编码、调制与解调
移动通信_第三章_移动通信中的信源编码和调制解调技术
第三章
移动通信中的信源编码和调制 解调技术
胡苏 通信抗干扰技术国家级重点实验室
主要内容
3.1概述
3.2信源编码
3.3最小频移键控
3.4高斯最小频移键控 3.5QPSK调制/3.6高阶调制
3.7正交频分复用
2
胡苏@通信抗干扰
3.1 概述
信 源
信 源 编 码 信 道 编 码 调 制 解 信道 调 信 道 解 码 信 源 解 码 信 宿
4
二者比例 趋于平衡
胡苏@通信抗干扰
3.1 概述
语音编码概念：把模拟语音信号变成数
字语音信号，以便在信道中传输 意义
提高通话质量(数字化＋纠错码) 提高频谱利用率(低码率编码) 提高系统容量(低码率＋话音激活技术)
移动通信对语音编码要求？
低功耗、低复杂度、低延时 低码率、高质量
29
k ( k ) ak k
2
k
k 0 +(a0 a1 )
2
(a1 a2 )
2 k (ak 1 ak ) 2 2
举例输入：-1,1,1,1，初相为0，h=0.5，求满足相位连 续条件的相位转移图 1 ，k 0, 0 0 (T ) a =-
ak h
Tb
kTb k
ak 1h
Tb
kTb k 1
k k 1 ak 1 ak kh
令h=0.5时，满足相位连续的条件如下
k ak 1 ak k / 2 k 1
k 1 , ak 1 ak k k k 1 , ak 1 ak
可选模式语音声码器：基于输入语音的特征（浊音、
信号调制的基本原理
信号调制的基本原理
信号调制是一种将信息从原始信号转换为适合传输的形式的技术。
它的基本原理可以概括为以下几个步骤：
1. 信息编码：将要传输的信息转换为二进制数字序列，例如 ASCII 码或 Unicode 码。
2. 调制信号生成：使用二进制数字序列生成一个调制信号，该信号可以是模拟信号或数字信号。
3. 信号传输：将调制信号通过传输介质（如电缆、无线电波或光纤）发送到接收端。
4. 信号解调：在接收端，使用解调技术将调制信号转换回原始信息。
在调制过程中，调制信号的特性（如频率、相位或幅度）会根据二进制数字序列的变化而改变。
这种变化可以用来表示信息的不同状态，例如 0 和 1。
在解调过程中，接收端会使用相应的解调技术来识别这些状态，并将其转换回原始信息。
调制技术的选择取决于许多因素，例如传输介质的特性、所需的传输速率、误码率要求等。
常见的调制技术包括幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）和数字调制（例如 QPSK、16-QAM 等）。
总之，信号调制是一种将信息从原始信号转换为适合传输的形式的技术，它涉及信息编码、调制信号生成、信号传输和信号解调等步骤。
调制技术的选择取决于传输介质的特性和所需的传输速率等因素。
实验四 脉冲编码调制与解调实验(PCM)
实验四脉冲编码调制与解调实验（PCM）一、实验目的1、掌握抽样信号的量化原理。
2、掌握脉冲编码调制的基本原理。
3、了解PCM系统中噪声的影响。
二、实验内容1、对模拟信号脉冲编码调制，观测PCM编码。
2、将PCM编码解调还原。
三、实验仪器1、信号源模块一块2、模拟信号数字化模块一块3、20M双踪示波器一台4、带话筒立体声耳机一副四、实验原理PCM原理框图如下图9-1所示。
编码部分译码部分图9-1 PCM原理框图上图中，信号源模块提供音频范围内模拟信号及时钟信号，包括工作时钟2048K、位同步时钟64K、帧同步时钟8K，送模拟信号数字化模块，经抽样保持、量化、编码过程，产生64K码速率的PCM编码信号。
译码部分同样将PCM编码与各时钟信号送入，经译码、低通滤波器，还原出模拟信号。
五、实验步骤1、将模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。
2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，两个模块均开始工作。
（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3、PCM编码（1）信号源模块“2K正弦基波”幅度调节至3V左右。
（2）实验连线如下：信号源模块模拟信号数字化模块（模块左下方PCM编解码）2K正弦基波—————S－IN2048K———————2048K－IN64 K————————CLK－IN8K————————FRAM－IN（3）以“FRAM-IN”信号为内触发源，示波器双踪观测“FRAM-IN”、“PCM-OUT”测试点波形,PCM编码能够稳定观测，且每四帧编码为一个周期。
说明：帧信号对应的4位PCM编码的第一位码，是上一帧8位PCM编码的第8位，可能出现半位为0，半位为1的情况，这是由使用的PCM编译码芯片的工作时序决定。
（4）以“S-IN”信号为内触发源，示波器双踪观测“S-IN”、“PCM-OUT”测试点波形，PCM编码能够稳定观测，每一周期正弦波对应4帧共32位PCM编码，且32位一循环，码速率为64K。
