 它们的工作状态刚好相反 f1和f2两个信号经加法器输出 便形成了频移键控信号SFSK 有关各点的波形如图5 7 b 所示 在这种方法中 产生的f1和f2两个振荡信号要与码元参数有固定的关系 输出的2FSK信号的相位才会是连续的 频移键控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 二 FSK信号的解调 数字调频信号的解调方法主要有相干解调和非相干解调 过零检测法的基本思想是 数字调频波的过零点数随高频载波的变化而变化 高频载波频率高 过零点数目多 高频载波频率低 过零点数目少 从检测过零点的数目 就可以得到频率的差异 从而还原出数字信号 所以过零检测法又称为计数法 1 过零检测法 过零检测法的原理方框图及各点波形如图5 8所示 图5 8过零检测法方框图及各点波形图 设输入是一个相位连续的FSK信号a 经放大限幅得到一个矩形方波b 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 单向脉冲触发一个脉冲发生器 产生一串幅度为E 宽度为 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 反映着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 再根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号 1 和 0 原理分析 2 包络检测法包络检测法是FSK信号非相干解调方法 其方框图和各点波形如图5 9 a b 所示 图5 9 a 2FSK信号包络检波方框图 图5 9 b 2FSK信号包络检波波形图 框图中用二个窄带的带通滤波器分别滤出代表数字信号的高频载波f1和f2 经过包络检波器后分别取出它们的包络 把两路输出同时送到取样判决器进行比较 从而判决出基带数字信号 设频率f1代表数字信号 1 f2代表数字信号 0 则抽样判决器的判决准则应为 1 2即 1 2 0 判为1 1 2即 1 2 0 判为0 式中 1 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 1 2的大小 或者说把差值 1 2与零电平比较 5 4移相键控调制 PSK 一 基本概念 二 相对调相 DPSK 信号的产生与解调 1 移相键控调制 用高频载波二种相位的变化来代表 0 1 数字信号的变化 一 基本概念 2 绝对调相 PSK 是利用高频载波二种不同的相位去代表 0 1 两种不同状态的数字信号 是以一个固定参考相位的载波为基准的 如用 0代表 0 码 代表 1 码 如图5 10 b 所示 移相键控调制根据相位变化的参考对象不同 可以分成绝对调相 PSK 和相对调相 DPSK 3 相对调相 DPSK 是利用高频载波相位的相对变化来代表 0 1 两种不同状态的数字信号 载波相位变化的参考点是前一个码元 即如果绝对码出现 1 DPSK的相位改变 出现 0 时载波相位不变 如图5 10 d 所示 PSK是以一个固定参考相位的载波为基准的 解调时存在反向工作的情况 在DPSK系统中 解调时不存在反向工作而造成接收相位模糊的问题 实际工程中大多采用DPSK方式 绝对调相 PSK 与相对调相 DPSK 的比较 图5 10二进制绝对移相和相对相移 二 相对调相 DPSK 信号的产生与解调 复习 绝对码和相对码的相互转换 绝对码为an 相对码为bn 编码输出bn与输入an的关系可以用一个方程表示 bn bn 1 an 解码方程为 an bn 1 fan 在解调时 相对调相信号 DPSK 经过绝对调相解调器 得到相对码 bn 再经码型变换器 得到绝对码 an 即基带数字信号S t 如图5 11所示 要得到相对调相 DPSK 信号 只要把数字信号 绝对码an 变换成相对码 bn 然后再对相对码进行绝对调相 PSK 图5 11相对调相 DPSK 信号产生示意图 直接调相法产生相对调相信号原理图及波形图如图5 12所示 1 直接调相法 二进制绝对调相信号的产生方法有两种 直接调相法和相位选择法 1 绝对调相 PSK 信号的产生 图5 12直接调相法产生2PSK信号 图中S t 为双极性数字基带信号 假设S t 正电平代表 