数字信号调制

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1、数字信号调制 为何调制 实际传输系统大多数都采用载波传输。主要原因是： 数信道的带通传输特性： 导线传输高频有限制，无线电频率高了便于发射。 通信系统可传输的信息容量与载波工作频率范围相关； 在大多数数字通信系统中，都选择正弦信号作为载波。这主要是因为正弦信号形式简单，便于产生及接收。 引言 数字信号调制 数字调制 数字调制技术有两种方法： 利用模拟调制的方法去实现数字式调制； 通过开关键控载波，通常称为键控法。 基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控 数字调制可分为二进制调制和多进制调制。 引言 数字信号调制 2ASK 二进制幅移键控（2ASK）是指高频载波的幅度受调制信号的控制，而频

2、率和相位保持不变。用二进制数字信号的“1”和“0”控制载波的通和 断，所以又称通断键控OOK（OnOff Keying）。 二进制幅移键控 ”时发送“，”时发送“ 001t,Acos)(c OOKte数字信号调制 调制方法 有两种方法： 乘法器)(2teASK二进制 不归零信号tccos)(tstccos)(ts)(2teASK开关电路模拟调制法（相乘器法） 键控法 二进制幅移键控 数字信号调制 2ASK信号解调方法 解调方法有两种： 带通 滤波器全波 整流器低通 滤波器抽样 判决器定时 脉冲输出)(2teASKabcd带通 滤波器相乘器低通 滤波器抽样 判决器定时 脉冲输出)(2teASKt

3、ccos非相干解调(包络检波法) 相干解调(同步检测法) 二进制幅移键控 数字信号调制 2ASK信号解调方法 非相干解调(包络检波法) 二进制幅移键控 数字信号调制 二进制频移键控 2FSK 基本原理 在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点 间变化。故其表达式为 ”时发送“”时发送“ 0),cos(A1),cos(A)( 21 2FSK nn ttte数字信号调制 振荡器1 f1反相器振荡器2 f2选通开关选通开关相加器基带信号)(2teFSK二进制频移键控 2FSK生成方法 采用模拟调频电路来实现：信号在相邻码元之间的相位是连续变化的。 采用键控法来实现：相邻码元之间

4、的相位不一定连续。 数字信号调制 二进制频移键控 2FSK taks(t)t1011001tAcos(1t+1)tAcos(2t+2)tAs(t)cos(1t+1)tAs(t)cos(2t+2)t2FSK信号s(t)数字信号调制 二进制频移键控 2FSK解调方法 带通 滤波器带通 滤波器抽样 判决器输出低通 滤波器低通 滤波器12)(2teFSK定时脉冲相乘器相乘器t1cost2cos数字信号调制 带通 滤波器带通 滤波器抽样 判决器输出包络 检波器包络 检波器12)(2teFSK定时脉冲二进制频移键控 2FSK解调方法 数字信号调制 二进制频移键控 2FSK解调方法 限幅微分整流脉冲 展宽

5、输出低通 )(2teFSKabcdef数字信号调制 二进制相移键控 2PSK信号的表达式： 在2PSK中，通常用初始相位0和分别表示二进制“1” 和“0”。因此，2PSK信号的时域表达式为 式中， 表示第n个符号的绝对相位： 因此，上式可以改写为 二进制相移键控 )cos(A)(2PSKnctte”时发送“”时发送“， 1,00 n PtPttecc 1,cosA,cosA)(2PSK概率为概率为 n数字信号调制 2PSK信号的典型波形 二进制相移键控 数字信号调制 2PSK解调 二进制相移键控 数字信号调制 2PSK信号的调制器原理 二进制相移键控 乘法器)(2tePSK双极性 不归零tcc

6、os)(ts 码型变换tccos)(ts)(2tePSK开关电路移相01800 数字信号调制 多进制幅移键控（MASK） 多进制调制 (b) MASK信号 (a) 基带多电平单极性不归零信号 0 01 01 10 10 10 11 11 00 00 t 0 t 01 01 10 10 10 11 11 00 数字信号调制 多进制频移键控(MFSK) 多进制调制 (a) 4FSK信号波形 f3 f1 f2 f4 T T T T t f1 f2 f3 f4 00 01 10 11 (b) 4FSK信号的取值 数字信号调制 多进制相移键控(MPSK) 多进制调制 a2 a4 a1 a3 a5 a7

7、a6 a8 4进制移相键控 数字信号调制 正交幅度调制（QAM） 多进制调制 正交振幅调制是用两路独立的基带数字信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，利用已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输。 频谱利用率高，多用于微波通信、卫星通信等领域 数字信号调制 Ai和Bi也是可以取多个离散值的变量。 从上式看出，y(t)可以看作是两个正交的振幅键控信号之和。 QAM一般表达式如下 bccTttBitAity0,sincos)(多进制调制 数字信号调制 波形 正文正文正文 正文正文正文正文正文正文 数字信号调制 WIFI 应用 Wireless Local Ar

8、ea Network 无线局域网 一般被认为是Ethernet的无线版本 用于室内通信，覆盖范围几十米 Wi-Fi (Wireless Fidelity)：无线保真，使用 802.11系列协议的局域网又称为Wi-Fi。 最重要的接入网络技术之一 无线以太网标准：IEEE 802.11 b/a/g 数字信号调制 WIFI 应用 数字信号调制 任意一个物理位置， 在此处无线主机能够 从两个或多个AP中收 到很强的信号。 WIFI 应用 数字信号调制 蓝牙 应用 Bluetooth 是一种低功率的无线电技术， 可以让不同的产品间能够在短距离情况下， 不需要使用有线的传输设备进行产品装置 间的资料沟通