信道编码和调制之间有什么联系？
信道编码和调制之间有什么联系？一、信道编码和调制的定义和作用1. 信道编码：信道编码是指根据信源特点，对信息进行编码操作。
它将源码转换为信道码，增加冗余部分以提高传输可靠性。
2. 调制：调制是指将数字信号转换为模拟信号，在传输过程中经过媒介传播。
调制技术能够将数字信号转变为适合传输媒介的模拟信号，实现信号的传输和复原。
二、信道编码和调制的联系1. 传输方式相同：信道编码和调制都是为了将信息从发送端传输到接收端。
它们共同关注信号在传输过程中的可靠性和准确性。
2. 互相影响效果：信道编码的好坏会对调制的效果产生影响。
优秀的信道编码可以提高信号的抗干扰能力和纠错能力，有助于提高调制解调器的性能。
3. 适用场景不同：信道编码主要应用于数字通信系统中，而调制主要应用于模拟通信系统中。
但在现代通信系统中，数字信号经过信道编码后，再进行调制传输，以提高抗噪声和容错性能。
4. 理论基础相同：信道编码和调制都依赖于信息论的研究。
信息论是研究信息传输和数据压缩的数学理论，为信道编码和调制提供理论支持和指导。
三、信道编码对调制的影响1. 信号完整性：信道编码能够增加冗余信息，提高信号完整性。
通过冗余信息的添加，当信号在传输过程中发生部分损坏时，仍然可以恢复原始信息。
2. 抗干扰能力：信道编码可以增加信号的抗干扰能力，提高系统的可靠性。
在噪声环境中，信道编码可以利用冗余信息进行均衡，减小噪声的影响。
3. 纠错能力：优秀的信道编码可以实现纠错传输。
通过引入差错检测和纠正技术，即使在信号发生错误的情况下，也可以恢复出原始信息。
四、调制对信道编码的要求1. 低误码率：调制技术需要保证传输过程中的低误码率，以确保信号能够被准确恢复。
选择合适的调制方式和参数对于提高系统的传输质量至关重要。
2. 带宽利用率：调制技术需要充分利用有限的带宽资源。
通过合理选择调制方式和调制参数，可以提高带宽利用率，实现高速率的数据传输。
3. 抗干扰能力：调制技术需要具备一定的抗干扰能力，以应对复杂的通信环境。
调制 编码 解调 译码过程
调制、编码、解调、译码的过程大致如下：
编码：在发送端，原始数据通常以二进制形式存在。
为了在传输过程中保持数据的完整性，通常会对这些数据进行编码。
编码过程可能包括添加校验位、对数据进行加密等。
调制：在发送端，编码后的数据需要通过某种方式转换成适合在信道上传输的信号。
这个过程称为调制。
调制的方式有很多，如QAM（Quadrature Amplitude Modulation，四相位幅度调制）、QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，四相位偏移键控）等。
传输：经过调制后的信号通过信道进行传输。
在这个过程中，可能会受到各种噪声和干扰的影响。
解调：在接收端，首先需要对接收到的信号进行解调，将其从信道上解调下来，还原成原始的信号。
译码：解调后的信号还需要进行译码，将编码后的数据还原成原始的二进制数据。
以上就是调制、编码、解调、译码的基本过程。
这个过程通常用于数字通信系统中，如无线通信、卫星通信等。
什么是脉冲调制与解调
什么是脉冲调制与解调脉冲调制与解调是一种将模拟信号转换为数字信号的基本技术，在通信系统、数字信号处理等领域中得到广泛应用。
本文将介绍脉冲调制与解调的概念、基本原理以及常见的调制与解调方法。
一、脉冲调制（Pulse Modulation）脉冲调制是一种将连续模拟信号转换为离散数字信号的技术。
其基本原理是通过对模拟信号进行采样和量化，然后对量化值进行编码，最后形成离散的脉冲序列。
1. 采样（Sampling）在脉冲调制中，模拟信号需要以一定的频率进行采样，将连续的模拟信号转换为离散的信号样本。
采样频率通常要满足奈奎斯特采样定理，即采样频率要大于信号最高频率的两倍。
2. 量化（Quantization）采样后得到的信号样本是连续的模拟量，为了将其转换为离散的数字量，需要进行量化处理。
量化过程将连续的模拟量映射为离散的取值，通常采用均匀量化或非均匀量化方式。
3. 编码（Encoding）经过量化后，信号样本被映射为一系列离散的数值，接下来需要对这些数值进行编码。
常用的编码方式有脉冲编码调制（PCM）、脉冲位置调制（PPM）等。
二、脉冲解调（Pulse Demodulation）脉冲解调是将脉冲调制过程中得到的离散数字信号，恢复为原始的模拟信号的技术。
在数字信号接收端，需要进行脉冲解调操作将数字信号转换为模拟信号，以便进行后续处理或输出。
常见的脉冲解调方法有：1. 脉冲幅度调制（PAM）脉冲幅度调制是指根据脉冲的幅度来表示数字信号的调制方式。
通过测量脉冲的幅度变化，并还原为数字信号的幅度，从而恢复原始模拟信号。
2. 脉冲宽度调制（PWM）脉冲宽度调制是指根据脉冲的宽度来表示数字信号的调制方式。
