第八章-通信系統(tǒng)課件

本章主要內(nèi)容：

作為傅里葉分析在工程實際中的應(yīng)用，本章將討論通信系統(tǒng)中的某些基本技術(shù)及其分析方法。1.正弦幅度調(diào)制——DSB調(diào)制與AM調(diào)制。2.同步解調(diào)與包絡(luò)解調(diào)；頻分復(fù)用（FDM）。3.單邊帶（SSB）幅度調(diào)制。

第8章通信系統(tǒng)CommunicationSystems4.脈沖串載波調(diào)制與時分復(fù)用（TDM）。5.脈沖幅度調(diào)制(PAM)與脈沖編碼調(diào)制(PCM)。1本章主要內(nèi)容：作為傅里葉分析在工程實際中的應(yīng)8.0引言(Introduction)一般的通信系統(tǒng)總是由以下環(huán)節(jié)組成:在通信系統(tǒng)中調(diào)制與解調(diào)是一種基本的技術(shù)。

調(diào)制是指用一個信號去控制另一個信號的某一個參量的過程。被控制的信號稱為載波(CarrierWave)；控制信號稱為調(diào)制信號(ModulationSignal)，也稱為基帶信號。變換器發(fā)送系統(tǒng)信道接收系統(tǒng)變換器消息信號信號消息調(diào)制解調(diào)28.0引言(Introduction)一般的通信系統(tǒng)在通信系統(tǒng)中廣泛采用調(diào)制技術(shù)是因為:

1.任何信道都有它自己的傳輸特性;2.信道的帶寬往往比一路信號的帶寬要大得多;3.若信號以電磁波形式發(fā)送到信道，當(dāng)發(fā)射天線的尺寸大約為信號波長的1/10或更大一些時，天線的輻射效率最高。對于語音信號來說，相應(yīng)的天線尺寸要在幾十公里以上，實際上不可能制造這樣的天線。4.調(diào)制過程將信號頻譜搬移到任何所需的較高頻率范圍，這就容易以電磁波形式輻射出去。3在通信系統(tǒng)中廣泛采用調(diào)制技術(shù)是因為:1.任何信道通常采用的調(diào)制方式:一.正弦載波的情況:根據(jù)被控制的參量分為:

AM------AmplitudeModulationFM------FrequencyModulationPM------PhaseModulation角度調(diào)制在正弦幅度調(diào)制中，又有帶載波和抑制載波的:AM/wc----AM/withcarrierAM/sc-----AM/suppressedcarrier4通常采用的調(diào)制方式:一.正弦載波的情況:根據(jù)被控制的參量分在抑制載波的正弦幅度調(diào)制中有雙邊帶、單邊帶、殘留邊帶：

DSB------Doubleside-bandSSB------Singleside-bandVSB------Vestigialside-band對正弦載波的情況，若調(diào)制信號是脈沖信號，則稱為：

ASK------幅度鍵控(AmplitudeShiftKeying)FSK------頻率鍵控(FrequencyShiftKeying)PSK------相位鍵控(PhaseShiftKeying)5在抑制載波的正弦幅度調(diào)制中有雙邊帶、單邊帶、殘留二.脈沖載波的情況:根據(jù)被控制的參量可分為:PAM------PulseAmplitudeModulationPWM-----PulseWidthModulationPPM------PulsePeriodic(Position)Modulation當(dāng)調(diào)制信號是脈沖編碼信號時,PCM------PulseCodeModulation6二.脈沖載波的情況:根據(jù)被控制的參量可分為:68.1正弦幅度調(diào)制(DSB)

幅度調(diào)制的數(shù)學(xué)模型是乘法器。為調(diào)制信號(基帶信號)，為載波信號，為已調(diào)信號。時稱正弦幅度調(diào)制。78.1正弦幅度調(diào)制(DSB)幅度調(diào)制的數(shù)若則由于8若則由于8表明:對基帶信號進(jìn)行正弦幅度調(diào)制，就等于在頻域?qū)⒒鶐盘柕念l譜搬移到載頻的位置。

為了在接收端能從恢復(fù)成,要求頻譜搬移過程中不發(fā)生頻譜重疊。為此，應(yīng)滿足：

1.必須帶限于。

2.