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 工作过程 当图中A点电位高于B点电位时 S t 代表 0 二极管V1 V3导通 V2 V4截止 载波经变压器正向输出e t COS ct A点电位低于B点电位时 S t 代表 1 二极管V2 V4导通 V1 V3截止 载波经变压器反向输出 e t COS ct COS ct 即绝对移相 相位选择法的原理框图如图5 13所示 2 相位选择法 相位选择法基本原理就是用数字基带信号S t 控制门电路 选择不同相位的载波输出 此时的S t 通常是单极性的 图5 13相位选择法产生2PSK信号 S t 1时 门2通 门1闭 输出e t COS ct S t 0时 门1通 门2闭 输出e t COS ct 2 DPSK信号的解调 DPSK信号的解调 最方便的方法是将前后码元对应载波的相位进行比较 该方法称之为相位比较法或差分检波法 相位比较法的原理方框图和波形图如图5 14所示 图5 14 a 相位比较法原理框图 图5 14 b 相位比较法波形图 图 指输入相对调相信号 利用延迟电路将前一码元延迟一个码元时间Ts作为参考相位 如图 所示 并与后一码元相乘 鉴相 产生如图 所示波形 图 所示波形经低通积分 当前后码元相位相同时 输出正极性积分脉冲 当前后码元相位相反时 则输出负脉冲 如图 所示 定时脉冲如图 所示 在低通积分输出最大处进行判决 如图 假设发送端用前后码元载波相位差为0表示数字信号 0 用前后码元载波相位差为 表示数字信号 1 那么将解调输出的正极性脉冲判为发送 0 而将负极性脉冲判为发送 1 经过码元形成电路 便可恢复原二进制码 图 数字信号 该码就是原来的绝对码 5 5常用改进型数字调制技术 一 正交振幅调制 QAM 二 多相移相键控调制 MPSK 三 最小移频键控调制MSK与GMSK 四 调制解调器 MODEM 五 非对称数字用户专线 ADSL 一 正交振幅调制 QAM 目前在数字通信系统中使用了若干改进型数字调制方式来提高频率利用率和提高可靠性 如多进制键控 MASK MFSK MPSK 正交振幅调制 QAM 高斯滤波最小移频键控调制 GMSK 等 正交振幅调制 QAM 是用两个独立的基带波形对两个相互正交的载波进行抑制载波的双边带调制 利用已调信号在相同带宽内的频谱正交来实现两路数字信息的传输 正交振幅调制 QAM 的信道频带利用率同单边带一样 因而主要用于高速数字通信系统中 正交振幅调制系统的组成如图5 15所示 图5 15QAM系统方框图 S t S1 t COS ct S2 t Sin ct 假设接收端所产生的相干载波与发送端完全相同 那么两个解调器的输出分别为 m1 t S1 t COS ct S2 t Sin ct COS ct S1 t S1 t COS2 ct S2 t Sin2 ct m2 t S1 t COS ct S2 t Sin ct Sin ct S2 t S1 t Sin2 ct S2 t COS2 ct S1 t 和S2 t 是两个独立的基带波形 COS ct和Sin ct是两个相互正交的载波 这样 发端形成的正交振幅调制信号为 从而实现了波形无失真地传输 在QAM系统中 对信道传输函数的对称性和接收端相干载波的相位误差必须有严格要求 否则在接收端恢复的基带波形中将出现邻道干扰和正交干扰 经过低通滤波器滤除二倍载波份量后 上下两路的基带波形分别为 二 多相移相键控调制 MPSK 利用高频载波多种状态 幅度 频率或相位 来表示要传输的数字信号 分别称为多电平振幅键控调制 MASK 多频率移频键控调制 MFSK 多相移相键控调制 MPSK 由于MASK MFSK占据了较宽的频带 信道利用率低 抗噪声性能低 一般不被采用 经常被采用的是多相移相键控调制 MPSK 它是微波和卫星数字通信中最常用的一种数字调制方式 多相移相键控调制是通过多种不同相位来表示所要传送的数字信号 多相制相位状态有A B两种方式 图5 16所示向量图表示了2相 4相 8相数字调制方式 1 基本概念 图5 16多相调制向量图 2相 4相 8相相位状态的A B两种方式 分别为 2PSK A方式 B方式 4PSK A方式 A方式 B方式 B方式 8PSK 2 四相移相键控 QPSK 四相移相键控数字调制的英文缩写是4PSK 因为它可以由一个载波经正交调制而得到 