数字调制技术课件.ppt
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- 数字 调制 技术 课件
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1、2022年6月22日星期三数字通信原理 Principles of Digital Communication中南大学信息科学与工程学院中南大学信息科学与工程学院Central South UniversityCollege of Information Science and Engineering2022年6月22日星期三数字通信原理 绪论绪论 信息论基础和信号分析信息论基础和信号分析 模拟调制技术模拟调制技术 信源编码技术信源编码技术 数字基带传输数字基带传输 数字调制技术数字调制技术 差错控制编码差错控制编码2022年6月22日星期三数字通信原理2022年6月22日星期三数字通信原理一
2、、基本概念一、基本概念与与v为使基带信号能利用某些不能直接传输基带信为使基带信号能利用某些不能直接传输基带信号的信道有效进行传输,或要进行多路信号复号的信道有效进行传输,或要进行多路信号复用,用基带信号对载波波形的某些参量进行控用,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制,使载波的这些参量随基带信号的变化而变化,这种方法称为。化,这种方法称为。:基于实际通信中不少信道都不能直接:基于实际通信中不少信道都不能直接传送基带信号。传送基带信号。2022年6月22日星期三数字通信原理和和是基带信号对载波进行调制后产生的信号。是基带信号对载波进行调制后产生的信号。又
3、称又称,即,即。一般选正弦信号为基。一般选正弦信号为基准信号。准信号。v分为两种:分为两种:和和。:直接在信道中传输基带信号的系统。:直接在信道中传输基带信号的系统。v 是解决在模拟信道上数据传输的问题。是解决在模拟信道上数据传输的问题。把数据信号寄生在载波的某个参数上:幅度、频率把数据信号寄生在载波的某个参数上:幅度、频率和相位,即用数据信号来进行幅度调制、频率调制和相位调制和相位,即用数据信号来进行幅度调制、频率调制和相位调制v频带传输与基带传输的区别:频带传输与基带传输的区别:2022年6月22日星期三数字通信原理v数字信号采用时间和取值的离散性对正弦振荡数字信号采用时间和取值的离散性对
4、正弦振荡的振幅、频率和相位变化进行控制,使受控参的振幅、频率和相位变化进行控制,使受控参数离散化,实现开关控制,称为。数离散化,实现开关控制,称为。v分为三种:分为三种:、和和。是指用载波幅度的变化来反映调制信是指用载波幅度的变化来反映调制信号变化的调制过程。号变化的调制过程。是指用载波的频率反映调制信号变化是指用载波的频率反映调制信号变化的调制过程。的调制过程。是指用载波的相位变化来反映调制信是指用载波的相位变化来反映调制信号变化的调制过程。号变化的调制过程。2022年6月22日星期三数字通信原理 1、按调制参数不同:、按调制参数不同:Amplitude_Shift KeyingAmplit
5、ude_Shift KeyingFrequency_Shift KeyingFrequency_Shift KeyingPhase_Shift KeyingPhase_Shift Keying 2、按电平数目的不同:、按电平数目的不同: 3、根据已调信号的频谱结构的不同特点:、根据已调信号的频谱结构的不同特点:满足线性关系,频谱搬移满足线性关系,频谱搬移2022年6月22日星期三数字通信原理 4、解调分类:、解调分类:,由接收信号与本地参,由接收信号与本地参考载波信号的互相关运算完成。考载波信号的互相关运算完成。,不需载波信号。,不需载波信号。发送低通发送低通调调 制制发送带通发送带通信信 道
6、道接收带通接收带通解调解调 接收低通接收低通取样判决取样判决噪声噪声2022年6月22日星期三数字通信原理1、调制原理、调制原理 用开关的通或断来进行调制,即用开关的通或断来进行调制,即用二进制矩形脉冲信号的用二进制矩形脉冲信号的“1”和和“0”控制开关的通和断,从而是载波通过控制开关的通和断,从而是载波通过或不通过。或不通过。2022年6月22日星期三数字通信原理2、调制原理框图、调制原理框图带通滤波器带通滤波器乘法器乘法器Acosc ct tm(t)s(t)2ASK2ASK调制原理框图调制原理框图2022年6月22日星期三数字通信原理3、ASK信号波形信号波形2022年6月22日星期三数字
