數(shù)字基帶調(diào)制PPT課件

1、第四章第四章 遠動監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遠動監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸輸 與通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第一節(jié) 概述第二節(jié) 通信信道及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)第三節(jié) 調(diào)制與解調(diào)第四節(jié) 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第五節(jié) 數(shù)據(jù)通信方式第六節(jié) 調(diào)度端及RTU的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第1頁/共53頁遠動信息的傳遞過程遠動信息的傳遞過程第2頁/共53頁通信設(shè)備：一般包括信道、調(diào)制器/解調(diào)器（光端機）。調(diào)制：把信息加到載波上，變成已調(diào)信號的過程解調(diào)：把信息從已調(diào)信號中恢復(fù)出來的過程稱為解調(diào)信道：含有各種干擾的通信線路 頻分信道（FDM）：利用頻率變換和調(diào)制方法，將若干路信號調(diào)制到頻譜的不同位置，接收端利用接收濾波器把各路信號區(qū)分開。按頻帶劃分信道構(gòu)成多路復(fù)用。

2、時分信道（TDM）：將信號時區(qū)劃分為若干時隙，輪流傳輸不同的信號，形成時分通信。一、信道的分類1、按信道的復(fù)用方式第3頁/共53頁2 2、按傳輸信號的類型、按傳輸信號的類型 單工信道：只能一個方向傳送，任何時間不能改變。 半雙工信道：可以雙向傳輸，交替進行，不能同時進行。 全雙工信道：可同時進行雙向傳輸。 有線：以有形的線路為傳輸媒質(zhì)。如對稱電纜、同軸電 纜、架空明線、光纖。 無線：以自由空間為傳輸媒質(zhì)。微波、衛(wèi)星通信等。 3、按傳輸媒質(zhì)不同 模擬信道：傳輸連續(xù)的模擬信號。 數(shù)字信道：傳輸離散的數(shù)字信號。4、按信息傳送方向與時間關(guān)系第4頁/共53頁 把原始數(shù)據(jù)信號（包含直流分量、低頻、諧波分量

3、）稱為基帶信號。由數(shù)據(jù)終端產(chǎn)生的二進制數(shù)字信號，包括PCM、 M等調(diào)制后的信號，稱為數(shù)字基帶信號。直接利用基帶信號進行傳輸?shù)姆绞椒Q為基帶傳輸。如數(shù)字光纖通信系統(tǒng)。 利用載波對基帶信號進行調(diào)制，使信號頻譜搬移到載波頻率附近的一個頻帶內(nèi)，把這種調(diào)制后的信號稱頻帶信號。用頻帶信號進行數(shù)據(jù)傳輸稱頻帶傳輸。 近距（幾米到幾百米）：經(jīng)接口電路（RS-232、RS-422）直接在線路上傳輸。 較近：加基帶傳輸機（基帶MODEM）。 較遠：采用頻帶傳輸，即加調(diào)制解調(diào)器。二、數(shù)字基帶傳輸和頻帶傳輸?shù)?頁/共53頁單極性不歸零碼雙極性不歸零碼單極性歸零碼雙極性歸零碼差分碼第6頁/共53頁基帶數(shù)傳機原理框圖第7頁/

4、共53頁三、干擾電平和允許電平用電平表示信號在傳輸過程中信號幅度變化情況。1.相對電平 選擇電路上某點的功率P0（U0、I0）為基準，把電路上各點功率高于或低于基準點的倍數(shù)以dB（分貝）表示，稱該點的相對功率（電壓、電流）電平。第8頁/共53頁2.絕對電平 在600電阻上，消耗1mW功率為絕對功率電平的基準：絕對功率電平絕對電壓電平)(.logdBUPxu775020 )(logdBPPx31010 常用dBr表相對電平，用dBm表示絕對電平。相對電流電平 相對電壓電平 )(logdBUUPxu020 )(logdBppPx010 相對功率電平)(logdBIIPxi020 第9頁/共53頁以

5、鐵路通信為例： 干擾電平：音頻回路兩端用雜音計所測雜音電壓： 明線2.5mV；電纜2.0mV。 發(fā)送電平：音頻電路最高發(fā)送電平不大于0dBm； 載波通道的載波機兩線端測得的電平 不大于-13 dBr。 接收電平：接收端根據(jù)傳輸方式的不同及接收端通 信設(shè)備本身的性能，對接收電平的限制 不同。如對FSK的音頻實回線，要求 接收電平大于-25 dBm。3.干擾電平和發(fā)送接收電平的規(guī)定第10頁/共53頁 頻帶的選擇 阻抗的匹配 電平的匹配 四、接收端設(shè)備與信道的連接第11頁/共53頁第四章第四章 遠動監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遠動監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸輸 與通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第一節(jié) 概述第二節(jié) 通信信道及數(shù)據(jù)傳