又称它为正交移相键控 QPSK 四种相位分别是 四相调制的相位与二位二进制信号相对应 所以它的传输速率是比较快的 常用的信息码相位变化图和时间波形如图5 17所示 图5 17QPSK移相键控信号的相位及波形图 多相移相键控信号的载波相位有多个值 可表示为 式中 mn t 为非归零n电平的对称基带信号 例如 1 2 3 2 n为相邻信号的相位间隔 设 则有 式中 在信号持续期间 均为常数 COS 0t与Sin 0t相差 故相互正交 并称余弦项为同相信号 I信号 正弦项为正交信号 Q信号 分别记作I和Q 可见 四相调相可以看作是两个正交的二相调相的合成 图5 18给出产生移相键控信号的原理框图 图5 18产生移相键控调制的方框图 经载波提取电路得到高频载波信号COS 0t 经过乘法器 I信道输出yI t 可表示为 四相移相键控信号的解调框图如图5 19所示 图5 194相移相键控解调框图 Q信道的输出yQ t 这两个分量的信号经过取样判决及并 串变换后输出 I信道和Q信道的输出经过低通滤波器滤除高频成分 分别解出原始调制信号的同相分量和 四相键控和二相键控一样 也存在相位模糊问题 为了防止输出信号的不确定性 实际通信中采用四相相对调相 4DPSK 把图5 18所示的4PSK调制变成4DPSK调制 在图所示的串 并变换电路之后 需再加码型变换器 差分编码器 把绝对码变换成相对码 然后再进行4PSK调制 就可得到4DPSK调制 4DPSK解调器同样需要在并 串变换电路前加码型变换器 把相对码变成绝对码 三 最小移频键控调制MSK与GMSK 1 最小频移键控 MSK 信号 最小频移键控是频移键控 FSK 的一种改进形式 MSK信号的一般表达式为 1 最小频移键控 MSK i 1 T t iTi 1 2 3 式中 ct为载波角频度 其频率为fc c 2 T为码元的时间宽度 为码元的幅值 其值为 1 为相位常数 在码元宽度T内保持不变 当 1时 MSK信号的频率为 f1 fc T当 1时 MSK信号的频率为 f2 fc T 这说明了MSK信号确实具有FSK的属性 即已调信号SMSK的频率值随数字信号的取值而变 根据调频指数Mf的定义 Mf f1 f2 T 显然 MSK的调频指数Mf 0 5 由于MSK的调频指数比一般FSK的调频指数小 一般的FSK通常都在0 5以上 所以称这种频移键控方式为最小频移键控 i 1 T t iT MSK信号随码元变化的相位函数为 在每个码元时间内 MSK信号的相位必须准确地增加或减小 为了满足码元转换时MSK信号的相位连续 即对应于第i个码元MSK信号的起始相位 等于第 i 1 个码元MSK信号的终止相位 所以要求相位常数的取值必须满足下式 例 假设t 0 初相 0 若输入数字序列为 1 1 1 1 1 1 1 1 则其相位函数 t 和相位常数如图 5 20 所示 图5 20MSK信号的相位变化路径 MSK信号的另一种表达式形式如下 MSK信号的产生过程 1 最小移频键控 MSK 调制和解调器 式中 上式表明MSK信号可看作是由两个彼此正交的数据信道所组成 等号后面的第一项是同相信道 即I信道 cos ct是载波 为余弦符号加权函数 Ik是由输入数据决定的同相分量等效数据 类似地 上式等号后面的第二项为正交信道 即Q信道 四sin ct是正交载波 是正弦符号加权函数 Qk是由输入数据决定的正交分量等效数据 根据以上分析 画出MSK调制器的框图如图5 21所示 各处波形如图5 22所示 图5 21MSK调制器方框图 图5 22MSK信号的波形图 MSK信号的本质是数字调频波 所以它可以利用鉴频器来解调 但更常用的是相关解调 如图5 23所示 图5 23MSK信号解调器 图5 23所示电路利用相关载波提取电路从MSK信号中提取出I Q通道的两个正交载波和 然后分别与MSK信号相乘 分别得到 取样判决后变成数字信号 经差分译码 相对码 绝对码 通过并 串变换电路 把I Q信号合成一路解调后的基带数字信号输出 2 高斯滤波最小移频键控 GMSK GMSK 在信号调制之前 采用高斯滤波器进行滤波处理 将基带信号变成高斯脉冲 再进行最小移频键控 就是所谓的GSMK 1 GMSK GMSK具有较小的带外辐射的特点 因而在现代移动通信中得到了广泛的应用 GMSK调制器框图如图5 24所示 图5 