SnS-第5章抽樣、調(diào)制與解調(diào)-22

1、信號(hào)與系統(tǒng)多媒體教學(xué)課件(第5章 Part 2)10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)2第5章抽樣、調(diào)制與與解調(diào)5.0引言5.1抽樣定理理5.2內(nèi)插公式式5.3模擬調(diào)制制5.4模擬信號(hào)號(hào)的解調(diào)調(diào)5.5頻分復(fù)用用和時(shí)分分復(fù)用10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)35.3模擬調(diào)制制調(diào)制的概概念在各各種工程程系統(tǒng)中中起著重重要的作作用，尤尤其在通通信系統(tǒng)統(tǒng)中調(diào)制制是核心心。本節(jié)節(jié)著重分分析調(diào)制制信號(hào)的的頻譜。調(diào)制的實(shí)實(shí)質(zhì)就是是把各種種信號(hào)的的頻譜進(jìn)進(jìn)行搬移移，使它它們互不不重疊地地占據(jù)不不同的頻頻率范圍圍，即將將信號(hào)分分別托附附于不同同頻率的的載波上上。10/13/2

2、022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)45.3.1調(diào)制的分分類所謂“調(diào)調(diào)制”，就是由由攜帶信信息且需需要傳送送的調(diào)制制信號(hào)g(t)(有時(shí)又稱稱為基帶信號(hào)號(hào))去控制不不含信息息的高頻頻載波信號(hào)號(hào)c(t)的某一個(gè)個(gè)或某幾幾個(gè)參數(shù)數(shù)，使這這些參數(shù)數(shù)按照信信號(hào)g(t)的規(guī)律而而變化，從而形形成具有有高頻頻頻譜的窄窄帶信號(hào)號(hào)s(t)，s(t)稱為已調(diào)調(diào)制信號(hào)號(hào)。簡(jiǎn)單地說(shuō)說(shuō)，調(diào)制制就是通通過(guò)某一一種方式式將低頻頻信號(hào)的的頻譜搬搬移到高高頻信號(hào)號(hào)的頻譜譜上去。10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)55.3.1調(diào)制的分分類根據(jù)調(diào)制制信號(hào)g(t)的不同，可以將將調(diào)制分分為：模擬調(diào)制制和數(shù)字調(diào)制

3、制。模擬調(diào)制制是指調(diào)調(diào)制信號(hào)號(hào)g(t)為模擬信信號(hào)的一一種調(diào)制制方式，數(shù)字調(diào)調(diào)制是指指調(diào)制信信號(hào)g(t)為數(shù)字信信號(hào)的一一種調(diào)制制方式。模擬調(diào)制制也可以以稱為連連續(xù)時(shí)間間信號(hào)的的調(diào)制，按照調(diào)調(diào)制器類類型的不不同模擬擬調(diào)制可可以分為為：幅度調(diào)制制、頻率調(diào)制制和相位調(diào)制制三種類型型。10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)6模擬調(diào)制制的三種種類型幅度調(diào)制制：調(diào)制信信號(hào)g(t)改變載波波信號(hào)c(t)的幅度參參數(shù)。例例如常規(guī)規(guī)的調(diào)幅幅(AM)、抑制載載波調(diào)幅幅(SC-AM)及脈沖調(diào)調(diào)幅(PAM)。頻率調(diào)制制：調(diào)制信信號(hào)g(t)改變載波波信號(hào)c(t)的頻率參參數(shù)。例例如調(diào)頻頻(FM)。相位

