數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)基礎(chǔ)課件

1、數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)基礎(chǔ) 日 期：2014-722014年5月21日內(nèi)容1、通信系統(tǒng)概述2、信號調(diào)制基礎(chǔ)3、IQ調(diào)制解調(diào)原理4、基于Agilent VSA的數(shù)字信號解調(diào)5、一些關(guān)鍵技術(shù)6、基于MATLAB的QPSK信號解調(diào)實例通信系統(tǒng)的分類接入網(wǎng)核心網(wǎng)有線接入無線接入衛(wèi)星接入高空平臺蜂窩接入微波接入FWAWLANWPAN通信網(wǎng)光纖接入PON，APONFTTB/C/H/R混合光纖同軸網(wǎng)Cable modemDSL (ADSL,HDSL)32014年5月21日脈沖調(diào)制ASK，F(xiàn)SK，PSK，QAM模擬數(shù)字模擬數(shù)字PAM，PPMPCM，ADPCM傳輸方式：基帶傳輸，頻帶傳輸復(fù)用方式：頻分，時分，碼分和空

2、分調(diào)制方式：線性 AM，DSB，SSB，VSB非線性 FM，PM連續(xù)波通信系統(tǒng)的分類32014年5月21日通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)一般模型模擬通信系統(tǒng)模型32014年5月21日數(shù)字通信系統(tǒng)各部分的作用實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化傳輸即完成A/D變化。提高信號傳輸?shù)挠行?。即在保證一定傳輸質(zhì)量的情況下，用竟可能少的數(shù)字脈沖來表示信源產(chǎn)生的信息。通過數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)減少碼元數(shù)量和降低碼元速度 （1）信源:把原始信息變換成原始電信號。（2）信源編碼：32014年5月21日神舟七號伴飛衛(wèi)星發(fā)回的兩張圖片的對比（A）壓縮前的彩色照片 （B）壓縮后的黑白照片數(shù)字射頻通信系統(tǒng)方框圖32014年5月21日為何采用數(shù)字通信系

3、統(tǒng)32014年5月21日數(shù)字通信系統(tǒng)優(yōu)點1.數(shù)字通信比模擬通信抗干擾能力強，通過中繼再生后可消除噪聲積累2.數(shù)字信號比模擬信號易于調(diào)制3.數(shù)字信號比模擬信號保密性強4.自動發(fā)現(xiàn)和控制差錯5.便于和電子計算機結(jié)合6.設(shè)備便于集成化、微型化數(shù)字通信系統(tǒng)缺點1.需要的傳輸帶寬較大2.對同步要求較高，系統(tǒng)復(fù)雜隨著技術(shù)進步，數(shù)字通信系統(tǒng)的瓶頸都已得到解決，因此，其應(yīng)用必然會越來越廣泛。32014年5月21日為何需要調(diào)制？32014年5月21日天線的尺寸必須與發(fā)射信號波長相比擬；把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處，實現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率；擴展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾能力，抗衰落能力，用帶寬換

4、信噪比；Back to Basics Training Copyright Agilent30 Jan 20136模擬調(diào)制-PM和FM112014年5月21日注意：在數(shù)字調(diào)制中，基帶調(diào)制信號是數(shù)字式的，而調(diào)制過程不是數(shù)字的數(shù)字調(diào)制tttt1010數(shù)字數(shù)據(jù)數(shù)字基帶調(diào)制信號幅度頻率相位幅度和相位二進制移幅鍵控(2ASK) 基帶信號： 2ASK信號： 二進制移幅鍵控(2ASK)(續(xù)) 2ASK實現(xiàn)方案： (a)采用乘法器實現(xiàn) (b)采用開關(guān)電路實現(xiàn) 通過該方式輸出的 信號也稱通斷鍵控(OOK)信號。 二進制移幅鍵控(2ASK)(續(xù)) 2ASK信號的帶寬 ASK信號是一種由基帶信號 線性調(diào)制載波后產(chǎn)生

