数字基带调制西南交通大学学习教案.pptx

会计学1数字基带调制数字基带调制(tiozh)西南交通大学西南交通大学第一页，共53页。远动信息远动信息远动信息远动信息(xnx)(xnx)的传递过的传递过的传递过的传递过程程程程第2页/共53页第二页，共53页。通信设备(shbi)：一般包括信道、调制器/解调器（光端机）。调制：把信息加到载波上，变成已调信号的过程解调：把信息从已调信号中恢复出来的过程称为解调信道：含有各种干扰的通信线路频分信道（FDM）：利用频率变换和调制方法，将若干路信号调制到频谱的不同位置，接收端利用接收滤波器把各路信号区分开。按频带划分信道构成多路复用。时分信道（TDM）：将信号时区划分为(fnwi)若干时隙，轮流传输不同的信号，形成时分通信。一、信道(xndo)的分类1、按信道的复用方式第3页/共53页第三页，共53页。2 2 2 2、按传输信号、按传输信号、按传输信号、按传输信号(xnho)(xnho)(xnho)(xnho)的类型的类型的类型的类型 单工信道：只能一个方向(fngxing)传送，任何时间不能改变。半双工信道：可以双向传输，交替进行，不能同时进行。全双工信道：可同时进行双向传输。有线：以有形的线路为传输媒质。如对称(duchn)电缆、同轴电 缆、架空明线、光纤。无线：以自由空间为传输媒质。微波、卫星通信等。3、按传输媒质不同 模拟信道：传输连续的模拟信号。数字信道：传输离散的数字信号。4、按信息传送方向与时间关系第4页/共53页第四页，共53页。把原始数据信号（包含直流分量、低频、谐波分量）称为基带信号。由数据终端产生的二进制数字信号，包括PCM、M等调制后的信号，称为数字基带信号。直接利用基带信号进行传输的方式称为基带传输。如数字光纤通信系统。利用载波对基带信号进行调制，使信号频谱搬移到载波频率附近的一个频带内，把这种调制后的信号称频带信号。用频带信号进行数据传输称频带传输。近距（几米到几百米）：经接口电路（RS-232、RS-422）直接在线路(xinl)上传输。较近：加基带传输机（基带MODEM）。较远：采用频带传输，即加调制解调器。二、数字基带传输(chun sh)和频带传输(chun sh)第5页/共53页第五页，共53页。单极性不归零码双极性不归零码单极性归零码双极性归零码差分(chfn)码第6页/共53页第六页，共53页。基带数传机原理(yunl)框图第7页/共53页第七页，共53页。三、干扰(gnro)电平和允许电平用电平表示(biosh)信号在传输过程中信号幅度变化情况。1.相对电平 选择电路上某点的功率P0（U0、I0）为基准，把电路上各点功率高于或低于基准点的倍数以dB（分贝）表示，称该点的相对功率（电压(diny)、电流）电平。第8页/共53页第八页，共53页。2.绝对电平 在600电阻上，消耗1mW功率(gngl)为绝对功率(gngl)电平的基准：绝对功率(gngl)电平绝对(judu)电压电平常用dBr表相对电平，用dBm表示绝对电平。相对电流电平相对电压电平相对功率电平第9页/共53页第九页，共53页。以铁路通信(tngxn)为例：干扰电平：音频回路两端用杂音计所测杂音电压：明线2.5mV；电缆2.0mV。发送电平：音频电路最高发送电平不大于0dBm；载波通道的载波机两线端测得的电平不大于-13dBr。接收电平：接收端根据传输方式的不同及接收端通信设备本身的性能，对接收电平的限制不同。如对FSK的音频实回线，要求接收电平大于-25dBm。3.干扰电平和发送接收(jishu)电平的规定第10页/共53页第十页，共53页。频带的选择(xunz)阻抗的匹配电平的匹配四、接收端设备与信道(xn do)的连接第11页/共53页第十一页，共53页。第四章第四章 远动监控系统远动监控系统(xtng)数数据传输据传输 与通信网络结构与通信网络结构第一节概述第二节通信信道及数据传输系统第三节调制(tiozh)与解调第四节计算机网络基础第五节数据通信方式第六节调度端及RTU的网络结构第12页/共53页第十二页，共53页。一、音频(ynpn)线路音频（3003400Hz）线路(xinl)：架空明线、对称电缆1.由音频线路(xinl)构成的数据传输系统第13页/共53页第十三页，共53页。2.通信线的传输(chun sh)特性 第14页/共53页第十四页，共53页。（1）首端加上频率为的正弦交流电压，稳定后，线路上任意(rny)一点X处的电压为：（2）线路(xinl)的特性阻抗(波阻抗)它表征线路(xinl)本身的特性，与线路(xinl)长度无关。第15页/共53页第十五页，共53页。：传播系数：衰耗系数，单位(dnwi)为dB/km(分贝/公里)：相移系数，单位(dnwi)为rad/km(弧度/公里)（3）线路的传播系数(xsh)、衰耗系数(xsh)和相移系数(xsh)第16页/共53页第十六页，共53页。计算(jsun)：用复数的运算方法来简化计算(jsun)过程第17页/共53页第十七页，共53页。