數(shù)字信號的調(diào)制與解調(diào)ppt課件.ppt

1、第7章 數(shù)字信號的調(diào)制與解調(diào),數(shù)字通信系統(tǒng)概述 基帶數(shù)字信號的特性 幅度鍵控的產(chǎn)生與解調(diào) 頻率鍵控的產(chǎn)生與解調(diào) 相位鍵控的產(chǎn)生與解調(diào),內(nèi)容提要：,7.1 數(shù)字通信系統(tǒng)概述,關(guān)于數(shù)字信號 數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo) 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 數(shù)字通信系統(tǒng)的特點(diǎn),本節(jié)內(nèi)容：,關(guān)于數(shù)字信號,數(shù)字信號是量化后的離散時間信號 數(shù)字信號的主要特點(diǎn)是狀態(tài)的離散性 離散信號的狀態(tài)可以用二進(jìn)制符號表示 m位的二進(jìn)制符號最多可以表示2m個狀態(tài) 數(shù)字通信中采用的二進(jìn)制符號只有0、1兩種 0、1兩個符號所組成的代碼可表示任意信息 由0、1組成的一串代碼稱為“數(shù)字信號序列”，表示為：a-ka-3 a-2 a-1 a0 a1 a2

2、a3 ak （a是碼元，k是其序號，簡寫為ak,數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo),性能指標(biāo)之一碼元傳輸速率 碼元傳輸速率即碼元速率或傳碼率，指系統(tǒng)每秒鐘傳送或處理碼元的數(shù)目，單位為“波特”，符號 “B” 。 信息傳輸速率即信息速率或傳信率，指每秒鐘傳遞的信息量，單位為比特/秒，記為bit/s。 碼元速率及信息速率是有區(qū)別的 。 性能指標(biāo)之二差錯率 誤碼率碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率 誤信率信息量在傳輸過程中被丟失的概率,數(shù)字通信系統(tǒng)模型,收信機(jī),系統(tǒng)模型見下圖,五個組成部分,發(fā)終端,發(fā)信機(jī),信道,收終端,數(shù)字通信系統(tǒng)的特點(diǎn),數(shù)字通信的抗干擾（或噪聲）能力強(qiáng) ； 傳輸中的差錯可以通過抗干擾編碼（檢錯糾錯編

3、碼）加以控制，從而能有效地改善通信質(zhì)量 ； 便于使用現(xiàn)代技術(shù)對數(shù)字信號進(jìn)行處理 ； 數(shù)字信號易于加密，保密性強(qiáng) ； 數(shù)字通信系統(tǒng)可以傳遞各種信息，使通信系統(tǒng)變得通用、靈活 ； 與模擬通信相比，數(shù)字通信要占據(jù)更寬的帶寬 。,7.2 基帶數(shù)字信號,基帶數(shù)字信號的波形 基帶數(shù)字信號的一般表達(dá)式 基帶數(shù)字信號的頻域特點(diǎn),本節(jié)內(nèi)容：,基帶數(shù)字信號波形矩形脈沖,基帶數(shù)字信號波形非矩形脈沖,矩形脈沖的產(chǎn)生比較容易，實際上也很有用，不過這種脈沖的頻譜很寬。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了節(jié)省頻帶，可采用頻譜較窄的脈沖，如升余弦脈沖，三角形脈沖，半余弦脈沖等,基帶數(shù)字信號波形N進(jìn)制,對于N進(jìn)制的數(shù)字信號，每個碼元可以有N

4、種不同的數(shù)值，傳輸這種信號需要有N種不同的波形： g1(t)、g2(t)、g3(t)gN(t)。 （a）單極性四電平信號 （b）雙極性四電平信號 右圖中電平為3U的脈沖代表“3”；2U代表“2”；U代表“1”；電平等于零時代表“0”，這種信號叫做多電平信號 。,基帶數(shù)字信號波形絕對碼與相對碼,（a）絕對碼,它的特點(diǎn)是：每一個符號都和一個固定的波形相對應(yīng) 。,（b）相對碼,它是以前一個碼元為基準(zhǔn)來進(jìn)行編碼的。1時相同，0時相反。,基帶信號的一般表達(dá)式,其中：時間函數(shù)S(t) 是一 個隨機(jī)函數(shù)，利用統(tǒng)計法 可以得到其中規(guī)律。,如果對于某一序列有：,則有一般表達(dá)式：,如果兩脈沖波形相同極性相反，即g