通过测量脉冲的宽度变化，并还原为数字信号的宽度，实现对原始模拟信号的解调。
3. 脉冲位置调制（PPM）脉冲位置调制是指根据脉冲的位置来表示数字信号的调制方式。
通过测量脉冲的位置变化，并还原为数字信号的位置，从而恢复原始模拟信号。
计算机通信基础：理解通信信号的转换
计算机通信基础：理解通信信号的转换计算机通信是现代社会中至关重要的一部分。
无论是通过电线、光纤、无线传输还是卫星通信，所有的这些方式都依赖于信号的转换。
在计算机通信中，信号的转换是将信息从一种形式转换为另一种形式的过程。
通信信号是指在传输过程中传递的电流、电压或者是电磁波的变化。
在计算机通信中，信号可以是数字信号或者是模拟信号。
数字信号是一种离散的信号，它可以表示为一系列的二进制码。
二进制码只有两种状态，即0和1。
这种离散的形式使得数字信号更容易被计算机处理和传输。
数字信号的转换是将模拟信号转换为离散的二进制码。
模拟信号是一种连续的信号，它可以表示为连续的波形。
例如，声音、图像、视频或者其他类型的数据都可以用模拟信号来表示。
模拟信号的转换是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
在数字信号的转换中，有两个关键的过程：采样和量化。
采样是将连续的信号按照一定的时间间隔取样，将每一个时间点上的信号转换为一个离散的样本。
量化是将每一个样本转换为一个离散的数值，通常是将连续的幅度值映射为离散的数字值。
采样和量化的精度越高，转换后的数字信号就越接近原始模拟信号。
除了数字信号和模拟信号之间的转换，不同的传输媒介之间也需要信号的转换。
在有线传输中，常见的转换包括模拟信号到数字信号的转换和数字信号到模拟信号的转换。
在模拟信号到数字信号的转换中，模拟信号首先经过调制的过程，将模拟信号转换为数字信号，然后通过传输介质进行传输。
在数字信号到模拟信号的转换中，数字信号首先经过解调的过程，将数字信号转换为模拟信号，然后输出到接收端。
无线传输相较于有线传输更加复杂。
在无线传输中，信号需要经过调制和解调的过程，将数字信号转换为无线电波进行传输。
调制是将数字信号转换为调制信号的过程，调制信号通过改变无线电波的某个特性（如频率、幅度或相位）来携带数字信号。
解调是将调制信号转换为数字信号的过程，通过解调过程将无线电波的特性恢复到原始的数字信号。
简述数字通信系统的组成
简述数字通信系统的组成
数字通信系统通常由以下几个部分组成:
1. 数据编码和调制:数字通信系统中,数据被编码和调制到信号中,以便在传输过程中进行传输和处理。
编码和调制的主要目的是产生传输数据的压缩和优化。
2. 信道:信道是数字通信系统中的一个重要组成部分。
在信道中,数据传输过程中产生的噪声、干扰、失真等都会对数据的准确性和完整性产生影响。
因此,数字通信系统需要对信道进行适当的控制和滤波,以保证数据传输的质量和可靠性。
3. 数字信号处理:数字通信系统需要对数字信号进行适当的处
理和变换,以使其适合传输和处理。
数字信号处理包括信号编码、调制、解调、滤波、采样和量化等。
4. 数字通信协议:数字通信系统中的协议是指一组标准和方法,用于控制数据传输的格式、数据结构、错误检测和纠正等内容。
常见的数字通信协议包括TCP/IP、HTTP、HTTPS、FTP、SMTP等。
5. 数字通信设备:数字通信系统需要配备相应的数字通信设备,如路由器、交换机、防火墙、调制解调器、数字信号处理器等。
这些
设备的作用是支持数字通信系统的运行和实现数据传输和处理。
数字通信系统需要数据编码、调制、信道控制、数字信号处理、数字通信协议和数字通信设备等多个组成部分相互协作,以实现数据的高效、可靠、安全传输。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图4 模拟通信系统模型
• 可见，在模拟通信系统中，发送设备简化为调制器，接收 设备简化为解调器，主要是强调在模拟通信系统中调制的 重要作用。
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
5.1、通信与通信系统
• 数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。
• 下面对这些编码方式进行简单地介绍，假设这些码型是以 矩形脉冲为基础的，且消息代码由二进制符号0、1组成。
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
（1）反向不归零编码（NRZ，Non Return Zero）
• 反向不归零编码用高电平表示二进制“1”，低电平表示 二进制“0”，如下图所示：
图7 反向不归零编码
• 曼彻斯特编码也被称为分相编码（Split-Phase Coding）。 • 某比特位的值是由该比特长度内半个比特周期时电平的变
化（上升或下降）来表示的，在半个比特周期时的负跳变 表示二进制“1”，半个比特周期时的正跳变表示二进制 “0”，如下图所示：
