脉冲调制改.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,第,10,章 脉冲调,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,10,章 脉冲调,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,脉冲调制改,第一页，共87页。,10.1,脉冲模拟调制,10.1.1,采样,1.,自然采样,(1),低通信号采样。语音信号、图像信号、生物电信号等等都是低通信号。这些信号都是时间上、取值上连续的模拟信号，故又把它们叫做模拟基带信号。如一个低通信号,f(t),，它的频带宽度为,0f,m,。采样脉冲为一个周期性的矩形脉冲序列,s(t),。两个信号相乘得到采样信号,f,s,(t)=f(t)s(t),，如图所示。,第二页，共87页。,称这种采样方式为自然采样。根据,“,信号与系统,”,的知识可知，当,(10.11),第三页，共87页。,图,10.1,自然采样,第四页，共87页。,其中，,s,为采样角频率,T,s,=2/,s,。当采样频率,f,s,2f,m,时，采样信号的频谱,F,s,(),如图所示。,不失真的恢复基带信号，采样频率,f,s,一定要大于,2f,m,，否则会产生频谱的重叠，高频端的频率分量就会叠加到低频端上，从而引起失真。若是语音信号就会影响语音信号的可懂度。如信号频率,f,m,=60Hz,，采样频率,f,s,=100Hz,，这样恢复出来的信号就会出现,40Hz,的频率成分，如图所示。,第五页，共87页。,图,10.2,自然采样频谱,第六页，共87页。,图,10.3 f,s,u,d,时，反馈控制逻辑电路输出的数码改为,11000000,。再经,D/A,变换，输出的模拟电压,u,d,变成,3U,EF,/4,。,第四十一页，共87页。,图,10.14 2914,芯片的框图,第四十二页，共87页。,图,10.15,逐次逼近型,A/D,变换原理框图,第四十三页，共87页。,10.3,基带传输,二进制码的两种状态用两种电脉冲波形,g,1,(t),和,g,2,(t),表示。,g,1,(t),代表,1,状态，,g,2,(t),代表,0,状态。每个码元所占据的时间叫做码元周期，用,T,表示。这样二进制的数字序列信号就可以表示为,(10.31),第四十四页，共87页。,式中,k,是码元的序号。,a,k,是第,k,个码元的取值。,a,k,的取值可以是,1,，也可以是,0,，若取,1,的概率为,P,，则取,0,的概率为,(1-P),。,图示出了几种常用的二进制传输代码。图,10.16(a),是一组数字代码。图,10.16(b),是用幅度为,A,、宽度等于,T,的正极性矩形脉冲表示,1,状态；用幅度为,0,、宽度等于,T,的正矩形脉冲表示,0,状态。这种传输代码叫非归零码。图,10.16(c),示出的是归零码。,第四十五页，共87页。,归零码与非归零码不同之处仅是码元脉冲宽度不同，归零码的码元脉冲宽度小于码元周期,T,，是窄脉冲，如用占空比为的正矩形脉冲表示,1,，没有脉冲表示,0,。图,10.16(d),示出的是传号差分码，它用电平变化表示,1,，电平不变表示,0,。图,10.16(e),是空号差分码，它用电平不变表示,1,，电平变化表示,0,，正好与传号差分码相反。差分码又叫相对码，而归零码或非归零码往往又被称为绝对码，相对码与绝对码可以互相转换。若绝对码数字序列信号表示为,a,k,=a,-k,a,-(k-1),a,-2,a,-1,a,0,a,1,a,2,a,k,第四十六页，共87页。,图,10.16,几种常用的二进制传输代码,第四十七页，共87页。,其中，,a,k,为序号为,k,的码元取值。相对码数字序列信号表示为,a,k,，,a,k,是序号为,k,的相对码码元的取值。则由绝对码转换成传号差分码的关系式是,(10.32),实现这种转换的逻辑电路框图如图所示。由绝,对码转换成空号差分码的关系式是,或,(10.33),第四十八页，共87页。,实现这种码型转换的逻辑电路框图如图所示。反过来，由传号差分码转换成绝对码的逻辑关系式是,(10.34),图绝对码转换成传号差分码逻辑框图图,绝对码转换成空号差分码逻辑框图,(10.35),相应的逻辑电路框图如图所示。,第四十九页，共87页。,图,10.17,绝对码转换成传号差分码逻辑框图,图,10.18,绝对码转换成空号差分码逻辑框图,第五十页，共87页。,图,10.19,由传号差分码转换成绝对码的逻辑框图,图,10.20,由空号差分码转换成绝对码逻辑框图,第五十一页，共87页。