5、2(t)g1(t)g(t) ，則上式可改寫為：,基帶數(shù)字信號的頻域特點(diǎn),單極性周期性矩形脈沖的頻譜,圖示為周期為T，脈沖寬度為的單極性周期性矩形波及其利用傅立葉級數(shù)展開得到的頻譜分布。,脈沖寬度與頻譜的關(guān)系,基帶數(shù)字信號的頻域特點(diǎn),脈沖寬度越窄，其頻譜包絡(luò)線的零點(diǎn)頻率越高，相鄰兩個零值之間所含的諧波分量就越多，頻帶越寬。,7.3 幅度鍵控,什么是幅度鍵控？ 利用基帶信號S(t)對載頻為c的正弦波幅度進(jìn)行控制的方式，叫做調(diào)幅，也叫做幅度鍵控，記為ASK。 下面討論六點(diǎn)問題：,模擬調(diào)制方法的調(diào)幅器 數(shù)字鍵控方法的調(diào)幅器 調(diào)幅信號產(chǎn)生的原理圖 ASK信號頻域分布特點(diǎn) 折疊干擾及其消除方法 幅度鍵控信

6、號的解調(diào),本節(jié)內(nèi)容：,模擬調(diào)制方法的調(diào)幅器,模擬調(diào)制方法的調(diào)幅器方框圖,一般表達(dá)式：,基帶數(shù)字信號,高頻載波,數(shù)字鍵控方法的調(diào)幅器,由基帶數(shù)字信號控制一 開關(guān)電路。當(dāng)“1”碼時開 關(guān)閉合，高頻載波輸出。 當(dāng)“0”碼時開關(guān)斷開，無 高頻載波輸出。,幅度鍵控信號波形,數(shù)字鍵控調(diào)幅器框圖,調(diào)幅信號產(chǎn)生的原理圖,（a）圖中兩個二極管的導(dǎo)通與截止受基帶信號控制。,（b）圖中三極管的導(dǎo)通與截止受基帶信號控制。,ASK信號的頻域分布特點(diǎn),從頻域上看，幅度調(diào)制的作用是將基帶信號頻譜移到以載頻c為中心的頻帶內(nèi)。調(diào)幅之后將產(chǎn)生上、下兩個邊帶，每一個邊帶都是基帶頻譜的線性搬移 ，這種調(diào)制叫做線性調(diào)制 。帶寬BW2f

7、s 頻譜結(jié)構(gòu)特點(diǎn),折疊干擾及其消除方法,由于調(diào)制時載波頻率fc選擇偏低導(dǎo)致 調(diào)幅后的ASK信號頻譜的下邊帶中 出現(xiàn)“反轉(zhuǎn)”的頻率分量。由于“反轉(zhuǎn)” 的頻率是由“負(fù)頻率”以零頻率為中心 “反射(或折疊)而產(chǎn)生的，因而叫做 零頻率反射干擾或折疊干擾。,折疊干擾,消除方法,用低通濾波器把基帶數(shù)字 信號中高于載波fc的頻率 分量濾掉。,幅度鍵控信號的解調(diào),相干解調(diào)框圖,非相干解調(diào)框圖,ASK信號解調(diào)的波形,調(diào)幅信號,整形輸出,檢波輸出 UP為判決電平,7.4 頻率鍵控,頻率鍵控信號的產(chǎn)生 FSK信號產(chǎn)生的原理 二進(jìn)制FSK信號波形 FSK信號產(chǎn)生的電路 頻率鍵控信號的解調(diào) 非相干檢測法 相干檢測法,本