9表明:對基帶信號進(jìn)行正弦幅度調(diào)制，就等于在頻域?qū)⒒鶐盘柕?.2正弦AM的解調(diào)一.同步解調(diào):(Synchronousdemodulation)DemodulationforSinusoidalAM

顯然，只要濾掉第二項即可實現(xiàn)對的恢復(fù)。將再次與同頻載波相乘，有108.2正弦AM的解調(diào)一.同步解調(diào):(Synchrono1111所用理想低通濾波器的截止頻率要滿足:解調(diào)端所用的載波必須與調(diào)制時的載波完全同頻。此時，可采用如下系統(tǒng)實現(xiàn)解調(diào)：技術(shù)關(guān)鍵：12所用理想低通濾波器的截止頻率要滿足:解調(diào)端所用的載波必須載波相位的影響:

假定調(diào)制時的載波解調(diào)時的載波,則

是一個常數(shù)。此時，可以通過前面討論的解調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)解調(diào)。

當(dāng)不隨時間變化，而且時,13載波相位的影響:假定調(diào)制時的載波

可見，必須要求調(diào)制和解調(diào)時所使用的載波不僅要嚴(yán)格同頻，而且要相位同步(以保證相位差與時間無關(guān))。因此這種解調(diào)方法稱為同步解調(diào)(SynchronousDemodulation)。當(dāng)時，由于不能實現(xiàn)解調(diào)。14可見，必須要求調(diào)制和解調(diào)時所使用的載波不僅要嚴(yán)格同頻，而

采用頻率合成器以保證頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度，采用鎖相技術(shù)以保證相位同步。說明:由于在已調(diào)信號的頻譜中同時保留了基帶信號的上、下兩個邊帶，故稱其為DSB調(diào)制。這種調(diào)制方式只適合于點對點的通信。技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵:15采用頻率合成器以保證頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度，采用鎖相二.非同步解調(diào)(包絡(luò)解調(diào))：(EnvelopeDemodulation)16二.非同步解調(diào)(包絡(luò)解調(diào))：(EnvelopeDemo

要想從已調(diào)信號的包絡(luò)解調(diào)出原基帶信號，必須要求已調(diào)信號的包絡(luò)完全保留基帶信號的形狀，即要求調(diào)制信號始終非負(fù)。為此，要在DSB調(diào)制方案中加入足夠大的載波分量。17要想從已調(diào)信號的包絡(luò)解調(diào)出原基帶信號，必須要求已調(diào)信當(dāng)時,即可保證已調(diào)信號的包絡(luò)將會保留的形狀。

此時只需通過簡單的包絡(luò)檢波器即可實現(xiàn)從已調(diào)信號中解調(diào)出。這種調(diào)制方式被稱為標(biāo)準(zhǔn)的AM調(diào)制。18當(dāng)時,即可保證已調(diào)信1919

包絡(luò)解調(diào)付出的代價是發(fā)送功率的浪費。因為加入的載波并不攜帶任何有用信息，這部分功率的發(fā)射對有用信息的傳輸是無益的。

如果，定義為調(diào)制指數(shù)，顯然。

從功率利用的角度,越大越好；從包絡(luò)檢波的效果來看，越小越好。因此，在包絡(luò)解調(diào)中，通常折衷地取～20包絡(luò)解調(diào)付出的代價是發(fā)送功率的浪費。因為加入的載波并FrequencyDivisionMultiplexing信道具有相應(yīng)的頻率特性，不同信道對不同頻段的信號具有最佳傳輸特性。信道具有比信號帶寬大得多的頻帶。

8.3頻分多路復(fù)用(FDM)在前面的討論中已經(jīng)提到：頻分復(fù)用可以大大提高信道頻率資源的利用率。如果在一個信道中只能同時傳輸一路信號，顯然對有限的信道頻率資源是一種浪費。21FrequencyDivisionMultiplexin頻分復(fù)用圖8.15利用正弦幅度調(diào)制的頻分多路復(fù)用22頻分復(fù)用圖8.15利用正弦幅度調(diào)制的頻分多路復(fù)用22圖8.16圖8.15頻分多路復(fù)用系統(tǒng)中的有關(guān)頻譜23圖8.16圖8.15頻分多路復(fù)用系統(tǒng)中的有關(guān)頻譜23對頻分多路復(fù)用信號解調(diào)時，首先要解復(fù)用：從復(fù)用信號的頻譜中利用帶通濾波器濾出所需的一路信號，然后對該路信號進(jìn)行解調(diào)。24對頻分多路復(fù)用信號解調(diào)時，首先要解復(fù)用：從復(fù)用信號的25258.4單邊帶正弦幅度調(diào)制(SSB)Single-SidebandSinusoidalAmplitudeModulation268.4單邊帶正弦幅度調(diào)制(SSB)Single-Sideb2727SSB信號的產(chǎn)生:1.濾波法:利用邊帶濾波器，濾除一個邊帶。28SSB信號的產(chǎn)生:1.濾波法:利用邊帶濾波器，濾除一個(1)(2)(3)(4)+(5)2.移相法:其中：29(1)(2)(3)(4)+(5)2.移相法:其中：29(1)(3)(5)(2)(4)(2)＋(4)30(1)(3)(5)(2)(4)(2)＋(4)30P456第八章作業(yè)2010年5月7日8.2231P456第八章作業(yè)2010年5月7日8.22318.5脈沖串作載波的幅度調(diào)制一.脈沖串載波調(diào)制:

