解调方式（共3篇）
解调方式 篇1
0 引言
在无线电通信领域中,单边带调制解调方式由于其频带利用率高以及功耗低等优点被广泛应用于各种通信设备中,对于单边带的解调方式,传统的单边带解调方式多采用相干解调法和包络检波法[1],相干解调法对本地载波及滤波器有严格的要求,且技术要求高,设备复杂,多应用于模拟通信设备中;而随着微电子及数字信号处理技术的发展,软件无线电概念提出了正交调制解调方式,不同调制方式都可以采用这种其解调方式解调,对于单边带解调,这种调制方式在原理上和模拟相干解调相同,只是它主要在数字域中进行解调,并且可以用软件来实现这种解调功能。本文主要利用RTL-SDR硬件和GNU Radio软件对单边带数字相干解调方式进行了仿真测试研究。
1 软硬件介绍
开源软件无线电( GNU Radio) 是一个对学习、构建和部署软件定义无线电系统的免费软件工具包。它是一个模块化软件,提供信号运行和处理模块,只要知道相应的参数,了解所需无线发射系统的原理,便可快速构建无线电通信系统,并且它可以和软件无线电通信设备构成开发平台进行实时传输。和MATLAB的simulink相比,它的很多功能都已封装成模块,要用时只需调用相应的模块,这为建立通信系统节省了很多时间。Gnuradio的信号处理模块是由C + + 编写的,连接各个模块的信号流发图是由python编写的。
RTL-SDR是由RTL2832U和R280T组成的,R280T作为调谐器( 高频头) ,主要由低噪声放大器( LAN) 和混频器组成,其工作频率范围为25 ~1 750 MHz,RTL2832U作为A / D采样器,理论采样率最高为3. 2 MHz,实际中测试采样率最高为2. 56MHz,输出两路I / Q的8 bit数字信号到PC。本文主要对短波单边带解调方式进行研究,而短波频段为2 ~ 30 MHz,显然对于很多短波信号没法接受到,因此需对其进行改造使它能接收到短波信号,具体改造方法可参考文献[3]。
改造后的模块如图1 所示,主要是从短波天线接收到的信号经低通滤波器滤除噪音及干扰,输入混频器进行混频变为中频,在这里本振频率为40 ~100 MHz,然后经高通滤波器滤除各种低频成分干扰即各次谐波,最后经过三掷开关来选择是否介入短波( HF) 频段,可以通过双色发光管来表示,若显示绿色则表示接通HF频段,若显示红色则表示接通UV频段,而后信号经由R280T变为中心频率3. 8 MHz左右的中频信号,经RTL2832U的I通道采样,最后通过USB接口连接pc电脑。此外短波连接天线是需要匹配相应的专用天线,在此采用转换头进行连接。
2 单边带解调算法
2. 1 软件无线电正交解调算法
软件无线电解调算法不像传统无线电,不同的解调方式由于不同的解调算法对应不同的硬件解调模块,其对于不同的解调方式都是用统一的硬件模块,只是在连接pc时采用不同的解调算法,这很符合软件无线电尽量用软件来代替更多的硬件功能的思想。
在此主要对基于正交调制的解调算法进行研究,任何已调信号都可以用如下公式表示:
式中,wc表示载波的角频率。
对式( 1) 进行分解可得;
式( 2) 中:xI( n) = A( n) cosφ( n) ,
则式( 2) 可以表示成:
式中,xI( n) 为同相分量,xQ( n) 为正交分量。
要对信号进行解调,其信号信息如载频同步、载波相位同步、码流频率同步、I/Q提取基带信号都包含在同相分量和正交分量里了,因此只需知道正交分量和同相分量就可解调出相应的信号。
2. 2 SSB解调算法
SSB信号在双边带的基础上又抑制了一个边带,双边带只是抑制了载波分量,因此其信号表达式可由式( 2) 变为:
式中,“- ”是上边带,“+ ”是下边带,m( n) 为调制信号,是m( n) 的Hilbert变换。
由式(3)可得:
同相分量
正交分量
因此,对于单边带信号同相分量就是输出信号。
3基于GNU Radio的SSB解调方式仿真测试研究
3. 1 GNU Radio + RTL-SDR开发平台的搭建
