数字基带调制课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,远 动 监 控 技 术,西南交通大学电气工程学院,第四章 远动监控系统数据传输 与通信网络结构,第一节 概述,第二节 通信信道及数据传输系统,第三节 调制与解调,第四节 计算机网络基础,第五节 数据通信方式,第六节 调度端及RTU的网络结构,远动信息的传递过程,通信设备：一般包括信道、调制器/解调器（光端机）。,调制,：,把信息加到载波上，变成已调信号的过程,解调,：,把信息从已调信号中恢复出来的过程称为解调,信道,：含有各种干扰的通信线路,频分信道（,FDM,）,：利用频率变换和调制方法，将若干路信号调制到频谱的不同位置，接收端利用接收滤波器把各路信号区分开。按频带划分信道构成多路复用。,时分信道（,TDM,）,：将信号时区划分为若干时隙，轮流传输不同的信号，形成时分通信。,一、信道的分类,1、按信道的复用方式,2、按传输信号的类型,单工信道,：只能一个方向传送，任何时间不能改变。,半双工信道,：可以双向传输，交替进行，不能同时进行。,全双工信道,：可同时进行双向传输。,有线,：以有形的线路为传输媒质。如对称电缆、同轴电,缆、架空明线、光纤。,无线,：以自由空间为传输媒质。微波、卫星通信等。,3、按传输媒质不同,模拟信道,：传输连续的模拟信号。,数字信道,：传输离散的数字信号。,4、按信息传送方向与时间关系,把原始数据信号（包含直流分量、低频、谐波分量）称为,基带信号,。由数据终端产生的二进制数字信号，包括PCM、 M等调制后的信号，称为,数字基带信号,。直接利用基带信号进行传输的方式称为,基带传输,。如数字光纤通信系统。,利用载波对基带信号进行调制，使信号频谱搬移到载波频率附近的一个频带内，把这种调制后的信号称,频带信号,。用频带信号进行数据传输称,频带传输,。,近距,（几米到几百米）：经接口电路（,RS-232,、,RS-422,）,直接在线路上传输。,较近,：加基带传输机（基带,MODEM,）。,较远,：采用频带传输，即加调制解调器。,二、数字基带传输和频带传输,单极性不归零码,双极性不归零码,单极性归零码,双极性归零码,差分码,基带数传机原理框图,三、干扰电平和允许电平,用电平表示信号在传输过程中信号幅度变化情况。,1.相对电平,选择电路上某点的功率P,0,（U,0,、I,0,）为基准，把电路上各点功率,高于,或,低于,基准点的倍数以dB（分贝）表示，称该点的,相对功率（电压、电流）,电平。,2.绝对电平,在,600,电阻上，消耗1mW功率为绝对功率电平的基准：,绝对功率电平,绝对电压电平,常用dBr表相对电平，用dBm表示绝对电平。,相对电流电平,相对电压电平,相对功率电平,以铁路通信为例：,干扰电平,：音频回路两端用杂音计所测杂音电压：,明线,2.5mV,；,电缆,2.0mV,。,发送电平,：音频电路最高发送电平不大于,0dBm,；,载波通道的载波机两线端测得的电平,不大于,-13,dBr,。,接收电平,：接收端根据传输方式的不同及接收端通,信设备本身的性能，对接收电平的限制,不同。如对,FSK,的音频实回线，要求,接收电平大于,-25,dBm,。,3.干扰电平和发送接收电平的规定,频带的选择,阻抗的匹配,电平的匹配,四、,接收端设备与信道的连接,第四章 远动监控系统数据传输 与通信网络结构,第一节 概述,第二节 通信信道及数据传输系统,第三节 调制与解调,第四节 计算机网络基础,第五节 数据通信方式,第六节 调度端及RTU的网络结构,一、音频线路,音频（,3003400Hz,）线路：架空明线、对称电缆,1.由音频线路构成的数据传输系统,2.