课题1 二进制数字调制讲解

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调制:发送端把基带信号频谱 搬移到给定信道通带内的过程
调制器
原始信号
原始信号
解调器
解调:在接收端把已搬到给定信道 通带内的频谱还原为基带信号的过程
图4-1-2 调制解调信号变换过程
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课题一 二进制数字调制
调制在通信中的作用: (1)调制把基带信号频谱搬移到一定的频带范围以适应信道 的要求。
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课题一 二进制数字调制
2、2ASK信号的频谱分析 信号的频谱分析非常复杂,这里我们补充介绍一些基本概念。
信号的波形,我们通常称为时域波形,指信号随时间变化的波形, 任何一个时域波形都有一个频域波形对应,但分析频域波形往往
要用到傅立叶变换。 在对信号进行频谱分析的时候,有时讲频谱,有时讲功率谱, 这两者是有些区别的。 频谱分为幅度频谱和相位频谱。所谓幅度频谱是指信号的幅 度随频率变化的情况;所谓相位频谱是指信号的相位随频率变化 的情况。 对功率有限的频带信号的频谱分析通常用其功率谱来表示, 而不分析其相位频谱。
语言 直接转换 信息源 音乐 频率很低的电信号 最高频率和最低频 率之比远大于1 基带信号 包括(或不包括)直 流分量的低通频谱
图像
如电话信号的频率范围 在300~3400Hz
图4-1-1 信号变换过程
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课题一 二进制数字调制
在实际通信中,多数信道(无线、有线)不能直接传输数字 基带信号。对于有线信道:
模块四 数字频带传输技术
课题一 课题二 课题三 二进制数字调制 多进制数字调制 定时和同步原理
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模块四 数字频带传输技术
本模块学习要求:
掌握:二进制幅度键控2ASK、频率键控2FSK和相位键控2PSK三
种基本调制方式的原理、调制和解调电路形式 掌握:相干调制和键控调制两种方法
掌握:相干解调和非相干解调两种方法 了解:相位连续的移频键控CPFSK、最小移频键控MSK、高斯最
收性能是十分必要的。 包络检波动画
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2ASK信号的解调方法
包 络 检 波 器 各 点 波 形
请 波大 形家 利 用 以 前 所 学 知 识 理 解 这 些
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2ASK信号的解调方法
(2)2ASK信号的相干解调
相干解调也称为同步解调,要求接收机产生一个与发送载 波同频、同相的本地载波信号,称其为同步载波或相干载波。 相干解调是一种常见的解调方法,它是在接收端利用相干 载波与接收信号进行相乘,得到包含基带信号频率分量的输出信 号,然后通过低通滤波器滤除无用频率分量,让基带信号通过, 并将其送至抽样电路进行判决。
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课题一 二进制数字调制
和模拟调制相似,数字调制所用的载波一般也是连续的正弦 型信号,但调制信号则为数字基带信号。理论上讲,载波形式可 以是任意的(比如三角波、方波等),只要适合在带通信道中传 输即可。之所以在实际通信中多选用正弦型信号,是因为它具有 形式简单、便于产生和接收等特点。与模拟调制中的幅度调制、 频率调制和相位调制相对应,数字调制也分为三种基本方式:幅 度键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。 但是请大家注意,实际应用中的调制非常复杂,如GMSK(高 斯滤波最小频移键控)、QPSK(四相绝对相移键控)、QAM(正 交幅度调制)、OFDM(正交频分复用技术,多载波调制(MCM) 的一种)等在实际应用中比较多。
调制器
输出信号Sm(t)
载波信号c(t)
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课题一 二进制数字调制
2、调制的类型
