1、第10章 脉冲调10.1 脉冲模拟调制脉冲模拟调制10.2 脉冲数字调制脉冲数字调制10.3 基带传输基带传输10.4 载波传输载波传输10.5 脉冲数字调制应用脉冲数字调制应用第第10章章 脉冲调制脉冲调制第10章 脉冲调10.1脉冲模拟调制10.1.1采样1.自然采样(1)低通信号采样。语音信号、图像信号、生物电信号等等都是低通信号。这些信号都是时间上、取值上连续的模拟信号，故又把它们叫做模拟基带信号。如一个低通信号f(t)，它的频带宽度为0fm。采样脉冲为一个周期性的矩形脉冲序列s(t)。两个信号相乘得到采样信号fs(t)=f(t)s(t)，如图10.1所示。第10章 脉冲调称这种采样方
2、式为自然采样。根据“信号与系统”的知识可知，当(10.11)第10章 脉冲调图10.1自然采样第10章 脉冲调其中，s为采样角频率,Ts=2/s。当采样频率fs2fm时，采样信号的频谱Fs()如图10.2所示。不失真的恢复基带信号，采样频率fs一定要大于2fm，否则会产生频谱的重叠，高频端的频率分量就会叠加到低频端上，从而引起失真。若是语音信号就会影响语音信号的可懂度。如信号频率fm=60Hz，采样频率fs=100Hz，这样恢复出来的信号就会出现40Hz的频率成分，如图10.3所示。第10章 脉冲调图10.2自然采样频谱第10章 脉冲调图10.3fsud时，反馈控制逻辑电路输出的数码改为110
3、00000。再经D/A变换，输出的模拟电压ud变成3UEF/4。第10章 脉冲调图10.142914芯片的框图第10章 脉冲调图10.15逐次逼近型A/D变换原理框图第10章 脉冲调10.3基带传输二进制码的两种状态用两种电脉冲波形g1(t)和g2(t)表示。g1(t)代表1状态，g2(t)代表0状态。每个码元所占据的时间叫做码元周期，用T表示。这样二进制的数字序列信号就可以表示为(10.31)第10章 脉冲调式中k是码元的序号。ak是第k个码元的取值。ak的取值可以是1，也可以是0，若取1的概率为P，则取0的概率为(1-P)。图10.16示出了几种常用的二进制传输代码。图10.16(a)是一
4、组数字代码。图10.16(b)是用幅度为A、宽度等于T的正极性矩形脉冲表示1状态；用幅度为0、宽度等于T的正矩形脉冲表示0状态。这种传输代码叫非归零码。图10.16(c)示出的是归零码。第10章 脉冲调归零码与非归零码不同之处仅是码元脉冲宽度不同，归零码的码元脉冲宽度小于码元周期T，是窄脉冲，如用占空比为0.5的正矩形脉冲表示1，没有脉冲表示0。图10.16(d)示出的是传号差分码，它用电平变化表示1，电平不变表示0。图10.16(e)是空号差分码，它用电平不变表示1，电平变化表示0，正好与传号差分码相反。差分码又叫相对码，而归零码或非归零码往往又被称为绝对码，相对码与绝对码可以互相转换。若绝
5、对码数字序列信号表示为ak=a-ka-(k-1)a-2a-1a0a1a2ak第10章 脉冲调图10.16几种常用的二进制传输代码第10章 脉冲调其中，ak为序号为k的码元取值。相对码数字序列信号表示为ak，ak是序号为k的相对码码元的取值。则由绝对码转换成传号差分码的关系式是(10.32)实现这种转换的逻辑电路框图如图10.17所示。由绝对码转换成空号差分码的关系式是或(10.33)第10章 脉冲调实现这种码型转换的逻辑电路框图如图10.18所示。反过来，由传号差分码转换成绝对码的逻辑关系式是(10.34)图10.17绝对码转换成传号差分码逻辑框图图10.18绝对码转换成空号差分码逻辑框图(1
6、0.35)相应的逻辑电路框图如图10.20所示。第10章 脉冲调图10.17绝对码转换成传号差分码逻辑框图图10.18绝对码转换成空号差分码逻辑框图第10章 脉冲调图10.19由传号差分码转换成绝对码的逻辑框图图10.20由空号差分码转换成绝对码逻辑框图第10章 脉冲调10.3.2基带传输系统把以传输代码表示的数字基带信号直接送入到信道中进行传输的系统叫基带传输系统。如市内电话、闭路电视、电缆电视、近距离计算机网的数据交换和处理都可以是基带传输系统。基带系统都是通过电缆信道，其数字信号传送的距离不太远。实现远距离传输必须通过调制把基带信号的频谱变换到高频处之后，通过无线信道或光纤信道传输。如微