8、,節(jié),內(nèi),容,FSK信號產(chǎn)生的原理, 根據(jù)定義，頻率鍵控信號uFSK(t)的瞬時頻率為(t) =c+d S(t)c是未調(diào)載波頻率，d為頻率偏移對基帶信號電壓S(t)的變換系數(shù)。如果S(t)是歸一化基帶信號，即|S(t)|的最大值等于1，且沒有量綱，則d是最大頻率偏移，簡稱頻偏。,什么是FSK信號？,FSK信號中的瞬時頻率與頻偏, 用基帶信號S(t)對載波的瞬時頻率進(jìn)行控制的方式，叫做調(diào)頻。在數(shù)字通信中，稱為頻率鍵控（或頻移鍵控），記為FSK。,二進(jìn)制FSK信號波形,基帶信號,相位不連續(xù),相位連續(xù),FSK信號產(chǎn)生電路中和一種形式,晶體管及LC1回路組成一個振蕩器，振蕩頻率主要由回路參數(shù)L、C1、

9、C2決定?；鶐盘朣(t)是雙極性不歸零矩形脈沖。S(t)為正時，V2V3截止，振蕩頻率由L和C1決定。S(t)為負(fù)時，V2V3導(dǎo)通，振蕩頻率由L和C1和C2決定。,頻率鍵控信號的解調(diào)非相干檢測,圖示為非相干檢測法，為了消除失真或干擾，在輸出端帶有判決電路。,頻率鍵控信號的解調(diào)相干檢測法,圖示為相干檢測法，特點(diǎn)是需要一個相干（同步）信號，在輸出端同樣有判決電路。,7.5 相位鍵控,用基帶數(shù)字信號對載波相位進(jìn)行控制的方式，叫做調(diào)相，在數(shù)字通信中稱之為“相位鍵控”，記為PSK。 相位鍵控分為絕對相位鍵控和相對相位鍵控（DPSK）兩種 相位鍵控信號的產(chǎn)生 相位鍵控信號的解調(diào),本節(jié)內(nèi)容：,絕對相位鍵控

10、,用未調(diào)載波的相位作為基準(zhǔn)的調(diào)制，叫做絕對相位鍵控 碼元取“1”時，已調(diào)高頻振蕩的相位與未調(diào)載波的相位相同；取“0”時相位相差180 采用絕對方式時，在接收系統(tǒng)中必須有一個與發(fā)送系統(tǒng)相同的基準(zhǔn)相位作為參考，以識別接收到的是“1”碼還是 “0”碼 絕對PSK方式因參考相位的隨機(jī)跳變，存在“倒”現(xiàn)象或“反相工作”現(xiàn)象,絕對PSK信號的波形,基帶數(shù)字信號,載波信號,絕對相位鍵控信號,相對相位鍵控,利用前后相鄰碼元的相對載波相位差值去表示數(shù)字信息的一種方式 設(shè)本碼元與前一碼元的載波相位差為時，代表數(shù)字信息“0”，相鄰碼元載波相位差為0時，代表數(shù)字信息“1”，則數(shù)字信息序列與相對PSK信號的碼元相位關(guān)系

11、如下：數(shù)字信息 1 0 1 1 0 0 1 相對PSK信號相位 0 0 0 或00 0 0 0 相對PSK信號的初相特點(diǎn)：當(dāng)數(shù)字信號是1時，該碼元的相對PSK信號初相與前一碼元的相同；當(dāng)數(shù)字信號是0時，該碼元的相對PSK信號初相與前一碼元的相差,相對PSK信號的波形,解調(diào)相對PSK信號時不依賴于某一固定的載波相位參考值，只要前后碼元的相對相位關(guān)系正確，即可根據(jù)此相位關(guān)系恢復(fù)出數(shù)字信號。,相位鍵控信號的產(chǎn)生,相位鍵控（調(diào)相）電路分為兩大類：一類是直接控制相位法；另一類是相位選擇法。 直接控制相位法是指用基帶數(shù)字信號控制載波的相位 。 相位選擇法是指根據(jù)基帶數(shù)字信號的取值，從若干個相位不同的載波中

