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  • 常见的数字调制方法

    2021-04-01 15:14:06
    常见的数字调制方法如: ASK ——幅移键控调制,把二进制符号0和1分别用不同的幅度来表示。 FSK ——频移键控调制,即用不同的频率来表示不同的符号。如2KHz表示0,3KHz表示1。 PSK——相移键控调制,通过二进制...

    常见的数字调制方法如:

    ASK ——幅移键控调制,把二进制符号0和1分别用不同的幅度来表示。

    FSK ——频移键控调制,即用不同的频率来表示不同的符号。如2KHz表示0,3KHz表示1。

    PSK——相移键控调制,通过二进制符号0和1来判断信号前后相位。如1时用π相位,0时用0相位。

    GFSK——高斯频移键控,在调制之前通过一个高斯低通 滤波器来限制信号的频谱宽度 。

    GMSK —— 高斯滤波最小频移键控,GSM系统所用调制技术。

    QAM——正交幅度调制

    DPSK(Differential Phase Shift Keying)——差分相移键控。指利用调制信号前后码元之间载波相对相位的变化来传递信息。

    BPSK(Binary Phase Shift Keying)——二进制相移键控。是把模拟信号转换成数据值的转换方式之一,利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式。BPSK使用了基准的正弦波和相位反转的波浪,使一方为0,另一方为1,从而可以同时传送接受2值(1比特)的信息。由于最单纯的键控移相方式虽抗噪音较强但传送效率差,所以常常使用利用4个相位的QPSK和利用8个相位的8PSK

    QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)——正交相移键控,是一种四进制相位调制,它分为绝对相移和相对相移两种。由于绝对相移方式存在相位模糊问题,所以在实际中主要采用相对移相方式DQPSK。具有良好的抗噪特性和频带利用率,广泛应用 于卫星链路、数字集群等通信业务。

    MPSK(multiple phase shift keying)——多进制数字相位 , 又称多相制,是二相制的拓展延伸。

    mQAM——多电平正交调幅

    mPSK——多相相移键控

    TCM——网格编码调制

    VSB——残留边带调制

    OFDM——正交频分复用调制

    总的来说:数字调制是把数字基带信号变换为数字带通信号。

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  • RF测试笔记是业界一线工程师们通过理论和实践相结合的方式介绍射频微波测试技术的专栏,主要涵盖噪声系数、数字调制、矢网、频谱...、数字调制系列:IQ基本理论、数字调制系列:IQ调制及解调简述),阐述了常见的数...

    RF测试笔记是业界一线工程师们通过理论和实践相结合的方式介绍射频微波测试技术的专栏,主要涵盖噪声系数、数字调制、矢网、频谱分析、脉冲信号等内容如有想看到的内容或技术问题,可以在文尾写下留言。

    在前面关于数字调制的文章中分别介绍了IQ 调制的基本理论及调制解调的数学解析及图解过程(数字调制系列:如何理解IQ ?数字调制系列:IQ基本理论数字调制系列:IQ调制及解调简述),阐述了常见的数字调制方式,并解释了为什么经过IQ 调制器之后带宽会翻倍的原因。本文将着重介绍模拟IQ 调制器的特性,为后面的IQ 调制性能验证测试作准备。

    模拟IQ 调制器包含Mixer,在上变频的过程中,势必会产生镜频产物。当输出无频偏信号时,即信号中心频率与调制器的LO 信号频率相同时,相当于采用的是Zero-IF 机制,镜频产物与信号本身不可分割,即使通过滤波器也无法滤除镜频。庆幸的是,采用IQ调制及解调器,即使存在镜频产物,依然可以恢复出原始的IQ信号。这也是为什么模拟IQ 调制器之后不需要镜频抑制滤波器的原因。

    由于这种正交架构,IQ 调制器本身是具有一定镜频抑制能力的,但是只有在输出具有一定频偏的信号时,即信号中心频率与LO 信号频率不同时,才能体现出镜频抑制特性。下面将通过一些特殊的基带IQ 信号进行解析分析,阐述影响镜频抑制特性的因素,及如何改善镜频抑制特性。

    1. IQ 信号幅度平衡性对镜频抑制的影响

    IQ信号幅度不平衡(即幅度不同),要么是输入至调制器的I 和Q 信号的幅度不平衡,要么是调制器具有一定的增益不平衡(即I 和Q 两路的增益不同),这些都会影响对镜频的抑制能力。

    i(t)=Acoswbtq(t)=sinwbt,则经过IQ调制输出的射频信号s(t)

    s(t)=Acoswbt· coswct - sinwbt · sinwct

    积化和差得

    s(t)=0.5(A+1)cos(wc+wb)t + 0.5(A-1)cos(wc-wb)t

    A=1时,射频信号中只有上边带(wc+wb)分量;

    A=-1时,射频信号中只有下边带(wc-wb)分量;

