Microsoft PowerPoint - 第十二讲-12.pptx

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孚灭蒙
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1 第四章信号的调制传输基带信号频率较低, 不宜在一般信道中直接传输发送端调制, 接收端反调制 ( 解调 ) 调制 : 用基带信号去改变载波的某些参数已讨论脉冲调制 :PM PCM 本章讨论正弦波调制. 数字信号的调制数字信号调制的两种类型 : 模拟调制法实现数字信号的调制 : 将数字基带信号视为模拟信号的特殊情况用数字信号离散取值特点来键控载波 ( 键控法 ): 一般用数字电路实现 49 三种基本键控调制方式 : 振幅键控 (): 正弦波幅度传递数字基带信号频移键控 (FSK): 正弦波频率传送数字基带信号相移键控 (PSK): 正弦波相位传送数字基带信号数字双向通信中, 将调制器和解调器装在一起, 称为调制解调器 (MODEM) 一振幅键控正弦载波的幅度随数字基带信号而变化最简单的形式 : 载波在二进制调制信号和的控制下通或断, 也称为通 - 断键控 (OOK) 定义 : 设数字基带信号为 (), 则信号为 ( )o 49 两种调制方法 : () o 数字基带信号与正弦载波直接相乘载波发生器开关电路 () () () 数字基带信号控制开关选择正弦载波的通断 o - () () - 基带信号 () 为或的二进制序列一般情况, 基带信号 () 可为一定波形形状的二进制序列 : ang( n ), an or n 其中 g() 为一定形状的波形, 且 g, [, ] 此时的信号为 : n o ang( ) o n 3 信号的频谱和带宽设基带信号的功率谱为 S(), 则信号的频谱为 : ( )o S ( ) [ S( ) S( )] S() S () 信号频谱宽度为基带信号的两倍若基带信号频谱宽度无穷大, 则信号的频谱宽度也无穷大 49 6

2 若基带信号 () 为正弦滚降信号, 其带宽为 : ( r) 下图以 r= 为例 S() 其中 r 为滚降因子信号的频谱形状与基带信号一致, 只是移到载波频率的中心附近, 此时其带宽为 : ( r) S () 两种解调方法 : () 相干解调 () R () 经过 PF 后的信号为 : o R u( )o 其中 u() 为码的包络, 一般与数字基带信号 () 不同 g u( )o o [ u( ) u( )o ] 乘以本地载波信号 : 经过 LPF 后的信号为 : o u( ) 49 9 g () o () 相干解调的缺点 : 接收端需产生频率相位与发送端载波完全一致的高频信号, 设备相对复杂 49 非相干解调 : 包络检波法 () 包络检波器经过 PF 后的信号为 : u( )o R 经过包络检波器后的信号为 u(), 包含二进码信息最简单的包络检波器 : R C 时间常数 RC 比载波周期 =/f 大得多输出保持在包络值上 RC 比码元持续时间小得多保证信号间的变化 49 () R () o () 出现最早, 最简单, 但抗噪声能力较差 49

3 二频移键控定义 : 发送时载波频率为, 发送时载频频率为 FSK 信号可表示为 : 常令 : FSK o( ) 发送 o( ) 发送其中和分别为发送和时的载波的初相位称为频偏 : 不失一般性, 令 = =, 则 FSK 信号为 : FSK 两种调制方法 : o( ) o( ) 直接调频法连续相位的 FSK 信号基带信号 L C C LC 振荡回路发送发送 FSK () 发送时, 开关不通,LC 振荡回路的电容为 C, 则其振荡频率为 : LC 发送时, 开关接通,LC 振荡回路的电容为 C 与 C 的并联, 则其振荡频率为 : L( C C) 两个独立的振荡器 + 键控电路相位不连续的 FSK 信号振荡器基带信号键控器 FSK () 振荡器 =f -f 双峰 f - f + f f 3.5=f -f 3 FSK 信号的频谱和带宽二进制 FSK 信号可视为两个信号的叠加频谱带宽为基带带宽的倍和 f -f 之和 FSK ( f f) f - f f f + 8 3

4 =f -f 单峰 f - f f f +.8=f -f.8 f - f f + 49 f 9 定义调频指数 m f : m f 其中 ( f f) 为二进制码元的时间宽度若基带信号 () 为正弦滚降信号, 其带宽为 : ( r) FSK 信号的带宽为 : FSK ( f f) ( r) ( f f) FSK ( r) ( ) ( r) 49 若为升余弦滚降,r=, 有 : 4 两种解调方法 : 相干解调输入 FSK 带通滤波低通滤波带通滤波 o o 低通滤波输出 49 当发送时, FSK o 经过上面一路, 其输出与相干检测类似, 得到 : o u( ) 经过下面一路, 的输出为 : u( )o o u( )[o( ) o( ) ] o 若低通截止频率足够低, 则经过 LPF 的输出为 : o ( ) o o( ) 49 当发送时, FSK o 经过下面一路, 其输出与相干检测类似, 得到 : o u( ) 经过上面一路, 的输出为 : u( )o o u( )[o( ) o( ) ] o 同样若低通截止频率足够低, 则经过 LPF 的输出为 : o ( ) o o( ) 49 3 FSK PF PF M M LPF LPF