9、传递。 数字信号调制 蓝牙技术的传输范围大约为10米左右 使用2.45GHz频段，全球通用的ISM频带 采用跳频扩频技术（FHSS）：通过伪随机码的调制，使载波工 作的中心频率不断跳跃改变 提供非对称数据传输，一个方向速率为720Kbps，另一个方向速 率仅为57Kbps。 可以传送3路双向64Kbps的话音。 采用 GFSK ( Gaussian Frequency Shift Keying )方式. 蓝牙 应用 数字信号调制 移动通信 应用 三种基本多址类型：三种基本多址类型： 频分多址（频分多址（FDMAFDMA） 时分多址（时分多址（TDMATDMA） 码分多址（码分多址（CDMACD

10、MA） 移动通信是通信双方有一方或 两方处于运动中的通信。包括 陆、海、空移动通信。采用的 频段遍及低频、中频、高频、 甚高频和特高频。移动通信系 统由移动台、基台、移动交换 局组成。 数字信号调制 频分多址（FDMA）以频道来区分用户 FDMA就是将给定的频谱资源划分成若干等间隔 的频道（信道），供不同用户使用，每个用户 占用一个频道通话。 在模拟蜂窝移动通信系统中，采用的多址方式 即FDMA 上行 下行 移动通信 应用 数字信号调制 GSM频率配置 我国900MHz数字蜂窝移动通信GSM： 上行频率范围：890MHz915MHz 下行频率范围：935MHz960MHz GSM移动通信网相邻

11、信道间隔200KHz，共有频点125个。 中国移动：195频点 中国联通：96125频点 上行 下行 移动通信 应用 数字信号调制 BS MS1 MS2 MS3 t1 t2 t5 t 帧1 帧2 f2 t1 t2 t5 t1 t2 t5 t1 t2 t5 f2 f2 f2 移动通信 应用 TDMA是把一个频道 按等时间分成周期 性的帧，每一帧再 分割成若干个时隙， 每一用户占用不同 的时隙进行通信。 GSM蜂窝移动通信 中，即采用了TDMA 的多址方式。 数字信号调制 码 频率 code 时间 移动通信 应用 码分多址CDMA（Code Devision Multiple Access） CD

12、MA通信系统中，为每一用 户的信号采用不同的正交码来 区分，接收时用相关器对特定 码型解码。 在美国CDMA蜂窝系统中采用， 在第三代移动通信（3G）中 也采用CDMA的多址方式 数字信号调制 现在有四个发送端A，B，C，D，其码片序列分别为： A：（-1，-1，-1，1，1，-1，1，1）； B：（-1，-1，1，1，-1，1，1，-1）； C：（-1，1，-1，1，1，1，-1，-1）； D:（-1，1，-1，-1，-1，-1，1，-1）。 某一时刻四个发送端发送的信号分别为1，1，-1，1； 则接收端X是如何提取出发送端C的信号的？ 移动通信 应用 码分多址CDMA（Code Devis

13、ion Multiple Access） 数字信号调制 接收端X收到的信号为： Z*i,m= （-1，-1，-1，1，1，-1，1，1）+ （-1，-1，1，1，-1，1，1，-1）+ （1，-1，1，-1，-1，-1，1，1）+ （-1，1，-1，-1，-1，-1，1，-1） =（-2,-2,0,0,-2,-2,4,0） 接收端X提取信号的过程为： 8*81*,c mmicZd=(-2,-2,0,0,-2,-2,4,0)* (-1,1,-1,1,1,1,-1,-1) =(2-2+0+0-2-2-4+0)/8=-1 移动通信 应用 码分多址CDMA（Code Devision Multiple

14、 Access） 数字信号调制 1G：模拟制式的移动通信系统，利用了FDMA技术实现语音通信。 2G：风靡全球十几年的数字蜂窝通信系统。2G是包括语音在内的全数字化 系统。GSM(Globalsystemformobilecommunication)是第一个商业运营 的2G系统，GSM采用TDMA技术。 2.5G：2.5G在2G基础上提供增强业务，如WAP。 3G：3G是移动多媒体通信系统，提供的业务包括语音，传真，数据，多媒 体娱乐和全球无缝漫游等。1998年国际电联推出WCDMA和CDMA2000两商 用标准（中国2000年推出TD-SCDMA标准，2001年3月被3GPP接纳）。3G 技

15、术提供2MBPS标准用户速率（高速移动下提供144KBPS速率）。 4G：4G是真正意义的高速移动通信系统，用户速率20MBPS。4G支持交互多 媒体业务，高质量影像，3D动画和宽带互联网接入，是宽带大容量的 高速蜂窝系统。 移动通信 应用 数字信号调制 AMPS TACS NMT 其它 GSM CDMA IS95 TDMA IS-136 PDC 第一代 80年代 模拟 第二代 90年代 数字 第三代 IMT-2000 UMTS WCDMA cdma 2000 需求驱动需求驱动 需求驱动需求驱动 模 拟 技 术 数数 字字 技技 术术 语 音 业 务 宽 带带 业 务 TD- SCDMA 移动通信 应用 数字信号调制 比较 应用 数字信号调制 已知二进制序列为已知二进制序列为10110111001，试画出，试画出2ASK、2FSK和和2PSK波形，波形， （1）码元宽度与载波周期相同）码元宽度与载波周期相同 （2）码元宽度是载波周期的）码元宽度是载波周期的2倍倍