7、波中继通信、多路载波电话、数字通信、卫星通信等都是载波传输系统。第10章 脉冲调基带传输是载波传输的基础。基带传输系统传送的是数字基带信号。在以传输码表示的数字基带信号中包含有直流和丰富的低频分量，所以基带传输系统是一个具有低通特性的系统。基带系统的组成如图10.21所示。图10.21基带传输系统第10章 脉冲调放大补偿电路又叫补偿器或均衡器，对接收到的信号进行加工，对由于信道的频率特性而引入的失真进行补偿。定时电路是从接收的信号中提取出码元同步信号，保证在信噪比最大时对信号进行采样。识别判决电路是把信号与门限电平进行比较，当高于门限电平时，判决电路控制再生电路形成一个脉冲。图10.22电路的
8、各点波形如图10.23所示。图10.23中的a是输入信号，b是定时电路形成的码元同步信号，c是判决电路输出的脉冲，d是再生的信号波形。由此可见，中继器的输出完全恢复成了发射的数字信号。第10章 脉冲调图10.22中继器框图第10章 脉冲调图10.23中继器框图各点波形第10章 脉冲调10.4载波传输 10.4.1 二进制振幅键控二进制振幅键控(2ASK)用数字基带信号去控制高频正弦波的幅度就是振幅键控调制。最简单的振幅键控信号的产生方法是用数字基带信号s(t)与载波信号uC(t)相乘，如图10.24所示。第10章 脉冲调图10.24ASK信号产生框图与波形第10章 脉冲调二进制数字基带信号载波
9、C为载波角频率。2ASK信号(10.41)第10章 脉冲调二进制振幅键控信号的解调方法如图10.25所示。信号经过信道加入了噪声和干扰，经过带通滤波器可滤除带外干扰和噪声，再通过包络检波器就可以得到基带信号。但是由于带内干扰与噪声的存在和前端电路(滤波器、检波器等电路)的频率特性限制，使脉冲序列信号的前沿和后沿都变得平滑。在这种情况下，有可能把1错判为0，把0错判为1，从而造成误码。为了减少误码率，往往在解调器中加入采样和判决再生电路，利用锁相的方法从输入的信号中提取出码元同步脉冲(又称为位同步脉冲)，然后用位同步脉冲对包络检波器输出信号采样，之后再通过判决再生电路得到PCM信号uo，各点的波
10、形如图10.25(b)所示。第10章 脉冲调图10.25ASK解调(a)解调框图；(b)解调波形第10章 脉冲调图10.25ASK解调(a)解调框图；(b)解调波形第10章 脉冲调10.4.2二进制频率键控(2FSK)二进制频率键控是用数字基带信号的两种状态去控制载波的频率。状态为1，载波频率为f1；状态为0，载波的频率为f2，如图10.26所示。2FSK信号时域表达式可写为(10.42)这种信号的带宽等于基带信号带宽的两倍再加(f2-f1)的差值。第10章 脉冲调图10.26FSK调制信号波形第10章 脉冲调频率键控信号的产生方法很多。利用直接调频电路是最简单的一种方法。图10.27示出的是
11、一个变压器耦合的LC振荡器，振荡器频率是由LC并联谐振回路的谐振频率决定。它是用数字基带信号s(t)控制回路电容的大小，从而实现振荡频率的改变。当s(t)=1时，VD1、VD2截止，振荡频率由L和C1决定；当s(t)=0时，VD1、VD2导通，振荡频率由L、C1、C2决定。频率键控信号的解调方法如图10.28、图10.29所示，前者是相干解调，后者是过零检测法解调。图10.29(a)中各点的波形如图10.29(b)所示。第10章 脉冲调图10.27FSK直接调频电路第10章 脉冲调频率键控信号的解调方法如图10.28、图10.29所示，前者是相干解调，后者是过零检测法解调。图10.29(a)中
12、各点的波形如图10.29(b)所示。图10.282FSK相干解调第10章 脉冲调图10.292FSK过零检测解调第10章 脉冲调 10.4.3二进制相位键控二进制相位键控(2PSK)1.绝对调相绝对调相(PSK)绝对调相是以载波的相位为基准。数字信号的1状态使已调波的相位与载波同相；数字信号的0状态使已调波的相位与载波相差180，如图10.30所示。这种信号的产生方法如图10.31所示。首先将单极性数字基带信号通过电平转换电路变成双极性的数字脉冲序列信号，之后在乘法器中与载波信号相乘，正极性时载波相位不变，负极性时载波相位相反。第10章 脉冲调图10.302PSK信号波形第10章 脉冲调图10
13、.312PSK信号产生原理框图第10章 脉冲调图10.32示出了2PSK信号解调的框图和各点的波形。解调电路中的本地信号必须与载波同步。本地信号通常是通过锁相方法从PSK信号中提取得到的，它的初相不固定，有可能为0，也有可能为。两种初相解调后的脉冲数字信号0、1状态正好相反，这样究竟是正脉冲代表1，还是负脉冲代表1就不确定了，这当然是不允许的。克服本地信号相位模糊对相干解调影响最有效的方法是数字基带信号采用差分码，采用相对调相。第10章 脉冲调图10.322PSK信号解调第10章 脉冲调图10.322PSK信号解调第10章 脉冲调 2.相对调相相对调相(DPSK)相对调相各码元的载波相位不是以