24GMSK调制器方框图 图中LPF为高斯低通滤波器 数据信号经过高斯低通滤波器后的波形如图5 25所示 从图中可见 经过高斯低通滤波器后 数字信号的高频分量得到了抑制 比较圆滑的数字信号送入MSK调制器 得到GMSK信号输出 图5 25数字信号通过高斯低通滤波器后的波形 GMSK信号的频谱如图5 26所示 从图中可见 与MSK信号的频谱相比 GMSK信号的边频分量小 带宽窄 功率集中 所以发射机中没有必要再使调制器的输出通过带通滤波器 接收机中在同样接收带宽的条件下 能够通过的功率也较大 图5 26GMSK的频谱 GMSK的调制最简单的方法是输入序列经高斯滤波器后 直接对调频器进行调频 如图5 24所示 但中心频率易改变 故通常采用锁相环调制器 如图5 27所示 2 GMSK的调制与解调 图5 27锁相环GMSK调制器 锁相环GMSK调制器由 2相移的二相移相键控 BPSK 调制器后面接一个锁相环组成 其中 2相移的BPSK是保证每个码元相位变化为 2 而锁相环对BPSK的相位突跳进行平滑 使得在码元转换点处相位连续 没有尖角 因此 最重要的是正确选择锁相环的传输函数 满足输出功率谱特性要求 现有的电话线路主要用于传送模拟信号 而计算机所能处理的是数字信号 由计算机送出的数字信号直接送到电话线路传送 势必产生大量的误码 致使数据通信无法进行 四 调制解调器 MODEM 1 调制解调器的作用 把以数字形式表示的信息变换成适合电话网传输的模拟信号 即前边介绍的载波传输技术 这一变换称之为调制 接收时把收到的模拟信号进行解调 恢复成原始的数字信号 实现这一变换与反变换的设备称之为调制解调器 MODEM 如图5 28所示 问题 解决方法 图5 28数据信号在电话信道上的传输 图中DTE为数据终端设备 例如上网用的计算机 调制解调器 MODEM 是电话网中进行数据传输不可缺少的设备 是数字信号频带传输应用的一种实例 当然它的载波频率应该是在音频信号范围内 1 高速与低速 2 调制解调器的类型 按传输速率分类 则可分成 低速 600bit s 中速 1200 4800 5600bit s 高速 9600 14400 19200bit s 宽带 19200bit s 2 同步与异步 按同步方式分类 则速率在1200bit s以下的调制解调器均为异步式或起止式 内部没有时钟 而是在每一个字符前后加上起 停位来控制同步 运行速率在2400bit s以上的均为同步方式 允许数据或字符无间隔地传输 3 内置与外置 内置即插在计算机里边 内置无独立电源 通过ISA接口与电脑相连 安装时要打开机箱 外置即可放在计算机外边 即插即用 具有独立电源 装拆比较方便 可按需要选用 MODEM的常用调制方式有FSK PSK QAM 4PSK等 FSK PSK用于低速调制解调器 QAM 4PSK用于高速调制解调器 4 调制方式 图5 29展示出了半双工同步调解器的调制 解调过程 3 调制解调器工作过程框图 图5 29调制解调器工作过程框图 工作步骤 1 发送数据经加扰后 变成伪随机码 防止当输入是长连 0 或长连 1 时 因长时间不出现零交点 位时钟出现漂移 从而使定时误差过大 引起失步 2 进行编码 变成合适的数字波形 3 进入数字滤波器和调制器 进行数字信号的调制 把数字信号变成模拟信号 4 经选择器选入相应的信道滤波器 目的是进行发送信道的均衡 使信号在传输时所引起的失真小一些 工作步骤 5 经混合线圈4 2线转换后输入线路 由线路上来的接收数据 经自动增益控制器调整电平及数字解调 或经均衡器后解码 解扰 整个电路的同步信号由发送定时脉冲锁相环进入微调 并设有定时脉冲恢复电路和载波恢复电路 来保证调解器的正常工作 五 非对称数字用户专线 ADSL 如果采用了调制解调器 moden 上网 它占用的频带和电话相同 因此打电话时不能上网 或上网时不能打电话 同时modem上网的速率太慢只有56kbit s 所以目前在各大城市中的上网方式大多选用非对称数字用户专线 ADSL 上下行速率是非对称的 即上下行速率不相等 下载的速率远大于上传的速率 故称为是非对称数字用户专线 符合上网时 浏览信息多于上传信息的实际要求 传统的电话线使用了0kHz 4kHz的低频段进行语音传送 而电话线理论上有接近2MHz的带宽 为了充分利用2MHz的带宽 当在电话线端放置了ADSL调制解调器的时候 