    A≠±1时,射频信号中同时包含上边带(wc+wb)和下边带(wc-wb)两个分量。

    以上通过解析方式介绍了IQ 调制器的镜频抑制特性,其实通过图解方法也可以清晰简便地进行说明。下面考虑A=1的情况,图1 给出了载波信号的傅里叶变换,这是双边带频谱,基带信号经过IQ 调制器实现了频谱的搬移,图2分别给出了调制器两个支路上的频谱变换情况,最终经过合路器合路后,下边带分量相互抵消,只剩下上边带分量。

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    图1. 载波信号的傅里叶变换(双边带频谱)

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    图2. IQ 调制过程频谱变换示意图

    A≠±1时,射频信号中同时包含上下边带,定义边带抑制比为:20lg│A+1│/│A-1│ (dB).

    如何改善镜频抑制能力呢?

    IQ 调制器两个支路的增益不平衡特性已经无法调整,但是可以在基带侧通过调整I 和Q 两路波形的幅度大小改善镜频抑制。矢量信号发生器VSG及任意波信号发生器AWG均提供了IQ Gain Imbalance调整参数,对其进行微调即可改善镜频抑制。

    2. IQ 正交性对镜频抑制的影响

    正交性包括两个方面:(1) 基带信号I 和Q 之间的正交性;(2) IQ 调制器两个Mixer 的LO 信号之间的正交性。如果正交性不好,当产生无频偏的数字调制信号时会带来调制和解调的误差(EVM、BER 恶化),另一方面在产生单边带信号时,会恶化镜频抑制特性。

    i(t)=cos(wbt+ϕ)q(t)=sinwbt,则IQ 调制器输出的射频信号为

    s(t)=cos(wbt+ϕ)· coswct - sinwbt · sinwct

    积化和差得

    s(t)=0.5(1+cosϕ)·cos(wc+wb)t-0.5sinϕ·sin(wc+wb)t-0.5(1-cosϕ)·cos(wc-wb)t+0.5sinϕ·sin(wc-wb)t

    对于(wc+wb)分量,令a=0.5(1+cosϕ)b=0.5sinϕ,则取θ满足如下关系:

    cosθ=a/√( a2+b2)sinθ=b/√( a2+b2)

    类似地,对于(wc-wb)分量,令c=0.5(1-cosϕ)b=0.5sinϕ,则取θ1满足如下关系:

    cosθ1=c/√(c2+b2)sinθ1=b/√(c2+b2)

    以上公式代入s(t),最终可得

    s(t)=0.707√(1+cosϕ)·cos[(wc+wb)t+θ]+0.707√(1-cosϕ)·cos[(wc-wb)t-θ1]

    由正交误差ϕ造成的镜频抑制度为:10lg(1+cosϕ)/(1-cosϕ) (dB).

    以上是从基带I 和Q 信号的正交性着手分析对镜频抑制特性的影响,如果基带信号理想正交,而IQ 调制器两个Mixer 的LO 正交性不好,整个推导过程是类似的,此处不再赘述。当然,IQ 调制器的特性已经固定,只能通过调整基带信号的正交性改善镜频抑制能力。

    3. IQ 调制器的载波抑制特性

    IQ 调制器除了可以抑制镜频外,在数字调制过程中还可以抑制载波。理论上,只要模拟I 和Q 信号中没有DC 分量,而且IQ 调制器是理想的,那么输出的射频宽带信号中将没有载波。但是实际产生的宽带信号总是具有一定的载波泄露,来源于两部分:(1) IQ 信号中包含一定的DC 分量;(2) IQ 调制器中Mixer 的LO 泄露。

    对于数字调制信号而言,载波泄露是一种带内干扰,如果载波分量较强,将直接影响整个系统的通信质量。因此,要尽量降低载波泄露。通常在基带侧微调I Offset 或者Q Offset 来改善载波抑制特性,这相当于引入DC 分量,如果设置的DC 的极性合适,I 和Q 两路引起的载波泄露将相互抵消,甚至可以抵消Mixer 的LO 泄露带来的影响。

    以上介绍了IQ 调制器的镜频抑制及载波抑制特性,这些都是IQ 调制器固有的特性,也是性能验证测试中必测的项目。此外,IQ 调制器还有幅频响应、三阶交调等参数,这些也都是需要测试的。不同的测试项目需要不同的测试设备和测试方法,这将是后面要介绍的内容……

    由于作者水平有限,文中的内容和理解难免有疏漏,欢迎大家批评指正~

    文章来源:射频微波测试

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    1、PWM

    PWM是脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)的缩写。是一种利用数字输出来对模拟电路进行控制对一种非常有效的技术。它能够以节能(通常更安静)的方式来控制电机的速度、加热器的热输出等等。现有的脉宽调制应用包括但不限于:

    • 变速风扇控制器。
    • VRF暖通空调压缩机驱动。
    • 混合动力和电动汽车电机驱动电路。
    • LED调光器。

    脉冲宽度调制技术改变了世界,它降低了使用变频空调、变频冰箱、变频洗衣机等电机的电器的功耗。例如,在某些情况下,变频空调的能耗不到非变频空调的一半。在当代,如果一个设备被宣传为有一个变速压缩机或变速风扇(这不包括两个或三个速度风扇),它很大可能是使用了脉宽调制技术!

