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課題二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制本模塊學(xué)習(xí)要求:掌握:二進(jìn)制幅度鍵控2ASK、頻率鍵控2FSK和相位鍵控2PSK三種基本調(diào)制方式的原理、調(diào)制和解調(diào)電路形式掌握:相干調(diào)制和鍵控調(diào)制兩種方法掌握:相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方法了解:相位連續(xù)的移頻鍵控CPFSK、最小移頻鍵控MSK、高斯最小移頻鍵控GMSK等掌握:相位鍵控有絕對(duì)移相和相對(duì)移相兩種方案,其中相對(duì)移相可以克服傳輸過程中可能出現(xiàn)的相位模糊現(xiàn)象了解:為什么要采用多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制掌握:定時(shí)和同步的有關(guān)概念模塊四數(shù)字頻帶傳輸技術(shù)第2頁,共53頁,2024年2月25日,星期天模塊四數(shù)字頻帶傳輸技術(shù)任務(wù)引入在上一章節(jié)中,我們比較詳細(xì)地討論了數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。而在實(shí)際通信中,絕大部分情況下的信道都不能直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào),而必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波波形的某些參量進(jìn)行調(diào)制,使載波信號(hào)的這些參量隨該數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化,這就是數(shù)字調(diào)制傳輸。也稱為數(shù)字頻帶傳輸。因?yàn)閿?shù)字基帶信號(hào)具有豐富的低頻成分,只適合在低通型信道中傳輸(比如雙絞線),但是在通信系統(tǒng)中實(shí)際使用的信道多為帶通型,例如各個(gè)頻段的無線信道、限定頻率范圍的同軸電纜等。為了使數(shù)字信號(hào)能在帶通信道中傳輸,必須采用數(shù)字調(diào)制方式。第3頁,共53頁,2024年2月25日,星期天模塊四數(shù)字頻帶傳輸技術(shù)1.主要原因是帶通型信道比低通型信道帶寬大得多,可以采用頻分復(fù)用技術(shù)傳輸多路信號(hào)2.若要利用無線電信道,必須把低頻信號(hào)“變”成射頻信號(hào)。
那么為什么一定要在帶通型信道中傳輸數(shù)字信號(hào)呢?
第4頁,共53頁,2024年2月25日,星期天一、調(diào)制概述
1、基帶信號(hào)的調(diào)制過程和作用課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信息源語言音樂圖像直接轉(zhuǎn)換頻率很低的電信號(hào)包括(或不包括)直流分量的低通頻譜最高頻率和最低頻率之比遠(yuǎn)大于1基帶信號(hào)如電話信號(hào)的頻率范圍在300~3400Hz圖4-1-1信號(hào)變換過程第5頁,共53頁,2024年2月25日,星期天在實(shí)際通信中,多數(shù)信道(無線、有線)不能直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)。對(duì)于有線信道:一方面,傳統(tǒng)的通信網(wǎng)為模擬信號(hào)傳輸而設(shè)計(jì),數(shù)字基帶信號(hào)不能直接進(jìn)入該通信網(wǎng);另一方面,傳輸線路中存在大量的電容、變壓器等隔直設(shè)備,不利于數(shù)字基帶信號(hào)(富含低頻或直流分量)的傳輸。課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制對(duì)于無線信道,由于數(shù)字基帶信號(hào)的頻率較低,不能通過有限尺寸的天線進(jìn)行有效輻射。第6頁,共53頁,2024年2月25日,星期天課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制調(diào)制器原始信號(hào)調(diào)制:發(fā)送端把基帶信號(hào)頻譜搬移到給定信道通帶內(nèi)的過程解調(diào)器原始信號(hào)解調(diào):在接收端把已搬到給定信道通帶內(nèi)的頻譜還原為基帶信號(hào)的過程圖4-1-2調(diào)制解調(diào)信號(hào)變換過程第7頁,共53頁,2024年2月25日,星期天調(diào)制在通信中的作用:(1)調(diào)制把基帶信號(hào)頻譜搬移到一定的頻帶范圍以適應(yīng)信道的要求。課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制(2)經(jīng)過調(diào)制后的頻帶信號(hào)更容易輻射,從而滿足無線通信的要求。(3)實(shí)現(xiàn)頻率分配。(4)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。(5)減少噪聲和干擾的影響,提高系統(tǒng)抗干擾能力。第8頁,共53頁,2024年2月25日,星期天2、調(diào)制的類型課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制調(diào)制器輸入信號(hào)S(t)輸 出信號(hào)Sm(t)載波信號(hào)c(t)第9頁,共53頁,2024年2月25日,星期天2、調(diào)制的類型課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制sm