,10.3.2 基带传输系统,把以传输代码表示的数字基带信号直接送入到信道中进行传输的系统叫基带传输系统。如市内 、闭路电视、电缆电视、近距离计算机网的数据交换和处理都可以是基带传输系统。基带系统都是通过电缆信道，其数字信号传送的距离不太远。实现远距离传输必须通过调制把基带信号的频谱变换到高频处之后，通过无线信道或光纤信道传输。如微波中继通信、多路载波 、数字通信、卫星通信等都是载波传输系统。,第五十二页，共87页。,基带传输是载波传输的基础。基带传输系统传送的是数字基带信号。在以传输码表示的数字基带信号中包含有直流和丰富的低频分量，所以基带传输系统是一个具有低通特性的系统。基带系统的组成如图所示。,图,10.21,基带传输系统,第五十三页，共87页。,放大补偿电路又叫补偿器或均衡器，对接收到的信号进行加工，对由于信道的频率特性而引入的失真进行补偿。定时电路是从接收的信号中提取出码元同步信号，保证在信噪比最大时对信号进行采样。识别判决电路是把信号与门限电平进行比较，当高于门限电平时，判决电路控制再生电路形成一个脉冲。图电路的各点波形如图所示。图中的,a,是输入信号，,b,是定时电路形成的码元同步信号，,c,是判决电路输出的脉冲，,d,是再生的信号波形。由此可见，中继器的输出完全恢复成了发射的数字信号。,第五十四页，共87页。,图,10.22,中继器框图,第五十五页，共87页。,图,10.23,中继器框图各点波形,第五十六页，共87页。,10.4,载波传输,10.4.1,二进制振幅键控,(2ASK),用数字基带信号去控制高频正弦波的幅度就是振幅键控调制。最简单的振幅键控信号的产生方法是用数字基带信号,s(t),与载波信号,u,C,(t),相乘，如图所示。,第五十七页，共87页。,图,10.24 ASK,信号产生框图与波形,第五十八页，共87页。,二进制数字基带信号,载波,C,为载波角频率。,2ASK,信号,(10.31),第五十九页，共87页。,二进制振幅键控信号的解调方法如图所示。信号经过信道加入了噪声和干扰，经过带通滤波器可滤除带外干扰和噪声，再通过包络检波器就可以得到基带信号。但是由于带内干扰与噪声的存在和前端电路,(,滤波器、检波器等电路,),的频率特性限制，使脉冲序列信号的前沿和后沿都变得平滑。在这种情况下，有可能把,1,错判为,0,，把,0,错判为,1,，从而造成误码。为了减少误码率，往往在解调器中加入采样和判决再生电路，利用锁相的方法从输入的信号中提取出码元同步脉冲,(,又称为位同步脉冲,),，然后用位同步脉冲对包络检波器输出信号采样，之后再通过判决再生电路得到,PCM,信号,u,o,，各点的波形如图,10.25(b),所示。,第六十页，共87页。,图,10.25 ASK,解调,(a),解调框图；,(b),解调波形,第六十一页，共87页。,图,10.25 ASK,解调,(a),解调框图；,(b),解调波形,第六十二页，共87页。,10.4.2,二进制频率键控,(2FSK),二进制频率键控是用数字基带信号的两种状态去控制载波的频率。状态为,1,，载波频率为,f,1,；状态为,0,，载波的频率为,f,2,，如图所示。,2FSK,信号时域表达式可写为,(10.32),这种信号的带宽等于基带信号带宽的两倍再加,(f,2,-f,1,),的差值。,第六十三页，共87页。,图,10.26 FSK,调制信号波形,第六十四页，共87页。,频率键控信号的产生方法很多。利用直接调频电路是最简单的一种方法。图示出的是一个变压器耦合的,LC,振荡器，振荡器频率是由,LC,并联谐振回路的谐振频率决定。它是用数字基带信号,s(t),控制回路电容的大小，从而实现振荡频率的改变。当,s(t)=1,时，,V,D1,、,V,D2,截止，振荡频率由,L,和,C,1,决定；当,s(t)=0,时，,V,D1,、,V,D2,导通，振荡频率由,L,、,C,1,、,C,2,决定。频率键控信号的解调方法如图、图所示，前者是相干解调，后者是过零检测法解调。图,10.29(a),中各点的波形如图,10.29(b),所示。,第六十五页，共87页。,图,10.27 FSK,直接调频电路,第六十六页，共87页。,频率键控信号的解调方法如图、图所示，前者是相干解调，后者是过零检测法解调。图,10.29(a),中各点的波形如图,10.29(b),所示。,图,10.28 2FSK,相干解调,第六十七页，共87页。,图,10.29 2FSK,过零检测解调,第六十八页，共87页。,二进制相位键控,(2PSK),1.,绝对调相,(PSK),绝对调相是以载波的相位为基准。