6147-数据通信技术教程-第2版-电子教案-蒋占军主编--数据信号的频带传输省公开课一等奖全国示范.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/10/3,#,第四章 数据信号频带传输,结束放映,学习目录,学习要求,内容介绍,作者：蒋占军,第1页,内容介绍,所谓频带传输是指在发送端，经过调制，把基带信号变成频带信号传输，接收端再由解调器将频带信号恢复成基带信号传输系统，调制解调器是频带传输系统关键部分。,本章将对数字调制解调实现、调制解调器等频带传输系统关键技术和设备进行详细介绍。,返回,结束,第2页,学习要求,1.,掌握数据信号频带传输系统。,2.,掌握二进制调制解调系统基本原理及主要特点,3.,掌握多进制调制解调系统基本原理及主要特点。,4了解各种调制解调系统性能。,5.,掌握调制解调器基本概念。,6.,了解各种经典调制解调器主要性能。,7.,掌握ADSL系统基本原理。,返回,结束,第3页,学习目录,返回,4.1,频带传输系统组成,4.2 二进制数字调制解调,4.3 多进制数字调制解调,4.4 调制解调器,4.5 ADSL调制解调器,结束,第4页,4.1 频带传输系统组成,频带传输系统组成,经典应用,使用模拟电话信道传呼数据信号,单极性NRZ码频谱,单极性NRZ码频谱,第5页,4.2 二进制数字调制解调,本节内容提要,：,介绍二进制数字调制基本原理、时域信号表示方式、频谱及带宽、解调原理以及调制解调实现方式等内容。,4.2.1 二进制幅移键控,4.2.2 二进制频移键控,4.2.3 二进制相移键控,4.2.4 二进制数字调制系统性能分析与比较,第6页,4.2.1,二进制幅移键控,调制实现,第7页,4.2.1,二进制幅移键控,调制模型,ASK信号,其中,g(t)是单位矩形脉冲，周期为,T,b,，,a,n,取值为：,第8页,4.2.1,二进制幅移键控,频谱及带宽,2ASK频谱,第9页,4.2.1,二进制幅移键控,2ASK信号带宽,2ASK信号零点带宽为,B,=2,f,b,，也即2ASK系统传输带宽最少应该是2,f,b,，这比基带信号宽一倍,频带利用率,解调方式,非相干检测,第10页,4.2.1,二进制幅移键控,相干检测,第11页,4.2.2,二进制频移键控,调制实现,基带信号直接控制压控振荡器产相位连续频移键控信号(CPFSK),第12页,4.2.2,二进制频移键控,键控法，产生相位不连续频移键控信号(DPFSK),频谱及带宽,2DPFSK信号表示式,第13页,4.2.2,二进制频移键控,2DPFSK信号频谱,2DPFSK零点信号带宽,其中,h=|f,c1,f,c2,|/f,b,，,称为调制指数或频移指数,为确保接收端能够正确接收，|,f,c,1,f,c,2,|通常取2,f,b,或更大,频带利用率,第14页,4.2.2,二进制频移键控,解调实现,过零点检测,差分检测,第15页,4.2.2,二进制频移键控,相干检测,非相干检测,第16页,4.2.2,二进制频移键控,第17页,4.2.2,二进制相移键控,绝对调相与相对调相,绝对调相（PSK）,固定用某种相位载波表示“1”，另一个相位载波表示“0”,相对调相（DPSK）,利用前后相邻码元相对相位值来表示数据码元，比如惯用,方式是相邻码元载波相位（普通为初相）改变表示“1”，不变表示“0”,二进制相移键控信号矢量图载波相位选取,第18页,4.2.2,二进制相移键控,频谱与带宽,波形示例,2PSK信号表示式,第19页,4.2.2,二进制相移键控,调相信号相位改变能够反应到幅度改变上，其表示式可表示为：,2PSK信号频谱,2PSK信号带宽也是2,f,b,2DPSK调制和2PSK调制区分仅在于对应基带信号是差分双极,性码，所以其频谱结构与2PSK信号完全相同,第20页,4.2.2,二进制相移键控,调制解调实现,直接调相法实现2PSK调制,键控法实现2PSK调制,第21页,4.2.2,二进制