在电话线上便产生了三个信息通道 1 速率为1 5Mbit s 9Mbit s的高速下行通道 用于用户下载信息 2 速率为16kbit s 1Mbit s的中速双工通道 用于用户传输上行信息 3 传统的电话服务通道 用于普通电话服务 ADSL的频谱分割如图5 30所示 图5 30ADSL的频谱分割 这三个通道可以同时工作 这意味着你可以在下载文件的同时在网上观赏你点播的大片 并且通过电话和你的朋友对大片进行一番评论 ADSL靠什么实现这一切呢 它采用了高级的数字信号处理技术和新的算法压缩数据 为了在电话线上分隔有效带宽 产生多路信道 ADSL调制解调器一般采用两种方法实现 频分多路复用 FDM 和回波消除 EchoCancellation 技术 FDM在现有带宽中分配一段频带作为数据下行通道 同时分配另一段频带作为数据上行通道 下行通道通过时分多路复用 TDM 技术再分为多个高速信道和低速信道 同样 上行通道也由多路低速信道组成 而回波消除技术则使上行频带与下行频带叠加 通过本地回波抵消来区分两频带 它非常有效的使用了有限的带宽 频分多路复用 FDM 主要采用了2种线路调制技术 分别称为抑制载波幅度和相位调制 CAP 离散多音复用调制 DMT 其中CAP的基础是正交幅度调制 QAM 在CAP中 数据被调制到单一载波之上 而在DMT中 数据被调制到多个载波之上 每个载波上的数据使用QAM进行调制 DMT使用0 4kbit s频带传输电话音频 用26k 1 1Mbit s频带传送数据 并把它以4K的宽度分为25个上行子通道和249个下行子通道 由此可以计算出它的上下信传输速率 速度计算公式为 通道数 每通道位数 调制速度 所以ADSL的理论上行速度为25 15 4kHz 1 5Mbit s 而理论下行速度为249 15 4kHz 14 9Mbit s 5 6同步技术概念 同步系统是数字通信设备的重要组成部分 本节介绍同步的一些基本概念 1 载波同步 当采用同步解调或相干检测时 接收端需要提供一个与发端调制载波同频同相的相干载波 获得这个相干载波的过程就称为载波同步 2 位同步 在接收端产生与接收码元的重复频率和相位一致的定时脉冲序列的过程称为位同步 3 帧同步 在接收端产生与 字 帧 起止时刻相一致的定时脉冲序列 称为 字 同步和 帧 同步 统称为帧同步 4 网同步 在整个通信网内有一个统一的时间节拍标准 称为网同步 5 外同步法 同步信号作为一种时间信息来专门传送的 称为外同步法 6 自同步法 同步信号是从所传输的有用信息中提取的 称为自同步法 本章小结 本章主要介绍了数字信号的频带传输 并简单地介绍了同步的基本概念 1 数字调制 就是用基带数字信号去控制载波参量的取值 即所谓键控的方法 2 三种基本的键控的方法 振幅键控 ASK 频移键控 FSK 相移键控 PSK 三种基本方式 3 频率键控 是利用载波的不同频率代表不同的数字信号来进行信息传输的 它的实现方法有两种 频率键控法和直接调频法 数字调频信号的解调 一般采用非相干解调法 例如包络检测法 4 相移键控分为绝对相移和相对相移二种 绝对相移在解调时有相位模糊的缺点 因而少用 但它是相对相移的基础 实现相对相移是把输入数字信号 绝对码 变换成相对码 然后再对相对码进行绝对相移键控调制 产生绝对相移的方法有直接调相法和相位选择法 相对相移的解调 也常采用非相干解调 例如相位比较法 相移键控是一种高传输效率的调制方式 其抗干扰能力比振幅键控和频移键控都强 因此在高 中速的数据传输中得到了广泛应用 多进制的相移键控 MPSK 有四相制和八相制 由于它们的优良性能 广泛用于各种通信系统中 5 正交幅度键控 QAM 是用二个独立的数字基带信号对二个相互正交的载波进行抑制载波的双边带调制 正交调制 是一种将数字信号隐藏于载波的振幅和相位之中的数字调制方式 6 最小频移键控 MSK 是调频系数为0 5的一种频移键控调制方式 为满足码元变换时 MSK信号的相位连续 在每个码元时间内 MSK信号的相位必须准确增加或减少 高斯滤波最小移频键控 GMSK 是把数字信号进行高斯滤波之后再进行MSK调制的一种调制方式 它的频带窄 傍频干扰小 我国的GSM制式移动通信采用GMSK调制方式 7 同步 是数字通信中的一个重要问题 同步分成载波同步 位同步 帧同步和网同步 本章结束 祝 同学们学习进步