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  • 目录 1、调制与变频 2、基带信号与射频信号 3.IQ调制 3.1IQ调制得到基带信号 ...1)如果调制与变频都存在,信号一定是先调制基带信号,然后在进行变频成为射频信号,最后通过天线发射出去。...

    目录

    1、调制与变频

    2、基带信号与射频信号

    3.IQ调制

    3.1IQ调制得到基带信号

    3.2IQ调制得到射频信号

    4.OFDM系统中的调制与变频


    1、调制与变频

    有时候调制与变频并不区分,但是不代表我们对其表示的意义不明确。其实调制与变频是信号处理流程中功能不同的两个步骤。

    1)如果调制与变频都存在,信号一定是先调制基带信号,然后在进行变频成为射频信号,最后通过天线发射出去。所以一般情况下,调制后的信号频率较低,有低通形式,变频后的信号频率较高,有带通形式,这里的频率是相对的。有时候可能只进行调制就直接把信号变到想要的频率上并使用天线发射,就不用再变频。而现在我们的移动通信频段较高,难以一次调制到想要的频段,所以一般都是要先调制后变频甚至要多次变频。
    注:
    4G的频率和频段是:1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz。
    5G有2个频段:FR1:450-6000MHZ(现已试点部署的)、FR2:24250-52600MHZ(称为毫米波频段)。

    2)调制是使得一个信号(称为载波,例如光、电压正弦波)的某些参数(例如电压、频率等)随着另一个信号(称为我们想要发送的信息,例如二进制0,1串)的变化而变化的过程

    3)调制是载波随信息变化,频率从无到有但是为较低频,变频是频谱的搬移,频率一直有,但是从较低频变为较高频。变频也可以叫做调制,只不过是射频载波随着基带信号变化。

    2、基带信号与射频信号

    基带信号:经过基带调制的信号。频率较低,信号频谱从零频附近开始,具有低通形式的信号。这种基带信号由于频率较低,一般不能直接发送进行远距离通信,而要对基带信号进行进一步的变频操作,将频谱搬到较高的频率处用天线进行发射信号。

    分为模拟基带信号和数字基带信号。

    模拟基带信号:例如我们说话的声波就是模拟的基带信号。其为连续的信号波形,频率较低。早期的信号处理方式就是直接获得模拟电信号然后通过模拟变频发射信号。

    数字基带信号:随着数字技术的发展,现在的通信技术基本都是数字通信。即模拟信号要通过ADC采样变成离散的数字信号,然后对数字信号进行调制为数字基带信号,然后进行DAC转换为模拟基带信号(或者DAC之前可以进行数字上变频DUC,相应接收端ADC之后可以进行数字下变频DDC),最后可以进行模拟变频或者直接发射。

    举一个例子,BPSK调制过程,使用频率为f的正弦信号表示1,使用相位相差180度的正弦信号表示0,这样二进制数字串就从信息比特变成了基带信号,如果要进一步变频的话,就使用一个较高频率的f0与BPSK信号相乘获得射频信号。虽然f与f0都是载波,但是要注意其是不同功能。

    注:有时候调制称为基带调制,变频也称为射频调制。而若BPSK调制使用的是较高频率f而直接发射,那么其是基带调制还是射频调制呢?总之,我们应该在具体情形中理解名词背后所表达的意义。

    模拟变频方法:载波指具有较高频率的正弦波。分为调幅和调频(调相)。

    调幅:调幅( AM)、 双边带( DSB ) 、单边带( SSB ) 和残留边带( VSB )

    调频:FM、PM、窄带调频、宽带调频。

    数字调制方法:

    利用数字去控制载波的状态,二进制数字调制就只有两种状态,例如2ASK/OOK、2FSK、2PSK、2DPSK。

    多进制调制就是有多种状态,还是用二进制表示,例如载波有4种状态,当判决得到第二种状态时就知道传的是二进制01。载波的多种状态我们可以用载波的幅度与相位来区分。多进制常用的有QPSK(只用4种相位区分),QAM(用幅度与相位区分,不同的幅度与相位结合可以变成各种QAM,例如16QAM,64QAM等)。