(f)頻譜之間呈線性搬移關(guān)系:AM、ASK線性調(diào)制非線性調(diào)制s(f)sm
(f)頻譜之間沒有線性對(duì)應(yīng)關(guān)系:FM、PM、FSK
調(diào)制器s(t)sm
(t)C(t)m(t)改變載波信號(hào)C(t)的不同參數(shù)幅度調(diào)制:AM、PAM、ASK頻率調(diào)制:FM、FSK相位調(diào)制:PM、PPM、PSK原始信號(hào)頻譜第10頁,共53頁,2024年2月25日,星期天課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制在調(diào)制器中選擇不同的參數(shù),可以把調(diào)制分成不同的類型。(1)輸入信號(hào)的不同-----模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制;(2)載波信號(hào)的不同-----脈沖載波調(diào)制和連續(xù)載波調(diào)制。(3)調(diào)制后的頻譜和原始信號(hào)頻譜呈線性搬移關(guān)系----線性調(diào)制,如AM、ASK。否則為非線性調(diào)制,如FM、PM、FSK。我們重點(diǎn)研究調(diào)制信號(hào)為數(shù)字基帶信號(hào)、載波為正弦波的數(shù)字調(diào)制。其他調(diào)制只做概念性介紹。3、數(shù)字調(diào)制的種類第11頁,共53頁,2024年2月25日,星期天課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制
和模擬調(diào)制相似,數(shù)字調(diào)制所用的載波一般也是連續(xù)的正弦型信號(hào),但調(diào)制信號(hào)則為數(shù)字基帶信號(hào)。理論上講,載波形式可以是任意的(比如三角波、方波等),只要適合在帶通信道中傳輸即可。之所以在實(shí)際通信中多選用正弦型信號(hào),是因?yàn)樗哂行问胶?jiǎn)單、便于產(chǎn)生和接收等特點(diǎn)。與模擬調(diào)制中的幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制相對(duì)應(yīng),數(shù)字調(diào)制也分為三種基本方式:幅度鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。但是請(qǐng)大家注意,實(shí)際應(yīng)用中的調(diào)制非常復(fù)雜,如GMSK(高斯濾波最小頻移鍵控)、QPSK(四相絕對(duì)相移鍵控)、QAM(正交幅度調(diào)制)、OFDM(正交頻分復(fù)用技術(shù),多載波調(diào)制(MCM)的一種)等在實(shí)際應(yīng)用中比較多。第12頁,共53頁,2024年2月25日,星期天課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制幅移鍵控調(diào)制因?yàn)閭鬏斝实?,在?shí)際應(yīng)用中已經(jīng)很少采用,但它是研究數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)。先了解ASK調(diào)制,就比較容易理解頻移鍵控(FSK)調(diào)制和相移鍵控(PSK)調(diào)制的原理。二、二進(jìn)制幅移鍵控(2ASK)用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波幅度進(jìn)行調(diào)制的方式稱為幅移鍵控,幅移鍵控(也稱振幅調(diào)制)記作ASK,或稱其為開關(guān)鍵控(通斷鍵控),記作OOK(OnOffKeying);二進(jìn)制幅移鍵控通常記作2ASK。1、基本原理及其形成
2ASK的原理是“0、1”碼去鍵控一個(gè)連續(xù)的載波,使載波時(shí)斷時(shí)續(xù)地輸出,有載波輸出時(shí)表示發(fā)送“1”碼,無載波輸出時(shí)表示發(fā)送“0”碼。
第13頁,共53頁,2024年2月25日,星期天課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制基帶信號(hào)圖4-1-62ASK信號(hào)波形示意圖