5、的信號 信號頻譜是基帶信號頻譜簡單地搬移，帶寬是原基帶信號的 兩倍。 二進制移頻鍵控(2FSK) 對于二元信號序列 ，一般地有： 相應(yīng)地 2FSK信號的一般表示形式為 二進制移頻鍵控(2FSK)(續(xù)) 2FSK實現(xiàn)方案： (a)采用變?nèi)荻O管 模擬調(diào)頻實現(xiàn) (b)采用開關(guān)電路實現(xiàn) 通過鍵控法實現(xiàn) 二進制移相鍵控(2PSK) 設(shè)二元信號序列 其中 2PSK信號可表示為 若 為一非歸零矩形脈沖，則2PSK信號為 二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較1.關(guān)于誤碼率若信噪比r一定，2PSK系統(tǒng)的誤碼率低于2FSK系統(tǒng)，2FSK系統(tǒng)的誤碼率低于2ASK系統(tǒng)采用相干解調(diào)方式的誤碼率低于

6、采用非相干解調(diào)方式的誤碼率2. 關(guān)于頻帶利用率：在碼元速率一定的情況下，2FSK的頻帶利用率最低2ASK和2PSK相當(dāng)；3.對信道特性變化的敏感性： 2ASK對信道特性變化敏感，性能最差；2FSK和2PSK不敏感結(jié)論是：綜合考慮，PSK最常用 256QAM 8 bits/second/HzMajor Modulation Goal:-Spectral EfficiencyTheoretical Bandwidth Efficiency Limits:BPSK 1 bit/second/HzQPSK8PSK16QAM32QAM2 bits/second/Hz3 bits/second/Hz4 b

7、its/second/Hz5bits/second/Hz64QAM6bits/second/Hz282014年5月21日302014年5月21日Modulation Efficiency Trade-OffAs the complexity of the modulation increases, the radio becomes more spectrally efficient.However, it also becomes more susceptible to errors caused by noise and distortionPattern RAMBinary Info t

8、obe transmittedSymbol Mappingand BasebandFilters Map todigital symbolsDACDACI110001011010100101110010101010then to Digital I Qsignals00 - 1+j101 - -1+j110 - -1-j111 - 1-j1Vector Modulation Signals BBG Block DiagramBaseband IQ signal generation- Contains information to be transmittedDACs Convert Digi

9、tal IQ signals toanalog IQ signalsQBack to Basics Training Copyright Agilent30 Jan 201315IQSend toModulator22014年5月21日內(nèi)容1、通信系統(tǒng)概述2、信號調(diào)制基礎(chǔ)3、IQ調(diào)制解調(diào)原理4、基于Agilent VSA的數(shù)字信號解調(diào)5、一些關(guān)鍵技術(shù)6、基于MATLAB的QPSK信號解調(diào)實例AmpFreq, PhaseModulation: Where the Information Resides？V(t) = A(t)*cos2fct + (t)Back to Basics Trainin

10、g Copyright Agilent30 Jan 20136調(diào)制信號的失量圖表示0degPhaseMagnitudePhasedeg0Phase Change0Both Change degFrequency Change2014年5月21日Change0deg112014年5月21日Generating Signals Digital Modulation實際使用中，使用IQ調(diào)制方式：V(t) = A(t)*cos2fct + (t)令I(lǐng)(t) = A(t)*cos(t)， Q(t) = A(t)*sin(t)根據(jù)三角公式，上式變?yōu)閂(t) = I(t) *cos(2fct)- Q(t)

11、*sin(2fct) 基帶信號 載波信號注意：I(t)和Q(t)并不正交 I和Q分量最重要的特性是它們是獨立的分量(正交)。Generating Signals Digital Modulation 從根本上講，IQ調(diào)制就是直角坐標(biāo)到極坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換IQ解調(diào)I-Q 解調(diào)是I-Q 調(diào)制的鏡像IQ調(diào)制的好處提高頻譜利用率；I-Q 調(diào)制器不使用非線性，難實現(xiàn)的相位調(diào)制，而是簡單的對載波幅度及其正交量進行線性調(diào)制。I-Q 調(diào)制可以生成從數(shù)字制式到射頻脈沖甚至線性調(diào)頻雷達等各種調(diào)制。 在 I-Q 平面上觀查信號經(jīng)常能更好地洞察信號。串?dāng)_、數(shù)據(jù)偏移、壓縮以及AM-PM 失真等用其它方法難以呈現(xiàn)的現(xiàn)象在 I-Q