图8 曼彻斯特编码
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
• 此码型不宜传输，有以下原因 a) 有直流，一般信道难于传输零频附近的频率分量； b) 接收端判决门限与信号功率有关，不方便使用； c) 不能直接用来提取位同步信号，因为NRZ中不含有位同步
信号频率成分； d) 要求传输线有一根接地。
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
（2）曼彻斯特编码（Manchester）
• 调制和解调过程对通信系统是至关重要的，因为调制解调 方式在很大程度上决定了系统可能达到的性能。
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
5.3、模拟调制与解调
• 调制的基本作用是频率搬移。概括起来，调制主要有如下几个 目的：
① 频率搬移。调制把基带信号频谱搬移到一定的频率范围，以适 应信道传输要求。
① 幅度调制是指载波信号的振幅参数随调制信号的大小而 变化；
② 频率调制是指载波信号的频率参数随调制信号的大小而 变化；
③ 相位调制是指载波信号的相位参数随调制信号的大小而 变化。
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
5.3、模拟调制与解调
• 常见的模拟调制有幅度调制和角度调制； • 根据频谱特性的不同，通常可以把幅度调制分为标准调幅
• 通信系统是指完成通信这一过程的全部设备和传输媒介， 一般可概括为如下图所示的模型：
图1 通信系统模型
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
5.1、通信与通信系统
• 信息源（简称信源）：把各种消息转换成原始电信号，如 麦克风。信源可分为模拟信源和数字信源。
• 发送设备：产生适合于在信道中传输的信号。 • 信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。
② 实现信道复用。一般每个被传输信号占用的带宽小于信道带宽 ，因此，一个信道同时只传一个信号是很浪费的，此时信道工 作在远小于其传输信息容量的情况下。然而通过调制，使各个 信号的频谱搬移到指定的位置，从而实现在一个信道里同时传 输许多信号。
③ 改善系统性能。根据信息论一般原理可知，宽带通信系统一般 表现出较好的抗干扰性能。将信号变换，使它占据较大的带宽 ，它将具有较强的抗干扰性。
（4）差动双相编码（DBP）
• 差动双相编码在半个比特周期中的任意的边沿表示二进制 “0”，而没有边沿就是二进制“1”，如下图所示。此外 在每个比特周期开始时，电平都要反相。因此，对于接收 器来说，位节拍比较容易重建。
图10 差动双相编码
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
（5）米勒编码（Miller）
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
5.3、模拟调制与解调
• 调制信号有模拟信号和数字信号之分，因此根据输入调制 信号的不同，调制可以分为模拟调制和数字调制。
① 模拟调制是指输入调制信号为幅度连续变化的模拟量； ② 数字调制是指输入调制信号为幅度离散的数字量。
• 载波的参数有幅度、频率和相位，因此根据载波的参数变 化不同，调制可以分为幅度调制、频率调制和相位调制。
0
t
0
t
(a) 话音信号
(b) 抽样信号
图2 模拟信号
• 数字信号：代表消息的信号参量取值为有限个，例如电报信号、 计算机输入输出信号：
码元
t
0
t
(a) 二进制信号
(b) 2PSK信号
图3 数字信号
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
5.1、通信与通信系统
• 通常，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应 地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。
（AM）、抑制载波双边带调幅（DSB）、单边带调幅（ SSB）等。 （1）标准调幅（AM）
• 假设载波信号为vc( t ) Vcm cos ct ， • 调制信号为 v( t ) Vm cos t ， • 并且 c ? ,( c 2fc , 2F ),Vcm Vm
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
• 米勒编码在半个比特周期内的任意边沿表示二进制“1” ，而经过下一个比特周期中不变的电平表示二进制“0” 。一连串的比特周期开始时产生电平交变，如下图所示， 因此，对于接收器来说，位节拍也比较容易重建。
