高频007-第7章课件.ppt

第,7,章 数字调制解调电路,7.1,概述,7.2,二进制振幅键控,(ASK),调制与解调,7.21 ASK,调制,7.22 ASK,解调,7.3,二进制频移键控,(FSK),调制与解调,7.3.1 FSK,信号的产生,7.3.2 FSK,信号的解调,7.4,二进制相位键控,(PSK),调制与解调,7.4.1,绝对调相相对调相,数据通信是计算机技术和通信技术相结合的产物，是计,算机与计算机之间的通信，或终端与计算机之间的通信。数,字调制与解调电路是数据通信系统必不可少的重要部件。,本章主要介绍幅度调制（,ASK,）、频率调制（,FSK,）、相,位调制（,PSK,）、调制与解调电路。,内 容 提 要,数字信号对载波的调制与模拟信号对载波的调制类似，,它同样可以去控制正弦振荡的振幅、频率或相位的变化。但,由于数字信号的特点,时间和取值的离散性，使受控参数,离散化而出现,“,开关控制,”,，称为,“,键控法,”,。,数字信号对载波振幅调制称为振幅键控，,即,ASK,（,Ampl-itude-Shift,Keying,），,对载波频率调制称为频移键,控，即,FSK,（,Frequency-Shift Keying,），,对载波相位调制称,为相,移键控（即相位键控）,PSK,（,Phase-Shift Keying,）。,7.1,概述,数字信号可以是二进制的，也可以是多进制的。若数字,信号,u(t),是二进制，则,ASK,、,FSK,、,PSK,实现原理框图及键控,信号的输出波形可由,图,7.1,表示。,图,7.1,二进制数字调制的波形和方框图,7.2.1 ASK,调制,ASK,有两种实现方法：,乘法器实现法,和,键控法,。,1.,乘法器实现法,乘法器实现法的调制方框图如,图,7.2,所示。,图,7.2(a),为,ASK,调制器框图，它的输入是随机信息序,列，以,A,k,所示。经过基带信号形成器，产生波形序列，,设形成器的基本波形为,g(t),，则波形序列为,7.2,二进制振幅键控,(ASK),调制与解调,7.2.1,图,7.2,乘法实现器,式中，,T,B,为码元宽度；,A,k,是第,k,个输入随机信息。乘法,器后的带通滤波器用来滤除高频谐波和低频干扰。带通滤波,器的输出就是振幅键控信号，用,u,ASK,(t),表示。,乘法器常采用环形调制器，如,图,7.3,所示。四只二极管,VD,1,、,VD,2,、,VD,3,、,VD,4,首尾相联构成环形，故得名环形调制器。,用于,ASK,调制的环形调制器，载波应加在,1,、,2,端，在,5,、,6,端,接基带信号，并且基带信号要始终大于或等于零，即,5,端的,电压必须始终高于或等于,6,端的电压。由于,5,端的电压始终高,于或等于,6,端的电压，因此二极管,VD,2,、,VD,4,始终截止，在实际,电路中,VD,2,、,VD,4,可省去，但环形调制器的四只二极管往往做,成组件，因此,VD,2,、,VD,4,仍画在图,7.3,中。它们的存在对,ASK,调,制没有影响。,ASK,调制产生的波形如,图,7.2(b),所示。,图,7.3,环形调制器,2.,键控法,键控法是产生,ASK,信号的另一种方法。二元制,ASK,又称,为通断控制（,OOK,）。最典型的实现方法是用一个电键来控,制载波振荡器的输出而获得。,图,7.4,所示为该方法的原理框,图。,为适应自动发送高速数据的要求，键控法中的电键可以,利用各种形式的受基带信号控制的电子开关来实现，代替电,键产生,ASK,信号，,图,7.4,键控法产生,ASK,信号原理图,7.2.2 ASK,解调,振幅键控信号解调有两种方法，即同步解调法和包络解,调法。