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文檔簡(jiǎn)介
課前回顧HDB3碼的編碼規(guī)則是什么?藍(lán)墨云班課課后練習(xí)題:
已知消息代碼為101000000001100011,請(qǐng)確定相應(yīng)的AMI碼和HDB3碼,并分別畫(huà)出它們的波形(設(shè)該序列前面一個(gè)V碼為V-,其后到第一位1碼間有偶數(shù)個(gè)傳號(hào))。換乘交通工具——調(diào)制模擬調(diào)制與解調(diào)教學(xué)目標(biāo)
掌握模擬調(diào)制解調(diào)的基本原理。掌握二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)的調(diào)制、解調(diào)方法理解二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)的帶寬。了解現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)。教學(xué)重難點(diǎn)
重點(diǎn):數(shù)字調(diào)制技術(shù)的調(diào)制、解調(diào)方法難點(diǎn):二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)的帶寬4.1模擬調(diào)制與解調(diào)基帶信號(hào)不能在大多數(shù)信道中直接傳輸,因?yàn)榇蠖鄶?shù)信道具有帶通特性。因此,基帶信號(hào)在通信系統(tǒng)的發(fā)送端需要進(jìn)行調(diào)制,再送入信道傳輸,在接收端則進(jìn)行相反的變換,即解調(diào)。圖4-2模擬調(diào)制系統(tǒng)模型4.1模擬調(diào)制與解調(diào)一、什么是調(diào)制?
把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過(guò)程(即把基帶信號(hào)攜帶的信息轉(zhuǎn)載到高頻信號(hào)上的處理過(guò)程)。
基帶信號(hào):如話(huà)音信號(hào),300~3400赫茲。
高頻信號(hào):如電磁波,300K赫茲以上。二、為什么要調(diào)制?
1、適合信道的需要,變換頻率便于輻射。
2、進(jìn)行頻率分配,實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用,提高信道利用率。
3、改善信噪比,提高系統(tǒng)抗噪聲性能。三、怎樣調(diào)制?基帶信號(hào)(調(diào)制信號(hào))m(t);
高頻載波信號(hào)為c(t)=Acos(
ct+
);m(t)c(t)讓它的三個(gè)基本參量分別按基帶信號(hào)變化:
1、AA(t)=A0+kAm(t);稱(chēng)為調(diào)幅-----線(xiàn)性調(diào)制。
2、
c(t)=0+kFm(t);稱(chēng)為調(diào)頻-----角度調(diào)制。
3、
(t)=0+kPm(t);稱(chēng)為調(diào)相-----角度調(diào)制。得到三種基本調(diào)制方式。調(diào)制的分類(lèi)調(diào)制信號(hào):m(t)載波信號(hào):c(t)已調(diào)信號(hào):sm(t)1、根據(jù)m(t)的不同分:模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制;2、根據(jù)c(t)不同分:連續(xù)載波調(diào)制和脈沖載波調(diào)制;3、根據(jù)c(t)被調(diào)制的參數(shù)不同:幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制。4、按頻譜特性分:線(xiàn)性和非線(xiàn)性調(diào)制。m(t)sm(t)c(t)調(diào)制器H(ω)幅度調(diào)制(線(xiàn)性調(diào)制)原理
已調(diào)信號(hào)sm(t)的頻譜和輸入基帶信號(hào)m(t)的頻譜之間滿(mǎn)足線(xiàn)性搬移的關(guān)系。幅度調(diào)制屬于線(xiàn)性調(diào)制,頻率調(diào)制和相位調(diào)制屬于非線(xiàn)性調(diào)制。幅度調(diào)制又分為四種具體的調(diào)制方法:
1、調(diào)幅(AM)
2、雙邊帶調(diào)制(DSB)
3、單邊帶調(diào)制(SSB)
4、殘留邊帶調(diào)制(VSB)一、調(diào)幅(常規(guī)雙邊帶調(diào)制):
AM-AmplitudeModulation1、調(diào)制方法:(1)抬高基帶信號(hào)m(t)的電平,使m(t)+A0恒為正,即要求A0
|m(t)|max(即疊加一個(gè)直流偏量A0
)(2)產(chǎn)生高頻等幅載波c(t)=cos
ct//cos(
ct+
)(3)相乘:SAM(t)=[A0+m(t)]cos
ct
要求A0
<
|m(t)|max的過(guò)調(diào)制情況,應(yīng)避免。思考題:如果發(fā)生過(guò)調(diào)制,會(huì)造成什么問(wèn)題?AM調(diào)制信號(hào)的時(shí)域表達(dá)和波形:
SAM(t)=[A0+m(t)]cos
ctm(t)c(t)A0-A0SAM(t)若基帶信號(hào)最高頻率
H=2fH,則AM調(diào)制信號(hào)帶寬為:BAM=2fHSAM(t)=A0cos
ct+m(t)cos
ct
,作傅立葉變換:3、AM調(diào)制信號(hào)的頻譜和帶寬:
M(ω)1
-ωH0ωHωSAM(ω)USBLSBLSBπA0USB
?-ωC0ωCω2ωH
上下下上解調(diào)原理:
(包絡(luò)檢波法—非相干解調(diào))半波整流器低通濾波隔直