5 非相干解调输入带通滤波带通滤波包络检波器包络检波器当发送时, 上面一路 PF 的输出为 : 下面一路 PF 的输出很小当发送时, 下面一路 PF 的输出为 : 上面一路 PF 的输出很小 u o u o 输出包络检波后, 可比较两路信号的大小检测发送信息 49 5 FSK PF PF ENV ENV 两种解调, 抽样判决均是判定哪路输出大, 不像那样需设定判决门限不受信道衰落或变化影响非相干解调设备简单, 在 FSK 中较多应用国际电报电话咨询委员会 (CCI) 推荐在不大于 bi/ 的数据率时, 在电话信道中使用 FSK 方式传输 f =3 Hz f = Hz 若取 r=.5: FSK ( f f) ( r) ( f f) (.5) ( 3) 3 Hz / 电话信道 :6~3 Hz( 带宽 :4 Hz) 49 7 三移相键控定义: 发送时载波相位为, 发送时载频相位为 PSK 信号可表示为 : o 发送 PSK o( ) o 发送其中为载波频率一般, 载波频率 f 可为数字信号传输速率 (/ ) 的整数倍若 f =3/ 两种调制方法 : 直接调相法 : 环形调制器, 用双极性数字基带信号来控制相位选择法 : 用数字基带信号来控制选择两个相位相差的载波振荡器载波振荡器 PSK () 载波振荡器 () 相键控器 PSK () PSK( ) () 倒相器相发时, 点电平高于点, 输出信号与载波振荡器同相发时, 点电平低于点, 输出信号与载波振荡器反相发时,() 控制键控器, 使输出信号与载波振荡器同相发时,() 控制键控器, 使输出信号与载波振荡器反相

6 以载波不同相位来直接表示数字信息的相位键控法通常称为绝对相移方式解调时需产生一个相位绝对正确的本地载波作为基准, 技术复杂倒现象 : 实际上参考基准相位有可能随机跳动以后的接收均错误一般不采用 PSK 方式, 而采用相对相移方式 (DPSK) PSK DPSK 3 DPSK 的定义 : DPSK 利用载波的相位变化来传递数字信息设相对相位偏移为, 定义 : 本码元初始相位与前一码元初始相位之差发送 DPSK 信号有 : 发送例 : 数字信号 49 DPSK信号相位 DPSK 的调制 DPSK 的调制与 PSK 类似, 只是需增加码变换器将数字基带信号变换为控制相位的信息 49 3 以相位选择法为例 : 载波振荡器倒相器 () 5 PSK 信号的带宽相相码变换器键控器 DPSK () PSK 信号可视为一个双极性信号调制的信号 PSK 信号的带宽和信号相同若基带信号的带宽为, 则 PSK 信号的带宽为 if ( r) hen ( r) PSK PSK 信号的解调 PSK 信号的解调只能用相干解调, 需要频率和相位十分准确的参考信号 PSK () o 设接收端 PF 收到的信号为 : x o( ) 经过后的信号为 : x( ) o o( )o o o( ) 经过 LPF 后的信号为 : r( ) o 抽样判决时, 以零电平为门限电平 : 抽样值 >, 判决为 ; 抽样值 <, 判决为若本地载波的频率和相位不十分准确 : o( ) o[( ) ] o( ) o[( ) ( )] LPF (?) o( ) (?) PSK () o ML LPF

7 7 DPSK 信号的两种解调方法相干解调 DPSK () o 码 ( 反 ) 变换器 DPSK 的相干解调与 PSK 信号的相干解调基本相同, 只是最后需将的输出从相对码序列绝对码序列 DPSK () o ML () 输出 :( ) 码变换 : DPSK 的相干解调同样需要本地的载波有十分准确的频率和相位 LPF () 差分相干解调 : 直接比较前后码元的相位差 DPSK () () DPSK () D( ) 延迟器不需要专门的相干载波, 用 PF 输出延迟一个码元时间代替相干解调的本地载波不需要码变换器, 解调器过程直接完成码元的变换抽样判决时, 仍以零电平为门限电平, 但是 : 抽样值 >, 判决为 ; 抽样值 <, 判决为差分相干解调是一种实用的 DPSK 解调方式 ML LPF 四多进制数字信号的调制为在有限信道带宽内传输尽可能多的信息, 在噪声允许下可使用多进制数字信号传输多进制数字信号传输 : 振幅频率和相位不再只有个状态, 可取多种状态多进制振幅键控 (M) M 进制振幅键控信号中, 载波的振幅有 M 种取值, 每个码元间隔 S 内发送一种振幅的载波信号多电平信号常采用格雷码编码 ( 相邻电平所表示的二进码组间只有一个 bi 不同 ) 电平格雷码 : 8 电平格雷码 : M 信号的功率谱与时类似, 它相当于 M 电平的基带信号对载波进行调幅带宽为 M 电平基带信号的 M 倍 M 每个码元间隔传送 log M 比特信息, 信息速率为的 log M 倍多进制相移键控 (MPSK) MPSK 中, 载波的相位有 M 种取值 4PSK: 载波的相位有四种情况或经常采用