14、未调制的载波相位为基准，而是以相邻的前一个码元的载波相位为基准去确定后一个码元载波相位的取值。当一个码元取值为1时，该码元的载波相位与相邻的前一个码元载波相位相同，即0相移。当码元取值为0时，该码元的载波相位与相邻的前一个码元的载波相位相差180，如图10.33所示。第10章 脉冲调图10.332DPSK信号波形第10章 脉冲调相位与相邻的前一个码元的载波相位相差180，如图10.33所示。相对调相信号的产生方法如图10.34所示。首先将绝对码通过差分编码电路变成双极性的差分码，之后与载波相乘就可得到2DPSK信号。相对调相信号的解调方法有两种方法，一种是同步解调，另一种是差动相干解调。图10
15、.35示出的是同步解调的框图。同步解调的关键是如何取出与载波同步的本地振荡信号。目前最广泛采用的本地振荡信号提取方法是锁相方法。有关锁相知识在后续章节中将会介绍。第10章 脉冲调图10.342DPSK信号产生原理图第10章 脉冲调图10.352DPSK同步解调框图第10章 脉冲调第二种解调方法是差动相干解调，框图如图10.36(a)所示，图中各点的波形如图10.36(b)所示。图中的延时网络把信号延时一个码元周期T。延时后的信号与延时网络的输入信号相比超前一个码元周期，输入为ak+1，延时网络的输出为ak。ak+1与ak相乘，通过低通滤波、判决再生电路得到解调信号。差动相干解调方法是把前一个码
16、元的载波作为本地信号。这种方法直接得到的就是绝对码。第10章 脉冲调图10.362DPSK差动解调(a)解调框图；(b)解调波形第10章 脉冲调10.5脉冲数字调制应用数字信号的传输多采用时分复用方式。所谓复用就是将语音、数据、图像等多路信号利用一个信道进行独立的传输。如利用一根同轴电缆同时传输1920路电话，各路电话之间的传送相互独立、互不干扰。时分复用方式与频分复用方式相比具有电路简单可靠、对传输系统的非线性失真要求低等特点。时分复用方式各路信号采用不同的时间间隔传送，时间上互不重叠。第10章 脉冲调如国际规定的A律PCM调制，采样频率为8kHz，采样周期Ts=125s。在125s期间分成
17、32个时间间隔，称为时隙。每个时隙宽3.91s，每个时隙传送一路信号，每隔125s重复一次。把32路信号组成的复合信号称为一帧，即帧频为8kHz(或帧周期为125s)。每个时隙按031的顺序编号，分别记为TS0、TS1、TS31。每路信号用8位数字码传送。每帧共有256个码元，每个码元占据的时间为488ns,称其为码元周期，或码元间隔。数码率等于2.048Mb/s。每一帧数据结构如图10.37所示。为了保证接收端能正确从数据流中识别出各种信号，必须严格保证发射与接收端的同步。为此，每帧数据流中都要加入帧同步信号。第10章 脉冲调每帧中把时隙TS0分配给帧同步。帧同步可以是一组特定的码组，也可以
18、是特定宽度的脉冲作为标志。在A律PCM系统中帧同步的8位码为0011011。接收端识别出帧同步码组后，即可建立起正确的路序。帧同步码的第一位是保留做国际电话通信用的标志位，不使用时发送1。规定帧同步码在偶帧的TS0时隙传送。奇数帧TS0时隙传送各种通信业务用的标志位，其中第2位为监视码，固定为1；第3位为失步告警码(同步为0，失步为1)。第4至第8位为国内通信用标志位，目前暂定均发送1。第10章 脉冲调图10.37帧与复帧结构第10章 脉冲调目前，脉冲数字调制的数据传输方式向长距离、大容量方向发展。图10.38示出了多路复用PCM通信系统。该系统把彩色电视、载波电话、普通电话、可视电话、传真电
19、报等等多路模拟频分复用信号经过PCM编码调制变成数字序列，把这些数字序列信号首先组成基群信号(又称一次群)；之后再把几个一次群组成二次群，再由二次群组成三次群，三次群组成四次群，依次形成更高次群信号，之后通过基带传输或载波传输系统发送出去。第10章 脉冲调图10.38PCM方式复用体制第10章 脉冲调根据本章的内容，可以简单概括如下。脉冲调制分类如表10.3所示。脉冲调制的理论基础是采样定理。脉冲调制主要用于时分复用的通信系统。脉冲数字调制是把模拟信号经过采样保持、量化、编码转换成时间上、取值上都是离散的数字信号，这个过程简称PCM调制。把这种数字序列信号称为数字基带信号，也叫PCM信号，或数字流。经过码型设计，得到各种以传输代码形式表示的数字基带信号。第10章 脉冲调表表10.3 脉冲调制分类表脉冲调制分类表