相移键控,2PSK相干检测,第22页,4.2.2,二进制相移键控,正常工作波形示意图,第23页,4.2.2,二进制相移键控,反向工作波形示意图,第24页,4.2.2,二进制相移键控,2DPSK调制实现,2DPSK检测,相干检测差分译码,2DPSK检测,差分检测,第25页,4.2.2,二进制相移键控,差分检测波形示意图,第26页,4.2.4,二进制数字调制系统性能分析与比较,频带利用率,2ASK、2PSK和2DPSK信号频带利用率都为0.5Baud/Hz,2CPFSK在调制指数h1时，带宽会较小，但调制指数太小会造成,系统抗干扰性能下降，,2DPFSK频带利用率最低。,设备复杂性,对于同一个调制方式，相干检测设备要比非相干检测设备复杂，,同为非相干检测时，2DPSK设备最复杂，2FSK次之，2ASK最,简单,信噪比较高系统通常采取非相干检测，而在小信噪比工作环,境中，需要采取相干检测。,第27页,4.2.4,二进制数字调制系统性能分析与比较,调制方式,解调方式,误码率公式,2ASK,非相干检测,相干检测,2FSK,非相干检测,相干检测,2PSK,相干检测,2DPSK,差分检测,误码率,第28页,4.2.4,二进制数字调制系统性能分析与比较,误码率比较,第29页,4.3 多进制数字调制解调,本节内容提要,：,介绍多进制数字调制基本原理、时域信号表示方式、频谱及带宽、解调原理以及调制解调实现方式等内容。,4.3.1 多进制幅移键控,4.3.2 多进制频移键控,4.3.3 多进制相移键控,4.3.4 幅相联合调制,第30页,4.3.1,多进制幅移键控,其中,s,(,t,)是多进制基带信号，,b,n,是,M,进制电平码其取值为：,且,MASK信号表示式,频带利用率,第31页,4.3.2,多进制频移键控,MDPFSK信号,且,MDPFSK频谱,第32页,4.3.3,多进制相移键控,多相调相信号矢量图,四相调相A方式,四相调相B方式,四相调相A方式,四相调相B方式,第33页,4.3.3,多进制相移键控,4PSK调制原理框图,直接调相法（B方式）,相位选择法（A方式）,第34页,4.3.4,幅相联合调制,幅相联合调制优势,MASK星座图,8PSK星座图（A方式）,第35页,4.3.4,幅相联合调制,MQAM系统原理框图,调制原理框图,调制原理框图,第36页,4.3.4,幅相联合调制,MQAM频带利用率,调制原理框图,调制原理框图,调制原理框图,第37页,4.3.4,幅相联合调制,MQAM星座图,64QAM,星座图,第38页,4.3.4,幅相联合调制,128QAM星座图,第39页,4.4 调制解调器,本节内容提要,：,介绍调制解调器基本原理、ITU-T V系列主要调制解调器标准以及惯用调制解调器主要特征。,4.4.1 调制解调器基本概念,4.4.2 调制解调器标准介绍,4.4.3 V.29调制解调器,4.4.4 V.32调制解调器,4.4.5 V.34调制解调器,4.4.6 V.90和V.92调制解调器,第40页,4.4.1,调制解调器基本概念,1调制解调器组成与分类,Modem组成,接口电路,控制单元,数据输入输出单元,Modem外观,第41页,4.4.1,调制解调器基本概念,有线Modem和无线Modem,单工、半双工、双工Modem,同时传输和异步传输Modem,低速、中速和高速Modem,外置Modem和内置Modem,硬件Modem和软件Modem,Modem分类,广义调制解调器,不对称数字用户环路（ADSL）终端适配器,综合业务数字网（ISDN）终端适配器,有线电视网（CATV）数据终端适配器,第42页,4.4.1,调制解调器基本概念,2调制解调器速率,DTE速率,与计算机连接串口速率，经典值为115.2kbit/s 等,第43页,4.4.1,调制解调器基本概念,2调制解调器速率,DCE速率,与电话线相连速率，经典值为56kbit/s 等,上行速率和下行速率,第44页,4.4.1,调制解调器基本概念,3两线双工技术,频分双工,ITU-T V.21调制解调器频分双工方式,第45页,4.4.1,调制解调器基本概念,基本原理,时分双工,第46页,4.4.1,调制解调器基本概念,时分双工框图,第47页,4.4.1,调制解调器基本概念,回波抵消法,基本思想,允许收发双方同时把信号送到二线用户环路上即线路上同时存在收发两端信号，接收端依据信道特征和发送信号特征，自动估算出接收信号中包含本端发送信号分量，并将其从接收信号中减去，即得到对端发来信号。