當(dāng)幅度調(diào)制的載波信號是脈沖串時，稱為脈沖串載波調(diào)制。AmplitudeModulationwithaPulse-TrainCarrier以下內(nèi)容同學(xué)們自己看：328.5脈沖串作載波的幅度調(diào)制一.脈沖串載波調(diào)制:當(dāng)幅其中：33其中：33脈沖串載波調(diào)制時能否解調(diào)出，與脈寬無關(guān)，從時域角度，在一個周期內(nèi)可以為每一路信號分配一個時隙，依次傳送多路信號。只要的最高頻率滿足，即可保證在中不發(fā)生頻譜的重疊，可以用理想低通濾波器從已調(diào)信號中解調(diào)出。低通的截止頻率要滿足。時分復(fù)用的思想:34脈沖串載波調(diào)制時能否解調(diào)出，與脈寬無關(guān)，從時二.時分多路復(fù)用TDM:(Time-DivisionMultiplexing)

在脈沖串載波的每個周期里，依次為各路信號分配一個相應(yīng)的時隙，在該時隙內(nèi)傳送這一路信號。只要各路信號的時隙彼此不重疊，就可以實現(xiàn)多路信號的同時傳送。在接收端通過循徊檢測實現(xiàn)解復(fù)用。時分多路復(fù)用的實現(xiàn)：35二.時分多路復(fù)用TDM:在脈沖串載波的每個周期里，3636時分多路復(fù)用的實現(xiàn)37時分多路復(fù)用的實現(xiàn)378.6脈沖幅度調(diào)制（PAM）一.PAM調(diào)制

以脈沖串作載波的幅度調(diào)制，在載波的寬度內(nèi)是以調(diào)制信號的原始波形為傳送對象的。由于此時滿足Nyquist抽樣率，因此,在時隙內(nèi)只需要傳送的一個樣本值即可。Pulse-AmplitudeModulation

PAM調(diào)制就是用在各時隙的樣本值去調(diào)制載波脈沖的幅度。一.PAM調(diào)制

以脈沖串作載波的幅度調(diào)制，在載波的寬度內(nèi)是以調(diào)制信號的原始波形為傳送對象的。由于此時滿足Nyquist抽樣率，因此,在時隙內(nèi)只需要傳送的一個樣本值即可。388.6脈沖幅度調(diào)制（PAM）一.PAM調(diào)制以脈沖二.PAM系統(tǒng)中的碼間干擾

對時分復(fù)用的PAM信號，在理想情況下，各路信號在傳輸過程中不發(fā)生波形失真，在接收端只要通過采樣判決就可以實現(xiàn)對每路信號的解復(fù)用。39二.PAM系統(tǒng)中的碼間干擾對時分復(fù)用的PAM信號，在

但是，在工程實際中，由于信道的非理想頻率特性及加性噪聲的引入，總會造成PAM信號的波形發(fā)生失真。從而產(chǎn)生碼間干擾，使采樣判決時刻得到的樣本值并非是該路信號應(yīng)該有的樣本值。40但是，在工程實際中，由于信道的非理想頻率特性及加性噪聲的產(chǎn)生碼間干擾的原因:

1.信道帶寬有限使脈沖的前后沿變緩;

2.非線性相位使群時延非恒定而產(chǎn)生相位彌散。41產(chǎn)生碼間干擾的原因:1.信道帶寬有限使脈沖的前后沿變緩;消除碼間干擾的方法:針對由于信道帶寬有限而產(chǎn)生的碼間干擾，應(yīng)該在形成PAM信號時，使用一種非矩形的脈沖作為載波。這種脈沖在所有采樣判決時刻都過零點，而且是帶限的，其最高頻率在信道的通帶內(nèi)。例如采用如下脈沖:42消除碼間干擾的方法:針對由于信道帶寬有限而產(chǎn)生的碼間

當(dāng)以這樣的脈沖作為PAM調(diào)制的載波時，就不會造成采樣判決時的碼間干擾。43當(dāng)以這樣的脈沖作為PAM調(diào)制的載波時，就不會造成采樣判決

更一般的情況，從頻域考慮，只要使是以奇對稱的。例如：44更一般的情況，從頻域考慮，只要使44其中45其中45

具有上述頻譜的脈沖在所有采樣判決時刻均過零點。在工程應(yīng)用中,常常用具有升余弦滾降特性的濾波器作為成形濾波器就是出于這樣的考慮,目的在于消除碼間干擾。

如果信道的頻率特性在通帶內(nèi)有起伏（或不恒定）還需要進(jìn)行信道幅度均衡；如果信道的相位特性非線性，則需要進(jìn)行相位均衡。否則，碼間干擾一定會產(chǎn)生。

46具有上述頻譜的脈沖在所有采樣判決時刻均過如果信道的頻三.數(shù)字脈沖幅度調(diào)制與脈沖編碼調(diào)制(PCM)PAM調(diào)制中信號的樣