7、通信原理)()(21cos)()(cctjcASKSSdtettsS)()(41|)(|lim)(2cscsASKTEPPTSEP)()(41)(cscsEffPffPfP2022年6月22日星期三数字通信原理)(| )()1 ()(| )()(| )1 ()(2212221ssssmfffGpfpGffGfGppffP)(|)0(|41|)(|41)(222fGffGffPsss设设0、1等概出现,且采用单极性矩形随机脉冲序列,等概出现,且采用单极性矩形随机脉冲序列,则:则:)()(| )0(|161| )(| )(|161)(2222ssssssEffffGfffGffGffP2022年6
8、月22日星期三数字通信原理(P172,图,图72)-2fs -fs fs 2fsfc-fs -fc fc+fs-fc-fs -fc -fc+fsff图 4-3 调制前后频谱图2022年6月22日星期三数字通信原理4、结论:、结论:(1)ASK信号是由连续谱和离散谱两部分组信号是由连续谱和离散谱两部分组成,连续谱取决于双边带谱,离散谱取决于成,连续谱取决于双边带谱,离散谱取决于载波分量,只在本身的载波分量上出现;载波分量,只在本身的载波分量上出现;(2)信号带宽为原基带信号带宽的两倍,)信号带宽为原基带信号带宽的两倍,即即 。bASKBB22bASK212(3)OOK信号的第一旁瓣值比主峰值衰减
9、信号的第一旁瓣值比主峰值衰减14dB。频带利用率是原基带信号的一半,即频带利用率是原基带信号的一半,即2022年6月22日星期三数字通信原理v主要方法:相干检测法、非相干检测法主要方法:相干检测法、非相干检测法v非相干解调法非相干解调法l原理框图原理框图带通带通滤波器滤波器包络包络检波器检波器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决判决输入输入输出输出定时抽样定时抽样v特点:特点:l电路简单;准确性不太理想,信号影响较大;电路简单;准确性不太理想,信号影响较大;l在相同误码率情况下,在相同误码率情况下,S/N比相关解调的信噪比高比相关解调的信噪比高1dB;l抗噪声性能稍差于相干解调;抗噪声性能稍差于相
10、干解调;2022年6月22日星期三数字通信原理v相干解调法相干解调法l原理框图原理框图带通滤波器带通滤波器低通滤波器低通滤波器抽样判决器抽样判决器输入输入本地载波本地载波Acoscos( (L L+ +L L) )输出输出定时脉冲定时脉冲v解调部分由乘法器和低通滤波器组成,由本机产生同步解调部分由乘法器和低通滤波器组成,由本机产生同步信号为信号为AcosLt,则,则 解调器接收到的信号为:解调器接收到的信号为: SASK(t)=s(t)Acosct 通过相乘器的信号变为:通过相乘器的信号变为:y(t)A*As(t)cosct*cosLt 因为幅度与讨论结果无关,故省去,同时,积化和差:因为幅度
11、与讨论结果无关,故省去,同时,积化和差: y(t)=s(t)cos(c-L)t+s(t)cos(c+L)t 经过低通滤波器输出为经过低通滤波器输出为: : y(t)= =0.5*S(t)cos(c-L)t2022年6月22日星期三数字通信原理l采用同步解调法,需有一个和载波保持同采用同步解调法,需有一个和载波保持同频同相的相干振荡信号,否则会造成解调频同相的相干振荡信号,否则会造成解调后的波形失真,一般采用锁相环路或窄带后的波形失真,一般采用锁相环路或窄带滤波来提取同步信号;滤波来提取同步信号;l实现困难,技术要求高,设备复杂;实现困难,技术要求高,设备复杂;2022年6月22日星期三数字通信
12、原理一、调制原理一、调制原理 用基带数据信号控制载波频率。用基带数据信号控制载波频率。当传送当传送“1”码时送出一个频率码时送出一个频率f1,传,传送送“0”码时送出另一个频率码时送出另一个频率f0。 应用应用在低速或中低速的数据传输中。在低速或中低速的数据传输中。1、分类、分类v相位连续的频移键控相位连续的频移键控v相位不连续的频移键控相位不连续的频移键控2022年6月22日星期三数字通信原理2、信号组成、信号组成”传“”传“0)2cos(1)2cos()(22112tfAtfAtSFSK(1)标称载频标称载频(2)频移宽度频移宽度2210fff120fff2022年6月22日星期三数字通信