通信线的传输特性,（1） 首端加上频率为的正弦交流电压，稳定后，线路上任意一点X处的电压为,：,（2）线路的,特性阻抗,(波阻抗),它表征线路本身的特性，与线路长度无关,。,：,传播系数,：,衰耗系数,，单位为dB/km(分贝/公里),：,相移系数,，单位为rad/km(弧度/公里),（3） 线路的传播系数、衰耗系数和相移系数,计算：用,复数,的运算方法来简化计算过程,（4）前行波和反行波、波速,则：,转换为瞬时值的形式，有：,令：,波速,：考察,中相位为一定,值,的点,t+t,时刻，相位,移动到,x+x,处，,即,为,反行波,。,同理，,为,前行波,，波速等于,从而,有,t,时刻,x,点,处，,的相位,为,，即,结论2,：反射现象既损耗了信号的能量，又使接收端电压 波形造成畸变，产生有害的干扰,。,结论1,：电压波衰减地,向收端前进,。,（5）阻抗匹配：接收端负载阻抗,等于,特性阻抗,在,阻抗匹配,的情况下，不会出现反射波,反射波电压0,主要有载波电缆和电力线载波,频分复用,的模拟信道。,二、 载波信道,1.载波电缆构成的数据传输系统,2.电力线载波数据传输系统,LC谐振电路，阻断高频信号的通路,构成高频信号的通路，将其送到电力线上。隔离高电压、大电流，保护人身、设备的安全,将音频信号调制到,f,1,(0.33400)kHz,光端机,：将电信号转换成光信号的变换装置。,光中继装置,：为实现远距离传输，将因传输而使强度减弱的光，先转换成电信号，放大后再转换成光信号，以便长距离传输。,光纤,：透明度极高的纤维，将光传输到远方的媒介,三、光纤信道,光的调制方式根据数字信号进行，多采用脉冲编码调制。,双、单极性转换处理,：将便于电信号处理的双极性脉冲变为便于光纤传输的单极性脉冲。,码制变换,：适于电信号传输的码型转换为适于光信号传输的码型,光电转换元件,：发光元件为,激光二极管LD和发光二极管LED。,1.数字式光端机,根据光的调制方式，分两类：,直接调制方式,：光强度的调制与输入的模拟信号成比例。,预调制方式,：将输入的模拟信号转换为电信号，再进行光的有无的双值光强度调制。,2. 模拟式光端机,四、无线信道,1.无线电信道,优点,：适宜于短距离、直接传输,一般，称,波长为0.0011.0m,、,频率为300MHz300GHz,的无线电波为,微波,。这里的无线电信道指微波以下频段的无线电信道，常用几十兆几百兆Hz。,2.微波中继信道（含卫星通信）,优点,：微波频段频带很宽，可容纳许多无线电频道且不相互干扰。,第四章 远动监控系统数据传输 与通信网络结构,第一节 概述,第二节 通信信道及数据传输系统,第三节 调制与解调,第四节 计算机网络基础,第五节 数据通信方式,第六节 调度端及RTU的网络结构,一、调制与解调,1. 定义,调制,：将待传输的基带信号进行频谱的搬移或者,数字脉冲波形的变换，使其适宜于在信道,中传输的过程。,载波,：被调制的正弦波信号,已调信号,：调制后得到的信号,解调,：从已调信号中将原信号复原的过程。,2.调制的目的,将信号的频谱搬移到所希望的频带上，或对信号,脉冲进行数字变换，使其适合在信道上传输。,实现信道的多路复用（频分或时分）。,改善传输系统的抗干扰性能。,3.频带调制和数字基带调制,连续波调制,如FSK等，都是将信号的频谱搬移到载波频率附近的一个频带上，因此称为：,频带调制,脉冲调制,如PCM等,，调制后的信号仍是数字基带信号，因此称为,：,数字基带调制，简称基带调制,键控调幅,ASK,：幅度随信号变化。,键控调频,FSK,：频率随信号变化。,键控调相,PSK,：相位随信号变化。,二、数字调制方式,数字调制,是利用数字信号去控制一定形式的载波而实现调制的一种方法。