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  • 基带信号调制

    千次阅读 热门讨论 2018-04-05 11:59:15
    基带信号调制:来自信源的信号称为基带信号,如:计算机输出的各种文字或图像文件的数据信号。基带信号包含低频成分,甚至有直流成分,信道并不能传输这种低频分量或直流分量,所以需要对基带信号进行调制。调制方法...

    基带信号调制:

    来自信源的信号称为基带信号,如:计算机输出的各种文字或图像文件的数据信号。基带信号包含低频成分,甚至有直流成分,信道并不能传输这种低频分量或直流分量,所以需要对基带信号进行调制。

    调制方法:

    1.基带调制

      将数字信号转换为另一种形式的数字信号,也称为编码。实质是对信号的波形进行变换,使其能够与信道特性相适应,且变换后的信号仍然是基带信号。

      常用编码方式:


      <1>.非归零码:分别用正负两种不同的电平来分别表示0和1。

      <2>.归零制:正脉冲代表1,负脉冲代表0。

      <3>.曼彻斯特编码:在非归零码码元的正中间出现了一次电平跳变,接收方可以将此作为同步信号,数字0对应信号从低电平到高电平,数字1对应信号从高电平到低电平。

      <4>.差分曼彻斯特编码:在非归零码码元的正中间出现了一次电平跳变,接收方可以将此作为同步信号,数字0的其实电平与前一数字的结尾电平相反,发生跳变,数字1的起始电平与前一数字的结尾电平一致。

    注:

      在基带传输中要注意同步问题,即接收端和发送端发来的数据序列在时间上必须同步,以便区分发来的每位数据。接收端必须按照发送端所发的每个码元的重复频率及起止时间来接受数据,接受过程不断校准时间和频率。

     例如:自同步法:指能从数据信号波形中提取同步信息的方法。在曼彻斯特编码方式中,每一位的中间有一跳变,既作为时钟信号,又作为数据信号。在传输代码信息的同时,也将时钟同步信号一起传输到对方。

    2.带通调制

      利用载波进行调制,把基带信号的频率范围移到较高的频段,转换为模拟信号可以在模拟信道中传输。载波调制后的信号称为带通信号(仅在一段频率范围内能够通过信道)。

      基本的带通调制方法:


      <a>.调幅(AM):使高频载波的振幅随信号改变。0或1分别对应于无载波或有载波输出。如:电视的图像信号

      <b>.调频(FM):使载波的瞬时频率按所需传递信号的变化规律而变化的调制方法。

      <c>.调相(PM):调相和调频有密切关系,调相即载波的初始相位随着基带数字信号而变化。抗干扰能力强。

     注:

      码元:在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字,这样的时间间隔内的信号称为二进制码元,而之间的间隔被称为码元长度。

      例:一个二进制数为一个码元,含有1bit信息量,但一个四进制码元单位,则每个码元含有2bit信息量。


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    利用

    MATLAB

    实现信号的幅度调制

    摘要:

    随着社会的进步,现代科学技术的发展与更新越来越快,对信

    息高速快捷的传递的要求也越来越高。

    但是信号传送时,

    原始信号一

    般不适合传输,

    所以信号的调制与解调在当代社会显得至关重要。

    文主要研究内容是利用

    MATLAB

    实现信号的幅度调制及

    MATLAB

    中信号表示的基本方法及绘图函数的调用,

    实现对常用连续时间信号

    的可视化表示。

    Abstract:

    With the advancement of society, modern science and

    technology development and updating faster and faster, high-speed and

    efficient transfer of information requirements are also increasing. But

    when the signal is transmitted, the original signal is generally not suitable

    for transmission, modulation and demodulation of signals so vitally

    important in contemporary society. The main contents of this paper is to

    use MATLAB to achieve the basic methods and drawing functions call

    amplitude modulated signal and signal representation in MATLAB to

    realize the common continuous-time visual representation of the sign.