sm (f )
s (f )
线 性 调 制
sm (f )
频谱之间呈线性搬移 关系:AM、ASK
原始信号频谱
s (t )
非线性调制
sm (t )
频谱之间没有线性对应 关系:FM、PM、FSK
调制器
C (t )
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课题一 二进制数字调制
二进制幅移键控信号的产生方法有两种,即模拟振幅调制法 和数字键控法。 (1)模拟振幅调制法
SASK (t) s (t) 数字基带信号 (单极性NRZ)
A cosωct
BPF
SASK (t)
A cosωct
a)
s (t) 数字基带信号 (单极性NRZ) b)
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2ASK信号的解调方法
抽样判决器包括抽样、判决及码元形成,经抽样、判决后将 码元再生,即可恢复出数字序列。定时抽样脉冲(位同步信号) 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。
2ASK非相干解调和模拟调幅AM信号的解调一样,但不同的是 2ASK解调增加了一个“抽样判决器”,这对于提高数字信号的接
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课题一 二进制数字调制
图4-1-9 2ASK信号的功率谱
连续谱:由基带信 号波形确定 第一旁瓣峰值比主 峰衰减14dB
离散谱:由载波 分量确定
B2ASK是基带信号波 形带宽的两倍
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课题一 二进制数字调制
由图中可以看出,幅度键控信号的功率谱是基带信号功系谱
的线性搬移,所以其频谱宽度是二进制基带信号的两倍。由于基
(2)经过调制后的频带信号更容易辐ห้องสมุดไป่ตู้,从而满足无线通信 的要求。
(3)实现频率分配。
(4)实现多路复用。 (5)减少噪声和干扰的影响,提高系统抗干扰能力。
c , 波长,f 信号频率 f c 电磁波在真空中的速度
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课题一 二进制数字调制
2、调制的类型
输入信号S(t)
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课题一 二进制数字调制
所谓功率谱是指单位频带内信号的功率随频率变化的情况。 保留频谱的幅度信息,但是丢掉了相位信息,所以频谱不同的信 号其功率谱是可能相同的。有一个重要区别:
功率谱是随机过程的统计平均概念,平稳随机过程的功 率谱是一个确定函数;而频谱是随机过程样本的傅立叶 变换,对于一个随机过程而言,频谱也是一个“随机过 程”。(随机的频域序列)
参量进行调制,使载波信号的这些参量随该数字基带信号的 变化而变化,这就是数字调制传输。也称为数字频带传输。 因为数字基带信号具有丰富的低频成分,只适合在低通型 信道中传输(比如双绞线),但是在通信系统中实际使用的信 道多为带通型,例如各个频段的无线信道、限定频率范围的同 轴电缆等。为了使数字信号能在带通信道中传输,必须采用数 字调制方式。
小移频键控GMSK等
掌握:相位键控有绝对移相和相对移相两种方案,其中相对移
相可以克服传输过程中可能出现的相位模糊现象 了解:为什么要采用多进制数字调制
掌握:定时和同步的有关概念
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模块四 数字频带传输技术
任务引入
在上一章节中,我们比较详细地讨论了数字基带传输系 统。而在实际通信中,绝大部分情况下的信道都不能直接传 输数字基带信号,而必须用数字基带信号对载波波形的某些
B2ASK 2B基 2 f s 2RB
fS是基带信号的频率,RB=1/Ts是基带信号码元传输速率。 (3)2ASK的频带利用率只有直接传输基带信号的一半。B增加一 倍,频带利用率下降一半。
Rb RB log 2 M B B
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课题一 二进制数字调制
【例4-1-2】假设电话信道具有理想的带通特性, 频率范围为300-3400Hz,试问该信道在单向传输 2ASK信号时最大的传输码率为多少?