2ASK信號(hào)可以表示成一個(gè)單極性矩形脈沖序列(單極性不歸零碼)與一個(gè)正弦載波的乘積。第14頁,共53頁,2024年2月25日,星期天課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制
二進(jìn)制幅移鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法有兩種,即模擬振幅調(diào)制法和數(shù)字鍵控法。(1)模擬振幅調(diào)制法BPFAcosωcts(t)SASK(t)a)數(shù)字基帶信號(hào)(單極性NRZ)SASK(t)
Acosωcts(t)b)數(shù)字基帶信號(hào)(單極性NRZ)圖4-1-72ASK波形產(chǎn)生器方框圖a)模擬調(diào)制法b)數(shù)字鍵控法第15頁,共53頁,2024年2月25日,星期天課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制
這里的模擬幅度調(diào)制和模擬通信系統(tǒng)中的調(diào)幅(AM)框圖是一樣的,屬于相干調(diào)制。但不同的是調(diào)制信號(hào)為為數(shù)字信號(hào)(單極性不歸零碼)。
(2)數(shù)字鍵控法由二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去控制一個(gè)開關(guān)電路,當(dāng)信碼為“1”時(shí),開關(guān)接通,有高頻載波輸出;當(dāng)信碼為“0”時(shí),開關(guān)斷開,無高頻載波輸出。2ASK信號(hào)由于始終有一個(gè)信號(hào)的狀態(tài)為零,即處于斷開狀態(tài),故常稱之為通斷鍵控(OOK)信號(hào)。實(shí)際電路說明:在實(shí)際應(yīng)用中,高頻載波經(jīng)過分頻送到與非門,與非門在基帶信號(hào)的控制下工作,當(dāng)基帶信號(hào)為高電平“1”時(shí),門打開,高頻方波信號(hào)通過與非門,送到三極管的基極,第16頁,共53頁,2024年2月25日,星期天課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制
由三極管的發(fā)射極輸出,經(jīng)過帶通濾波器后輸出高頻載波;當(dāng)基帶信號(hào)為低電平“0”時(shí),與非門被封鎖,載波信號(hào)不能通過與非門,無高頻載波輸出。圖4-1-82ASK信號(hào)的產(chǎn)生方法(數(shù)字鍵控法)2ASK產(chǎn)生動(dòng)畫【例4-1-1】已知一信碼為10011011100100,試畫出它的2ASK信號(hào)的波形(載波信號(hào)為余弦信號(hào))。第17頁,共53頁,2024年2月25日,星期天課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制2、2ASK信號(hào)的頻譜分析信號(hào)的頻譜分析非常復(fù)雜,這里我們補(bǔ)充介紹一些基本概念。信號(hào)的波形,我們通常稱為時(shí)域波形,指信號(hào)隨時(shí)間變化的波形,任何一個(gè)時(shí)域波形都有一個(gè)頻域波形對(duì)應(yīng),但分析頻域波形往往要用到傅立葉變換。在對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析的時(shí)候,有時(shí)講頻譜,有時(shí)講功率譜,這兩者是有些區(qū)別的。頻譜分為幅度頻譜和相位頻譜。所謂幅度頻譜是指信號(hào)的幅度隨頻率變化的情況;所謂相位頻譜是指信號(hào)的相位隨頻率變化的情況。對(duì)功率有限的頻帶信號(hào)的頻譜分析通常用其功率譜來表示,而不分析其相位頻譜。第18頁,共53頁,2024年2月25日,星期天課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制
所謂功率譜是指單位頻帶內(nèi)信號(hào)的功率隨頻率變化的情況。保留頻譜的幅度信息,但是丟掉了相位信息,所以頻譜不同的信號(hào)其功率譜是可能相同的。有一個(gè)重要區(qū)別:
功率譜是隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)平均概念,平穩(wěn)隨機(jī)過程的功率譜是一個(gè)確定函數(shù);而頻譜是隨機(jī)過程樣本的傅立葉變換,對(duì)于一個(gè)隨機(jī)過程而言,頻譜也是一個(gè)“隨機(jī)過程”。(隨機(jī)的頻域序列)第19頁,共53頁,2024年2月25日,星期天課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制離散譜:由載波分量確定
連續(xù)譜:由基帶信號(hào)波形確定第一旁瓣峰值比主峰衰減14dB
B2ASK是基帶信號(hào)波形帶寬的兩倍圖4-1-92ASK信號(hào)的功率譜第20頁,共53頁,2024年2月25日,星期天課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制