,回波抵消法原理示意图,第48页,4.4.2 调制解调器标准介绍,标准化组织及其标准,ITU-TV系列提议（主要由原CCITT制订）,美国Bell通信企业制订Bell标准,美国联邦电信标准委员会（FTSC）制订标准FED-STD,美国国家军用标准（MTL-STD）,ITU-T相关调制解调器主要提议,V.34 调制解调器,V.90 调制解调器,V.92 调制解调器,V系列调制解调器以下表,第49页,4.4.2 调制解调器标准介绍,第50页,4.4.2 调制解调器标准介绍,第51页,4.4.3,V.29调制解调器,特征,上世纪80年代能够提供9600bit/s速率主流调制解调器,载频为1700Hz,标准速率是9600bit/s，能够降低速率在7200bit/s、4800bit/s工作,16APK（幅相联合调制）,待传输比特流扰码后经串并转换变成16进制码元，即4比特组，记作Q,1,Q,2,Q,3,Q,4,，,其中第一个比特用于确定载波幅度,其余三个用于确定载波相位,以下表所表示,调制,第52页,4.4.3,V.29调制解调器,Q,1,决定载波幅度,相位编码,第53页,4.4.3,V.29调制解调器,9600bit/s时星座图,7200bit/s时星座图,第54页,4.4.4,V.32调制解调器,非冗余16QAM 调制,调制原理图,特征,回波抵消法实现两线全双工9600bit/s数据传输,提出了两种调制方式：非冗余16QAM调制和网格编码调制(TCM),第55页,4.4.4,V.32调制解调器,9600bit/s非冗余16QAM星座图,ABCD表示4800bit/s调制解调器训练4个状态,第56页,4.4.4,V.32调制解调器,TCM32调制 原理,一个将调制和信道编码结合，统一设计技术,TCM32调制,第57页,4.4.4,V.32调制解调器,V.32TCM32原理图,第58页,4.4.4,V.32调制解调器,9600bit/sTCM星座图,ABCD表示4800bit/s调制解调器训练4个状态,第59页,4.4.4,V.32调制解调器,V.32与V.32bis主要特征比较,特征,V.32,V.32bis,操作速率,9600bit/s,7300bit/s,4800bit/s,14400bit/s,1bit/s,9600bit/s,7300bit/s,4800bit/s,不一样速率对应调制方式,14400bit/s,不可用,TCM128,1bit/s,不可用,TCM64,9600bit/s,TCM32,TCM32,降速,有,有,降速回升,无,有,重新训练时间,15秒,10秒,第60页,4.4.5,V.34调制解调器,自适应传输速率,概述,1994年完成V.34提议中，引入了预编码自适应均衡技术和四,维网格编码调制实现了28.8Kbit/s传输速率,1996年颁布V.34bis最高速率则高达33.6Kbit/s,使用V.34调制解调器能够在传输普通数据信号同时，还可,以传输语音信号和图像信号,V.34提供了6种波特率，为了能够实现28.8Kbit/s最高速率，,V.34调制解调器必须工作在3200波特，每个码元包含9比特；,除了3200波特，V.34还支持另外2种必备码元速率2400波特和,3000波特，以及3种可选速率2743波特，2800波特和3429波特,第61页,4.4.5,V.34调制解调器,波特率、载波频率和信息速率关系,波特率(Baud),低