(1)半波整流器(二極管單向?qū)ㄐ裕?)低通濾波(除去高頻成分)(3)隔斷直流(恢復(fù)基帶波形)過(guò)調(diào)制的解調(diào)產(chǎn)生失真:
A0正常調(diào)制的解調(diào)波形:A0分析和討論:
常規(guī)調(diào)幅方式效率很低,原因在于直流成分A0在已調(diào)信號(hào)中成為“空載波”,浪費(fèi)的能量超過(guò)了有用信號(hào)。如果沒(méi)有直流成分A0,效率將會(huì)達(dá)到百分之百。
然而沒(méi)有直流成分A0,解調(diào)后信號(hào)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的失真。只要有辦法解決解調(diào)后信號(hào)的失真問(wèn)題,就能大大提高調(diào)制效率。這就引出了相干解調(diào)與雙邊帶調(diào)制。2、DSB調(diào)制信號(hào)時(shí)域表達(dá)與波形:
SDSB(t)=m(t)cos
ct載波反相點(diǎn)雙邊帶調(diào)制(抑制載波雙邊帶調(diào)制)
1、調(diào)制方法:不加直流電壓,直接調(diào)制。
DSB調(diào)制信號(hào)的頻譜和帶寬M(
)
-ωH0ωHωSDSB(ω)USBLSBLSBUSB
-ωCωCω雙邊帶調(diào)制信號(hào)帶寬仍然為BDSB=2fH除了沒(méi)有沖擊譜線(xiàn)之外,與AM完全相同。上下下上功率和效率DSB信號(hào)的平均功率DSB信號(hào)的調(diào)制效率包絡(luò)檢波導(dǎo)致過(guò)調(diào)失真,應(yīng)當(dāng)改用相干解調(diào):(1)提取同步信息,在接收端產(chǎn)生本地載波,要求與發(fā)端同頻同相:c′(t)=cos
ct;(2)本地載波乘以接收的DSB調(diào)制波:
sp(t)=sDSB(t)·c′(t)=m(t)cos2
ct=m(t)(1+cos2
ct)/2;(3)低通濾波,除去cos(2
ct)的高頻項(xiàng),
得到解調(diào)輸出信號(hào)sd(t)=m(t)/2。DSB信號(hào)解調(diào)方法:sp(t)sDSB(t)sd(t)單邊帶調(diào)幅:SingleSideBand(SSB)濾波法及單邊帶信號(hào)的頻域表示:雙邊帶調(diào)制比常規(guī)調(diào)幅節(jié)省了能量,提高了效率。然而帶寬仍然是2fH,占用了較多的信道資源。我們看到雙邊帶的兩邊帶實(shí)際是完全相同的,傳輸一個(gè)邊帶就可以得到完整的信息。由此產(chǎn)生了單邊帶調(diào)制。F(ω)ωωmωm0SSSB(ω)ωωcωc0SSSB(ω)ωωcωc0SDSB(ω)ω-ωcωc02ωmUSBUSBLSBLSB---(a)基帶信號(hào)(b)DSB信號(hào)(c)SSB信號(hào)(USB)(d)SSB信號(hào)(LSB)單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生:(1)濾波法產(chǎn)生SSB信號(hào)讓雙邊帶信號(hào)通過(guò)一個(gè)邊帶濾波器,保留所需要的一個(gè)邊帶,濾除不要的邊帶。-f0HL(f)特性上邊帶(b)上邊帶濾波器特性和信號(hào)頻譜f00f單邊帶信號(hào)的頻譜上邊帶S
(f)上邊帶下邊帶HH(f)特性HH(f)特性(a)濾波前信號(hào)頻譜(c)下邊帶濾波器特性和信號(hào)頻譜S(f)S(f)-f00f-f0f0f下邊帶f0上邊帶
濾波器實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難點(diǎn):
(1)濾波特性很難做到具有陡峭的截止特性。(2)可以采用多級(jí)(一般采用兩級(jí))DSB調(diào)制及邊帶濾波的方法。
(1)SSB信號(hào)僅含一個(gè)邊帶(上邊帶或下邊帶),它所占用的頻帶寬度為BSSB=fH,只有AM、DSB的一半。(2)由于僅發(fā)送一個(gè)邊帶,因此SSB信號(hào)的功率為DSB信號(hào)的一半即:(3)因SSB信號(hào)不含載波成分,其調(diào)制效率也為100%。SSB信號(hào)的帶寬、功率和調(diào)制效率殘留邊帶調(diào)幅:VestigialSideBand(VSB)單邊帶調(diào)制需要理想的低通(或高通)濾波器,使截取的上、下兩邊帶都十分完整,這在實(shí)際中是難以實(shí)現(xiàn)的。如果上、下兩邊帶雖然都不是那么完整,但可以互補(bǔ),合起來(lái)仍然能夠得到完整的信息。從雙邊帶出發(fā),巧妙地設(shè)計(jì)濾波器,使上、下兩塊不那么完整的邊帶互補(bǔ),這樣的調(diào)制方法稱(chēng)為殘留邊帶調(diào)制。
殘留邊帶調(diào)制是介于SSB與DSB之間的一種折中方式,它既克服了DSB信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn),又解決了SSB信號(hào)實(shí)現(xiàn)中的困難。在這種調(diào)制方式中,不像SSB那樣完全抑制DSB信號(hào)的一個(gè)邊帶,而是逐漸切割,使其殘留—小部分,如下圖所示:34(a)殘留部分上邊帶的濾波器特性重要概念:HVSB(ω)在±ωc處必須具有互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)(奇對(duì)稱(chēng))特性,這樣,采用相干解調(diào)法解調(diào)殘留邊帶信號(hào)就能夠準(zhǔn)確地恢復(fù)所需的基帶信號(hào)。(b)殘留部分下邊帶的濾波器特性
各種線(xiàn)性調(diào)制方法的比較:USB信號(hào)LSB信
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