6、輸系統(tǒng)第三節(jié) 調(diào)制與解調(diào)第四節(jié) 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第五節(jié) 數(shù)據(jù)通信方式第六節(jié) 調(diào)度端及RTU的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第12頁/共53頁一、音頻線路音頻（3003400Hz）線路：架空明線、對稱電纜1.由音頻線路構(gòu)成的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)第13頁/共53頁2.通信線的傳輸特性 第14頁/共53頁（1） 首端加上頻率為的正弦交流電壓，穩(wěn)定后，線路上任意一點X處的電壓為：（2） 線路的特性阻抗(波阻抗)它表征線路本身的特性，與線路長度無關(guān)。xxrcrcxeZIUeZIUU)(21)(2111110000CjgLjrZc第15頁/共53頁：傳播系數(shù)：衰耗系數(shù)，單位為dB/km(分貝/公里)：相移系數(shù)，單位為rad/km(弧度/

7、公里)（3） 線路的傳播系數(shù)、衰耗系數(shù)和相移系數(shù))(0000CjgLjrj)(21000022022020220grCLCgLr)(21000022022020220grCLCgLr第16頁/共53頁1100 rLjr2200 rCjg)(21212211000021 rrrrCjgLjrZc)()(2121000021 rrCjgLjrj計算：用復(fù)數(shù)的運算方法來簡化計算過程第17頁/共53頁 jceUZIU )(1121 jceUZIU )(1121)()(xjxxjxrxjrxjxeeUeeUeeUeeUU )()()sin()sin(xtuxtuxteUxteUuxx 22（4）前行波和

8、反行波、波速則：轉(zhuǎn)換為瞬時值的形式，有：令：第18頁/共53頁),(txU 1 波速：考察中相位為一定值的點1 xtt+t 時刻，相位1 移動到x+x處，即1 )()(xxttxt tx為反行波。同理，),(txU 為前行波，波速等于),(txU 從而有t時刻x點處，),(txU 的相位為，即1 結(jié)論2：反射現(xiàn)象既損耗了信號的能量，又使接收端電壓 波形造成畸變，產(chǎn)生有害的干擾。結(jié)論1：電壓波衰減地 向收端前進。第19頁/共53頁（5）阻抗匹配：接收端負載阻抗等于特性阻抗在阻抗匹配的情況下，不會出現(xiàn)反射波 CFZZZ jceUZIU )(112102111 )(cZIUCZIU 11反射波電壓0

9、 第20頁/共53頁 主要有載波電纜和電力線載波 頻分復(fù)用的模擬信道。 二、 載波信道1.載波電纜構(gòu)成的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)第21頁/共53頁2.電力線載波數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)LC諧振電路，阻斷高頻信號的通路構(gòu)成高頻信號的通路，將其送到電力線上。隔離高電壓、大電流，保護人身、設(shè)備的安全將音頻信號調(diào)制到f1(0.33400)kHz第22頁/共53頁光端機：將電信號轉(zhuǎn)換成光信號的變換裝置。光中繼裝置：為實現(xiàn)遠距離傳輸，將因傳輸而使強度減弱的光，先轉(zhuǎn)換成電信號，放大后再轉(zhuǎn)換成光信號，以便長距離傳輸。光纖：透明度極高的纖維，將光傳輸?shù)竭h方的媒介 三、光纖信道第23頁/共53頁光的調(diào)制方式根據(jù)數(shù)字信號進行，多采用脈沖編

10、碼調(diào)制。雙、單極性轉(zhuǎn)換處理：將便于電信號處理的雙極性脈沖變?yōu)楸阌诠饫w傳輸?shù)膯螛O性脈沖。碼制變換：適于電信號傳輸?shù)拇a型轉(zhuǎn)換為適于光信號傳輸?shù)拇a型光電轉(zhuǎn)換元件：發(fā)光元件為激光二極管LD和發(fā)光二極管LED。1.數(shù)字式光端機第24頁/共53頁 根據(jù)光的調(diào)制方式，分兩類： 直接調(diào)制方式：光強度的調(diào)制與輸入的模擬信號成比例。 預(yù)調(diào)制方式：將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為電信號，再進行光的有無的雙值光強度調(diào)制。2. 模擬式光端機第25頁/共53頁四、無線信道1.無線電信道優(yōu)點：適宜于短距離、直接傳輸 一般，稱波長為0.0011.0m、頻率為300MHz300GHz的無線電波為微波。這里的無線電信道指微波以下頻段的無線

