数码技术培训资料

第一章数字调制与解调数字调制类型：振幅键控（ASK）移频键控（FSK）移相键控（PSK）载波信号:高频正弦波调制信号:数字基带信号(随机的脉冲序列)§1-1数字调幅（ASK）§1-2数字调频(FSK)§1-3、数字调相§1-1数字调幅（ASK）1-1-1二进制振幅调制(2ASK)1-1-22ASK信号的解调1-1-3、2ASK信号带宽§1-1数字调幅ASK（OOK）1-1-1二进制振幅调制(2ASK)一、工作原理：幅度键控ASK（AmplitudeShiftKeying）；用载波幅度的高或低来表示两种逻辑电平“1”和“0”(有载波双边带)。1、2ASK信号的产生二、产生方法1.模拟幅度调制法2.键控法模拟幅度调制法键控法1-1-22ASK信号的解调有两种方法：一、非相干解调(包络检波)1-1-3、2ASK信号带宽2ASK信号带宽是数字基带信号(脉冲波形)带宽的两倍。二、相干解调(同步检波)§1-2数字调频(FSK)以二进制调频(2FSK)为例1-2-1二进制调频的工作原理1-2-2FSK信号产生1-2-3FSK信号调解(a)键控法(b)波形信号(c)模拟调频法1-2-1二进制调频(FSK)的工作原理1-2-2FSK信号产生一、键控法调频产生(以二进制移频键控为例)1-2-3FSK信号调解相干和非相干解调鉴频解調：w12tT时的频率波形§1-3、数字调相1-3-1二进制绝对调相1-3-2、二进制相对调相(二进制差分调相2DPSK)1-3-3、多进制调相(4PSK&8PSK)二进制绝对调相(二相绝对调相)利用载波不同位的绝对值来传递数字信息。(2BPSK)1-3-1二进制绝对调相BPSKCmCP()sin[()]tVtkmtCmCksin()Vt二进制信号的调制时BPSKCmC()()sintmtVtkSCmCk[(K)]sinagtTVt()mtkSk()(K)mtagtT式中是双极性基带信号结论:b)码元为“1”时vBPSK(t)与调制的载波同相；为“０”时则为反相a)二进制绝对调相信号可以用相乘器产生一、工作原理：二、二进制绝对调相的解调通常可通过2ASK解调用得相干解调(即同步检波法)方法实现解调。此方法关键是从接收信号中提取出与原载波严格同步的参考信号。●●绝对调相缺点：同步载波相位不确定，解调出的码元产生错误。1-3-2、二进制相对调相(二进制差分调相2DPSK)一、工作原理二、2DPSK差分信号产生和解调框图●各点波形如下：●第二章数字调制效率（单位带宽）和误码率S/N、Eb/no、带宽1、S/N和Eb/no的关系：Eb——单位比特（1比特）的平均信号能量。no——噪声的单边带功率谱密度。假设每隔Ts发送一个信号，则信号传输速率为Rs=1/Ts波特。（1）对于二进制调制：Rs=Rb(b/s)第二部分基带基带主要包括1.声音编码和解码2.纠错编码和解码3.同步和数据处理第一章声音编码和解码根据编码（取样）定理﹐取样频率大于或者等于原始信号频率2倍就可以完整的再现其原始信号﹐编码频率倍数越高﹐原始信号再现失真越小﹒人耳能够辨别的声音包括音乐信号频率范围20－20KHz﹐因此编码频率不低于40KHz，CD通常为44.1KHz，DVD通常为48KHz一﹒编码和解码§2-1-1编码带宽§2-1-2编码字长编码字长取值决定仿真信号再现的动态范围和信噪比例如﹕取样字长为16比特﹐既﹕最大值N＝216＝65536理论上动态范围和信噪比=20logN＝96(dB)第二章纠错编码和解码为实现高速数字通信系统所要求的可靠性,几乎所有的现代通信系统都把纠错编码作为一个基本组成部分。常用的纠错编码算法有：卷积编码，BCH编码，RS(Reed-Solomon)纠错编码。RS应用最为广泛的差错控制编码方式之一。它不但可以纠正随机错误而且还可以通过交织算法纠正突发错误,可以灵活用来构造其它码类.因此,RS码在卫星通信、数字电视传输以及磁记录系统等许多领域得到广泛应用。常用的编码方案有RS(204,188)，我们方案中采用RS(10,8)。可以纠正一个字节（8bit）随机错误。§2-2-1RS（10，8）我们选取RS（10，8），一个纠错帧10个字节，其中8个是声音数据，另外2个字节是冗余数据。基于声音编码特点立体声音编码器每次取样2*16bit=4字节（Byte），2次取样正好是8个Byte組成一個糾錯幀﹒糾錯編碼效率為8/10X100%=80%另外一個編碼方案采用（64﹐60）﹒一個糾錯幀可以糾正2個字節隨机錯誤﹒編碼效率為60/64X100%=93.75%由于幀偏大（60個字節為15次聲音取樣）儅誤碼時容易造成聲音噪音可聞﹐放棄﹒于是采用（10，8）方案﹐2次聲音取樣即使瞬間丟失由于人耳聽覺滯后效應﹐也聽不出噪音﹒§2-2-2交织编码RS（10，8）纠错码可以做到一个纠错帧纠正一个字节错误数据，基本点上可以纠正由于信号噪音造成的误码，但对于突发型（例如大的电磁脉冲干扰）造成的误码（干扰时间大于一个字节传输时间），所以我们引进交织编码算法去纠正突发干扰造成的误码。纠正突发误码能力取决交织深度，既交织帧大小（多少个纠错帧组成交织帧）。