在Ubuntu14. 04 系统界面按Ctrl + Alt + T键打开终端,然后输入指令rtl_eeprom,可能会提示错误,再输入sudo modprobe -r dvb_usb_rtl28xxu指令,输入root权限密码,最后输入指令sudo gnuradio-companion,并按enter键。则会打开GRC窗口界面如图2 所示。当然再输入这些指令前要安装RTL-SDR的Ubuntu系统驱动包,并且保证不会丢包或者缺少依赖包。具体的安装方法可参考文献[7]。
3. 2 ssb解调仿真测试研究及结果分析
根据第1 小节介绍可知RTL-SDR输出的是两路8 bit的I/Q信号,在GRC窗口的右边是信号处理模块,拖出RTL-SDR源,它以复数的形式输出两路I/Q信号,其波形图和频谱图如图2 所示。
由式( 6) 可知,只需要知道信号的同相分量就可以进行相应的解调,由于RTL-SDR输出的是复数形式,而复数的实部和虚部分别对应的是同相和正交分量,因此只需要把复数变为实数,就可以得到相应的调制信号,complex to real模块实现了这一功能。
在RTL-SDR信源模块中主要设置采样率sample rate为2. 5 MHz,频道选择frequency为14. 05 MHz,射频增益RF Gain为30 d B,中频增益IF Gain为20 d B,基带增益BB Gain为20 d B,而频率校正FIR滤波器模块相当于一个低通滤波器,在此模块中主要设置抽取率Decimation默认为1,因为数据速率并不高,所以不需要通过抽取来降低传输速率,采样率Sample Rate为2. 4 MHz、中心频率Center Frequency为这3 个参数,中心频率主要是将信号频率调整到中心处,带通滤波器模块主要设置抽取率Decimation为默认值1,增益Gain设为10,通带最低截止频率Low cutoff freq设为200 Hz,通带最高截止频率Hign cutoff freq设为2. 8 k Hz,Transition width传输带宽设为500,窗函数window选择Hamming; AGC2 模块主要是维持输入基带信号电压的稳定,由于短波信号经过电离层反射及多径快衰落的影响,使接收到的信号很微弱,因此AGC环路是不可缺少的电路,在此采用模拟可变增益放大器( VGA) ,通过软件来设置相关的参数,将合适的增益设置反馈给模拟可变增益放大器. 此模块中Attack Rat设为0. 1e Decay Rate设为50* 10-6,Reference设为0. 8,Gain设为1; 乘以常数模块中参数constant设为5。具体实现图及各个模块后的波形如图3 和图4 所示。
3 结束语
基于GNU Radio + RTL-SDR平台上对SSB的数字正交解调算法进行了仿真测试研究,为研究短波数字通信提供了一种简易的软件无线电开发平台。相比最通用的GNU Radio + USRP平台,其优点是容易入门,且成本很低,适用于GNU Radio初学者,只是其AD采样率和数据传输率较低,且分辨率不高。
参考文献
[1]杨小牛,楼才义,徐建良.软件无线电原理与应用.北京:电子工业出版社,2010.
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[4]王奇.基于GNU Radio的软件无线电平台研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2011:34-36.
[5]栗欣,许希斌.软件无线电原理及应用[M].北京:人民邮电出版社,2010.
[6]闫龙,王志海,祁兵.基于GNU Radio的230 MHz多通道主站电台的设计[J].电力系统保护与控制,2010,38(9):100-104.
[7]Eric Blossom.Exploring GNU Radio:Tools for Exploring the RF spectrum[J].inux Journal,2004,122:57-61.
[8]王向鸿,孙浩,关晓东.基于matlab单边带系统仿真[J].现代电子技术,2013,36(18):27-28.