,选用,正弦波,为载波信号,用数字基带信号分别控制,幅值,，,角频率,和,相位,等参数,用前后相邻两个波形的相位变化值代表,数字信号,键控调幅,键控调频,绝对调相,相对调相,三、,幅移键控（ASK）,ASK调制,：利用调制信息的数字信号键控一个连续的载波，使载波时断时续，有载波振荡时发送“1”的信息，无载波时发送“0”。该方式看作是调制信号s(t)与载波相乘,。,性质,：最简单的线性调制。,线性调制,：信号在调制过程中只进行某种线性变换而不经过非线性处理，在调制、解调过程中，调制信号的频谱在频率轴上被搬来搬去，但其中所有成分的相对关系总是保持不变。,S(t)是重复周期为T、脉宽为的方波，傅立叶级数表示,：,线性调制器,已调信号,及其傅立叶级数为：（令A=A,0,=1）,和频项：,所有成分频率都大于载频部分,差频项：,所有成分频率小于载频部分,载频项：,与S(t)无关,已调信号的,带宽,是调制信号带宽的两倍,。,线性调制共同特点:,已调信号中，每一频率分量都对应于原调制信号的频率分量在频率轴上搬移一个,0,的距离，整个频谱的结构和每一分量的相对大小不因调制而改变。,调幅信号的解调：包络检波、相干解调。,相干解调:,利用相干载波与所接收到的调制信号,相乘,，可以产生一个含有调制信号和其它成分的组合信号，再用一截止频率等于载波频率的,低通滤波器,将信号分离出来。,四、,频移键控（FSK）,数字调频,：,利用载波振荡的,频率,变化来传递数字信息。,频率转换法,：用数字信号控制两个独立的振荡器组成调频器。,1数字调频信号的产生,直接调频法：,用输入的数字信号控制一个振荡器的某些参数，达到改变振荡频率的目的。,数字信号=1，D1、D2截止，震荡频率由C3、L确定,数字信号=0，D1、D2导通，C2并入谐振回路,2. 数字调频信号的解调,（1）,鉴频法,：采用选频回路将频率的变化转换成幅度的变化，然后象调幅信号一样通过幅度检波而得到基带信号，还原数字信号。,限制带外噪声,减少误码率,除去信号中的寄生调幅，得到幅度恒定的调幅波,将调频信号的频率变化转变为幅度变化,简单的鉴频器LC并联回路,（2）,零交点法,：,计算交变信号在经过零点的次数来解调数字调频信号的一种方法。,原理：,与每秒内的振荡次数就是频率一样，可用单位时间内信号经过零点的次数来衡量频率的高低。,输入数码 电流方向 T1 T2 载波方向 USC,xi=0 E，R2，R4，R3，D1 导通 截止 T1，B，0 相位相同,xi=1 E，R1，R3，R4，D2 截止 导通 T2，A，0 相位相反,五、相,移键控（PSK）,1. 调相信号的产生,输入数码 T1 T2 载波方向 USC,xi=0 导通 截止 T1，B，0 相位相同,xi=1 截止 导通 T2，A，0 相位相反,周期=码元宽度,连成计数方式的触发器，来一个脉冲翻一次,输出是差动码,相对调相信号,的产生：将数字系列 ,转换为差动码系列,对 进行绝对调相就得到对 的相对调相。,（1）,提载：,整流、滤波、分频,2. 调相信号的解调,分频后提取的载波,接收的调相波,平方器,二倍 载频,经2f滤波 后的波形,2f滤波器,分频器,（2） 解调电路,接受数据为0时：, 0,接受数据为1时,：, 0,相关系数：,收到的调相波,：,已提取的载波：,绝对调相波的解调原理,：对接受信号波与提取的载波的积在一周期内积分，根据结果来判断接受的数据,。,乘法电路,：实现,定时器,： 实现同步定时及取样（0-T）,判决器,： 判断,的值,积分器,： 实现,C,1,C,2,寄存,y,i,，y,i-1,；与门、或非门实现异或运算。,相对调相波的解调原理,：,1.利用绝对调相波的解调电路得到差动码,2.由差动码求数据序列,：,