11、電信道，常用幾十兆幾百兆Hz。第26頁/共53頁2.微波中繼信道（含衛(wèi)星通信）優(yōu)點：微波頻段頻帶很寬，可容納許多無線電頻道且不相互干擾。第27頁/共53頁第四章第四章 遠動監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遠動監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸輸 與通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第一節(jié) 概述第二節(jié) 通信信道及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)第三節(jié) 調(diào)制與解調(diào)第四節(jié) 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第五節(jié) 數(shù)據(jù)通信方式第六節(jié) 調(diào)度端及RTU的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第28頁/共53頁一、調(diào)制與解調(diào) 1. 定義 調(diào)制：將待傳輸?shù)幕鶐盘栠M行頻譜的搬移或者 數(shù)字脈沖波形的變換，使其適宜于在信道 中傳輸?shù)倪^程。 載波：被調(diào)制的正弦波信號 已調(diào)信號：調(diào)制后得到的信號 解調(diào)：從已調(diào)信號中將原信號復(fù)原

12、的過程。第29頁/共53頁2.調(diào)制的目的 將信號的頻譜搬移到所希望的頻帶上，或?qū)π盘?脈沖進行數(shù)字變換，使其適合在信道上傳輸。 實現(xiàn)信道的多路復(fù)用（頻分或時分）。 改善傳輸系統(tǒng)的抗干擾性能。3.頻帶調(diào)制和數(shù)字基帶調(diào)制 連續(xù)波調(diào)制如FSK等，都是將信號的頻譜搬移到載波頻率附近的一個頻帶上，因此稱為：頻帶調(diào)制 脈沖調(diào)制如PCM等，調(diào)制后的信號仍是數(shù)字基帶信號，因此稱為：數(shù)字基帶調(diào)制，簡稱基帶調(diào)制第30頁/共53頁鍵控調(diào)幅ASK：幅度隨信號變化。鍵控調(diào)頻FSK：頻率隨信號變化。鍵控調(diào)相PSK：相位隨信號變化。二、數(shù)字調(diào)制方式 數(shù)字調(diào)制是利用數(shù)字信號去控制一定形式的載波而實現(xiàn)調(diào)制的一種方法。 選用正弦

13、波為載波信號用數(shù)字基帶信號分別控制幅值，角頻率和相位等參數(shù))cos()( tUtum第31頁/共53頁用前后相鄰兩個波形的相位變化值代表tUtumcos0)(tfUtfUtumm212cos2cos)(數(shù)字信號鍵控調(diào)幅鍵控調(diào)頻絕對調(diào)相相對調(diào)相)cos()0cos()(tUtUtumm第32頁/共53頁三、幅移鍵控（ASK）ASK調(diào)制：利用調(diào)制信息的數(shù)字信號鍵控一個連續(xù)的載波，使載波時斷時續(xù)，有載波振蕩時發(fā)送“1”的信息，無載波時發(fā)送“0”。該方式看作是調(diào)制信號s(t)與載波相乘。性質(zhì)：最簡單的線性調(diào)制。線性調(diào)制：信號在調(diào)制過程中只進行某種線性變換而不經(jīng)過非線性處理，在調(diào)制、解調(diào)過程中，調(diào)制信號

14、的頻譜在頻率軸上被搬來搬去，但其中所有成分的相對關(guān)系總是保持不變。第33頁/共53頁S(t)是重復(fù)周期為是重復(fù)周期為T、脈寬為、脈寬為的方波，傅立葉級數(shù)表示的方波，傅立葉級數(shù)表示：22TT.)5cos523cos32cos221()(0tttAts線性調(diào)制器第34頁/共53頁已調(diào)信號及其傅立葉級數(shù)為：（令A(yù)=A0=1）.)5cos(51)3cos(31)cos(1.)5cos(51)3cos(31)cos(1cos21.)5cos()5cos(51)3cos()3cos(31)cos()cos(1cos21cos.)5cos523cos32cos221(cos)()(0000000000000