    3.IQ调制

    [6]数字调制可以同时或单独改变幅度、频率和相位。这类调制可以通过传统的模拟调制方案,例如幅度调制(AM)、频率调制(FM) 或相位调制(PM) 来完成。不过在实际系统中,通常使用矢量调制( 又称为复数调制或I-Q 调制) 作为替代。矢量调制是一种非常强大的调制方案,因为它可生成任意的载波相位和幅度。在这种调制方案中,基带数字信息被分离成两个独立的分量: I ( 同相) 和Q ( 正交) 分量。这些I 和Q 分量随后组合形成基带调制信号。I 和Q 分量最重要的特性是它们是独立的分量( 正交)。

    3.1IQ调制得到基带信号

    QAM调制:正交振幅调制

    [1]所谓的正交,那首先是要找到两个正交向量。在我们真实的物理世界里面去哪里找这两个正交的向量呢。就是sin和cos。有性质cos(α+π/2)=sinα,二者正好相差九十度。有这两个东西就太好了……为什么这么说呢,因为有了这个东西之后,抽象的正交分解就变成了高中都学过的三角函数了。

    对于cos(wt+α)=cos(α)cos(wt)+sin(α)sin(wt),其中cos(α)和sin(α)都是常数,其实就变成了cos(wt)和sin(wt)的幅度了。换言之,改变cos(wt)和sin(wt)幅度,就可以得到任意的相位α。如果再狠一点,加一个系数Acos(wt+α)=Acos(α)cos(wt)+Asin(α)sin(wt),这其实还是改变的cos(wt)和sin(wt)幅度。就可以得到任意幅度、任意相位的cos函数,并可以利用这些函数去表示不同的信息。对此,通信原理上通常会用一种抽象的说法来约定表示方式,就是所谓的星座图。一个常见的16点QAM星座图如下:

    以I轴代表cos,而Q轴代表sin。从图上可以看出,如果现在Acos(wt)+Asin(wt)可以求得一个向量(由于QQ空间没有很好的数学编辑器支持,就不写表达式了)。那么此时这个向量表示的是0101。而如果I轴上的值变为3A,换言之就是cos(wt)的幅度由A变为3A。就求得另外一个向量,该向量表示的是0100。 

    IQ调制框图[5]:

    可以看出,QAM调制分两步:1,将二进制映射得到幅度上图的a与b;2,将a,b与正余弦信号相乘后相加。

    QAM信号可以看成两路信号a,b分别于这两路正交信号相乘,我觉得叫QAM调制更好。[1]里面叫IQ调制。

    3.2IQ调制得到射频信号

    [4]现在来解释I Q信号的来源:

    最早通讯是模拟通讯,假设载波为cos(a),信号为cos(wt),那么通过相成频谱搬移,就得到了

                                                            cos(a) * cos(wt) = 1/2[cos( a + wt) - cos(a - wt) ]

    这样在a载波下产生了两个信号,a+wt和a-wt,而对于传输来说,其实只需要一个信号即可,也就是说两者选择一个即可,另外一个没用,需要滤掉。但实际上滤波器是不理想的,很难完全滤掉另外一个,所以因为另外一个频带的存在,浪费了很多频带资源。大家最希望得到的,就是输入a信号和b信号,得到单一的a+wt或者a-wt即可。基于此目的,我们就把这个公式展开:

                                                           cos(a-wt)=cos(a)cos(wt)+sin(a)sin(wt)

    功能框图如下:

    这个公式清楚的表明,只要把载波a和信号b相乘,之后他们各自都移相90度相乘,之后相加,就能得到a-b的信号了。

    基于上述过程,在得到两路基带信号后,把基带信号变频到射频的过程也被称为IQ调制

    4.OFDM系统中的调制与变频

    具体原理参考我写的正交频分复用(OFDM)原理及实现
    基带信号的获得框图:

    第一步数字调制是QAM调制,先是是映射的过程,把二进制数映射为所谓的I路a和Q路bIFFT的过程就是QAM调制并且将所有子载波求和的过程,因为此时的子载波从0开始,所以我们得到的就叫做OFDM“基带信号”。

    为了获得射频信号(28GHZ频段),我们现在所采用的方案如下:

    第二步是将基带信号进行数字上变频DUC到中频(2-3GHZ),然后使用高速DAC得到模拟中频信号,I路和Q路的和。

    第三步是射频调制,就是得到的模拟中频信号与本地载波相乘后滤波得到28GHZ射频信号

    (其实实现的主要难点是第二步和第三步。)

    参考资料

    [1].IQ调制原理,(QAM调制)

    [2].信号调制--基带调制和射频调制

    [3].正交频分复用(OFDM)原理及实现

    [4].数字射频芯片I/Q信号你知道多少?