（4）前行(qin xn)波和反行波、波速则：转换(zhunhun)为瞬时值的形式，有：令：第18页/共53页第十八页，共53页。波速：考察中相位为一定值的点t+t 时刻，相位移动(ydng)到x+x处，即为反行波。同理，为前行波，波速等于从而(cngr)有t时刻x点处，的相位为，即结论2：反射现象既损耗(snho)了信号的能量，又使接收端电压波形造成畸变，产生有害的干扰。结论1：电压波衰减地向收端前进。第19页/共53页第十九页，共53页。（5）阻抗(zkng)匹配：接收端负载阻抗(zkng)等于特性阻抗(zkng)在阻抗匹配的情况下，不会出现(chxin)反射波 反射(fnsh)波电压0 第20页/共53页第二十页，共53页。主要有载波(zib)电缆和电力线载波(zib)频分复用的模拟信道。二、载波(zib)信道1.载波电缆(dinln)构成的数据传输系统第21页/共53页第二十一页，共53页。2.电力线载波(zib)数据传输系统LC谐振(xizhn)电路，阻断高频信号的通路构成高频信号的通路，将其送到电力线上。隔离(gl)高电压、大电流，保护人身、设备的安全将音频信号调制到f1(0.33400)kHz第22页/共53页第二十二页，共53页。光端机：将电信号转换成光信号的变换装置(zhungzh)。光中继装置(zhungzh)：为实现远距离传输，将因传输而使强度减弱的光，先转换成电信号，放大后再转换成光信号，以便长距离传输。光纤：透明度极高的纤维，将光传输到远方的媒介三、光纤信道(xndo)第23页/共53页第二十三页，共53页。光的调制方式根据数字信号进行，多采用脉冲编码调制。双、单极性转换处理：将便于(biny)电信号处理的双极性脉冲变为便于(biny)光纤传输的单极性脉冲。码制变换：适于电信号传输的码型转换为适于光信号传输的码型光电转换元件：发光元件为激光二极管LD和发光二极管LED。1.数字式光端机第24页/共53页第二十四页，共53页。根据(gnj)光的调制方式，分两类：直接调制方式：光强度的调制与输入的模拟信号成比例。预调制方式：将输入的模拟信号转换为电信号，再进行光的有无的双值光强度调制。2.模拟式光端机第25页/共53页第二十五页，共53页。四、无线信道(xndo)1.无线电信道(xn do)优点：适宜于短距离、直接(zhji)传输一般，称波长为0.0011.0m、频率为300MHz300GHz的无线电波为微波。这里的无线电信道指微波以下频段的无线电信道，常用几十兆几百兆Hz。第26页/共53页第二十六页，共53页。2.微波中继信道(xn do)（含卫星通信）优点(yudin)：微波频段频带很宽，可容纳许多无线电频道且不相互干扰。第27页/共53页第二十七页，共53页。第四章第四章 远动监控远动监控(jin kn)系系统数据传输统数据传输 与通信网络结构与通信网络结构第一节概述第二节通信信道及数据传输系统第三节调制与解调第四节计算机网络基础(jch)第五节数据通信方式第六节调度端及RTU的网络结构第28页/共53页第二十八页，共53页。一、调制(tiozh)与解调 1.定义 调制：将待传输的基带信号进行频谱的搬移或者 数字脉冲(michng)波形的变换，使其适宜于在信道 中传输的过程。载波：被调制的正弦波信号 已调信号：调制后得到的信号 解调：从已调信号中将原信号复原的过程。第29页/共53页第二十九页，共53页。2.调制(tiozh)的目的将信号的频谱搬移到所希望的频带上，或对信号脉冲进行数字变换，使其适合在信道(xndo)上传输。实现信道(xndo)的多路复用（频分或时分）。改善传输系统的抗干扰性能。3.频带(pndi)调制和数字基带调制连续波调制如FSK等，都是将信号的频谱搬移到载波频率附近的一个频带上，因此称为：频带调制脉冲调制如PCM等，调制后的信号仍是数字基带信号，因此称为：数字基带调制，简称基带调制第30页/共53页第三十页，共53页。键控调幅ASK：幅度随信号变化(binhu)。键控调频FSK：频率随信号变化(binhu)。键控调相PSK：相位随信号变化(binhu)。二、数字(shz)调制方式 数字调制是利用数字信号去控制一定形式的载波而实现调制的一种(yzhn)方法。选用正弦波为载波信号用数字基带信号分别控制幅值，角频率和相位等参数第31页/共53页第三十一页，共53页。用前后(qinhu)相邻两个波形的相位变化值代表数字信号键控(jinkn)调幅键控(jinkn)调频绝对调相相对调相第32页/共53页第三十二页，共53页。三、幅移键控（ASK）ASK调制：利用调制信息的数字信号键控(jinkn)一个连续的载波，使载波时断时续，有载波振荡时发送“1”的信息，无载波时发送“0”。该方式看作是调制信号s(t)与载波相乘。性质：最简单的线性调制。线性调制：信号在调制过程中只进行某种线性变换而不经过非线性处理，在调制、解调过程中，调制信号的频谱在频率轴上被搬来搬去，但其中(qzhng)所有成分的相对关系总是保持不变。