數(shù)字基帶調(diào)制-西南交通大學(xué)

遠(yuǎn)動監(jiān)控技術(shù)西南交通高校電氣工程學(xué)院第四章遠(yuǎn)動監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸

與通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第一節(jié)概述其次節(jié)通信信道及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)第三節(jié)調(diào)制與解調(diào)第四節(jié)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第五節(jié)數(shù)據(jù)通信方式第六節(jié)調(diào)度端及RTU的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)動信息的傳遞過程通信設(shè)備：一般包括信道、調(diào)制器/解調(diào)器（光端機(jī)）。調(diào)制：把信息加到載波上，變成已調(diào)信號的過程解調(diào)：把信息從已調(diào)信號中復(fù)原出來的過程稱為解調(diào)信道：含有各種干擾的通信線路頻分信道（FDM）：利用頻率變換和調(diào)制方法，將若干路信號調(diào)制到頻譜的不同位置，接收端利用接收濾波器把各路信號區(qū)分開。按頻帶劃分信道構(gòu)成多路復(fù)用。時(shí)分信道（TDM）：將信號時(shí)區(qū)劃分為若干時(shí)隙，輪番傳輸不同的信號，形成時(shí)分通信。一、信道的分類1、按信道的復(fù)用方式2、按傳輸信號的類型單工信道：只能一個方向傳送，任何時(shí)間不能變更。半雙工信道：可以雙向傳輸，交替進(jìn)行，不能同時(shí)進(jìn)行。全雙工信道：可同時(shí)進(jìn)行雙向傳輸。有線：以有形的線路為傳輸媒質(zhì)。如對稱電纜、同軸電纜、架空明線、光纖。無線：以自由空間為傳輸媒質(zhì)。微波、衛(wèi)星通信等。

3、按傳輸媒質(zhì)不同模擬信道：傳輸連續(xù)的模擬信號。數(shù)字信道：傳輸離散的數(shù)字信號。4、按信息傳送方向與時(shí)間關(guān)系把原始數(shù)據(jù)信號（包含直流重量、低頻、諧波重量）稱為基帶信號。由數(shù)據(jù)終端產(chǎn)生的二進(jìn)制數(shù)字信號，包括PCM、△M等調(diào)制后的信號，稱為數(shù)字基帶信號。干脆利用基帶信號進(jìn)行傳輸?shù)姆绞椒Q為基帶傳輸。如數(shù)字光纖通信系統(tǒng)。利用載波對基帶信號進(jìn)行調(diào)制，使信號頻譜搬移到載波頻率旁邊的一個頻帶內(nèi)，把這種調(diào)制后的信號稱頻帶信號。用頻帶信號進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸稱頻帶傳輸。近距（幾米到幾百米）：經(jīng)接口電路（RS-232、RS-422）干脆在線路上傳輸。較近：加基帶傳輸機(jī)（基帶MODEM）。較遠(yuǎn)：接受頻帶傳輸，即加調(diào)制解調(diào)器。二、數(shù)字基帶傳輸和頻帶傳輸單極性不歸零碼雙極性不歸零碼單極性歸零碼雙極性歸零碼差分碼基帶數(shù)傳機(jī)原理框圖三、干擾電平和允許電平用電平表示信號在傳輸過程中信號幅度變更狀況。1.相對電平

選擇電路上某點(diǎn)的功率P0（U0、I0）為基準(zhǔn)，把電路上各點(diǎn)功率高于或低于基準(zhǔn)點(diǎn)的倍數(shù)以dB（分貝）表示，稱該點(diǎn)的相對功率（電壓、電流）電平。2.確定電平在600Ω電阻上，消耗1mW功率為確定功率電平的基準(zhǔn)：確定功率電平確定電壓電平常用dBr表相對電平，用dBm表示確定電平。相對電流電平

相對電壓電平

相對功率電平以鐵路通信為例：干擾電平：音頻回路兩端用雜音計(jì)所測雜音電壓：明線≤2.5mV；電纜≤2.0mV。發(fā)送電平：音頻電路最高發(fā)送電平不大于0dBm；載波通道的載波機(jī)兩線端測得的電平不大于-13dBr。接收電平：接收端依據(jù)傳輸方式的不同及接收端通信設(shè)備本身的性能，對接收電平的限制不同。如對FSK的音頻實(shí)回線，要求接收電平大于-25dBm。3.干擾電平和發(fā)送接收電平的規(guī)定

頻帶的選擇阻抗的匹配電平的匹配四、接收端設(shè)備與信道的連接第四章遠(yuǎn)動監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸

與通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第一節(jié)概述其次節(jié)通信信道及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)第三節(jié)調(diào)制與解調(diào)第四節(jié)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第五節(jié)數(shù)據(jù)通信方式第六節(jié)調(diào)度端及RTU的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一、音頻線路音頻（300~3400Hz）線路：架空明線、對稱電纜1.由音頻線路構(gòu)成的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)2.通信線的傳輸特性