    关键词:

    信号

    幅度

    调制

    MATLAB

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    半波电压是铌酸锂电光调制器的重要指标之一。它指相位改变π所需要的电压,通常用表示。然而在光学中对光的相位的检测一直是一个难点,因为相位不容易直接测得。因此通常把对相位的检测转化为对光强、频率等容易直接测得物理参量的检测。目前有几种常用的半波电压的测量方法,分别为光通信模拟法、倍频调制法和极值测量法。

    光通信模拟法是将调制信号转换为声音信号,在外调输入处连接放音机,当调制的正弦信号被切断时, 输出信号通过功率输出端口的扬声器播放,音量由解调幅度控制,在直流电压逐渐增大的过程中,声音会出现两次音量最小并失真的现象,这两次电压的差值即为所测量的半波电压。该方法的优点是测量简单,但是由于在测量过程中对于最小值的判断过于粗糙,所以测量数据的精度不高。

    倍频调制法的基本原理是同时加载直流电压和交流信号,当直流电压调到输出光强出现极值所对应的电压值时,输出的交流信号将出现倍频失真,出现倍频失真所对应的直流电压之差即为半波电压。

    极值测量法的基本原理是不在相位调制器上加载调制信号, 只加载一个直流电压,当逐渐改变所加载直流电压的大小时,可以通过所设计的干涉仪光路的输出光强的大小来判断极值点,相邻极大值和极小值所对应的直流电压之差即为半波电压。这种测量方法相对也比较简便,但是对光源稳定性要求较高。

    下面我们给大家介绍几种准确有效的铌酸锂调制器半波电压测试方法,供大家参考。

    1.利用锯齿波测半波电压
    该方法适用于相位调制器和强度调制器低频下半波电压测试,测试原理如图1所示。

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    图1半波电压测试系统原理图
    当在马赫曾德干涉仪一个干涉臂上加载电场V(t)时,由于电光效应,输入光场在该臂上产生相移φ(t),对于输入为Ein(t)的光场,总的输出光场函数为:
    Eout=Ein(t)cos【φ(t)】=Ein(t)cos【πv(t)/】 (1)
    式中,是该臂上相位调制器的半波电压。输出光场随电压变化曲线如图2所示,可以看出,正弦信号的半个周期对应的电压变化量即为半波电压。

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    图2 马赫曾德干涉仪输出光场随电压的变化
    马赫曾德干涉仪——半波电压测试方法与极值法不同的是,在相位调制器上加载的不是直流信号而是而是一个锯齿波信号,这样可以避免外界因素(如温度变化、振动等)带来的相位随机变化的影响。用示波器同时跟踪锯齿波信号和输出光信号。通过对比两个信号的周期可以计算出半波电压。这种方法避免了极值测量法中极值判断的误差,提高了测量精度。
    假设相位调制器上加载周期为T1的锯齿波信号,输出正弦信号的周期为T2,示波器上可以检测到如图3所示的信号。则根据3.2节所述半波电压公式(2),可以得出得出:
    Vπ=VPP /2*(T1/T2) (2)
    式中Vpp指锯齿波的峰-峰值,即Vp+ - Vp-

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    图3 示波器输出信号2. 利用方波信号测半波电压
    该测试方法适用于强度调制器半波电压测试,如果测试相位调制器,可以搭建MZ干涉系统测试。该方法原理图如下:

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    图4 方波信号半波电压测试原理图注意事项:(1)调制器需先调节偏置点电压使其工作在在线性区,且保证探测器工作在线性区; (2)信号源输出阻抗需与调制器射频端阻抗匹配(50欧姆)。
    按上图连接好系统后方波信号Vpp逐渐加大,我们可以在示波器上看到方波信号幅值随Vpp增加而增加,随后达到最大值,继续加大Vpp,示波器上显示方波出现畸变,直至出现如图5(c)情形,记录Vpp值。

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    (a) Vpp=0

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    (b) Vpp加大

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    (c)完全畸变

    图5 示波器输出波形变化
    此时可根据以下公式计算射频端半波电压:
    Vpi=Vpp/2 (3)注:如果信号源输出为高阻态,实际加载到调制器上的电压约为1/2*Vpp, 半波电压应乘1/2。
    以上两种方法适合调制器低频下半波电压测试,高频下半波电压测试方法可以参考如下两篇文献,这里就不做详细介绍。
    1、魏正军,等. 基于萨尼亚克光纤干涉仪的相位调制器半波电压的测量方法[J],光学学报,2011, 31(6).
    2、贾喻鹏,等. 基于光谱分析的强度调制器半波电压测量[J] ,北京工业大学学报,2015,41(12).
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    通信系统

