數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)基礎(chǔ)

數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)基礎(chǔ)

日期：2014-722014年5月21日內(nèi)容1、通信系統(tǒng)概述2、信號調(diào)制基礎(chǔ)3、IQ調(diào)制解調(diào)原理4、基于AgilentVSA的數(shù)字信號解調(diào)5、一些關(guān)鍵技術(shù)6、基于MATLAB的QPSK信號解調(diào)實例通信系統(tǒng)的分類接入網(wǎng)核心網(wǎng)有線接入無線接入衛(wèi)星接入高空平臺蜂窩接入微波接入FWAWLANWPAN通信網(wǎng)光纖接入PON，APONFTTB/C/H/R混合光纖同軸網(wǎng)CablemodemDSL(ADSL,HDSL)32014年5月21日脈沖調(diào)制ASK，F(xiàn)SK，PSK，QAM模擬數(shù)字模擬數(shù)字PAM，PPMPCM，ADPCM傳輸方式：基帶傳輸，頻帶傳輸復(fù)用方式：頻分，時分，碼分和空分調(diào)制方式：線性AM，DSB，SSB，VSB非線性FM，PM連續(xù)波通信系統(tǒng)的分類32014年5月21日通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)一般模型模擬通信系統(tǒng)模型32014年5月21日數(shù)字通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)的組成32014年5月21日數(shù)字通信系統(tǒng)各部分的作用①實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化傳輸即完成A/D變化。②提高信號傳輸?shù)挠行?。即在保證一定傳輸質(zhì)量的情況下，用竟可能少的數(shù)字脈沖來表示信源產(chǎn)生的信息。通過數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)減少碼元數(shù)量和降低碼元速度

（1）信源:把原始信息變換成原始電信號。（2）信源編碼：32014年5月21日神舟七號伴飛衛(wèi)星發(fā)回的兩張圖片的對比（A）壓縮前的彩色照片

（B）壓縮后的黑白照片32014年5月21日（3）加密：在需要保密的場合，為了保證信息安全，人為的將被傳輸?shù)男盘枖_亂；（4）信道編碼數(shù)字通信系統(tǒng)各部分的作用

①信道編碼的目的：信道編碼主要解決數(shù)字通信的可靠性和增強系統(tǒng)的抗干擾能力。②信道編碼的原理：對傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入一些冗余碼（監(jiān)督碼），形成新的碼字，接收端按照約定好的規(guī)律進行檢錯甚至糾錯。

（5）數(shù)字調(diào)制：把數(shù)字基帶信號頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?。?shù)字射頻通信系統(tǒng)方框圖32014年5月21日為何采用數(shù)字通信系統(tǒng)32014年5月21日數(shù)字通信系統(tǒng)優(yōu)點1.數(shù)字通信比模擬通信抗干擾能力強，通過中繼再生后可消除噪聲積累2.數(shù)字信號比模擬信號易于調(diào)制3.數(shù)字信號比模擬信號保密性強4.自動發(fā)現(xiàn)和控制差錯5.便于和電子計算機結(jié)合6.設(shè)備便于集成化、微型化…………數(shù)字通信系統(tǒng)缺點1.需要的傳輸帶寬較大2.對同步要求較高，系統(tǒng)復(fù)雜隨著技術(shù)進步，數(shù)字通信系統(tǒng)的瓶頸都已得到解決，因此，其應(yīng)用必然會越來越廣泛。22014年5月21日內(nèi)容1、通信系統(tǒng)概述2、信號調(diào)制基礎(chǔ)3、IQ調(diào)制解調(diào)原理4、基于AgilentVSA的數(shù)字信號解調(diào)5、一些關(guān)鍵技術(shù)6、基于MATLAB的QPSK信號解調(diào)實例32014年5月21日為何需要調(diào)制？32014年5月21日天線的尺寸必須與發(fā)射信號波長相比擬；把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處，實現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率；擴展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾能力，抗衰落能力，用帶寬換信噪比；Back

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20136模擬調(diào)制-AMBack

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20136模擬調(diào)制-PM和FM112014年5月21日注意：在數(shù)字調(diào)制中，基帶調(diào)制信號是數(shù)字式的，而調(diào)制過程不是數(shù)字的數(shù)字調(diào)制tttt1010數(shù)字數(shù)據(jù)數(shù)字基帶調(diào)制信號

幅度

頻率

相位幅度和相位二進制移幅鍵控(2ASK)基帶信號：

2ASK信號：

二進制移幅鍵控(2ASK)(續(xù))

2ASK實現(xiàn)方案：

(a)采用乘法器實現(xiàn)

(b)采用開關(guān)電路實現(xiàn)通過該方式輸出的信號也稱通斷鍵控(OOK)信號。

二進制移幅鍵控(2ASK)(續(xù))

2ASK信號的帶寬

ASK信號是一種由基帶信號線性調(diào)制載波后產(chǎn)生的信號信號頻譜是基帶信號頻譜簡單地搬移，帶寬是原基帶信號的兩倍。

二進制移頻鍵控(2FSK)對于二元信號序列，一般地有：

相應(yīng)地

2FSK信號的一般表示形式為

二進制移頻鍵控(2FSK)(續(xù))若記則有

二進制移頻鍵控(2FSK)(續(xù))