第33页/共53页第三十三页，共53页。S(t)S(t)是重复周期为是重复周期为是重复周期为是重复周期为T T、脉宽为、脉宽为、脉宽为、脉宽为 的方波，傅立叶级数的方波，傅立叶级数的方波，傅立叶级数的方波，傅立叶级数(j sh)(j sh)表示：表示：表示：表示：线性调制器第34页/共53页第三十四页，共53页。已调信号(xnho)及其傅立叶级数为：（令A=A0=1）第35页/共53页第三十五页，共53页。和频项：所有成分频率都大于载频(zipn)部分差频项：所有(suyu)成分频率小于载频部分载频(zi pn)项：与S(t)无关第36页/共53页第三十六页，共53页。已调信号(xnho)的带宽是调制信号(xnho)带宽的两倍。线性调制共同(gngtng)特点:已调信号中，每一频率分量都对应于原调制信号的频率分量在频率轴上搬移一个0的距离，整个频谱的结构和每一分量的相对大小不因调制而改变。第37页/共53页第三十七页，共53页。调幅信号(xnho)的解调：包络检波、相干解调。相干解调:利用相干载波与所接收到的调制信号(xnho)相乘，可以产生一个含有调制信号(xnho)和其它成分的组合信号(xnho)，再用一截止频率等于载波频率的低通滤波器将信号(xnho)分离出来。第38页/共53页第三十八页，共53页。四、频移键控（FSK）数字(shz)调频：利用载波振荡的频率变化来传递数字(shz)信息。第39页/共53页第三十九页，共53页。频率转换法：用数字信号控制两个独立的振荡器组成(z chn)调频器。1数字(shz)调频信号的产生第40页/共53页第四十页，共53页。直接调频(diopn)法：用输入的数字信号控制一个振荡器的某些参数，达到改变振荡频率的目的。数字信号=1，D1、D2截止(jizh)，震荡频率由C3、L确定数字信号=0，D1、D2导通，C2并入(bnr)谐振回路第41页/共53页第四十一页，共53页。2.数字(shz)调频信号的解调（1）鉴频(jin pn)法：采用选频回路将频率的变化转换成幅度的变化，然后象调幅信号一样通过幅度检波而得到基带信号，还原数字信号。限制(xinzh)带外噪声减少误码率除去信号中的寄生调幅，得到幅度恒定的调幅波将调频信号的频率变化转变为幅度变化第42页/共53页第四十二页，共53页。简单(jindn)的鉴频器LC并联回路第43页/共53页第四十三页，共53页。（2）零交点法：计算交变信号在经过零点的次数来解调数字调频信号的一种方法。原理：与每秒内的振荡次数就是频率一样，可用单位(dnwi)时间内信号经过零点的次数来衡量频率的高低。第44页/共53页第四十四页，共53页。输入(shr)数码 电流方向 T1 T2 载波方向 USC xi=0 E，R2，R4，R3，D1 导通 截止 T1，B，0 相位相同xi=1 E，R1，R3，R4，D2 截止 导通 T2，A，0 相位相反五、相移键控（PSK）1.调相信号(xnho)的产生第45页/共53页第四十五页，共53页。输入数码 T1 T2 载波(zib)方向 USC xi=0 导通 截止 T1，B，0 相位相同 xi=1 截止 导通 T2，A，0 相位相反第46页/共53页第四十六页，共53页。周期(zhuq)=码元宽度连成计数(j sh)方式的触发器，来一个脉冲翻一次,输出是差动码相对调相信号的产生：将数字系列 ,转换为差动码系列对 进行绝对调相就得到对 的相对调相。第47页/共53页第四十七页，共53页。第48页/共53页第四十八页，共53页。（1）提载：整流、滤波(lb)、分频2.调相信号(xnho)的解调分频后提取(tq)的载波接收的调相波平方器二倍 载频经2f滤波 后的波形2f滤波器分频器第49页/共53页第四十九页，共53页。（2）解调(ji dio)电路接受(jishu)数据为0时：0接受(jishu)数据为1时：0相关系数：收到的调相波：已提取(tq)的载波：绝对调相波的解调原理：对接受信号波与提取的载波的积在一周期内积分，根据结果来判断接受的数据。第50页/共53页第五十页，共53页。乘法(chngf)电路：实现定时器：实现同步(tngb)定时及取样（0-T）判决器：判断的值积分器：实现(shxin)第51页/共53页第五十一页，共53页。C1C2C1C2C1C2C1C2寄存寄存寄存寄存 yi yi yi yi，yi-1yi-1yi-1yi-1；与门、或非门实现；与门、或非门实现；与门、或非门实现；与门、或非门实现(shxin)(shxin)(shxin)(shxin)异或运异或运异或运异或运算。算。算。算。相对(xingdu)调相波的解调原理：1.利用(lyng)绝对调相波的解调电路得到差动码2.由差动码求数据序列：第52页/共53页第五十二页，共53页。感谢您的观看(gunkn)！第53页/共53页第五十三页，共53页。