数字调制技术课件.ppt
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1、 数数 字字 通通 信信 原原 理理 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 Engineering1/6/2023数字通信原理第一讲第一讲 绪论绪论第二讲第二讲 信息论基础和信号分析信息论基础和信号分析第三讲第三讲 模拟调制技术模拟调制技术第四讲第四讲 信源编码技术信源编码技术第五讲第五讲 数字基带传输数字基带传输第六讲第六讲 数字调制技术数字调制技术第七讲第七讲 差错控制编码差错控制编码目目
2、录录1/6/2023数字通信原理第六讲第六讲 数字调制技术数字调制技术6.1 6.1 概概 述述6.2 6.2 二进制数字调制二进制数字调制6.3 6.3 多进制调制系统多进制调制系统6.4 6.4 改进型数字调制技术改进型数字调制技术1/6/2023数字通信原理1 概 述一、基本概念一、基本概念1 1、调制、调制与与解调解调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
3、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。vv必要性必要性必要性必要性: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。1/6/2023数字通信原理2 2 2 2、频带信号、频带信号、频带信号、频带信号和和载波信号载波信号载波信号载波信号vv频带信号频带信号频带信号频带信号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。vv载波信号载波信号载波信号载波信号又称又称载波载波载波载波,即,即被调信号被调信号被调信号被调信号。一般选正弦信号为基。一般选正弦信号为基准信号。准信号。3
4、3 3 3、数字传输系统、数字传输系统、数字传输系统、数字传输系统v分为两种:分为两种:基带传输系统基带传输系统基带传输系统基带传输系统和和频带传输系统频带传输系统频带传输系统频带传输系统。vv基带传输系统基带传输系统基带传输系统基带传输系统: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 频带传输系统频带传输系统频带传输系统频带传输系统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。l l基本原理基本原理基本原理基本原理 :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
5、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:增加调制(发端)和解调增加调制(发端)和解调增加调制(发端)和解调增加调制(发端)和解调(收端)(收端)(收端)(收端)1/6/2023数字通信原理4 4、键控法、键控法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:振幅键控振幅键控振幅键控振幅键控、移频键控移频键控移频键控移频键
6、控和和相移键控相移键控相移键控相移键控。vv振幅键控振幅键控振幅键控振幅键控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。vv移频键控移频键控移频键控移频键控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。vv相移键控相移键控相移键控相移键控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。1/6/2023数字通信原理二、分类二、分类 1、按调制参数不同:、按调制参数不同:vvASKASKASKASKAmplitude_Shift KeyingAmpl
7、itude_Shift KeyingvvFSKFSKFSKFSKFrequency_Shift KeyingFrequency_Shift KeyingvvPSKPSKPSKPSKPhase_Shift KeyingPhase_Shift Keying 2、按电平数目的不同:按电平数目的不同:vv二进制调制二进制调制二进制调制二进制调制vv多进制调制多进制调制多进制调制多进制调制 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:vv线性调制线性调制线性调制线性调制满足线性关系,频谱搬移满足线性关系,频谱搬移vv非线性调制非线性调制非线性调制非线性调制1/6/2023数
8、字通信原理 4、解调分类:、解调分类:vv相干解调相干解调相干解调相干解调同步检波法同步检波法同步检波法同步检波法,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。vv非相干解调非相干解调非相干解调非相干解调包络检波法包络检波法包络检波法包络检波法,不需载波信号。,不需载波信号。三、数字调制系统基本结构三、数字调制系统基本结构发发送送低低通通调调 制制发发送送带带通通信信 道道接接收收带带通通解解调调 接接收收低低通通取取样样判判决决噪噪声声1/6/2023数字通信原理2 2 二进制数字调制二进制数字调制1、调制原理、调制原理 用开关的通或断来进行
9、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,从而是载控制开关的通和断,从而是载波通过或不通过。波通过或不通过。6.2.1 振幅键控振幅键控ASK1/6/2023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1/6/2023数字通信原理3、ASK信号波形信号波形1/6/2023数字通信原理(2)频域表示)频域表示1/6/2023数字通信原理(2)频域表示)频域表示设设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
10、采用单极性矩形随机脉冲序列,则:则:1/6/2023数字通信原理(3)频谱图)频谱图(P172,图图72)1/6/2023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,即)信号带宽为原基带信号带宽的两倍,即 。(3)OOK信号的第一旁瓣值比主峰值衰减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1/6
11、/2023数字通信原理5、解调、解调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干解调;1/6/2023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
12、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
13、低通滤波器输出为:y(t)=0.5*S(t)cos(c-L)t1/6/2023数字通信原理vv特点特点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;1/6/2023数字通信原理一、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
14、“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6.2.2 频移键控频移键控FSK1/6/2023数字通信原理2、信号组成、信号组成定义:定义:(1)标称载频标称载频(2)频移宽度频移宽度1/6/2023数字通信原理图图5-50 2FSK信号的产生及波形信号的产生及波形1/6/2023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
15、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 8001/6/2023数字通信原理5、频谱表示及频谱图、频谱表示及频谱图1/6/2023数字通信原理1/6/2023数字通信原理二、调制方式和框图二、调制方式和框图两种调制方法:两种调制方法:v频率选择法频率选择法键控法键控法v载波调制法载波调制法直接调频法直接调频法频率选择法频率选择法: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;载波调制法载波调制法:用数字脉冲直接控制振荡器
16、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。1/6/2023数字通信原理1/6/2023数字通信原理1/6/2023数字通信原理1/6/2023数字通信原理三、结论三、结论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
17、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;1/6/2023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1/6/
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