2FSK實現(xiàn)方案：

(a)采用變?nèi)荻O管模擬調(diào)頻實現(xiàn)

(b)采用開關(guān)電路實現(xiàn)通過鍵控法實現(xiàn)

二進制移相鍵控(2PSK)設(shè)二元信號序列

其中

2PSK信號可表示為若為一非歸零矩形脈沖，則2PSK信號為

二進制移相鍵控(2PSK)(續(xù))

2PSK信號的波形示意圖

2PSK信號調(diào)制的實現(xiàn)方案二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較1.關(guān)于誤碼率若信噪比r一定，2PSK系統(tǒng)的誤碼率低于2FSK系統(tǒng)，2FSK系統(tǒng)的誤碼率低于2ASK系統(tǒng)采用相干解調(diào)方式的誤碼率低于采用非相干解調(diào)方式的誤碼率2.關(guān)于頻帶利用率：在碼元速率一定的情況下，2FSK的頻帶利用率最低2ASK和2PSK相當(dāng)；3.對信道特性變化的敏感性：2ASK對信道特性變化敏感，性能最差；2FSK和2PSK不敏感結(jié)論是：綜合考慮，PSK最常用256QAM

8

bits/second/HzMajor

Modulation

Goal:

--Spectral

Efficiency

Theoretical

Bandwidth

Efficiency

Limits:

BPSK1bit/second/Hz

QPSK8PSK16QAM32QAM2

bits/second/Hz3

bits/second/Hz4

bits/second/Hz5bits/second/Hz

64QAM6

bits/second/Hz282014年5月21日302014年5月21日

Modulation

Efficiency

Trade-Off

As

the

complexity

of

the

modulationincreases,the

radio

becomes

more

spectrallyefficient. However,

it

also

becomes

more

susceptibletoerrors

caused

by

noise

and

distortion

Pattern

RAM

Binary

Info

tobe

transmittedSymbol

Mapping

and

Baseband

Filters

Map

to

digital

symbolsDACDACI11000101101010010111001010

1010

then

to

Digital

I

Q

signals00

->

1+j101

->

-1+j110

->

-1-j111

->

1-j1Vector

Modulation

Signals

–

BBG

Block

Diagram

Baseband

IQ

signal

generation-

Contains

information

to

betransmitted

DAC’s

Convert

Digital

IQ

signals

to

analog

IQ

signalsQ

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201315IQSend

toModulator22014年5月21日內(nèi)容1、通信系統(tǒng)概述2、信號調(diào)制基礎(chǔ)3、IQ調(diào)制解調(diào)原理4、基于AgilentVSA的數(shù)字信號解調(diào)5、一些關(guān)鍵技術(shù)6、基于MATLAB的QPSK信號解調(diào)實例AmpFreq,Phase

Modulation:

Where

the

Information

Resides？

V(t)

=

A(t)*cos[2πfct

+

Φ(t)]Back

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20136調(diào)制信號的失量圖表示0deg

PhaseMagnitudePhasedeg

0Phase

Change0Both

Change

deg

Frequency

Change

2014年5月21日Change

0deg112014年5月21日Generating

Signals

–

Digital

Modulation

實際使用中，使用IQ調(diào)制方式：V(t)=A(t)*cos[2πfct+Φ(t)]令I(lǐng)’(t)=A(t)*cos[Φ(t)]，Q’(t)=A(t)*sin[Φ(t)]根據(jù)三角公式，上式變?yōu)閂(t)=I’(t)*cos(2πfct)-Q’(t)*sin(2πfct)

基帶信號載波信號注意：I’(t)和Q’(t)并不正交

I和Q分量最重要的特性是它們是獨立的分量(正交)。Generating

Signals

–

Digital

Modulation

從根本上講，IQ調(diào)制就是直角坐標到極坐標的轉(zhuǎn)換IQ解調(diào)

I-Q解調(diào)是I-Q調(diào)制的鏡像IQ調(diào)制的好處提高頻譜利用率；I-Q調(diào)制器不使用非線性，難實現(xiàn)的相位調(diào)制，而是簡單的對載波幅度及其正交量進行線性調(diào)制。I-Q調(diào)制可以生成從數(shù)字制式到射頻脈沖甚至線性調(diào)頻雷達等各種調(diào)制。

在I-Q平面上觀查信號經(jīng)常能更好地洞察信號。串?dāng)_、數(shù)據(jù)偏移、壓縮以及AM-PM失真等用其它方法難以呈現(xiàn)的現(xiàn)象在I-Q平面上可以輕松查看。信號的解調(diào)也同樣簡單明了。使用I-Q解調(diào)至少理論上可以輕松地恢復(fù)基帶信號。IQ解調(diào)IQ解調(diào)IQ解調(diào)IQ解調(diào)22014年5月21日內(nèi)容1、通信系統(tǒng)概述2、信號調(diào)制基礎(chǔ)3、IQ調(diào)制解調(diào)原理4、基于AgilentVSA的數(shù)字信號解調(diào)5、一些關(guān)鍵技術(shù)6、基于MATLAB的QPSK信號解調(diào)實例VSA信號分析原理框圖VSA信號分析詳細框圖VSA數(shù)字解調(diào)器原理Q幅度誤差（Magnitude

Error）

誤差矢量

（Error

Vector）

參考信號

（Reference

Si