解调方式 篇2
电网系统中正在工作的各种用电设备产生电力线信道的噪声。大量资料表明,电力线信道的噪声不仅随时间、地点的不同而变化,还与人类的各种活动有关。幅度满足高斯分布,功率谱密度分布均匀的噪声称为高斯白噪声。低压电力线的传输网络结构复杂,连接的负载很多并且变化多端,因而将其简单归结为加性高斯白噪声是不准确的,它的噪声非常复杂。
电力线信道噪声包括有色背景噪声、窄带噪声、随机脉冲噪声、与工频同步的周期性脉冲噪声和与工频异步的周期性脉冲噪声等5大类。有一种的功率谱密度对比较低,且随频率发生变化,这是有色背景噪声。窄带噪声是一种幅度调制的正弦信号,它由无线电广播发射而引起。到达时间具有随机性的一种噪声,持续时间从几μs到几ms不等的为随机脉冲噪声,偶尔背景噪声的功率谱密度低于它的50d B。与工频同步的周期性脉冲噪声的产生首要是由于二极管整流器件,脉冲重复频率是工频或工频整数倍。与工频异步的周期性脉冲噪声基本是由电脑显示屏或电视干扰产生,重复频率与扫描频率同步。其中,有色背景噪声和窄带噪声可归为背景噪声,因为其幅度均方根值随时间变化很慢;随机脉冲噪声、与工频同步的周期性脉冲噪声和与工频异步的周期性脉冲噪声的幅度均方根值随时间变化很快,因此可归为脉冲噪声。背景噪声和脉冲噪声构成电力线噪声。
2 衰减
耦合衰减和线路衰减是在低压电力线传输的时候,由不同原因产生的两种衰减。其中发射端和接收端同电力载波线路电阻电抗不匹配导致了耦合衰减,而接入节点过多、电力线网络过于复杂等都能造成线路衰减。电力线信道的衰减分析应从各个不同的方面进行分析。因为一旦电力线具有了多径信道特征,信号必将会多径传播,从而产生衰减,此外中高压电力线中,造成信号衰减的原因还有其本身的辐射、电磁干扰和热损失等;以及信号在传播中具有延时衰减;电力系统中的一些用电设备也有可能会造成信号衰减。连接点处两种介质具有不同的特征阻抗时,信号传输到此处必将发生反射。而电力线网络存在很多阻抗不连续点,这是因为存在很多分支,发射端发射出的信号,在电力线上传播时不能直接被送到接收端,而在不连续点处发生反射,发射信号受到反射波的影响,从而频率发生选择性衰减。阻抗不连续是由多径传输导致的。
3 论证研究
3.1 结果探讨
通过前面对电力线信道的噪声分析和衰减分析,以及对信号的主要影响因数分析,不难得出,通信条件较为恶劣的是室内电力线信道。电力线信道中的噪声是电力线信道的一个重要特性,随着负载变化而变化,情况复杂,噪声对信号能产生严重的干扰,因为它具有范围广能量大等特点。因此滤波器在接收端是必不可少的,用来对接收的信号进行滤波,另外为了提高信噪比、增强其抗干扰能力,还有对发射端的信号进行编码处理。电力线信道还有另外一个重要特性,就是信道衰减。电力线通信不应该作为远距离传输方式,因为它的衰减随传输距离增大而增大,但是电力线通信在近距离和窄带通信方面具有明显的优势。因此在调制方式的挑选上,一定要达到抗干扰和抗衰落的性能要求。
3.2 确定最优的调制方式
