第四章數據信號頻帶傳輸結束放映學習目錄學習要求內容介紹作者：蔣占軍第1頁內容介紹——所謂頻帶傳輸是指在發送端，經過調制，把基帶信號變成頻帶信號傳輸，接收端再由解調器將頻帶信號恢復成基帶信號傳輸系統，調制解調器是頻帶傳輸系統關鍵部分。——本章將對數字調制解調實現、調制解調器等頻帶傳輸系統關鍵技術和設備進行詳細介紹。返回結束第2頁學習要求1.掌握數據信號頻帶傳輸系統。2.掌握二進制調制解調系統基本原理及主要特點3.掌握多進制調制解調系統基本原理及主要特點。4.了解各種調制解調系統性能。5.掌握調制解調器基本概念。6.了解各種經典調制解調器主要性能。7.掌握ADSL系統基本原理。返回結束第3頁學習目錄返回4.1頻帶傳輸系統組成4.2二進制數字調制解調4.3多進制數字調制解調4.4調制解調器4.5ADSL調制解調器結束第4頁4.1頻帶傳輸系統組成頻帶傳輸系統組成經典應用——使用模擬電話信道傳呼數據信號單極性NRZ碼頻譜單極性NRZ碼頻譜第5頁4.2二進制數字調制解調本節內容提要：——介紹二進制數字調制基本原理、時域信號表示方式、頻譜及帶寬、解調原理以及調制解調實現方式等內容。4.2.1二進制幅移鍵控4.2.2二進制頻移鍵控4.2.3二進制相移鍵控4.2.4二進制數字調制系統性能分析與比較第6頁4.2.1二進制幅移鍵控調制實現第7頁4.2.1二進制幅移鍵控調制模型ASK信號其中g(t)是單位矩形脈沖，周期為Tb，an取值為：第8頁4.2.1二進制幅移鍵控頻譜及帶寬2ASK頻譜第9頁4.2.1二進制幅移鍵控2ASK信號帶寬——2ASK信號零點帶寬為B=2fb，也即2ASK系統傳輸帶寬最少應該是2fb，這比基帶信號寬一倍頻帶利用率解調方式非相干檢測第10頁4.2.1二進制幅移鍵控相干檢測第11頁4.2.2二進制頻移鍵控調制實現基帶信號直接控制壓控振蕩器產相位連續頻移鍵控信號(CPFSK)第12頁4.2.2二進制頻移鍵控鍵控法，產生相位不連續頻移鍵控信號(DPFSK)頻譜及帶寬2DPFSK信號表示式第13頁4.2.2二進制頻移鍵控2DPFSK信號頻譜2DPFSK零點信號帶寬——其中h=|fc1－fc2|/fb，稱為調制指數或頻移指數,為確保接收端能夠正確接收，|fc1－fc2|通常取2fb或更大頻帶利用率第14頁4.2.2二進制頻移鍵控解調實現過零點檢測差分檢測第15頁4.2.2二進制頻移鍵控相干檢測非相干檢測第16頁4.2.2二進制頻移鍵控第17頁4.2.2二進制相移鍵控絕對調相與相對調相絕對調相（PSK）——固定用某種相位載波表示“1”，另一個相位載波表示“0”相對調相（DPSK）——利用前后相鄰碼元相對相位值來表示數據碼元，比如慣用方式是相鄰碼元載波相位（普通為初相）改變表示“1”，不變表示“0”二進制相移鍵控信號矢量圖——載波相位選取第18頁4.2.2二進制相移鍵控頻譜與帶寬波形示例2PSK信號表示式第19頁4.2.2二進制相移鍵控調相信號相位改變能夠反應到幅度改變上，其表示式可表示為：2PSK信號頻譜2PSK信號帶寬也是2fb

2DPSK調制和2PSK調制區分僅在于對應基帶信號是差分雙極性碼，所以其頻譜結構與2PSK信號完全相同第20頁4.2.2二進制相移鍵控調制解調實現直接調相法實現2PSK調制鍵控法實現2PSK調制第21頁4.2.2二進制相移鍵控2PSK相干檢測第22頁4.2.2二進制相移鍵控正常工作波形示意圖第23頁4.2.2二進制相移鍵控反向工作波形示意圖第24頁4.2.2二進制相移鍵控2DPSK調制實現2DPSK檢測——相干檢測－差分譯碼