    2、PWM基本原理

    无论是什么形状的电压波形,只要波型与坐标轴t围成的阴影面积相同

    则产生的效果(平均输出电压)是一样的。这就是面积等效原理!

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    因此可以使用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形,如果按照一定规则对各脉冲对宽度进行调制,即可改变电路输出电压的大小,也可改变输出对频率。

    3、为什么使用PWM

    电气工程师可能想知道为什么他们应该使用脉冲宽度调制来控制设备,而用户也有类似的问题,答案是一样的:为什么要使用变频空调或其他变速电器?

    这两个问题的答案都是:PWM改变了电器电机的速度,因此它们只消耗所需的功率,而不会像消耗热量一样消耗掉未使用的电流。一个旧的替代方案是一个简单的晶体管电路,通过改变其电阻来改变通过它的电流。同样适用于电阻的效率规则也适用于晶体管——它们的电阻会导致能量浪费,因为它们会将其中的一部分作为热量烧掉。在这方面,它们就像加热器。幸运的是,这些电路从未成为主流。空调、冰箱等电器因为频繁的开关而一直全速运转,噪音大,浪费能源。

    4、PWM是如何工作的?

    PWM的工作原理是脉冲直流电流,改变每个脉冲保持“开启”的时间量,以控制流向LED等设备的电流量。PWM是数字的,这意味着它有两种状态:开和关(在二进制下应于1和0)。

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    每次脉冲开启的时间越长,LED就越亮。由于脉冲间隔很短,LED实际上不会关闭。换言之,LED的电源开关速度非常快(每秒数千次),以至于LED实际上不会闪烁。这就是所谓的PWM调光,而这样的电路就是所谓的PWM LED调光电路。

    如果PWM电源的占空比设置为70%,则脉冲在70%的时间内打开,在30%的时间内关闭。占空比是指工作时间。在70%的占空比下,LED的亮度应该接近70%。占空比和亮度之间的相关性不是100%线性的,因为led的效率随供电电流的大小而变化。如果占空比为0%,则整个信号将平坦,如下所示。0%的脉宽调制占空比意味着电源断开。在这种状态下,LED将无法工作。它只会关闭。

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    PWM电路之所以如此有效,关键是它没有采用电阻来限制电流的大小。它通过完全打开和关闭电流来控制电流的大小,因此没有额外对功耗,相比其他方式更经济,抗噪性更强,是一种实用的有效技术。

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    典型的数字音频水印系统如下图所示:   常见水印算法: 1、 利用音频掩蔽现象的水印技术 2、 最低比特位水印算法 3、 回声隐藏技术 4、 相位编码水印技术 5、 基于扩频技术的时域水印算法——比较流行...

    典型的数字音频水印系统如下图所示:

     

    常见水印算法:

    1、  利用音频掩蔽现象的水印技术

    2、  最低比特位水印算法

    3、  回声隐藏技术

    4、  相位编码水印技术

    5、  基于扩频技术的时域水印算法——比较流行的算法,保密性好,对音频压缩、低通滤波、噪声干扰抵抗性好,但嵌入数据较少,对同步攻击抵抗差。基于扩频技术的算法是稳健性水印的奠基性算法。

    6、  基于量化索引调制的时域水印算法

    7、  变换域水印算法(DFT DCT DWT)——研究热点

    8、  压缩域嵌入算法


     

    图2.         基于扩频技术的音频水印框图(虚线部分可选)

    基于扩频技术的数字音频水印原理如下:

        假设被嵌入的水印信息比特长度为M ,用w表示水印信息。将音频信号x分成M帧,帧长为N = length(x)/M。对水印信息进行比特重复,扩展成为长度为N的序列。

            1、  根据音频信号的波形对水印信号进行整形:

     其中a是控制水印幅度的常数。

        2、  用FIR对整形后的信号低通滤波,得到水印信号。

        3、  将水印信号与音频信号进行叠加,得到嵌入水印的信号。

        4、  将嵌入水印的信号M帧,长度为N ,按帧与伪随机序列做相关运算结果为C(k),当C(k)>0,w(k)=0;否则w(k) =1. 将w转为比特数据,即可得到水印信息。

        5、  用误码率BER表示原始水印与提取水印的误差。


    处理结果如下:


    图1、原始语音时域图;图2、原始频谱图;图3、嵌入水印时域图;图4、嵌入水印频谱图


    提取水印信息,以及与原始水印信号的误码率

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