    [5]无线通信中的IQ调制,BPSK调制,QPSK调制,16QAM调制的理解

    [6]技术牛人详解:矢量调制分析基础(经典收藏版) 

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  • 数字信号在传输过程中受到叠加干扰与噪声,从而出现波形失真。瑞典科学家哈利.奈奎斯特在1928年为解决电报传输问题提出了数字波形在无噪声线性信道上传输时的无失真条件,称为奈奎斯特准则,其中奈奎斯特第一准则是...

    数字信号在传输过程中受到叠加干扰与噪声,从而出现波形失真。瑞典科学家哈利.奈奎斯特在1928 年为解决电报传输问题提出了数字波形在无噪声线性信道上传输时的无失真条件,称为奈奎斯特准则,其中奈奎斯特第一准则是抽样点无失真准则,或无码间串扰(ISIFree)准则,是关于接收机不产生码间串扰的接收脉冲形状问题。对于基带传输系统,要到达无码间串扰,系统传输函数 H(f) 是单边带宽为 1/2T 的矩形函数(理想奈奎斯特滤波器),其时域波形为 h(t)=sinc(t/T),称为理想奈奎斯特脉冲成形,它们的波形和表达式如下图左图所示。

     

    从中可以看出,理想奈奎斯特滤波系统(保证无码间串扰)的传输函数形状为矩形,其脉冲响应为无限长,显然该脉冲成形滤波器在物理上是不可实现的,只能近似,称为奈奎斯特滤波器和奈奎斯特脉冲。奈奎斯特滤波器的频率传输函数可以表示为矩形函数和任意一个实偶对称频率函数的卷积;奈奎斯特脉冲可以表示为 sinc(t/T) 函数与另一个时间函数的乘积。因此,奈奎斯特滤波器以及相应的奈奎斯特脉冲为无穷多个,其中,常用的是升余弦成形滤波器,如上图右图所示,其中 α称为滚降系数。

    由于滚降系数α的存在,在无码间串扰条件下所需带宽 W 和码元传输速率 Rs 的关系上图右图中的表达式。

     

    从升余弦的表达式和图中可以看到,当α=0时,就是理想奈奎斯特滤波器,此时的传输带宽是理想奈奎斯特滤波器的最小带宽,但当 α>0 时,系统传输带宽就超过了奈奎斯特最小带宽,这时码率速率 Rs 就小于小于 2 倍带宽,如果解调器在每个码元间隔内仅做一次采样,那么会因为采样点太少而不能可靠恢复模拟波形,产生失真。但是数字通信系统不需要恢复模拟波形,只需要在取样时刻无码间串扰就行,而升余弦系列滤波器在取样时刻具有无码间串扰特性。因此,仍符合奈奎斯特第一准则,它所实现的频谱效率要比理论最高效率下降一个滚降系数а 倍。滚降系数а影响着频谱效率,а越小,频谱效率就越高,但а过小时,升余弦滚降滤波器的设计和实现比较困难,而且当传输过程中发生线性失真时产生的符号间干扰也比较严重。在实际工程中,а的范围一般定在 0.15~0.5 之间对于带通调制信号,例如幅移键控ASK、频移键控 PSK 和正交幅度调制 QAM,需要的传输带宽是相应基带信号的 2 倍,那么所需的双边带带宽 WDSB 和码元传输速率 Rs 的关系如上图右图中的表达式。

    转载于https://www.cnblogs.com/riden/p/4653744.html

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  • 信号调制与解调[实验目的]1. 了解用MATLAB 实现信号调制与解调的方法。 2. 了解几种基本的调制方法。 [实验原理]由于从消息变换过来的原始信号具有频率较低的频谱分量,这种信号在许多信道中不适宜传输。因此,在...

