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【醫(yī)院呼叫對講系統(tǒng)廠家】常用數(shù)字通信調(diào)制技術(shù)——二進(jìn)制數(shù)字的調(diào)制

2023-10-21 09:27

一、數(shù)字調(diào)制概念

       數(shù)字調(diào)制是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合信道特性波形的過程?;鶐д{(diào)制中這些波形通常具有整形脈沖的形式,而在帶通調(diào)制(Bandpass Modulation)中則利用整形脈沖去調(diào)制正弦信號(hào),此正弦信號(hào)稱為載波波形(CarrierWave),將載波轉(zhuǎn)換成電磁場(ElectromagneticField,EM)傳播到指定的地點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)無線傳輸。那么,為什么一定要通過載波來實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)的無線傳輸呢?是因?yàn)殡姶艌霰仨毨锰炀€才能在空間傳輸,天線的尺寸主要取決于波長λ及應(yīng)用的場合。對LoRa應(yīng)用來說,天線長度一般為λ/4(針對室內(nèi)網(wǎng)關(guān)常用尺寸,對于節(jié)點(diǎn)的天線尺寸會(huì)略小一些),式中波長等于c/f,c是光速3×108m/s。假設(shè)發(fā)送一段LoRa基帶有效信號(hào)(f=5kHz),如果不通過載波而直接耦合到天線發(fā)送,計(jì)算一下天線有多長?采用四分之一波長作為天線的尺寸,對于5kHz的基帶信號(hào),其尺寸為λ/4=1.5×104m,大概15km,為了在空間傳輸5kHz的信號(hào),不用載波進(jìn)行調(diào)制,需要尺寸為15km的天線。當(dāng)然我們知道15km的天線是完全不可行的,如果使用15km的天線做LoRa項(xiàng)目還不如直接用有線連接來得方便,所以必須通過其他的方法將數(shù)據(jù)傳出去。但是,如果把基帶信號(hào)先調(diào)制在較高的載波頻率上,比如調(diào)制到470MHz的中國LoRa頻段上,那么天線的尺寸僅為16cm,很顯然這個(gè)尺寸的天線是可以實(shí)現(xiàn)的,遠(yuǎn)距離的無線傳輸問題也就迎刃而解了。

       在實(shí)際的應(yīng)用中,射頻信號(hào)通過頻帶傳輸?shù)姆绞街饕峭ㄟ^正弦載波進(jìn)行調(diào)制的,調(diào)制的功能如下:

  • 使信號(hào)更適合于信道傳輸;
  • 實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用提高通信系統(tǒng)的有效性;
  • 提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力提高通信系統(tǒng)的可靠性。
  •        圖2-1所示為一個(gè)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的框圖,幾乎現(xiàn)在所有的無線通信都是按照這個(gè)框圖實(shí)現(xiàn)的。本節(jié)主要討論數(shù)字調(diào)制、數(shù)字解調(diào)和信道三部分,2.2節(jié)討論圖中數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的擴(kuò)頻調(diào)制和擴(kuò)頻解調(diào)部分,8.2.1小節(jié)討論圖中數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的多址連接問題。

    圖2-1   數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)框圖

     

           數(shù)字調(diào)制共有三種基本形式:振幅鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)。而其中最簡單、最基本的調(diào)制方式是2ASK、2FSK、2PSK/2DPSK,這三類數(shù)字調(diào)制經(jīng)過擴(kuò)展可以成為MASK、MFSK、MPSK/MDPSK等,這里列出的三種基礎(chǔ)調(diào)制方式和 擴(kuò)展調(diào)制方式包括市場上大多數(shù)電子產(chǎn)品的無線通信方法。其中市場上最常見的電子遙控玩具等低價(jià)無線通信產(chǎn)品都使用2ASK技術(shù),藍(lán)牙2.0采用2FSK技術(shù),而W-iFi、ZigBee技術(shù)就采用了MPSK/MDPSK技術(shù),而常見的LoRa芯片內(nèi)部也兼容2FSK或者M(jìn)FSK技術(shù)。

    二、二進(jìn)制數(shù)字的調(diào)制

           常見二進(jìn)制調(diào)制方式是2ASK、2FSK、2PSK/2DPSK,這三類數(shù)字調(diào)制分別通過調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)編碼傳輸,其波形如圖2-2所示。

    1.二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)

           ASK即“幅移鍵控”又稱為“振幅鍵控”,其概念是正弦載波的幅度隨著調(diào)制信號(hào)而變化,2ASK是二進(jìn)制振幅鍵控。圖2-3為2AKS調(diào)制波形圖。

    圖2-2     常見二進(jìn)制調(diào)制波形對比圖

    圖2-3    2ASK調(diào)制波形圖

           振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號(hào)而變化的數(shù)字調(diào)制。當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為二進(jìn)制時(shí),則為二進(jìn)制振幅鍵控。設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制符號(hào)序列由0、1序列組控制正弦載波信號(hào)輸出。用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)控制正弦載波的振幅,使其一一對應(yīng)變換。

    “1”→Acosωct=e1(t)
    “0”→0cosωct=e2(t)

           若發(fā)送0符號(hào)的概率為p,發(fā)送1符號(hào)的概率為1-p,且相互獨(dú)立。該2ASK的時(shí)間表達(dá)式為

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