（1）首端加上頻率為ω的正弦溝通電壓，穩(wěn)定后，線路上隨意一點(diǎn)X處的電壓為：（2）

線路的特性阻抗(波阻抗)它表征線路本身的特性，與線路長度無關(guān)。γ：傳播系數(shù)β：衰耗系數(shù)，單位為dB/km(分貝/公里)α：相移系數(shù)，單位為rad/km(弧度/公里)（3）

線路的傳播系數(shù)、衰耗系數(shù)和相移系數(shù)計(jì)算：用復(fù)數(shù)的運(yùn)算方法來簡化計(jì)算過程（4）前行波和反行波、波速則：轉(zhuǎn)換為瞬時(shí)值的形式，有：令：波速：考察中相位為一定值的點(diǎn)t+Δt時(shí)刻，相位移動到x+Δx處，即為反行波。同理，為前行波，波速等于從而有t時(shí)刻x點(diǎn)處，的相位為，即

結(jié)論2：反射現(xiàn)象既損耗了信號的能量，又使接收端電壓波形造成畸變，產(chǎn)生有害的干擾。結(jié)論1：電壓波衰減地向收端前進(jìn)。（5）阻抗匹配：接收端負(fù)載阻抗等于特性阻抗在阻抗匹配的狀況下，不會出現(xiàn)反射波反射波電壓＝0

主要有載波電纜和電力線載波——頻分復(fù)用的模擬信道。

二、載波信道1.載波電纜構(gòu)成的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)2.電力線載波數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)LC諧振電路，阻斷高頻信號的通路構(gòu)成高頻信號的通路，將其送到電力線上。隔離高電壓、大電流，疼惜人身、設(shè)備的平安將音頻信號調(diào)制到f1±(0.3~3400)kHz光端機(jī)：將電信號轉(zhuǎn)換成光信號的變換裝置。光中繼裝置：為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，將因傳輸而使強(qiáng)度減弱的光，先轉(zhuǎn)換成電信號，放大后再轉(zhuǎn)換成光信號，以便長距離傳輸。光纖：透亮度極高的纖維，將光傳輸?shù)竭h(yuǎn)方的媒介三、光纖信道光的調(diào)制方式依據(jù)數(shù)字信號進(jìn)行，多接受脈沖編碼調(diào)制。雙、單極性轉(zhuǎn)換處理：將便于電信號處理的雙極性脈沖變?yōu)楸阌诠饫w傳輸?shù)膯螛O性脈沖。碼制變換：適于電信號傳輸?shù)拇a型轉(zhuǎn)換為適于光信號傳輸?shù)拇a型光電轉(zhuǎn)換元件：發(fā)光元件為激光二極管LD和發(fā)光二極管LED。1.數(shù)字式光端機(jī)依據(jù)光的調(diào)制方式，分兩類：干脆調(diào)制方式：光強(qiáng)度的調(diào)制與輸入的模擬信號成比例。預(yù)調(diào)制方式：將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為電信號，再進(jìn)行光的有無的雙值光強(qiáng)度調(diào)制。2.模擬式光端機(jī)四、無線信道1.無線電信道優(yōu)點(diǎn)：適宜于短距離、干脆傳輸一般，稱波長為0.001～1.0m、頻率為300MHz~300GHz的無線電波為微波。這里的無線電信道指微波以下頻段的無線電信道，常用幾十兆～幾百兆Hz。2.微波中繼信道（含衛(wèi)星通信）優(yōu)點(diǎn)：微波頻段頻帶很寬，可容納很多無線電頻道且不相互干擾。第四章遠(yuǎn)動監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸

與通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第一節(jié)概述其次節(jié)通信信道及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)第三節(jié)調(diào)制與解調(diào)第四節(jié)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第五節(jié)數(shù)據(jù)通信方式第六節(jié)調(diào)度端及RTU的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一、調(diào)制與解調(diào)

1.定義調(diào)制：將待傳輸?shù)幕鶐盘栠M(jìn)行頻譜的搬移或者數(shù)字脈沖波形的變換，使其適宜于在信道中傳輸?shù)倪^程。載波：被調(diào)制的正弦波信號已調(diào)信號：調(diào)制后得到的信號解調(diào)：從已調(diào)信號中將原信號復(fù)原的過程。2.調(diào)制的目的

將信號的頻譜搬移到所希望的頻帶上，或?qū)π盘柮}沖進(jìn)行數(shù)字變換，使其適合在信道上傳輸。實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用（頻分或時(shí)分）。改善傳輸系統(tǒng)的抗干擾性能。3.頻帶調(diào)制和數(shù)字基帶調(diào)制連續(xù)波調(diào)制如FSK等，都是將信號的頻譜搬移到載波頻率旁邊的一個頻帶上，因此稱為：頻帶調(diào)制脈沖調(diào)制如PCM等，調(diào)制后的信號仍是數(shù)字基帶信號，因此稱為：數(shù)字基帶調(diào)制，簡稱基帶調(diào)制鍵控調(diào)幅ASK：幅度隨信號變更。鍵控調(diào)頻FSK：頻率隨信號變更。鍵控調(diào)相PSK：相位隨信號變更。二、數(shù)字調(diào)制方式