4、調(diào)制制：調(diào)制信信號(hào)g(t)改變載波波信號(hào)c(t)的相位參參數(shù)。例例如調(diào)相相(PM)。模擬信號(hào)號(hào)的幅度度調(diào)制是是通信系系統(tǒng)中一一種常用用的調(diào)制制方式，第一類類幅度調(diào)調(diào)制是載載波信號(hào)號(hào)是正弦弦波的幅幅度調(diào)制制，按照照調(diào)制后后的信號(hào)號(hào)頻譜是是否包含含載波信信號(hào)分為為含載波波信號(hào)的的調(diào)幅(常規(guī)的AM調(diào)幅)、抑制載載波的調(diào)調(diào)幅(SC-AM)、單邊帶帶調(diào)制(SSB)、殘留邊邊帶調(diào)制制(VSB)等，另一一類重要要的幅度度調(diào)制是是脈沖幅幅度調(diào)制制(PAM)，其載波波信號(hào)一一般為周周期矩形形脈沖。10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)75.3.2正弦振幅幅調(diào)制正弦振幅幅調(diào)制通通常有兩兩種形式式c

5、稱為載波波頻率取初相位位qc=0，正弦函數(shù)數(shù)載波信信號(hào)的頻頻譜為調(diào)制后的的輸出信信號(hào)s(t)頻譜為10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)85.3.2正弦振幅幅調(diào)制【例5-2】求三角脈脈沖調(diào)幅幅信號(hào)的傅里葉葉變換，其中02。解：例3-6已求得三三角脈沖沖信號(hào)的的傅里葉葉變換：10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)9抑制載波波的幅度度調(diào)制(SC-AM)不含直流流分量的的調(diào)制信信號(hào)g(t)的頻譜下邊帶，上邊帶帶10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)10含載波的的幅度調(diào)調(diào)制(AM)含載波的的幅度調(diào)調(diào)制也稱稱為常規(guī)規(guī)調(diào)幅、AM調(diào)幅g(t)=A0+f(t)1

6、0/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)1110/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)125.3.3脈沖幅度度調(diào)制(PAM)載波信號(hào)號(hào)是周期期矩形脈脈沖的幅幅度調(diào)制制稱為脈脈沖幅度度調(diào)制(PulseAmplitude Modulation, PAM)，10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)135.3.3脈沖幅度度調(diào)制(PAM)10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)145.4模擬信號(hào)號(hào)的解調(diào)調(diào)調(diào)制信號(hào)號(hào)g(t)經(jīng)幅度調(diào)調(diào)制產(chǎn)生生的已調(diào)調(diào)信號(hào)通通過(guò)信道道傳輸后后，在接接收端可可以得到到已調(diào)信信號(hào)s(t)，從已調(diào)調(diào)信號(hào)中中恢復(fù)調(diào)調(diào)制信號(hào)號(hào)g(t

7、)的過(guò)程稱稱為解調(diào)調(diào)。實(shí)現(xiàn)解調(diào)調(diào)的方法法主要有有同步解解調(diào)和非非同步解解調(diào)兩種種。10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)155.4.1同步解調(diào)調(diào)同步解調(diào)調(diào)也稱為為相干解解調(diào)，其其實(shí)現(xiàn)的的原理框框圖:本地載波波信號(hào)cos(wct)，要求與與調(diào)制端端的載波波信號(hào)同同步，即即同頻同同相H(jw)是幅度為為2，截止頻頻率為wm低通濾波波器10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)16理想濾波波器理想低通通濾波器器是物理理不可實(shí)實(shí)現(xiàn)的，但有關(guān)關(guān)理想濾濾波器的的研究并并不因其其無(wú)法實(shí)實(shí)現(xiàn)而失失去價(jià)值值，實(shí)際際濾波器器的分析析與設(shè)計(jì)計(jì)往往需需要理想想濾波器器的理論論指導(dǎo)?！纠?-

8、6】設(shè)一個(gè)物物理可實(shí)實(shí)現(xiàn)的低低通濾波波器如圖圖5-17所示，元元件參數(shù)數(shù)滿足。 求該該濾波器器的H(jw)，并畫(huà)出出其幅度度譜和相相位譜， 求該該濾波器器的沖激激響應(yīng)h(t)。圖5-17物理可實(shí)實(shí)現(xiàn)的低低通濾波波器10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)1710/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)1810/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)19【例5-8】一個(gè)理想想低通濾濾波器H(jw)的幅頻和和相頻特特性如圖圖5-15所示，利利用SC-AM調(diào)制來(lái)獲獲得一個(gè)個(gè)如圖5-19的理想帶帶通濾波波器，并并求出理理想帶通通濾波器器的沖激激響應(yīng)hd(t)。圖5-1