12、 平面上可以輕松查看。信號的解調(diào)也同樣簡單明了。使用 I-Q 解調(diào)至少理論上可以輕松地恢復(fù)基帶信號。IQ解調(diào)IQ解調(diào)IQ解調(diào)IQ解調(diào)22014年5月21日內(nèi)容1、通信系統(tǒng)概述2、信號調(diào)制基礎(chǔ)3、IQ調(diào)制解調(diào)原理4、基于Agilent VSA的數(shù)字信號解調(diào)5、一些關(guān)鍵技術(shù)6、基于MATLAB的QPSK信號解調(diào)實例VSA信號分析原理框圖VSA信號分析詳細框圖VSA數(shù)字解調(diào)器原理Q幅度誤差（Magnitude Error）誤差矢量（Error Vector）參考信號（Reference Signal)相位誤差 (Phase Error)I被測信號數(shù)字調(diào)制誤差的定量描述誤差矢量幅度Error Vect

13、or Magnitude(EVM)=(Average error magnitude)(maximum symbol magnitude)x 100%被測試信號矢量圖顯示（時域測量）標(biāo)準(zhǔn)信號矢量圖顯示（時域測量）矢量誤差信號時域顯示（時域測量）矢量誤差信號頻譜顯示（頻域測量）VSA測試結(jié)果顯示數(shù)字調(diào)制信號誤差匯總報表EVM rms: 矢量誤差平均值，Mag Err: 幅度誤差平均值；Phase Err rms: 相位誤差平均值；Freq Err: 頻率誤差Rho: 相關(guān)系數(shù)Quad Err: I/Q信號相位正交誤差；EVM pk: 矢量誤差峰值Mag Err Pk: 幅度誤差峰值Phase E

14、rr rms: 相位誤差峰值IQ offset: IQ信號偏移（載波泄漏）SNR：信噪比Gain Imb: I/Q信號幅度平衡度22014年5月21日內(nèi)容1、通信系統(tǒng)概述2、信號調(diào)制基礎(chǔ)3、IQ調(diào)制解調(diào)原理4、基于Agilent VSA的數(shù)字信號解調(diào)5、一些關(guān)鍵技術(shù)6、基于MATLAB的QPSK信號解調(diào)實例基帶數(shù)字濾波器數(shù)字濾波被用來對基帶信號進行限帶以減少碼間串?dāng)_基帶數(shù)字濾波器根據(jù)奈奎斯特第一準(zhǔn)則，最簡單的滿足無碼間串?dāng)_最簡單的理想低通濾波器傳輸特性和沖激響應(yīng)分別為 ， 其頻域和時域特性如下圖：基帶數(shù)字濾波器但是符合理想傳輸特性的濾波器在物理上很難實現(xiàn)，實際情況下使用具有一定滾降系數(shù)的濾波器

15、代替，其傳輸特性和沖激響應(yīng)如下圖所示基帶數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器的選擇在數(shù)字通信系統(tǒng)中，基帶濾波可能出現(xiàn)在發(fā)射機或接收機上，或者分布在發(fā)射機和接收機之間，發(fā)射機中完成一半濾波，接收機中完成另外一半。數(shù)字濾波器常用的發(fā)射機濾波器類型431997WirelessR&D SeminarEffect of Different Filter BandwidthsQPSK Vector DiagramsNo Filtering.i.e. infinitebandwidthNyquistfilternon Nyquistfilter,i.e, gaussian2014年5月21日Filters-Modulati

16、on ShapingFiltering BenefitsReducedtransmitted bandwidthImproved efficiency, reduced interferenceImproved receiver sensitivityFiltering CostsComplexityPossibleinter-symbol interferenceIncreased power may be requiredFilter TypesNyquist,square-root NyquistGaussianUser-defined2014年5月21日載波同步 在相干解調(diào)時，接收端需要提供一個與接收信號中的調(diào)制載波同頻同相的相干載波。載波同步載波同步的方法:發(fā)信號+導(dǎo)頻收外同步 插入導(dǎo)頻法發(fā)信號收內(nèi)（自）同步 直接法平方變換法、平方環(huán)法、同相正交環(huán)法同相正交環(huán)法 （科斯塔斯環(huán)，Costas）和輸入已調(diào)信號相乘后得到經(jīng)過低通濾波后得到同相正交環(huán)法 （科斯塔斯環(huán)，