分析幅度键控ASK、频移键控FSK和相移键控PSK是数字调制中最根本的调制方式。为了进行调制方式的挑选,需要将2ASK、2FSK、2DPSK调制系统进行对比,基本涉及误码率、频带宽度、信道敏感性、设备复杂度等方面。误码率是判定数据在规定时间内数据传输准确性的指标。误码率=传输中的误码/所传输的总码数×100%。在2ASK、2FSK、2DPSK调制系统中,误码率和输入信噪比存在某种关系,设误码率为Pe,信噪比为r。表1即为二进制数字调制系统误码率公式表。
4 结语
在上述两个方面的考虑以外,还应该值得人们更加注意信道的敏感性问题。在2FSK系统中,不需要人为地设置判决门限,它是直接比较两路解调输出的大小来作出判断的。在2PSK系统中,判决器的最佳判决门限电平为零,与接收机输出信号的幅度有关。因此,它不随信道特性的变化而变化。这时,接收机容易保持在最佳判决门限状态。对于2ASK系统,判决器的最佳判决门限为A/2,它与接收机输入信号的幅度有关。当信道特性发生变化时,接收机输入信号的幅度A将随着发生变化;相应地,判决器的最佳判决门限电平也将随之改变。这时,接收机不容易保持在最佳判决门限状态,从而导致误码率增大。因此,就对信道特性变化的敏感性而言,2ASK性能最差,而2FSK性能最好。从设备复杂性角度来说,3种系统发送端设备相差无几,接收端复杂度同调制解调方式密切相关,在同一种调制方式中,在进行相干解调时,2PSK系统的设备最复杂,2FSK较复杂,2ASK最简单。综合总结以上4个方面来考虑,FSK调制方式最为合适,建议采用FSK的调制方式进行设计。
通过以上分析,认为对于任一种通信方式,都具有发射端和接收端,其作用各不相同。电力线通信也不例外,在其发射端,基带通过某种调制方式调制,转换成一种适宜在信道中传输的信号,该信号再经过放大,通过电力线耦合接口,最终被发射到电网系统中。而在其接收端,来自电网的调制信号被耦合接口接收,经过滤波、放大等处理,最终被送入到解调器输出。根据电力线调制解调设计原理,虽然电力线通信模块一端发射信号,另一端接收信号,但是在实际设计中,两端的硬件实现方式是相同的,这是因为我们将发射端和接收端集成,通过硬件来转换工作模式。重点是调制解调器的设计。调制解调器在电力线通信中起到至关重要的作用,因为它决定了传输速率和通信模式,滤波和耦合接口的设计将影响到通信成功与否及其通信质量。电力线载波通信的调制方式为频移键控(FSK),调制解调器核心器件选择AM7910芯片。
摘要：借鉴通信系统相关理论研究成果,并结合实践信道分析,在电力线通信技术研究中,电力线信道分析是核心关键部分,为其他各种研究提供基础支撑,在对电力线信道进行分析的基础上,才能进行其他电力线通信研究。电力线信道分析的目的是找到最佳的调制解调方式,适应电力线的各种需要。
关键词：通信系统,电力线,信道噪声
参考文献
[1]许盛,易浩勇,汪晓岩.中压电力线信道性能的自动测量技术[J].电力系统通信,2010,(01).
[2]徐志强,翟明岳,赵宇明.基于电力线信道作用的能量时频分布及其能量分配[J].电力系统自动化,2009,(01).
[3]孙社文,王聪.低压电力线信道理论模型研究[J].北京工业职业技术学院学报,2010,(03).
[4]张文艾,孙伟,张博.低压电力线信道优化装置改进电路的设计[J].微计算机信息,2007,(29).