9、9理想帶通通濾波器器的特性性圖5-15理想低通通濾波器器的特性性10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)20解：圖5-19理想帶通通濾波器器的頻譜譜是把圖圖5-15理想低通通濾波器器的頻譜譜搬移到到處，只只是幅度度與原來(lái)來(lái)的一樣樣。因此理想想帶通濾濾波器的的沖激響響應(yīng)hd(t)可以理解解為理想想低通濾濾波器的的沖激響響應(yīng)h(t)與2cos(w0t)相乘所得得的信號(hào)號(hào)，即：理想帶通通濾波器器的沖激激響應(yīng)hd(t)是一個(gè)以以等效低低通濾波波器的沖沖激響應(yīng)應(yīng)為包絡(luò)絡(luò)的正弦弦調(diào)幅信信號(hào)。10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)21正弦振幅幅調(diào)制的的同步解解調(diào)10/13/20

10、22信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)2210/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)23wmwM0,已調(diào)制信信號(hào)的包包絡(luò)就是是A+g(t)?？梢曰只謴?fù)出g(t)。技術(shù)簡(jiǎn)單單，價(jià)格格低，常常用于民民用通訊訊設(shè)備10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)295.4.2非同步解解調(diào)不需本地地載波信信號(hào)的發(fā)發(fā)射(續(xù))10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)305.4.3脈幅調(diào)制制的解調(diào)調(diào)脈幅調(diào)制制信號(hào)的的頻譜被被搬移了了無(wú)數(shù)次次，搬移移后的頻頻譜位置置在處處，并保留留了在低低頻處的的原調(diào)制制信號(hào)頻頻譜，因因此可以以通過(guò)一一個(gè)截止止頻率大大于m而小于0-m的低通濾濾

11、波器，恢復(fù)出出調(diào)制信信號(hào)g(t)。在脈沖幅幅度調(diào)制制時(shí)，如如果調(diào)制制信號(hào)的的g(t)幅度恒大大于零，調(diào)制后后的信號(hào)號(hào)包絡(luò)與與調(diào)制信信號(hào)g(t)也呈線性性關(guān)系，因此也也可以采采用包絡(luò)絡(luò)檢波器器來(lái)恢復(fù)復(fù)原來(lái)的的調(diào)制信信號(hào)g(t)。10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)315.5頻分復(fù)用用和時(shí)分分復(fù)用在一個(gè)信信道上要要同時(shí)傳傳送多路路信號(hào)，即采用用復(fù)用的的技術(shù)來(lái)來(lái)實(shí)現(xiàn)多多路信號(hào)號(hào)在一條條信道上上同時(shí)傳傳輸信息息。常用的復(fù)復(fù)用技術(shù)術(shù)一般是是頻分復(fù)復(fù)用、時(shí)時(shí)分復(fù)用用、碼分分復(fù)用及及波分復(fù)復(fù)用。10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)325.5.1頻分復(fù)用用所謂頻分分復(fù)用(F

12、requency Division Multiplex,FDM)就是以頻頻段分割割的方法法在一個(gè)個(gè)信道內(nèi)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多多路通信信的傳輸輸體制。圖5-27利用正弦弦幅度調(diào)調(diào)制的頻頻分復(fù)用用10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)33圖5-28頻分復(fù)用用系統(tǒng)的的相關(guān)頻頻譜10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)34頻分復(fù)用用解調(diào)10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)355.5.2時(shí)分復(fù)用用時(shí)分復(fù)用用(TimeDivisionMultiplex, TDM)是把一個(gè)個(gè)傳輸通通道進(jìn)行行時(shí)間分分割以傳傳送若干干話路的的信息，把N個(gè)話路設(shè)設(shè)備接到到一條公公共的通通道上，