由圖中可以看出,幅度鍵控信號(hào)的功率譜是基帶信號(hào)功系譜的線性搬移,所以其頻譜寬度是二進(jìn)制基帶信號(hào)的兩倍。由于基帶信號(hào)是矩形波,其頻譜寬度從理論上來說為無窮大,以載波ωc為中心頻率,在功率譜密度的第一對(duì)過零點(diǎn)之間集中了信號(hào)的主要功率,因此,通常取第一對(duì)過零點(diǎn)的帶寬作為傳輸帶寬,稱之為譜零點(diǎn)帶寬。第21頁,共53頁,2024年2月25日,星期天課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制2ASK的功率譜具有以下特點(diǎn):(1)2ASK信號(hào)的功率密度是相應(yīng)的單極性數(shù)字基帶信號(hào)功率密度形狀不變的平移至±fc(fc為載波信號(hào)頻率)處形成的,即2ASK信號(hào)的功率譜密度由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成。(2)2ASK信號(hào)的帶寬B2ASK是單極性數(shù)字基帶信號(hào)帶寬fs的兩倍。
fS是基帶信號(hào)的頻率,RB=1/Ts是基帶信號(hào)碼元傳輸速率。(3)2ASK的頻帶利用率只有直接傳輸基帶信號(hào)的一半。B增加一倍,頻帶利用率下降一半。第22頁,共53頁,2024年2月25日,星期天課題一二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制
【例4-1-2】假設(shè)電話信道具有理想的帶通特性,頻率范圍為300-3400Hz,試問該信道在單向傳輸2ASK信號(hào)時(shí)最大的傳輸碼率為多少?【例4-1-2】解答:電話信道帶寬B=3400-300=3100(Hz),也就是說B2ASK=3100Hz。該信道在傳送2ASK信號(hào)時(shí),由于2ASK信號(hào)的帶寬是基帶信號(hào)的2倍,因此該信道的等效基帶帶寬為B2ASK/2=1550Hz。根據(jù)無碼間串?dāng)_條件(奈奎斯特第一準(zhǔn)則),基帶帶寬為1550Hz信道最高碼元傳輸速率為RB=2×1550=3100波特第23頁,共53頁,2024年2月25日,星期天2ASK信號(hào)的解調(diào)方法3、2ASK信號(hào)的解調(diào)方法
從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)基帶信號(hào)的過程稱為解調(diào),是調(diào)制的逆過程。包括非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)和相干解調(diào)(同步檢波法)。簡(jiǎn)單的說,非相干解調(diào)是指接收端不需要恢復(fù)載波信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)解調(diào),而相干解調(diào)則是在接收端必須恢復(fù)與發(fā)送端一致的載波才能實(shí)現(xiàn)解調(diào)。(1)2ASK信號(hào)的非相干解調(diào)非相干解調(diào)又稱為包絡(luò)檢波法。帶通濾波器的作用是使2ASK信號(hào)完整地通過,經(jīng)包絡(luò)檢波器后,輸出其包絡(luò)。低通濾波器(LPF)的作用是濾除高頻雜波,使基帶信號(hào)(包絡(luò))通過。第24頁,共53頁,2024年2月25日,星期天2ASK信號(hào)的解調(diào)方法
抽樣判決器包括抽樣、判決及碼元形成,經(jīng)抽樣、判決后將碼元再生,即可恢復(fù)出數(shù)字序列。定時(shí)抽樣脈沖(位同步信號(hào))是很窄的脈沖,通常位于每個(gè)碼元的中央位置,其重復(fù)周期等于碼元的寬度。2ASK非相干解調(diào)和模擬調(diào)幅AM信號(hào)的解調(diào)一樣,但不同的是2ASK解調(diào)增加了一個(gè)“抽樣判決器”,這對(duì)于提高數(shù)字信號(hào)的接收性能是十分必要的。包絡(luò)檢波動(dòng)畫第25頁,共53頁,2024年2月25日,星期天2ASK信號(hào)的解調(diào)方法包絡(luò)檢波器各點(diǎn)波形請(qǐng)大家利用以前所學(xué)知識(shí)理解這些波形第26頁,共53頁,2024年2月25日,星期天2ASK信號(hào)的解調(diào)方法(2)2ASK信號(hào)的相干解調(diào)相干解調(diào)也稱為同步解調(diào),要求接收機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)送載波同頻、同相的本地載波信號(hào),稱其為同步載波或相干載波。
相干解調(diào)是一種常見的解調(diào)方法,它是在接收端利用相干載波與接收信號(hào)進(jìn)行相乘,得到包含基帶信號(hào)頻率分量的輸出信號(hào),然后通過低通濾波器濾除無用頻率分量,讓基帶信號(hào)通過,并將其送至抽樣電路進(jìn)行判決。圖4-1-102ASK信號(hào)的相干解調(diào)第27頁,共53頁,2024年2月25日,星期天2ASK信號(hào)的解調(diào)方法圖4-1-132ASK信號(hào)的相干解調(diào)框圖中各點(diǎn)波形2ASK相干解調(diào)動(dòng)畫第28頁,共53頁,2024年2月25日,星期天2ASK信號(hào)的解調(diào)方法