,图,7.6 ASK,同步解调方框图,1.,同步解调,同步解调也称相干解调，其方框原理如图,7.6,所示。,图中,u,ASK,(t),信号经过带通滤波器抑制来自信道的干扰，,相乘器进行频谱反向搬移，以恢复基带信号。低通滤波器用,来抑制相乘器产生的高次谐波干扰。,解调的相干载波用,2cos2f,c,t,，幅度系数,2,是为了消除推,导结果中的系数，对原理没有影响，下面对它的工作原理及,解调性能进行分析。,发“,1”,码时的情况,发“,1”,码时，输入的,ASK,信号为,Acos2f,c,t,，它能顺利地,通过带通滤波器。,n(t),为零均值的高斯白噪声，经过带通滤,波器后变为窄带高斯噪声，用,n,i,(t),表示为,因此发,“,1,”,码时，带通滤波器输出信号为,7.2.2,7.2.3,经乘法器后输出为,7.2.4,经过低通滤波器后，后两项滤除。设输出信号为,x(t),，,则（,x(t),也就是取样判决器的输入信号）,7.2.5,发“,0”,时的情况,发,“,0,”,码时，,ASK,信号输入为,0,，噪声仍然存在，此时,取样判决器的输入信号,x(t),为：,x(t)=n,c,(t),7.2.6,x(t)=,A+n,c,(t),发“,1”,码,n,c,(t),发“,0”,码,7.2.7,下面讨论判决问题。,若没有噪声，上式简化为,x(t)=,A,发“,1”,码,0,发“,0”,码,7.2.8,综合上面的分析，可得,此时判决电平取,0,A,的中间,值,A/2,，大于,A/2,判为,“,1,”,码，小,于,A/2,判为,“,0,”,码。在无噪声时,判决一定是正确的，因此,7.6,的框,图能正确解调。若噪声存在，,x(t),如上式所示。式中,n,c,(t),是均值为,零的低通型高斯噪声。,n,c,(t),和,A+,n,c,(t),的概率密度分布曲线如图,7.7,所示。误码率根据下式计算：,图,7.7 ASK,同步解调,取样判决器,7.2.9,式中,P(0),、,P(1),分别为发,“,0,”,码和发,“,1,”,码的概率；,P(0/1),是发,“,1,”,码时误判为,“,0,”,码的概率；,P(1/0),是发,“,0,”,码时误判为,“,1,”,码的概率。,由于正态分布曲线的对称性，故,P(0/1)=P(1/0),，而且,P(1)+P(0)=1,，,发“,1”,码时的情况,包络检波器的输入为,n,i,(t)=Acos2f,c,t+n(t),，,n,i,(t),为信号,为信号加窄带高斯噪声，输出为信号加窄带高斯噪声的包络,它服从莱斯分布，如,图,7.9,所示，其概率密度为,2.,包络解调,包络解调是一种非相干解调，框图如图,7.8,所示。,图,7.8 ASK,包络检波,图,7.9 ASK,包络解调取样判决器,7.2.10,发“,0”,码时的情况,包络检波器输入为,n,i,(t),，输出则为,n,i,(t),的包络，即噪声的,包络，它服从瑞利分布，如,图,7.9,所示。其概率密度为,7.2.11,与同步解调类似，为使误码率最小，判决电平应取,f,0,(x),和,f,1,(x),的交点的横坐标值，如图中,x=b,opt,，,b,opt,为最佳门限，,经分析，得到当信噪比,r1(,即大信噪比,),时，,7.2.12,频移键控,(FSK),是用不同频率的载波来传送数字信号，,用数字基带信号控制载波信号的频率。二进制频移键控是用,两个不同频率的载波来代表数字信号的两种电平。接收端收,到不同的载波信号再进行逆变换成为数字信号，完成信息传,输过程。,7.3.1 FSK,信号的产生,FSK,信号的产生有两种方法，,直接调频法和频率键控法。