數(shù)字調(diào)制是利用數(shù)字信號去限制確定形式的載波而實(shí)現(xiàn)調(diào)制的一種方法。

選用正弦波為載波信號用數(shù)字基帶信號分別限制幅值，角頻率和相位等參數(shù)用前后相鄰兩個波形的相位變更值△ф代表數(shù)字信號鍵控調(diào)幅鍵控調(diào)頻確定調(diào)相相對調(diào)相三、幅移鍵控（ASK）ASK調(diào)制：利用調(diào)制信息的數(shù)字信號鍵控一個連續(xù)的載波，使載波時(shí)斷時(shí)續(xù)，有載波振蕩時(shí)發(fā)送“1”的信息，無載波時(shí)發(fā)送“0”。該方式看作是調(diào)制信號s(t)與載波相乘。性質(zhì)：最簡潔的線性調(diào)制。線性調(diào)制：信號在調(diào)制過程中只進(jìn)行某種線性變換而不經(jīng)過非線性處理，在調(diào)制、解調(diào)過程中，調(diào)制信號的頻譜在頻率軸上被搬來搬去，但其中全部成分的相對關(guān)系總是保持不變。S(t)是重復(fù)周期為T、脈寬為τ的方波，傅立葉級數(shù)表示：線性調(diào)制器已調(diào)信號及其傅立葉級數(shù)為：（令A(yù)=A0=1）和頻項(xiàng)：全部成分頻率都大于載頻部分差頻項(xiàng)：全部成分頻率小于載頻部分載頻項(xiàng)：與S(t)無關(guān)已調(diào)信號的帶寬是調(diào)制信號帶寬的兩倍。線性調(diào)制共同特點(diǎn):已調(diào)信號中，每一頻率重量都對應(yīng)于原調(diào)制信號的頻率重量在頻率軸上搬移一個ω0的距離，整個頻譜的結(jié)構(gòu)和每一重量的相對大小不因調(diào)制而變更。調(diào)幅信號的解調(diào)：包絡(luò)檢波、相干解調(diào)。相干解調(diào):利用相干載波與所接收到的調(diào)制信號相乘，可以產(chǎn)生一個含有調(diào)制信號和其它成分的組合信號，再用一截止頻率等于載波頻率的低通濾波器將信號分別出來。四、頻移鍵控（FSK）數(shù)字調(diào)頻：利用載波振蕩的頻率變更來傳遞數(shù)字信息。頻率轉(zhuǎn)換法：用數(shù)字信號限制兩個獨(dú)立的振蕩器組成調(diào)頻器。1．?dāng)?shù)字調(diào)頻信號的產(chǎn)生干脆調(diào)頻法：用輸入的數(shù)字信號限制一個振蕩器的某些參數(shù)，達(dá)到變更振蕩頻率的目的。數(shù)字信號=1，D1、D2截止，震蕩頻率由C3、L確定數(shù)字信號=0，D1、D2導(dǎo)通，C2并入諧振回路2.數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)（1）鑒頻法：接受選頻回路將頻率的變更轉(zhuǎn)換成幅度的變更，然后象調(diào)幅信號一樣通過幅度檢波而得到基帶信號，還原數(shù)字信號。限制帶外噪聲削減誤碼率除去信號中的寄生調(diào)幅，得到幅度恒定的調(diào)幅波將調(diào)頻信號的頻率變更轉(zhuǎn)變?yōu)榉茸兏啙嵉蔫b頻器——LC并聯(lián)回路（2）零交點(diǎn)法：計(jì)算交變信號在經(jīng)過零點(diǎn)的次數(shù)來解調(diào)數(shù)字調(diào)頻信號的一種方法。原理：與每秒內(nèi)的振蕩次數(shù)就是頻率一樣，可用單位時(shí)間內(nèi)信號經(jīng)過零點(diǎn)的次數(shù)來衡量頻率的凹凸。輸入數(shù)碼電流方向T1T2載波方向USCxi=0E，R2，R4，R3，D1導(dǎo)通截止T1，B，0相位相同xi=1E，R1，R3，R4，D2截止導(dǎo)通T2，A，0相位相反五、相移鍵控（PSK）1.調(diào)信任號的產(chǎn)生輸入數(shù)碼T1T2載波方向USCxi=0導(dǎo)通截止T1，B，0相位相同xi=1截止導(dǎo)通T2，A，0相位相反周期=碼元寬度連成計(jì)數(shù)方式的觸發(fā)器，來一個脈沖翻一次,輸出是差動碼相對調(diào)相信號的產(chǎn)生：將數(shù)字系列,轉(zhuǎn)換為差動碼系列對進(jìn)行絕對調(diào)相就得到對的相對調(diào)相。（1）提載：整流、濾波、分頻2.調(diào)信任號的解調(diào)分頻后提取的載波接收的調(diào)相波平方器二倍載頻經(jīng)2f濾波后的波形2f濾波器分頻器（2）