2DPSK檢測——差分檢測

第25頁4.2.2二進制相移鍵控差分檢測波形示意圖第26頁4.2.4二進制數字調制系統性能分析與比較頻帶利用率——2ASK、2PSK和2DPSK信號頻帶利用率都為0.5Baud/Hz——2CPFSK在調制指數h<1時，帶寬會較小，但調制指數太小會造成系統抗干擾性能下降，——2DPFSK頻帶利用率最低。設備復雜性——對于同一個調制方式，相干檢測設備要比非相干檢測設備復雜，——同為非相干檢測時，2DPSK設備最復雜，2FSK次之，2ASK最簡單——信噪比較高系統通常采取非相干檢測，而在小信噪比工作環境中，需要采取相干檢測。第27頁4.2.4二進制數字調制系統性能分析與比較調制方式解調方式誤碼率公式2ASK非相干檢測相干檢測2FSK非相干檢測相干檢測2PSK相干檢測2DPSK差分檢測誤碼率第28頁4.2.4二進制數字調制系統性能分析與比較誤碼率比較第29頁

4.3多進制數字調制解調本節內容提要：——介紹多進制數字調制基本原理、時域信號表示方式、頻譜及帶寬、解調原理以及調制解調實現方式等內容。4.3.1多進制幅移鍵控4.3.2多進制頻移鍵控4.3.3多進制相移鍵控4.3.4幅相聯合調制第30頁

4.3.1多進制幅移鍵控其中s(t)是多進制基帶信號，bn是M進制電平碼其取值為：且MASK信號表示式頻帶利用率第31頁

4.3.2多進制頻移鍵控MDPFSK信號且MDPFSK頻譜第32頁

4.3.3多進制相移鍵控多相調相信號矢量圖四相調相A方式四相調相B方式四相調相A方式四相調相B方式第33頁

4.3.3多進制相移鍵控4PSK調制原理框圖直接調相法（B方式）相位選擇法（A方式）第34頁

4.3.4幅相聯合調制幅相聯合調制優勢MASK星座圖8PSK星座圖（A方式）第35頁

4.3.4幅相聯合調制MQAM系統原理框圖調制原理框圖調制原理框圖第36頁

4.3.4幅相聯合調制MQAM頻帶利用率調制原理框圖調制原理框圖調制原理框圖第37頁

4.3.4幅相聯合調制MQAM星座圖64QAM星座圖第38頁

4.3.4幅相聯合調制128QAM星座圖第39頁4.4調制解調器本節內容提要：——介紹調制解調器基本原理、ITU-TV系列主要調制解調器標準以及慣用調制解調器主要特征。4.4.1調制解調器基本概念4.4.2調制解調器標準介紹4.4.3V.29調制解調器4.4.4V.32調制解調器4.4.5V.34調制解調器4.4.6V.90和V.92調制解調器第40頁4.4.1調制解調器基本概念

1．調制解調器組成與分類Modem組成——接口電路——控制單元——數據輸入輸出單元Modem外觀第41頁4.4.1調制解調器基本概念

——有線Modem和無線Modem——單工、半雙工、雙工Modem——同時傳輸和異步傳輸Modem——低速、中速和高速Modem——外置Modem和內置Modem——硬件Modem和軟件ModemModem分類——廣義調制解調器不對稱數字用戶環路（ADSL）終端適配器綜合業務數字網（ISDN）終端適配器有線電視網（CATV）數據終端適配器第42頁4.4.1調制解調器基本概念

2．調制解調器速率DTE速率——與計算機連接串口速率，經典值為115.2kbit/s等第43頁4.4.1調制解調器基本概念

2．調制解調器速率DCE速率——與電話線相連速率，經典值為56kbit/s等上行速率和下行速率第44頁4.4.1調制解調器基本概念

3．兩線雙工技術頻分雙工ITU-TV.21調制解調器頻分雙工方式第45頁4.4.1調制解調器基本概念

基本原理時分雙工第46頁4.4.1調制解調器基本概念

時分雙工框圖第47頁4.4.1調制解調器基本概念

回波抵消法基本思想——允許收發雙方同時把信號送到二線用戶環路上即線路上同時存在收發兩端信號，接收端依據信道特征和發送信號特征，自動估算出接收信號中包含本端發送信號分量，并將其從接收信號中減去，即得到對端發來信號。回波抵消法原理示意圖第48頁4.4.2調制解調器標準介紹標準化組織及其標準——ITU-TV系列提議（主要由原CCITT制訂）——美國Bell通信企業制訂Bell標準——美國聯邦電信標準委員會（FTSC）制訂標準FED-STD——美國國家軍用標準（MTL-STD）ITU-T相關調制解調器主要提議——V.34調制解調器——V.90調制解調器——V.92調制解調器——V系列調制解調器以下表第49頁4.4.2調制解調器標準介紹第50頁4.4.2調制解調器標準介紹第51頁4.4.3