    信号调制与解调

    [实验目的]

    1. 了解用MATLAB 实现信号调制与解调的方法。 2. 了解几种基本的调制方法。 [实验原理]

    由于从消息变换过来的原始信号具有频率较低的频谱分量,这种信号在许多信道中不适宜传输。因此,在通信系统的发送端通常需要有调制过程,而在接收端则需要有反调制过程——解调过程。

    所谓调制,就是按调制信号的变化规律去改变某些参数的过程。调制的载波可以分为两类:用正弦信号作载波;用脉冲串或一组数字信号作为载波。最常用和最重要的模拟调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。本实验中重点讨论幅度调制。

    幅度调制是正弦型载波的幅度随调制信号变化的过程。设正弦载波为

    )c o s

    ()(o c t A t S ??+= 式中 c ?——载波角频率

    o ?——载波的初相位 A ——载波的幅度

    那么,幅度调制信号(已调信号)一般可表示为

    )c o s

    ()()(o c m t t Am t S ??+= 式中,m(t)为基带调制信号。

    在MATLAB 中,用函数y=modulate(x,fc,fs,’s’)来实现信号调制。其中fc 为载波频率,fs 为抽样频率,’s’省略或为’am -dsb-sc’时为抑制载波的双边带调幅,’am -dsb-tc’为不抑制载波的双边带调幅,’am -ssb ’为单边带调幅,’pm’为调相,’fm’为调频。 [课上练习]

    产生AM FM PM signals [实验内容] 0. 已知信号sin(4)

    ()t f t t

    ππ=

    ,当对该信号取样时,求能恢复原信号的最大取样周期。

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  • 基带信号和宽带信号

    千次阅读 2013-05-28 22:02:28
    基带信号就是将数字信号 1 或 0 直接用两种不同的电压来表示,然后送到线路上去传输。 宽带信号则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。... 基带和频带相对应,频带:对基带信号调制后所占用的频率带宽(一

    基带信号就是将数字信号 1 或 0 直接用两种不同的电压来表示,然后送到线路上去传输。
    宽带信号则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。

    基带和频带Baseband:

            基带。信源(信息源,也称发终端)发出的没有经过调制(进行频谱搬移和变换)的原始电信号所固有的频带(频率带宽),称为基本频带,简称基带。

      基带和频带相对应,频带:对基带信号调制后所占用的频率带宽(一个信号所占有的从最低的频率到最高的频率之差)

      基带信号(Baseband Signal)

      信源(信息源,也称发终端)发出的没有经过调制(进行频谱搬移和变换)的原始电信号,其特点是频率较低,信号频谱从零频附近开始,具有低通形式。根据原始电信号的特征,基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号(相应地,信源也分为数字信源和模拟信源。)其由信源决定。说的通俗一点,基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号,比如我们说话的声波就是基带信号。(如果一个信号包含了频率达到无穷大的交流成份和可能的直流成份,则这个信号就是基带信号。)

      由于在近距离范围内基带信号的衰减不大,从而信号内容不会发生变化。因此在传输距离较近时,计算机网络都采用基带传输方式。如从计算机到监视器、打印机等外设的信号就是基带传输的。大多数的局域网使用基带传输,如以太网、令牌环网。常见的网络设计标准10BaseT使用的就是基带信号。

      频带信号(通带信号)

      在通信中,由于基带信号具有频率很低的频谱分量,出于抗干扰和提高传输率考虑一般不宜直接传输,需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号,变换后的信号就是频带信号如果一个信号只包含了一种频率的交流成份或者有限几种频率的交流成份,我们就称这种信号叫做频带信号)

      其主要用于网络电视和有线电视的视频广播

    多路复用技术的基本原理是:各路信号在进入同一个有线的或无线的传输媒质之前,先采用调制技术把它们调制为互相不会混淆的已调制信号,然后进入传输媒质传送到对方,在对方再用解调(反调制)技术对这些信号加以区分,并使它们恢复成原来的信号,从而达到多路复用的目的。
      常用的多路复用技术有频分多路复用技术和时分多路复用技术。频分多路复用是将各路信号分别调制到不同的频段进行传输,多用于模拟通信。时分多路复用技术是利用时间上离散的脉冲组成相互不重叠的多路信号,广泛应用于数字通信。频分多路复用和时分多路复用的基本原理如图所示。除了频分和时分多路复用技术外,还有一种波分复用技术。这是在光波频率范围内,把不同波长的光波,按一定间隔排列在一根光纤中传送。这种用于光纤通信的“波分复用”技术,现在正在迅速发展之中。