13、原理图图5-50 2FSK信号的产生及波形信号的产生及波形2022年6月22日星期三数字通信原理3、信号波形、信号波形4、ITU建议建议 对于对于600/1200Baud的数据调制解调器,使用二的数据调制解调器,使用二进制进制FSK调制,安排如下:调制,安排如下: 码元速率码元速率 1 23 600Baud 1300 1700 1500 400 1200Baud 1300 2100 1700 8002022年6月22日星期三数字通信原理5、频谱表示及频谱图、频谱表示及频谱图2022年6月22日星期三数字通信原理2022年6月22日星期三数字通信原理两种调制方法:两种调制方法:v频率选择法频率选
14、择法键控法键控法v载波调制法载波调制法直接调频法直接调频法:通过数字信号控制两个载波的:通过数字信号控制两个载波的通断,产生相位不连续的信号;通断,产生相位不连续的信号;:用数字脉冲直接控制振荡器的:用数字脉冲直接控制振荡器的某个参数,从而实现跳频转换,产生的是相某个参数,从而实现跳频转换,产生的是相位连续的位连续的FSK信号,但频率稳定性差。信号,但频率稳定性差。2022年6月22日星期三数字通信原理2022年6月22日星期三数字通信原理2022年6月22日星期三数字通信原理2022年6月22日星期三数字通信原理相位不连续相位不连续FSK信号的功率谱与信号的功率谱与ASK信号相信号相似,由连
15、续谱和离散谱组成,离散谱出现在似,由连续谱和离散谱组成,离散谱出现在两个频率两个频率1和和2的位置;的位置;两个载频相隔较远,则出现两个峰值,当两个载频相隔较远,则出现两个峰值,当下降时,则变成了下降时,则变成了ASK信号,设带宽为第一个零点信号,设带宽为第一个零点之间的带宽间隔,则:之间的带宽间隔,则: BFSK=2s+|2-1| = BFSK=ms+2s 相对频偏(频率偏移量):相对频偏(频率偏移量):D| 2-1|/s 归一化频率:归一化频率: x(- 0)/ smin=1/3bit/s/Hz;相位连续信号的带宽小于相位不连续的带宽;相位连续信号的带宽小于相位不连续的带宽;2022年6月
16、22日星期三数字通信原理解调方法有多种:鉴频法、零交点法(过零解调方法有多种:鉴频法、零交点法(过零检测法)、分路滤波、包络检波、差分检波检测法)、分路滤波、包络检波、差分检波等;等;分路检波法原理框图分路检波法原理框图四、解调四、解调2022年6月22日星期三数字通信原理图图5-52 2FSK5-52 2FSK信号包络检波方框图及波形图信号包络检波方框图及波形图2022年6月22日星期三数字通信原理是根据频移键控的过零率的大小是根据频移键控的过零率的大小来检测已调信号中的频率变化。输入待调来检测已调信号中的频率变化。输入待调信号,经整形、微分、整流后形成与频率信号,经整形、微分、整流后形成与
17、频率变化相立的脉冲序列,用此形成一定宽度变化相立的脉冲序列,用此形成一定宽度的矩形波,经积分电路滤除高次谐波,抽的矩形波,经积分电路滤除高次谐波,抽样判决立即可得到原始的数字信号序列。样判决立即可得到原始的数字信号序列。过零检测法过零检测法整形微分整流积分电路单程电路abcdef2022年6月22日星期三数字通信原理(接收的FSK波形)(整形)(微分取沿)(整流下沿翻上)(单稳取等宽波形)(积分取能量)abcdef图4-11 2FSK信号的过零检测法2022年6月22日星期三数字通信原理 利用载波的相位变化来反映数字信号,利用载波的相位变化来反映数字信号,载波的振幅和频率均不变化。应用很广泛,
18、载波的振幅和频率均不变化。应用很广泛,抗噪声性能比抗噪声性能比ASK和和FSK都更优,频带利都更优,频带利用率较高。用率较高。应用应用在中、高速的数据传输中。在中、高速的数据传输中。分类分类v绝对调相绝对调相PSK,利用载波的绝对相位表示,利用载波的绝对相位表示0和和1;v相对调相相对调相DPSK,利用载波的相对相位表,利用载波的相对相位表示示0和和1;2022年6月22日星期三数字通信原理设正弦信号(载波)为设正弦信号(载波)为Acosct,则:,则:)(cos)(2tsKtAtScPSKS(t)看成双极性不归零信号,则:看成双极性不归零信号,则:或0)cos(cos)(cos)()(22i
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