频载波(Hz),高频载波(Hz),最高传信率(bit/s),R,B,a,b,f,c,c,d,f,c,c,d,2400,1,1,1600,2,3,1800,3,4,21600,2743,8,7,1646,3,5,1829,2,3,24000,2800,7,6,1680,3,5,1829,2,3,24000,3000,5,4,1800,3,5,2,3,26400,3200,4,3,1829,4,7,1920,3,5,28800,3429,10,7,1959,4,7,1959,4,7,28800,和,其中,abcd,是正整数,第62页,4.4.5,V.34调制解调器,调制原理框图,第63页,4.4.6,V.90和V.92调制解调器,V.90Modem主要特征,经过回波抵消法实现在PSTN两线线路上双工通信,下行方向采取PCM调制技术，符号速率为8000波特,同时传输时下行信息速率最高达56Kbit/s,向下8000/6bit/s间隔兼容至28.8Kbit/s,上行方向采取和V.34相同方式工作,V.90调制解调器通信系统,第64页,4.4.6,V.90和V.92调制解调器,V.92Modem主要特征,56Kbit/s下行速率,48Kbit/s上行速率,拨号设备在线（Modem-on-Hold）,快速拨号连接,V.44压缩技术,第65页,4.4.6,V.90和V.92调制解调器,V.92Modem示例,全向秋池飞叶V.92 MODEM,这是一款内置软猫,芯片采取CONEXANT,企业产品，其前身是,ROCKWELL,第66页,4.4.6,V.90和V.92调制解调器,继电器作用是方便用户对电话和上网切换,隔离变压器会对电话线产生瞬间高压进行处理,第67页,4.5 ADSL调制解调器,本节内容提要,：,介绍ADSL调制解调器基本原理、系统结构、调制方式以及其主要特征等内容。,4.5.1 ADSL系统结构,4.5.2 数据信号调制方式,第68页,4.5.1 ADSL系统结构,数字用户线路(DSL)类别,类别,最高速率,上行数据速率,下行数据速率,不对称数字用户线路（ADSL）,1Mbit/s,8Mbit/s,高比特速率数字用户线路（HDSL）,1.5Mbit/或2Mbit/s,1.5Mbit/s或2Mbit/s,可变速率数字用户线（RDSL）,784Kbit/s,4Mbit/s,堆成数字用户线路（SDSL）,2Mbit/s,2Mbit/s甚高比特速率数字用户相路（VDSL）,1.5Mbit/s,52Mbit/s,第69页,4.5.1 ADSL系统结构,ADSL系统结构,第70页,4.5.1 ADSL系统结构,ADSL带宽分配模式,FDM方式,回波抵消法方式,第71页,4.5.2 ADSL数据信号调制方式,CAP调制,DMT调制,第72页,4.5.2 ADSL数据信号调制方式,CAP与DMT比较,传输速率,抗噪声性能,自适应功效,线路驱动功率,ADSL Modem分类,按照接口方式能够分为以太网、USB和PCI三种,USB、PCI适合用于家庭用户,性价比好,小巧,方便,实用,外置型以太网接口ADSL Modem更适合用于企业和办公室,局域网，它能够带多台机器进行上网,有以太网接口ADSL Modem同时含有桥接和路由功效,方便网络搭建，从而给企业节约成本,第73页,4.5.2 ADSL数据信号调制方式,ADSL Modem 示例,内置式PCI接口，全速率、自适应ADSL Modem,USB接口，支持USB规范V1.1标准，即插即用，无需外带电源,第74页,4.5.2 ADSL数据信号调制方式,带路由功效，提供局域网连接10BaseT以太网接口,适合用于ADSL用户端，提供ADSL和POTS完全分离,第75页,4.5.2 ADSL数据信号调制方式,全向QL1680(以太网接口，该款ADSL Modem同时支持以太网接口和USB接口,全向QL8410 (USB接口),第76页,END,返回,结束,第77页,