12、選取所需要的波形 。 下面以兩相調(diào)相為例，介紹直接控制載波相位的調(diào)相電路。,絕對PSK調(diào)制器,用基帶數(shù)字信號S(t)（叫做絕對碼）去控制電子開關(guān)，電子開關(guān)按照S(t)的不同取值進(jìn)行相應(yīng)的動作，進(jìn)而完成載波相位的切換，因此輸出信號中載波的相位按基帶數(shù)字信號的規(guī)律而變化，即實現(xiàn)了調(diào)相的功能。,框圖,原理,相對PSK調(diào)制器,由“碼變換”方框?qū)⒔^對碼波形S(t)變?yōu)橄鄬Υa波形，再利用相對碼去進(jìn)行絕對調(diào)相，最終達(dá)到相對調(diào)相的目的。,框圖,原理,兩相調(diào)相電路（絕對）,設(shè)S(t)是雙極性不歸零矩形脈沖，uc(t) 是載波。當(dāng)基帶信號為正時，V1V2導(dǎo)通，V3V4截止，uPSK(t)和uc(t)的相位相同，=

13、0；當(dāng)基帶信號為負(fù)時，V1V2截止，V3V4導(dǎo)通，uPSK(t) 和uc(t)相位相反，=180，這樣就得到了所需的兩相調(diào)相信號。,電路,原理,兩相相對調(diào)相信號的波形,相位鍵控信號的解調(diào),相干解調(diào)的實現(xiàn)原理 相干解調(diào)的波形 相對調(diào)相信號的同步解調(diào) 相干信號的產(chǎn)生 相對調(diào)相信號的差分相干解調(diào)法 相對調(diào)相信號差分相干解調(diào)波形 差分相干解調(diào)的優(yōu)缺點(diǎn),相干解調(diào)的實現(xiàn)原理,相位鍵控信號經(jīng)帶通濾波后與本地振蕩信號（插入載波）在相乘器中相乘后，其輸出經(jīng)低通濾波器濾波而得到所需基帶信號，由采樣判決器判決而得到“1”位或“0”位的數(shù)據(jù)輸出。,基本原理,調(diào)相信號的解調(diào)器方框圖,相干解調(diào)的波形,調(diào)相信號uPSK(t

14、)為0相移時，它和相干信號相乘并把高頻分量濾掉以后得到正脈沖可判決為“1”；當(dāng)調(diào)相信號為相移時，得到負(fù)脈沖，可判決為“0”。,相對調(diào)相信號的同步解調(diào),相對調(diào)相信號同步解調(diào)方框圖：,相干信號的產(chǎn)生,在相干解調(diào)時，如何產(chǎn)生相干信號是個關(guān)鍵。 相干信號不能從uPSK(t) 中直接提取，但可先對調(diào)相波進(jìn)行全波整流，再從中取出2 fc 分量，然后利用分頻而得到。 分頻電路的相位 具有不確定性,相對調(diào)相信號的相對差分解調(diào)法,Ts是延遲時間，它等于一個碼長，則延遲后的信號uDPSK(tTs)比原來的調(diào)相信號uDPSK(t)落后一個碼元的時間。用相乘器（鑒相器）將它們相乘，再用低通濾波器濾掉其中的高頻分量，然后進(jìn)行判決，得到原來的基帶信號。,框圖,原理,相對調(diào)相信號差分相干解調(diào)波形,差分相干解調(diào)的優(yōu)缺點(diǎn),抗干擾能力差。如果接收信號uDPSK(t)中混進(jìn)了外來的干擾和噪聲，那么這些有害雜波將同時在相干信號uDPSK(tTs)中出現(xiàn)，使解調(diào)后的信號中的干擾增加，因而更容易產(chǎn)生誤碼,優(yōu)點(diǎn)：,缺點(diǎn),載頻fc的穩(wěn)定度對解調(diào)性能的