采用相干解調(diào)(同步檢波法),接收端必須提供一個(gè)與2ASK信號(hào)載波保持同頻、同相的相干載波信號(hào),可以通過窄帶濾波器或鎖相環(huán)來提取同步載波。顯然,提取本地同步載波會(huì)導(dǎo)致設(shè)備復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)困難。對(duì)于2ASK信號(hào),通常使用包絡(luò)檢波法。包絡(luò)檢波法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、可靠性高、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。第29頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)三、二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)用基帶數(shù)字信號(hào)對(duì)載波頻率進(jìn)行調(diào)制的方式稱為頻移鍵控,頻移鍵控也稱為頻率調(diào)制,記作FSK,二進(jìn)制數(shù)字頻移鍵控通常記作2FSK。1、基本原理及其形成
2FSK的原理是用載波的頻率變化傳送數(shù)字信號(hào),即用所傳送的數(shù)字信號(hào)控制載波的頻率變化,而載波的幅度則保持不變。信碼為“1”時(shí),對(duì)應(yīng)的2FSK信號(hào)是一個(gè)頻率為f1的載波,信碼為“0”時(shí),2FSK信號(hào)是一個(gè)頻率為f2的載波,f1
和f2的大小由收發(fā)雙方通信協(xié)議確定。第30頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)數(shù)字基帶信號(hào)單極性NRZ2FSK信號(hào)波形
基帶信號(hào)起到開關(guān)控制作用,當(dāng)基帶信號(hào)為“1”碼時(shí),輸出頻率為f1的載頻;當(dāng)基帶信號(hào)為“0”碼時(shí),輸出頻率為f2的載頻。
一般將fc=(f1+f2)/2稱為標(biāo)稱載頻,將Δf=|f2-f1|稱為頻移寬度,簡(jiǎn)稱頻移。
2FSK信號(hào)的產(chǎn)生方法有模擬調(diào)頻法和頻率選擇法。前者產(chǎn)生相位連續(xù)的2FSK信號(hào),后者產(chǎn)生相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)。第31頁,共53頁,2024年2月25日,星期天2ASK信號(hào)的解調(diào)方法(1)模擬調(diào)頻法所謂模擬調(diào)頻法就是將輸入的基帶脈沖去控制一個(gè)振蕩器的某種參數(shù)而達(dá)到改變振蕩器頻率的目的。這種方法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)相位是連續(xù)的,簡(jiǎn)單易行,但由于頻率穩(wěn)定度較差,所以實(shí)際應(yīng)用范圍不廣。第32頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(2)頻率選擇法
頻率選擇法利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。當(dāng)基帶信號(hào)為“1”時(shí),開關(guān)電路選擇載波f1,基帶信號(hào)為“0”時(shí),開關(guān)電路選擇載波f2。該方法可用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn),轉(zhuǎn)換速度快、波形好,頻率穩(wěn)定度高,電路不復(fù)雜,故得到廣泛的應(yīng)用。但由于f1和f2是兩個(gè)獨(dú)立的振蕩,因而使所輸出的信號(hào)失去了相位的連續(xù)性,相位不連續(xù),可能對(duì)鄰道造成干擾。2、2FSK信號(hào)的頻譜分析以相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。第33頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)第34頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)
設(shè)P(f)為單極性矩形脈沖序列s(t)的功率譜密度,P2FSK(f)為已調(diào)信號(hào)S2FSK(t)的功率譜密度,2FSK功率譜具有以下特點(diǎn):(1)2FSK信號(hào)的功率譜密度同樣由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成。連續(xù)譜由兩個(gè)雙邊譜疊加而成,離散譜出現(xiàn)在兩個(gè)載頻位置f1、f2上。(2)若頻移小于fb,則連續(xù)譜出現(xiàn)單峰,峰值對(duì)應(yīng)于標(biāo)稱載頻fC;否則,連續(xù)譜出現(xiàn)雙峰,峰值對(duì)應(yīng)于兩個(gè)載頻位置f1、f2。(3)2FSK信號(hào)的帶寬B2FSK=2B基+|f2-f1|=2R基+|f2-f1|