     常用的多路复用技术有频分多路复用技术和时分多路复用技术。
    1.频分多路复用是将各路信号分别调制到不同的频段进行传输,多用于模拟通信。
    2.时分多路复用技术是利用时间上离散的脉冲组成相互不重叠的多路信号,广泛应用于数字通信。
    3.除了频分和时分多路复用技术外,还有一种波分复用技术。这是在光波频率范围内,把不同波长的光波,按一定间隔排列在一根光纤中传送。这种用于光纤通信的“波分复用”技术,现在正在迅速发展之中。
    频分多路复用与时分多路复用的区别如下:
       (1)微观上,频分多路复用的各路信号是并行的,而时分多路复用是串行的。
       (2)频分多路复用较适合于模拟信号,而时分多路复用较适用于数字信号。
    频分多路复用是将传输介质的可用带宽分割成一个个“频段”,以便每个输入装置都分配到一个“频段”。传输介质容许传输的最大带宽构成一个信道,因此每个“频段”就是一个子信道。

    频分多路复用的特点是:每个用户终端的数据通过专门分配给它的予信道传输,在用户没有数据传输时,别的用户也不能使用。频分多路复用适合于模拟信号的频分传输,主要用于电话和电缆电视(CATV)系统,在数据通信系统中应和调制解调技术结合使用。

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  • 基带调制和射频调制

    千次阅读 2015-01-16 19:58:55
    我们常说的信号调制(Modulation),其实在不同的语境(Context)下有着不同的意思。不过不只是初入行的员工,一些老鸟有时也常常会搞混淆。   简单来说,在移动通讯里常常有两个地方涉及到调制,但是意义完全不同。...
  • 基带信号,基带传输

    2010-09-29 11:05:18
    什么是基带信号? 什么是基带传输 计算机等数字设备中,二进制数字序列最方便的电信号形式为方波,即“1”或“0”分别用高(或低)电平或低(或高)电平表示,人们把方波固有的频带称为基带,方波电信号称为基带信号。 ...
  • ...最近在知乎上也回答了几个类似的问题,好多同学还是对于这些基本概念有误解。... 什么是信号调制: 我们常说的信号调制(Modulation),因为历史沿革,目前其实在不同的语境下有着完全不同的意思。不只是初入
  • 基带调制和频带调制

    万次阅读 2018-02-08 15:09:16
    传统上的调制,简单说就是把携带信息的信号,”调制“到载波信号上去。所谓的载波信号,通常是高频信号,因为高频信号有易于传播的特质。因为无线电波的传递要求天线的物理尺寸与电磁波的波长成正比,须大于波长的1/...
  • 基带调制与频带调制

    千次阅读 2018-09-29 10:10:50
    传统上的调制,简单说就是把携带信息的信号,”调制“到载波信号上去。所谓的载波信号,通常是高频信号,因为高频信号有易于传播的特质。因为无线电波的传递要求天线的物理尺寸与电磁波的波长成正比,须大于波长的1/...
  • 数字基带信号(主要涉及基带编码、传输系统)

    万次阅读 多人点赞 2015-08-27 10:10:07
    一,数字基带信号 1.数字基带信号 所谓数字基带信号,就是消息代码的电波形。数字基带信号的类型很多,本节以由矩形脉冲构成的基带信号为例,主要研究这些基带信号的时域波形、频谱波形以及功率谱密度波形。【remark...
  • (3)研究MSK连续相位技术,通过MATLAB软件进行仿真观察其调制过程。2.课程设计要求(1)分有噪声和无噪声两种情况给出MSK已调信号的时域波形、频谱(功率谱)。(2)上述图进行必要的分析,以得出MSK的相关结论。3....
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  • 本文的目的是高度概括地介绍无线电信号是如何传输和调制的。通过将多个音频(或基带信号乘以不同的高频信号(载波),我们可以通过同一个信道成功传输多个数据流而不会相互干扰。再次用载波相乘,将调制信号转换...
  • 本文首先讨论了在所有数字通信系统中都很...接着讨论了在信道中传输的基带信号脉冲波形的选择;最后介绍了双二进制码的概念,双二进制码通过引入可控制的码间串扰来提高带宽利用率,但要以增大信号的发射功率为代价。
  • 本文的目的是高度概括地介绍无线电信号是如何传输和调制的。通过将多个音频(或基带)信号乘以不同的高频信号(载波),我们可以通过同一个信道成功传输多个数据流而不会相互干扰。再次用载波相乘,将调制信号转换回...
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    千次阅读 2018-09-29 10:04:10
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空空如也

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对基带信号进行调制的目的