磁单极解调技术及其应用 篇3
磁单极量子推进技术利用超高频高幅直流脉冲产生单向振荡的原磁场, 激发出单链式电磁波, 使处在其传播方向上通恒定电流的导线受到一个单向振荡的感应磁场的作用, 从而产生方向不变的电磁力, 推动系统前进。这种推进技术遇到的难题是如何把超高频高幅单向振荡的电磁波对恒定电流产生的电磁力转化为系统前进的动力。磁单极解调器的发明解决了这个难题。
1正文
图1是一台直线式量子发动机的原理简化图, 它主要由一个大功率磁单极解调器, 两段长度相等的波导管, 一个长长的动力腔等组成。
大功率磁单极调解器主要由一个超高频高幅直流脉冲器[1]和AB两根长度相差半个波长的传导线, 以及用两根互相平行且等长的直导线或两个相同的线圈做成的双天线等构成 (如图2所示) 。
用两根直导线作天线的直线式量子发动机, 它的波导管的截面是长方形的, 它的动力腔是个长方体。在动力腔的中线上有一根根垂直于中线相互平行的直导线, 直导线阵列与两段波导管的发射口以及动力腔的内壁均隔着一定的距离。每两根相邻直导线之间的距离超过两根直导线通恒定电流时能发生电磁相互作用的最大距离, 且为波长的偶数倍。每根直导线都与两根天线所在的平面平行, 且直导线与每根天线之间的距离相等, 使每根天线激发出的单链式电磁波传到直导线所处的空间所经过的路程相等, 且均为波长的偶数倍。
用两个线圈取代两根直导线作天线的直线式量子发动机, 它的波导管截面是圆形的, 它的动力腔则是空心的圆柱体, 里面有一个个按一定规律排列的通恒定电流的超导线圈。
直流脉冲器源源不断地输出超高频高幅直流脉冲, 通过AB两根长度相差半个波长的导线传给双天线, 使双天线产生单向振荡原磁场, 从而源源不断地发射出时间相差半个周期的单链式电磁波。
两列时间相差半个周期的单链式电磁波在每根直导线 (或每个超导线圈) 所处的空间中造成如图3和图4所示的超高频高幅单向振荡的感应磁场, 叠加成如图5所示的超低频高幅单向振荡的磁场。
因为磁单极解调器解调出的磁场是脱离了电荷独立存在于空间——时间中的无源场, 所以, 它对电流产生的电磁力属系统的外力, 可推动系统前进。又因为这种无源的量子电磁场只能产生单个磁极的力学效应, 所以叫做磁单极量子, 或单极光量子。
实验证明, 一个采用双天线的磁单极解调器可解调出场强高达2万高斯的超低频单向振荡的无源单极磁场。采用天线阵列或单链式电磁波回旋的方式可解调出场强超过10万高斯的超低频单向振荡的无源单极磁场, 其磁场强度几乎与通电超导线能够产生的最强磁场相等。
图6是一种回旋式量子发动机的原理简化图, 它主要由一个大功率磁单极解调器, 两段等长的波导管, 一个球形的动力腔, 两条等长的回旋管等构成。箭头指示单链式电磁波传播的方向。
大功率磁单极解调器中的双天线源源不断地发射出时间相差半个周期的单链式电磁波, 两列时间相差半个周期的单链式电磁波沿着各自的回旋路线每回旋一周便增强一次, 经过不断的回旋和不断的增强便可在两列波的叠加区域 (即通恒定电流的超导线圈所处的空间) 中解调出场强超过10万高斯的超低频单向振荡的无源的单极磁场, 使通恒定电流的超导线圈产生方向不变的电磁力, 推动系统前进。
将一定数量的量子发动机组合在一起, 使每个量子发动机同时输出动力便可获得超强的推力。
磁单极解调技术不但可以用来制造先进的大推力航空航天量子发动机, 还可以用于远距离隔空移动重物。磁单极解调技术在未来有着十分广泛的用途。
摘要：一个脱离了电荷独立存在于空间——时间中的单向振荡 (磁场方向不变大小呈周期性变化的振荡与电流方向不变大小呈周期性变化的直流振荡一样, 都是单向振荡) 的量子电磁场只能表现出单个磁极的力学效应, 因此叫做磁单极量子。磁单极解调技术利用波的叠加原理, 让两列时间相差半个周期的超高频单链式电磁波叠加, 解调出超低频单向振荡的电磁波, 使空间——时间产生超低频单向振荡的无源的单极磁场。大功率磁单极解调器可用来制造大推力量子发动机。
关键词：单向振荡,磁单极量子,单链式,解调器
参考文献