,R基為基帶信號(hào)的碼元速率,數(shù)值上和帶寬一樣。所以我們說,2FSK調(diào)制比2ASK調(diào)制,頻帶利用率下降|f2-f1|
第35頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)設(shè)h為頻移指數(shù),圖4-1-192FSK信號(hào)的功率譜第36頁,共53頁,2024年2月25日,星期天
二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)
為了便于接收端解調(diào),要求2FSK信號(hào)的兩個(gè)頻率f1,f2間要有足夠的間隔。對(duì)于采用帶通濾波器來分路的解調(diào)方法,通常取于是,2FSK信號(hào)的帶寬為相應(yīng)地,這時(shí)2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率為第37頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)3、2FSK信號(hào)的解調(diào)
2FSK解調(diào)方法也有相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩類。但實(shí)際應(yīng)用中由于從2FSK信號(hào)中提取相干載波比較困難,所以實(shí)際應(yīng)用中多數(shù)采用非相干解調(diào)。非相干解調(diào)有鑒頻法、過零檢測(cè)法、包絡(luò)檢波法等。(1)相干解調(diào)第38頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)
圖中的主要部分和前面講過的2ASK相干解調(diào)一樣,關(guān)鍵是判決,判決的準(zhǔn)則是比較兩路信號(hào)包絡(luò)的大小。(2)非相干解調(diào)----分路包絡(luò)檢波法
這個(gè)電路同相干解調(diào)的電路很相似,判決的準(zhǔn)則也是比較兩路信號(hào)包絡(luò)的大小。分路濾波包絡(luò)檢波法非相干解調(diào)的缺點(diǎn)是頻帶利用率低,但實(shí)現(xiàn)比較容易,主要用于解調(diào)相位不連續(xù)的FSK信號(hào)。分路包絡(luò)檢波法第39頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)(3)非相干解調(diào)----過零檢測(cè)法過零檢測(cè)法是一種常用而簡(jiǎn)便的解調(diào)方法。2FSK信號(hào)的過零點(diǎn)數(shù)隨載頻的變化而不同,因此,檢測(cè)出過零點(diǎn)數(shù)就可以得到載頻的差異,從而進(jìn)一步得到調(diào)制信號(hào)的信息。2FSK信號(hào)經(jīng)限幅、微分、整流后形成與頻率變化相對(duì)應(yīng)的脈沖序列,由此再形成相同寬度的矩形波。此矩形波的低頻分量與數(shù)字信號(hào)相對(duì)應(yīng),由低通濾波器濾出低頻分量,然后經(jīng)抽樣判決,即可得到原始的數(shù)字調(diào)制信號(hào)。
第40頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)第41頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)
過零檢測(cè)法廣泛應(yīng)用于數(shù)字調(diào)頻系統(tǒng)中,可用于解調(diào)相位連續(xù)或相位不連續(xù)的FSK信號(hào)。由于2FSK信號(hào)可以采用非相干接收方式,接收時(shí)不必利用信號(hào)的相位信息,所以在條件惡劣的無線信道中FSK信號(hào)就特別適用。(4)2FSK應(yīng)用
2FSK在數(shù)字通信中應(yīng)用廣泛,尤其在衰落信道中傳輸數(shù)據(jù)時(shí)。在語音頻帶內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)(傳真機(jī)是典型應(yīng)用),CCITT建議當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率低于1200bit/s時(shí)使用FSK方式。