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    数据通信系统模型

    传输速率

    码元:在数字通信中,常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字,这样的时间间隔内的信号称为二进制码元。或在使用时间域的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形就称为码元。码元速率:也叫波特率,即单位时间内载波参数(相位、振幅、频率等)变化的次数,单位为波特,简写为B。比特率:也叫信息传输速率、信息速率,指单位时间内在信道上传送的数据量(即比特数),单位为bit/s,简记为b/s或bps。

    比特率=波特率*单个调制状态对应的二进制位数=波特率*log2N(其中N表示码元的总类数)

    带宽:传输过程中信号不会明显减弱的一段频率范围,单位为赫兹(HZ);对于模拟信道而言,信道带宽计算公式为:

    信道带宽W=最高频率-最低频率

    信噪比:信号功率与噪声功率的比值称为信噪比,通常将信号功率记为S,噪声功率记为N,则信噪比=S/N。通常使用10logS/N的值,即分贝。

    1dB=10*lgS/N

    而当无噪声情况下应依据尼奎斯特定理来计算最大数据速率。

    最大数据速率=2W*log2N=B*log2N

    在有噪声情况下应依据香农公式计算极限数据速率。香农公式为:

    极限数据速率=带宽*log2(1+S/N)

    误码率:指接收到的错误码元数在总传送码元数中所占的比例。

    Pc=错误码元数/码元总数

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    调制与编码

    调制:用模拟信号承载数字或模拟数据。可以分为基带调制和带通调制。基带调制:只对基带信号波形进行变换,并不改变其频率,变换后仍然是基带信号。带通调制:也叫频带调制,使用载波将基带信号的频率迁移到较高频段进行传输,解决了很多传输介质不能传输低频信息的问题,并且使用带通调制信号可以传输得更远。

    数字信号或模拟信号调制为模拟信号的方法为AM、FM、PM。

    基本调制方法有:幅移键控ASK,相移键控PSK,正交幅度调制QAM。

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    编码:用数字信号承载数字或模拟数据。

    模拟信号编码为数字信号最常见的就是脉冲编码调制PCM。过程为采样、量化和编码。

    极性编码:使用正负电平和零电平来表示的编码。极性码使用正电平表示0,负电平表示1;单极性码使用正电平表示0,零电平表示1;双极性码使用正负电平和零电平共三个电平表示信号(如信号交替反转编码AMI,数据流中遇到1时,电平在正负电平之间交替翻转,遇到0则保持零电平)。归零码RZ:码元中间信号回归到零电平,从正电平到零电平表示0,从负电平到零电平表示1。不归零码NRZ:码元中间信号不回归到0,遇到1时,电平翻转;遇到0时,电平不翻转。这种翻转特性称为差分机制。

    双相码:负电平到正电平代表0,正电平到负电平代表1。每一位有电平转换,可用于检错。

    曼彻斯特编码:属于一种双相码,负电平到正电平代表0,高电平到负电平代表1;也可以反过来;常用于10M以太网,传输一位信号需要有两次电平变化,因此编码效率为50%。差分曼彻斯特编码:属于一种双相码,中间电平只起到定时的作用,不用于表示数据。信号开始时有电平变化则表示0,没有电平变化则表示1。

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    数据传输方式

    常见的数据传输方式有模拟通信、数字通信、串行通信、并行通信、单工通信,半双工通信、全双工通信、同步通信、异步通信等。

    异步通信数据速率=每秒钟传输字符数*(起始位+终止位+校验位+数据位)

    异步通信有效数据速率=每秒钟传输字符数*数据位

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    通信网络的数据交换方式主要分为电路交换、报文交换、分组交换和信元交换。

    多路复用技术

    多路复用的实质是在发送端将多路信号组成一路信号,然后在一条专用的物理信道上实现传输,接收端再将复合信号分离出来。多路复用技术有:时分复用TDM、波分复用WDM、频分复用FDM。关注我,下节知识更精彩!

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    ‧  END  

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