,7.3,二进制频移键控,(FSK),调制与解调,1.,直接调频法,直接调频法是用数字基带信号直接控制载频振荡器的振,荡频率,。,图,7.10,所示是直接调频法的具体电路之一。二极管,VD,1,、,VD,2,的导通与截止受数字基带信号控制，当基带信号为,负时（相当于,“,0,”,码），,VD,1,、,VD,2,导通，,C,1,经,VD,2,与,LC,槽路并,联，使振荡频率降低（设此时频率为,f,1,），当基带信号为正,时（相当于,“,1,”,码），,VD,1,、,VD,2,截止，,C,1,不并入槽路，振荡,频率提高（设为,f,2,），从而实现了调频，这种方法产生的调,频信号是相位连续的。直接调频法还有许多实现电路，虽然,实现方法简单，但频率稳定度不高，同时频率转换速度不能,做得太快。,图,7.10,直接调频法电路及波形,2.,频率键控法,频率键控法也称频率选择法，图,7.11,是它实现的原理框,图。它有两个独立的振荡器，数字基带信号控制转换开关，,选择不同频率的高频振荡信号实现,FSK,调制。,图,7.11,频率键控法的原理框图,键控法产生的,FSK,信号频率稳定度可以做得很高并且没,有过渡频率，它的转换速度快，波形好。频率键控法在转换,开关发生转换的瞬间，两个高频振荡的输出电压通常不可能,相等，于是,u,FSK,(t),信号在基带信息变换时电压会发生跳变，,这种现象也称为相位不连续，这是频率键控特有的情况。,图,7.12,是利用两个独立分频器，以频率键控法来实现,FSK,调制的原理电路图。,在,图,7.12,中，与非门,3,和,4,起到了转换开关的作用。当数,字基带信号为,“,1,”,时，与非门,4,打开，,f,1,输出，当数字基带,信号为,“,0,”,时，与非门,3,打开，,f,2,输出，从而实现了,FSK,调,制。,键控法也常常利用数字基带信号去控制可变分频器的分,频比来改变输出载波频率，从而实现,FSK,调制。,图,7.13,是一,图,7.12,独立分频器的键控法,FSK,调制,FSK,信号有相位不连续和相位连续两种情况，相位不连,续的,FSK,信号可以视为两个频率分别为,f,1,和,f,2,的,ASK,信号的叠,加，如图,7.14,所示。,图,7.14 FSK,信号为两个不同频率的,ASK,信号叠加,7.3.2 FSK,信号的解调,数字频率键控（,FSK,）信号常用的解调方法有很多种如,同步（相干）解调法、过零检测法和差分检波法等。,图,7.15 FSK,信号同步解调方框图,1.,同步解调法,同步解调法，,FSK,信号解调原理方框如图,7.15,所示。,从,图,7.15,可见，,FSK,信号的同步解调器分成上、下两个,支路，输入的,FSK,信号经过,f,1,和,f,2,两个带通滤波器后变成了,上、下两路,ASK,信号，之后其解调原理与,ASK,类似，但判决需,对上、下两支路比较来进行。假设上支路低通滤波器输出为,X,1,，下支路低通滤波器输出为,x,2,，则判决准则是：,x,1,-x,2,0,判输入为,f,1,信号,x,1,-x,2,0,，按判决准则判输入为,f,1,；反之，当输入为,f,2,时,x,1,=0,，,x,2,=A,，,x,1,-x,2,=0-A0,判输入为,f,1,信号,x,1,-x,2,0,判为“,0”,u,o,(t)0,判为“,1”,7.4.8,可直接解调出原绝对码基带信号。,这里应强调的是，相位比较法电路是将本码元信号与前,一码元信号相位比较，它适合于按相位差定义的,DPSK,信号,的解调，对码元宽度为非证书倍载频周期的按向量差定义的,DPSK,信号，该电路不适用。对,CPSK,信号解调，该电路输出,端应增加相对码变为绝对码的变换电路。,