ITU-T的V.21就是2FSK技術(shù)在傳真機(jī)上的應(yīng)用。主要技術(shù)規(guī)范:速率300bit/s,主叫頻率1270Hz(1碼)/1070Hz(0碼),被叫頻率2225Hz(1碼)/2025Hz(0碼)。第42頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)傳真機(jī)上的應(yīng)用,利用電話線進(jìn)行傳真。電力系統(tǒng)低速遠(yuǎn)動(dòng),300、600、1200波特遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)傳輸。GSM系統(tǒng)中GMSK調(diào)制方式的原形就是FSK?!纠?-1-3】已知數(shù)字基帶信號(hào)s(t)為1011001,試畫出其2FSK波形?!纠?-1-4】假設(shè)電話信道具有理想傳輸特性,如果在電話信道中接入基于V.21標(biāo)準(zhǔn)的Modem(速率為300b/s),主叫與被叫的信號(hào)頻率分別為1070Hz、1270Hz、2025Hz、2225Hz,要求電話信道的帶寬為多少?解:根據(jù)V.21標(biāo)準(zhǔn),,四個(gè)頻率中取最小和最大的兩個(gè)作為f1和f2,則電話信道的帶寬應(yīng)為:第43頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)四、二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)用基帶數(shù)字信號(hào)對(duì)載波相位進(jìn)行調(diào)制的方式稱為數(shù)字相位調(diào)制。相位調(diào)制也稱為相移鍵控,記作PSK。二進(jìn)制相移鍵控通常記作2PSK。二進(jìn)制相移鍵控是用一個(gè)載波的兩種不同相位來代表數(shù)字信號(hào)的兩種電平。PSK系統(tǒng)抗噪聲性能優(yōu)于ASK和FSK,且頻帶利用率高,廣泛應(yīng)用于中、高速數(shù)字通信中。二進(jìn)制相移鍵控根據(jù)相位變化參考對(duì)象不同,分為絕對(duì)相移鍵控(一般用PSK表示)和相對(duì)相移鍵控(一般用DPSK表示)兩種工作方式。相對(duì)相移鍵控又稱為差分相移鍵控,相對(duì)相移鍵控優(yōu)點(diǎn)特出,所以相移鍵控調(diào)制方式一般均采用DPSK。
第44頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)
1、基本原理及其形式絕對(duì)相移鍵控就是利用不同的載波的不同相位去直接傳送數(shù)字信號(hào)的一種方法,而載波振幅和頻率保持不變。如0相位代表“0”碼,π相位代表“1”碼。也可以做相反的規(guī)定。例如,若規(guī)定基準(zhǔn)相位為未調(diào)載波初相,則已調(diào)載波與未調(diào)載波同相可以表示數(shù)字基帶信號(hào)“0”,與未調(diào)載波反相可以表示數(shù)字基帶信號(hào)“1”。第45頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)
2PSK是發(fā)送端以某一個(gè)相位作基準(zhǔn)的,因而在接收系統(tǒng)中也必須有這樣一個(gè)固定基準(zhǔn)相位作參考。如果這個(gè)參考相位發(fā)生變化,則恢復(fù)的數(shù)字信息就會(huì)發(fā)生變化,造成錯(cuò)誤。(這種現(xiàn)象稱為相位模糊或倒π現(xiàn)象)二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種:模擬調(diào)相法和相移鍵控法。
2PSK已調(diào)信號(hào)可以表示為一個(gè)雙極性矩形脈沖序列s(t)與一個(gè)余弦載波的乘積。第46頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)(2)相對(duì)相移鍵控(DPSK)相對(duì)相移鍵控也稱差分相移鍵控,它用載波相位的相對(duì)變化來傳送數(shù)字信號(hào),即數(shù)字1和0信號(hào)的相位不是以某個(gè)固定的相位(如載波的相位)做基準(zhǔn),而是以相鄰的前一碼元的相位為基準(zhǔn)。例如,若某碼元相移信號(hào)相位與相鄰前一碼元相移信號(hào)同相可以表示數(shù)字信號(hào)“0”碼,與相鄰前一碼元相移信號(hào)反相可以表示數(shù)字信號(hào)“1”碼,也可作相反的規(guī)定。第47頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)
在畫DPSK信號(hào)波形時(shí)要用到參考相位,參考相位的不同,波形也不一樣。
2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生也有模擬調(diào)相法和相移鍵控法
,一般采用相移鍵控法,即首先將絕對(duì)碼轉(zhuǎn)換為相對(duì)碼,然后使用該相對(duì)碼進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相。第48頁,共53頁,2024年2月25日,星期天二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)3、相移鍵控解調(diào)對(duì)于相移鍵控信號(hào),相位本身攜帶信息,在識(shí)別它們時(shí)必須依據(jù)相位,因此,必須使用相干解調(diào)
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