数字信号的,1,状态使已调波的相位与载波同相；数字信号的,0,状态使已调波的相位与载波相差,180,，如图所示。这种信号的产生方法如图所示。首先将单极性数字基带信号通过电平转换电路变成双极性的数字脉冲序列信号，之后在乘法器中与载波信号相乘，正极性时载波相位不变，负极性时载波相位相反。,第六十九页，共87页。,图,10.30 2PSK,信号波形,第七十页，共87页。,图,10.31 2PSK,信号产生原理框图,第七十一页，共87页。,图示出了,2PSK,信号解调的框图和各点的波形。解调电路中的本地信号必须与载波同步。本地信号通常是通过锁相方法从,PSK,信号中提取得到的，它的初相不固定，有可能为,0,，也有可能为,。两种初相解调后的脉冲数字信号,0,、,1,状态正好相反，这样究竟是正脉冲代表,1,，还是负脉冲代表,1,就不确定了，这当然是不允许的。克服本地信号相位模糊对相干解调影响最有效的方法是数字基带信号采用差分码，采用相对调相。,第七十二页，共87页。,图,10.32 2PSK,信号解调,第七十三页，共87页。,图,10.32 2PSK,信号解调,第七十四页，共87页。,2.,相对调相,(DPSK),相对调相各码元的载波相位不是以未调制的载波相位为基准，而是以相邻的前一个码元的载波相位为基准去确定后一个码元载波相位的取值。当一个码元取值为,1,时，该码元的载波相位与相邻的前一个码元载波相位相同，即,0,相移。当码元取值为,0,时，该码元的载波相位与相邻的前一个码元的载波相位相差,180,，如图所示。,第七十五页，共87页。,图,10.33 2DPSK,信号波形,第七十六页，共87页。,相位与相邻的前一个码元的载波相位相差,180,，如图所示。相对调相信号的产生方法如图所示。首先将绝对码通过差分编码电路变成双极性的差分码，之后与载波相乘就可得到,2DPSK,信号。,相对调相信号的解调方法有两种方法，一种是同步解调，另一种是差动相干解调。图示出的是同步解调的框图。同步解调的关键是如何取出与载波同步的本地振荡信号。目前最广泛采用的本地振荡信号提取方法是锁相方法。有关锁相知识在后续章节中将会介绍。,第七十七页，共87页。,图,10.34 2DPSK,信号产生原理图,第七十八页，共87页。,图,10.35 2DPSK,同步解调框图,第七十九页，共87页。,第二种解调方法是差动相干解调，框图如图,10.36(a),所示，图中各点的波形如图,10.36(b),所示。图中的延时网络把信号延时一个码元周期,T,。延时后的信号与延时网络的输入信号相比超前一个码元周期，输入为,a,k+1,，延时网络的输出为,a,k,。,a,k+1,与,a,k,相乘，通过低通滤波、判决再生电路得到解调信号。差动相干解调方法是把前一个码元的载波作为本地信号。这种方法直接得到的就是绝对码。,第八十页，共87页。,图,10.36 2DPSK,差动解调,(a),解调框图；,(b),解调波形,第八十一页，共87页。,10.5,脉冲数字调制应用,数字信号的传输多采用时分复用方式。所谓复用就是将语音、数据、图像等多路信号利用一个信道进行独立的传输。如利用一根同轴电缆同时传输1920路 ，各路 之间的传送相互独立、互不干扰。时分复用方式与频分复用方式相比具有电路简单可靠、对传输系统的非线性失真要求低等特点。时分复用方式各路信号采用不同的时间间隔传送，时间上互不重叠。,第八十二页，共87页。,图,10.37,帧与复帧结构,第八十三页，共87页。,目前，脉冲数字调制的数据传输方式向长距离、大容量方向发展。图示出了多路复用PCM通信系统。该系统把彩色电视、载波 、普通 、可视 、电报等等多路模拟频分复用信号经过PCM编码调制变成数字序列，把这些数字序列信号首先组成基群信号(又称一次群)；之后再把几个一次群组成二次群，再由二次群组成三次群，三次群组成四次群，依次形成更高次群信号，之后通过基带传输或载波传输系统发送出去。,第八十四页，共87页。,图,10.38 PCM,方式复用体制,第八十五页，共87页。,根据本章的内容，可以简单概括如下。,脉冲调制分类如表所示。脉冲调制的理论基础是采样定理。脉冲调制主要用于时分复用的通信系统。脉冲数字调制是把模拟信号经过采样保持、量化、编码转换成时间上、取值上都是离散的数字信号，这个过程简称,PCM,调制。把这种数字序列信号称为数字基带信号，也叫,PCM,信号，或数字流。经过码型设计，得到各种以传输代码形式表示的数字基带信号。,第八十六页，共87页。,表,10.3,脉冲调制分类表,第八十七页，共87页。,