V.29調制解調器特征——上世紀80年代能夠提供9600bit/s速率主流調制解調器——載頻為1700Hz——標準速率是9600bit/s，能夠降低速率在7200bit/s、4800bit/s工作——16APK（幅相聯合調制）——待傳輸比特流擾碼后經串并轉換變成16進制碼元，即4比特組，記作Q1Q2Q3Q4，——其中第一個比特用于確定載波幅度——其余三個用于確定載波相位——以下表所表示調制第52頁4.4.3

V.29調制解調器Q1決定載波幅度相位編碼第53頁4.4.3

V.29調制解調器9600bit/s時星座圖7200bit/s時星座圖第54頁4.4.4

V.32調制解調器非冗余16QAM調制調制原理圖特征——回波抵消法實現兩線全雙工9600bit/s數據傳輸——提出了兩種調制方式：非冗余16QAM調制和網格編碼調制(TCM)第55頁4.4.4

V.32調制解調器9600bit/s非冗余16QAM星座圖——ABCD表示4800bit/s調制解調器訓練4個狀態第56頁4.4.4

V.32調制解調器TCM32調制原理——一個將調制和信道編碼結合，統一設計技術TCM32調制第57頁4.4.4

V.32調制解調器V.32TCM32原理圖第58頁4.4.4

V.32調制解調器9600bit/sTCM星座圖——ABCD表示4800bit/s調制解調器訓練4個狀態第59頁4.4.4

V.32調制解調器V.32與V.32bis主要特征比較特征V.32V.32bis操作速率9600bit/s7300bit/s4800bit/s14400bit/s1bit/s9600bit/s7300bit/s4800bit/s不一樣速率對應調制方式14400bit/s不可用TCM1281bit/s不可用TCM649600bit/sTCM32TCM32降速有有降速回升無有重新訓練時間15秒10秒第60頁4.4.5

V.34調制解調器自適應傳輸速率概述——1994年完成V.34提議中，引入了預編碼自適應均衡技術和四維網格編碼調制實現了28.8Kbit/s傳輸速率——1996年頒布V.34bis最高速率則高達33.6Kbit/s——使用V.34調制解調器能夠在傳輸普通數據信號同時，還可以傳輸語音信號和圖像信號——V.34提供了6種波特率，為了能夠實現28.8Kbit/s最高速率，V.34調制解調器必須工作在3200波特，每個碼元包含9比特；——除了3200波特，V.34還支持另外2種必備碼元速率2400波特和3000波特，以及3種可選速率2743波特，2800波特和3429波特第61頁4.4.5

V.34調制解調器波特率、載波頻率和信息速率關系波特率(Baud)低頻載波(Hz)高頻載波(Hz)最高傳信率(bit/s)RBabfccdfccd240011160023180034216002743871646351829232400028007616803518292324000300054180035232640032004318294719203528800342910719594719594728800和其中abcd是正整數第62頁4.4.5

V.34調制解調器調制原理框圖第63頁4.4.6

V.90和V.92調制解調器V.90Modem主要特征——經過回波抵消法實現在PSTN兩線線路上雙工通信——下行方向采取PCM調制技術，符號速率為8000波特同時傳輸時下行信息速率最高達56Kbit/s向下8000/6bit/s間隔兼容至28.8Kbit/s——上行方向采取和V.34相同方式工作——V.90調制解調器通信系統第64頁4.4.6

V.90和V.92調制解調器V.92Modem主要特征——56Kbit/s下行速率——48Kbit/s上行速率——撥號設備在線（Modem-on-Hold）——快速撥號連接——V.44壓縮技術第65頁4.4.6

V.90和V.92調制解調器V.92Modem示例——全向秋池飛葉V.92MODEM——這是一款內置軟貓——芯片采取CONEXANT企業產品，其前身是ROCKWELL第66頁4.4.6

V.90和V.92調制解調器——繼電器作用是方便用戶對電話和上網切換——隔離變壓器會對電話線產生瞬間高壓進行處理第67頁4.5ADSL調制解調器

本節內容提要：——介紹ADSL調制解調器基本原理、系統結構、調制方式以及其主要特征等內容。4.5.1ADSL系統結構4.5.2數據信號調制方式第68頁

4.5.1ADSL系統結構數字用戶線路(DSL)類別類別最高速率上行數據速率下行數據速率不對稱數字用戶線路（ADSL）1Mbit/s8Mbit/s高比特速率數字用戶線路（HDSL）1.5Mbit/或2Mbit/s1.5Mbit/s或2Mbit/s可變速率數