15、000ttttttttttttttttttttste第35頁/共53頁.)5cos523cos32cos221()(0tttAts.)5cos(51)3cos(31)cos(1.)5cos(51)3cos(31)cos(1cos21)(0000000tttttttte和頻項：所有成分頻率都大于載頻部分差頻項：所有成分頻率小于載頻部分載頻項：與S(t)無關(guān)第36頁/共53頁已調(diào)信號的帶寬是調(diào)制信號帶寬的兩倍。線性調(diào)制共同特點: 已調(diào)信號中，每一頻率分量都對應(yīng)于原調(diào)制信號的頻率分量在頻率軸上搬移一個0的距離，整個頻譜的結(jié)構(gòu)和每一分量的相對大小不因調(diào)制而改變。第37頁/共53頁ttststttstt

16、ete000022121 cos)()(coscos)(cos)()( 調(diào)幅信號的解調(diào)：包絡(luò)檢波、相干解調(diào)。相干解調(diào): 利用相干載波與所接收到的調(diào)制信號相乘，可以產(chǎn)生一個含有調(diào)制信號和其它成分的組合信號，再用一截止頻率等于載波頻率的低通濾波器將信號分離出來。第38頁/共53頁四、頻移鍵控（FSK）數(shù)字調(diào)頻： 利用載波振蕩的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。第39頁/共53頁 頻率轉(zhuǎn)換法：用數(shù)字信號控制兩個獨立的振蕩器組成調(diào)頻器。1數(shù)字調(diào)頻信號的產(chǎn)生第40頁/共53頁 直接調(diào)頻法：用輸入的數(shù)字信號控制一個振蕩器的某些參數(shù)，達到改變振蕩頻率的目的。數(shù)字信號=1，D1、D2截止，震蕩頻率由C3、L確定3112

17、1LCf )(322121CCLf 數(shù)字信號=0，D1、D2導(dǎo)通，C2并入諧振回路第41頁/共53頁2. 數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)（1）鑒頻法：采用選頻回路將頻率的變化轉(zhuǎn)換成幅度的變化，然后象調(diào)幅信號一樣通過幅度檢波而得到基帶信號，還原數(shù)字信號。限制帶外噪聲減少誤碼率除去信號中的寄生調(diào)幅，得到幅度恒定的調(diào)幅波將調(diào)頻信號的頻率變化轉(zhuǎn)變?yōu)榉茸兓?2頁/共53頁簡單的鑒頻器LC并聯(lián)回路第43頁/共53頁（2）零交點法：計算交變信號在經(jīng)過零點的次數(shù)來解調(diào)數(shù)字調(diào)頻信號的一種方法。原理：與每秒內(nèi)的振蕩次數(shù)就是頻率一樣，可用單位時間內(nèi)信號經(jīng)過零點的次數(shù)來衡量頻率的高低。第44頁/共53頁輸入數(shù)碼 電流方向 T

18、1 T2 載波方向 USC xi=0 E，R2，R4，R3，D1 導(dǎo)通 截止 T1，B，0 相位相同xi=1 E，R1，R3，R4，D2 截止 導(dǎo)通 T2，A，0 相位相反五、相移鍵控（PSK）1. 調(diào)相信號的產(chǎn)生第45頁/共53頁輸入數(shù)碼 T1 T2 載波方向 USC xi=0 導(dǎo)通 截止 T1，B，0 相位相同 xi=1 截止 導(dǎo)通 T2，A，0 相位相反第46頁/共53頁周期=碼元寬度連成計數(shù)方式的觸發(fā)器，來一個脈沖翻一次,輸出是差動碼ix相對調(diào)相信號的產(chǎn)生：將數(shù)字系列 ,轉(zhuǎn)換為差動碼系列對 進行絕對調(diào)相就得到對 的相對調(diào)相。ixiyiy第47頁/共53頁第48頁/共53頁（1）提載：整流、濾波、分頻2. 調(diào)相信號的解調(diào)分頻后提取的載波接收的調(diào)相波平方器二倍 載頻經(jīng)2f濾波 后的波形2f濾波器分頻器第49頁/共53頁（2） 解調(diào)電路接受數(shù)據(jù)為0時： 0接受數(shù)據(jù)為1時： 0相關(guān)系數(shù)：收到的調(diào)相波：已提取的載波：絕對調(diào)相波的解調(diào)原理：對接受信號波與提取的載波的積在一周期內(nèi)積分，根據(jù)結(jié)果來判斷接受的數(shù)據(jù)。tUtum sin)( )()sin()(tnCtUtums TmTmTmmTs