图11 米勒编码
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
（6）变形米勒编码
• 变形米勒编码相对于米勒编码来说，将其每个边沿都用负 脉冲代替，如下图所示。由于负脉冲的时间很短，可以保 证在数据传输的过程中从高频场中连续给电子标签提供能 量。变形米勒编码在电感耦合的射频识别系统中用于从读 写器到电子标签的数据传输。
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
5.3、模拟调m制t 与解调
（1）标准调幅(AM)
t
• 标准调幅A的0 m频t谱图如右图所示: • 由频谱图可以看出，AM信号的
频谱由载频分量、上边带、下边带
t
三部分组成载。波 • 上边带的频谱结构与原调制 t
图6 射频识别系统的基本通信结构框图
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
5.1、通信与通信系统
• 信号编码系统是对要传输的信息进行编码，以便传输信号 能够尽可能最佳的与信道相匹配，防止信息干扰或发生碰 撞。
• 调制器用于改变高频载波信号，即使得载波信号的振幅、 频率或相位与调制的基带信号相关。
• 射频识别系统信道的传输介质为磁场（电感耦合）和电磁 波（微波）。
信 息 源
信 源 编
码
加 密
信 道 编
码
数
字 调
信道
制
数 字 解 调
信 道 译
码
解 密
信 源 译
码
受 信 者
噪声源
图5 数字通信系统模型
① 信源编码与译码目的：提高信息传输的有效性以及完成模/数 转换 ；
② 信道编码与译码目的：增强抗干扰能力； ③ 加密与解密目的：保证所传信息的安全； ④ 数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号 ；
• 通常基带信号具有较低的频率分量，不宜通过无线信道传 输。因此，在通信系统的发送端需要由一个载波来运载基 带信号，也就是使载波的某个参量随基带信号的规律而变 化，这一过程称为（载波）调制。
• 载波受调制以后称为已调信号，它含有基带信号的全部特 征。
• 在通信系统的接收端则需要有解调过程，其作用是将已调 信号中的原始基带信号恢复出来。
（7）差动编码
• 在差动编码中，每个要传输的二进制“1”都会引起信号 电平的变化，而对于二进制“0”，信号电平保持不变。
图12 差动编码
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
（8）脉冲—间歇编码
• 对于脉冲—间歇编码来说，在下一脉冲前的暂停持续时间t 表示二进制“1”，而下一脉冲前的暂停持续时间2t则表 示二进制“0”，如下图所示。
⑤ 同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一致 。
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
5.1、通信与通信系统
• 射频识别系统的结构与通信系统的基本模型相类似，满足 了通信功能的基本要求。
• 读写器和电子标签之间的数据传输构成了与该基本通信模 型相类似的结构。
• 按照从读写器到电子标签的数据传输方向，呈现出以下基 本结构（从电子标签到读写器的数据传输与此类似），
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
（3）单极性归零编码（Unipolar RZ）
• 单极性归零编码在第一个半比特周期中的高电平表示二进 制“1”，而持续整个比特周期内的低电平信号表示二进 制“0”，如下图所示，单极性归零编码可用来提取位同 步信号。
图9 单极性归零编码
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
• 上式表明，它含有三条高频谱线，一条位于ωc处，幅度为 Vcm；另外两条位于载频ωc两边，称为上下旁频，频谱分 别是ωc+Ω和ωc-Ω，幅度均为0.5maVcm。
• 由此可以看出调制的过程是频谱的线性搬移过程，载频仍 保持调制前的频率和幅度，因此它没有反映调制信号的信 息，在AM调制中只有两个旁频携带了调制信号的信息。
• 解调器用于解调获取信号，以便再生基带信号。 • 信号译码系统是对从解调器传来的基带信号进行译码，恢
复成原来的信息，并识别和纠正传输错误。
第5章 RFID系统的编码、调制与解调
5.2、基带中的编码
• 常用的数据编码方式有反向不归零编码（NRZ，Non Return Zero）、曼彻斯特编码（Manchester）、单极性归 零编码（Unipolar RZ）、差动双相编码（DBP）、米勒编 码（Miller）、变形米勒编码、差动编码、脉冲--间歇编码 、脉冲位置编码（PPM，Pulse Position Modulation）等方 式。
图13 脉冲—间歇编码