带信号是矩形波,其频谱宽度从理论上来说为无穷大,以载波 ω c为中心频率,在功率谱密度的第一对过零点之间集中了信号 的主要功率,因此,通常取第一对过零点的带宽作为传输带宽, 称之为谱零点带宽。
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课题一 二进制数字调制
2ASK的功率谱具有以下特点: (1)2ASK信号的功率密度是相应的单极性数字基带信号功率密 度形状不变的平移至±fc(fc为载波信号频率)处形成的,即 2ASK信号的功率谱密度由连续谱和离散谱两部分组成。 (2)2ASK信号的带宽B2ASK是单极性数字基带信号带宽fs的两倍。
幅度调制:AM、PAM、ASK
m(t)改变载波信号C(t)的不同参数
频率调制:FM、FSK
相位调制:PM、PPM、PSK
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课题一 二进制数字调制
在调制器中选择不同的参数,可以把调制分成不同的类型。 (1)输入信号的不同-----模拟调制和数字调制; (2)载波信号的不同-----脉冲载波调制和连续载波调制。 (3)调制后的频谱和原始信号频谱呈线性搬移关系----线性调 制,如AM、ASK。否则为非线性调制,如FM、PM、FSK。 我们重点研究调制信号为数字基带信号、载波为正弦波的数字调 制。其他调制只做概念性介绍。 3、数字调制的种类
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课题一 二进制数字调制
由三极管的发射极输出,经过带通滤波器后输出高频载波; 当基带信号为低电平“0”时,与非门被封锁,载波信号不能通 过与非门,无高频载波输出。
2ASK产生动画 图4-1-8 2ASK信号的产生方法(数字键控法) 【例4-1-1】已知一信码为10011011100100,试画出它的 2ASK信号的波形(载波信号为余弦信号)。
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课题一 二进制数字调制
二、二进制幅移键控(2ASK) 用数字基带信号对载波幅度进行调制的方式称为幅移键控,幅移
键控(也称振幅调制)记作ASK,或称其为开关键控(通断键 控),记作OOK(On Off Keying);二进制幅移键控通常记作 2ASK。 幅移键控调制因为传输效率低,在实际应用中已经很少采用,但 它是研究数字调制的基础。先了解ASK调制,就比较容易理解频 移键控(FSK)调制和相移键控(PSK)调制的原理。
图4-1-7 2ASK波形产生器方框图 a) 模拟调制法
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b)数字键控法
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课题一 二进制数字调制
这里的模拟幅度调制和模拟通信系统中的调幅(AM)框图是 一样的,属于相干调制。但不同的是调制信号为为数字信号(单 极性不归零码)。 (2)数字键控法
由二进制数字基带信号去控制一个开关电路,当信码为“1” 时,开关接通,有高频载波输出;当信码为“0”时,开关断开, 无高频载波输出。 2ASK信号由于始终有一个信号的状态为零, 即处于断开状态,故常称之为通断键控(OOK)信号。 实际电路说明:在实际应用中,高频载波经过分频送到与非 门,与非门在基带信号的控制下工作,当基带信号为高电平“1” 时,门打开,高频方波信号通过与非门,送到三极管的基极,
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2ASK信号的解调方法
3、2ASK信号的解调方法
从已调信号中恢复基带信号的过程称为解调,是调制的逆过 程。包括非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检波法)。 简单的说,非相干解调是指接收端不需要恢复载波信号即可实现 解调,而相干解调则是在接收端必须恢复与发送端一致的载波才 能实现解调。 (1)2ASK信号的非相干解调 非相干解调又称为包络检波法。带通滤波器的作用是使 2ASK信号完整地通过,经包络检波器后,输出其包络。低通滤波 器(LPF)的作用是滤除高频杂波,使基带信号(包络)通过。
【例4-1-2】解答:电话信道带宽B=3400-300=3100(Hz),也就
是说B2ASK=3100Hz。
该信道在传送2ASK信号时,由于2ASK信号的带宽是基带信 号的2倍,因此该信道的等效基带带宽为B2ASK/2=1550Hz。 根据无码间串扰条件(奈奎斯特第一准则),基带带宽为 1550Hz信道最高码元传输速率为RB=2×1550=3100波特
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模块四 数字频带传输技术
那么为什么一定要在带通型信道中传
输数字信号呢?
1. 主要原因是带通型信道比低通型信道
带宽大得多,可以采用频分复用技术传输
多路信号
2.若要利用无线电信道,必须把低频信
号“变”成射频信号。
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课题一 二进制数字调制
一、调制概述 1、基带信号的调制过程和作用
一方面,传统的通信网为模拟信号传输而设计,数字基带信 号不能直接进入该通信网;
另一方面,传输线路中存在大量的电容、变压器等隔直设备, 不利于数字基带信号(富含低频或直流分量)的传输。
对于无线信道,由于数字基带信号的频率较低,不能通 过有限尺寸的天线进行有效辐射。
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课题一 二进制数字调制
1、基本原理及其形成 2ASK的原理是“0、1”码去键控一个连续的载波,使载波时
断时续地输出,有载波输出时表示发送“1”码,无载波输出时
表示发送“0”码。
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课题一 二进制数字调制
基带信号
图4-1-6
2ASK信号波形示意图
2ASK信号可以表示成一个单极性矩形脉冲序列(单极性 不归零码)与一个正弦载波的乘积。
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