13、按一定定的次序序輪流的的給各個(gè)個(gè)設(shè)備分分配一段段使用通通道的時(shí)時(shí)間。10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)36圖5-33時(shí)分多路路復(fù)用原原理框圖圖5.5.2時(shí)分復(fù)用用10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)37圖5-34時(shí)分多路路復(fù)用周周期脈沖沖信號(hào)pi(t)時(shí)序圖10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)385.5.3TDM與FDM的比較FDM是用頻率率來(lái)區(qū)分分同一信信道上同同時(shí)傳輸輸?shù)男盘?hào)號(hào)，各信信號(hào)在頻頻域上是是分開(kāi)的的，而在在時(shí)域上上是混疊疊在一起起的；TDM是在時(shí)間間上區(qū)分分同一信信道上傳傳輸?shù)男判盘?hào)，各各信號(hào)在在時(shí)域上上是分開(kāi)開(kāi)的，而而在頻

14、域域上是混混疊在一一起的。10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)395.6小結(jié)5.6.1抽樣定理理對(duì)于頻率率有限信信號(hào)或時(shí)時(shí)域有限限信號(hào)f(t)，分別存存在時(shí)域域抽樣定定理或頻頻域抽樣樣定理。通常把把時(shí)域抽抽樣定理理所確定定的最低低抽樣頻頻率fs稱為奈奎奎斯特(Nyquist)頻率，相相對(duì)應(yīng)的的最大允允許抽樣樣時(shí)間間間隔稱稱為奈奈奎斯特特間隔。在滿足時(shí)時(shí)域抽樣樣定理的的條件下下，將理理想抽樣樣信號(hào)fs(t)輸入具有有合適帶帶寬和增增益的理理想低通通濾波器器(5-9)后，濾波波器的輸輸出信號(hào)號(hào)將完全全恢復(fù)原原始信號(hào)號(hào)，式(5-10)稱為抽樣樣信號(hào)恢恢復(fù)原信信號(hào)的內(nèi)內(nèi)插公式式。根據(jù)

15、時(shí)域域和頻域域?qū)ΨQ性性，頻域域抽樣的的內(nèi)插公公式為(5-13).10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)405.6.2模擬正弦弦振幅調(diào)調(diào)制與解解調(diào)正弦振幅幅調(diào)制的的概念在在現(xiàn)代通通信系統(tǒng)統(tǒng)中占有有重要的的地位。用攜帶帶信息的的低頻調(diào)調(diào)制信號(hào)號(hào)g(t)去調(diào)制高高頻正弦弦載波信信號(hào)c(t)后就得到到正弦振振幅調(diào)制制信號(hào)s(t)。如果記記信號(hào)g(t)、s(t)的頻譜分分別為G(j)、S(j)，則將調(diào)調(diào)制信號(hào)號(hào)g(t)的頻譜G(j)幅度衰減減一半后后再分別別向左、向右移移動(dòng)到以以-c和c為中心，就得到到了輸出出信號(hào)s(t)的頻譜S(j)，其中c稱為載波波頻率。如果調(diào)制制信號(hào)g(t)是帶寬有有限的，即存在在m，當(dāng)|m|時(shí)|G(j)|0，則要從從s(t)中解調(diào)出出g(t)是容易實(shí)實(shí)現(xiàn)的。具體方方法是：用信號(hào)號(hào)s(t)再次調(diào)制制相同的的正弦載載波c(t)，然后再再通過(guò)一一個(gè)幅度度為2、截止頻頻率為M且滿足mM2c-m的理想低低通濾波波器，理理想低通通濾波器器的輸出出y(t)就是原始始調(diào)制信信號(hào)g(t)。這種解解調(diào)方式式稱為同同步解調(diào)調(diào)或相干干解調(diào)。10/13/2022信號(hào)與系系統(tǒng)第第5章(Part2)415.6.2模擬正弦弦振幅調(diào)調(diào)制與解解調(diào)要能正確確實(shí)現(xiàn)調(diào)調(diào)制、同同步解調(diào)調(diào)的前提提條件是是載波信信號(hào)c(t)的頻率c必須不低低于調(diào)制制