例如：数字电视传输大部分采用12个纠错帧组成一个交织帧，我们交织深度采用50。交织原理图（4个字节交织）bit76543210第1字节10001111第2字节01101010第3字节01110001第4字节11100011正常传输顺序：10001111,01101010,01110001,11100011交织后传输顺序：1001,0111,0111,0010,1100,1000,1101,1011§2-2-2交织编码帧结构：一个交织帧由50个纠错帧组成纠错能力：可以纠正50个连续错误字节举例：按照声音信号48KHz取样16Bit字长，立体声数据速度：48*16*2=1.536Mbps每一个字节传输时间：0.651*8=5.2uS50个字节传输时间：5.2*50=260uS结论：一个交织深度50的RS（10，8）纠错方案在传输数据传输速度1.536Mbps时可以纠正约260uS时间长度的突发错误码。第三章同步和数据处理一.同步•数字通信接收系统中同步能够完整的重现发送端数据结构；•同步分为bit（时钟）同步和帧（数据包）同步；•同步在先，处理再后顺序。§3-1时钟同步通过接收的载波或者数据还原发送端发送时钟。原理：一般采用数字（也可以是模拟）PLL方式还原bit时钟。§3-2数据同步通过检测发送端发送的帧同步标志定位数据帧（包）头标志，并发出数据帧接收和处理命令数据帧结构：位同步标志帧同步标志数据01010101010101111000111000111Data。。。。。第四章FPGA和ASIC技術數字傳輸和處理在基帶部分一般有很復雜運算和很高的處理速度﹒數字電路規模比較大﹐采用中小規模數字邏輯電路很難實現低功耗和小的體積﹒目前一般采用數字信號處理器（DSP）或者專用ASIC集成電路（IC）﹒DSP价格比較高﹐并且缺乏接口邏輯單元和并行處理速度低﹒常用ASIC价格比較低﹐但一般不具備所要求的功能﹒定制和半定製ASIC初始投資很大﹐有較大投資風險﹒FPGA（現場可編程門陣列FieldProgrammableGateArray）技術是在單一芯片上集成了几千到几百万個邏輯門單元﹐并且可以通過軟件編程方式非常靈活地組成各种運算電路和接口電路﹒目前十万門級別FPGA价格已經接近通用ASIC﹒第四章FPGA和ASIC技術在數碼項目中發射機采用了美國Lattice公司5万門FPGA電路﹐型號﹕LFEC1E-3T100C該電路是基于SRAM結构﹐執行代碼存儲在一個串行FLASH_MOMIC上電后讀取﹒缺點是功耗比較大和代碼外露容易被讀取﹒接收机FPGA電路采用美國ACTEL公司5万門FPGA電路﹐ProASIC3系列型號﹕A3P060.該IC基于內部FLASH_MOM結构﹐特點是功耗小和具有加密功能﹒發射機和接收机FPGA所有程序采用VerilogHDL編寫﹒第五章數碼項目AudioEncodeCS5341LRFPGALFEC1E-3T100CRFMODELML2724DH101U2.4GHz無線音頻發射机原理§5-1-1方案介紹§5-1-1方案介紹RFMODELML2724FPGAA3P060AudioDecode&DH101ULRCS4341+23082.4GHz無線音頻接收机原理§5-2-1信號處理流程音源A/DFPGA處理器A/D接口糾錯編碼交織編碼碼流打包輸出接口RF調制RF發射模塊發射機RF接收模塊§5-2-1信號處理流程RF解調FPGA處理器D/A接口糾錯解碼交織解碼碼流解包輸入接口D/A喇叭接收机§5-2-2信號處理要點1﹒聲音信號經過數字化處理后帶寬大大增加按照常規數字化方法﹐一路立體聲信號經過A/D轉換后碼流帶寬為﹕•取樣頻率﹕48KHz•量化字長﹕16Bit基帶信號帶寬為﹕48000X16X2=1.536Mbps如果采用FSK調制后模擬帶寬至少為﹕1.536X23MHz采用類似MSK或者GMSK模擬帶寬至少為1.5MHz舉例﹕台灣義聯公司數字模塊基帶信號約為3Mbps經過FSK調制后模擬帶寬大約為8MHz.§5-2-2信號處理要點目前解決的辦法﹕•數字化壓縮﹐優點是信號帶寬大大減少﹐常采用的方法有MPEG,AC3等﹐缺點是處理複雜都和成本有很大增加﹐并且聲音信號有很大損失﹔•在基帶電路增加多Bit調製﹕例如采用﹐MFSK﹐MQAM,OFDM等調制方式﹐缺點是處理成本有很大增加﹒目前這些調制方式一般應用于基礎通信設施或者無線網絡通信設備﹒例如﹕WLAN,降低成本必須采用大規模量產ASIC-IC電路﹒§5-2-2信號處理要點2﹒信號傳輸過程中同步處理數字傳輸不同與模擬信號直接傳輸可以不考驢信號同步數字信號傳輸不同步將導致信號傳輸完全失敗﹗舉例﹐數據流為﹕11100110,00110011,11010110起始位﹕1－1－1－0－0－0﹐﹐﹐﹐﹐﹐﹐﹐﹐﹐假設如果碼流失步錯位一個Bit﹕1－1－0－0－0﹐0在以后處理過程無論正确与否都將出現錯誤﹒§5-2-2信號處理要點2﹒信號傳輸過程中同步處理在發射端增加同步位標志和數據包起始字接收端通過接收位同步標志鎖定時鐘信號﹐同時接收机檢測到數據包起始同步字后重新定位數據順序格式﹒解決辦法﹕精品课件！精品课件！END謝謝