8 8PSK: 载波的相位有八种情况或 MPSK 信号可用矢量图来描述 : PSK 4PSK 4PSK = =/4 8PSK 8PSK = =/ 采用自然码 : 4PSK =/4 8PSK =/8 采用格雷码 : 4PSK =/4 8PSK =/8 解调时相邻的相位最容易错判, 采用格雷码后相邻码组只有 bi 信息出错 ( 误码率相同时, 误比特率比自然码低 ) 解调时, 本地基准参考信号的相位跳变可能导致倒现象 MPSK 实际采用的是 MDPSK( 前后码元的相对相位 ) MPSK 每个码元间隔传送 log M 比特信息, 信息速率为 PSK 的 log M 倍 M 越大, 对接收波形的要求越高 : 信道噪声小 ; 接收端需良好的自适应均衡器 M=,4,8,, 国际电报电话咨询委员会 (CCI) 推荐在 4 bi/ 的数据率时, 在电话信道中使用 4DPSK 方式传输 f =8 Hz =/(4/)=/, 若取 r=: ( ) 4DPSK r ( ) 4 Hz / DPSK 频谱范围 : 8-(4/)~8+(4/)=6~3 Hz 电话信道 :6~3 Hz( 带宽 :4 Hz) 国际电报电话咨询委员会 (CCI) 推荐在 48 bi/ 的数据率时, 在电话信道中使用 8DPSK 方式传输 f =8 Hz f =/(48/3)=/6, 若取 r=.5: DPSK ( r) (.5) /6 8 4 Hz 8DPSK 频谱范围 : 8-(4/)~8+(4/)=6~3 Hz 多进制频移键控 (MFSK) MFSK 中, 载波的频率有 M 种取值 MFSK 每个码元间隔传送 log M 比特信息, 信息速率为 FSK 的 log M 倍通常将载波频率取为 ( 正交 MFSK): n fi n 为正整数 4 振幅和相位复合的多进制调制通常将矢量图中信号矢量的端点分布图称为星座图 M 时, 矢量端点在一条轴上分布 ;MPSK 时, 矢量端点在一个圆上分布随着 M 增大, 这些矢量端点间的最小距离随之减小将矢量端点重新合理分布, 则可以在不减小最小距离的情况下增加信号矢量的端点数目振幅和相位复合的调制方式 PSK 和 6 的星座图为 : 6PSK 6 若采用振幅和相位复合的 6 个信号点的调制, 下列星座图均是可能的 : 6QM 6PK 正交振幅调制 8DPSK-M

9 国际电报电话咨询委员会 (CCI) 推荐在 96 bi/ 的数据率时, 在电话信道中使用 6PK 方式传输 f =65 Hz =/(96/4)=/4, 若取 r=.: DPSK ( r) (.) / Hz 6PK 频谱范围 : 65-(64/)~65+(64/)=33~97 Hz 普通电话信道 :6~3 Hz( 带宽 :4 Hz) 需申请专用电话信道

论文题目 : 基于 Labview 的多进制 QAM 仿真摘要 : 所在院 ( 系 ): 电子信息与电气工程学院姓名 : 王思文班级 :F 指导教师 : 蒋铃鸽本文中, 利用 Labview 软件搭建仿真平台, 分别对模拟通信系统以及数字通信系统进行仿真在模拟通信系统中, 主要利

论文题目 : 基于 Labview 的多进制 QAM 仿真摘要 : 所在院 ( 系 ): 电子信息与电气工程学院姓名 : 王思文班级 :F 指导教师 : 蒋铃鸽本文中, 利用 Labview 软件搭建仿真平台, 分别对模拟通信系统以及数字通信系统进行仿真在模拟通信系统中, 主要利项目编号 : T030PRP23044 本科生研究计划 (PRP) 研究论文 ( 第 23 期 ) 论文题目 : 基于 Labview 的多进制 QAM 仿真项目负责人 : 蒋铃鸽学院 ( 系 ): 电子信息与电气工程学院指导教师 : 蒋铃鸽学院 ( 系 ): 电子信息与电气工程学院参与学生 : 王思文项目执行时间 :2013 年 4 月至 2013 年 9 月论文题目 : 基于 Labview