現(xiàn)代通信原理教程（第二版）（黃文準(zhǔn)）教案全套 第1-8章

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（以2課時為單元）

課序授課日期授課班次授課教師批準(zhǔn)人

1

課題緒論

目的要求了解通信的發(fā)展，掌握通信系統(tǒng)的組成

（一）常用通信術(shù)語

教學(xué)內(nèi)容

（二）模擬信號和數(shù)字信號系統(tǒng)的組成

重點難點模擬信號和數(shù)字信號、碼元速率及信息速率

教學(xué)方法

理論講述為主，結(jié)合舉例進(jìn)行講解

手段

1）回顧與提問

2）課程講解

教學(xué)步驟3）課堂討論

4）小結(jié)

5）布置作業(yè)

復(fù)習(xí)

提問題

作業(yè)題目練習(xí)題一1.

通信系統(tǒng)的分類、通信方式

預(yù)習(xí)內(nèi)容信息度量

課時分配（以分鐘計算）

教學(xué)環(huán)節(jié)復(fù)習(xí)提問新課講解課堂討論每課小結(jié)布置作業(yè)

時間分配0851041

第1章緒論

一、通信與通信系統(tǒng)的一般概念

1.通信：傳輸與交換消息的過程。

2.電通信：用電信號攜帶所要傳遞的消息，然后經(jīng)過各種電信道進(jìn)行傳輸與交

換，以達(dá)到通信的目的。

3.通信系統(tǒng)：為完成通信任務(wù)所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)所構(gòu)成的總體。

二、通信發(fā)展簡史

1838年有線電報發(fā)明，成為使用電通信的標(biāo)志。

1876年有線電話發(fā)明，是現(xiàn)代通信的開端。

1878年第一個人工交換局，21個用戶。

1896年無線電報發(fā)明，無線通信的開端。

1906年電子管的發(fā)明，使有線、無線通信迅速發(fā)展。

20世紀(jì)30年代通信理論體系形成。

20世紀(jì)50年代晶體管和集成電路問世，模擬通信高速發(fā)展，數(shù)字通信方

式形成，計算機和通信技術(shù)密切結(jié)合，人機通信、機器與機器之間的通信逐

漸實現(xiàn)。

20世紀(jì)80年代通信網(wǎng)迅速發(fā)展，除傳統(tǒng)的電話網(wǎng)、電報網(wǎng)以外，其它先

進(jìn)的通信網(wǎng)蓬勃發(fā)展，如移動通信網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)、公用數(shù)據(jù)網(wǎng)、智能

網(wǎng)、寬帶交換網(wǎng)等。

三、通信系統(tǒng)的組成和各部分的作用

1.信源：原始信號的來源，其作用是將消息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號。（如電話機、

話筒、攝像機、計算機以及各種數(shù)字終端設(shè)備）

2.發(fā)送設(shè)備：對原始電信號進(jìn)行各種處理和變換，使它變換成適合于信道中傳

輸?shù)男问?。（調(diào)制、放大、濾波及數(shù)字發(fā)送設(shè)備中的編碼功能等）

3.信道（傳輸媒介）：發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間用于傳輸信號的媒介（有線和無

線兩大類）

4.接收設(shè)備：對接收的信號進(jìn)行處理和變換，以便恢復(fù)出對應(yīng)于發(fā)送端的原始

信號（放大、濾波、解調(diào)及數(shù)字接收設(shè)備中的譯碼等功能）

5.信宿（收信者）：原始信號的最終接收者，其作用是把接收設(shè)備恢復(fù)出來的原

始電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息（人、各種終端設(shè)備、計算機）

噪聲源：是信道中的噪聲和通信系統(tǒng)中其他部分所產(chǎn)生的噪聲的集中表示。

四、模擬通信與數(shù)字通信

1.模擬信號：凡信號參量的取值是連續(xù)的或取無窮多個值的，且直接與消息相

對應(yīng)的信號

2.數(shù)字信號：凡信號參量只能取有限個值，并且常常不直接與消息相對應(yīng)的信

號。

3.模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別：模擬（連續(xù)）信號不一定在時間上也連續(xù)；數(shù)

字（離散）信號不一定在時間上也離散

4.數(shù)字通信系統(tǒng)與模擬通信系統(tǒng)相比，其主要優(yōu)點在于：（1）抗噪聲性能好；

（2）數(shù)字接力通信（中繼）時可以消除噪聲的積累；（3）可以采用信道編碼

降低誤碼率，提高通信質(zhì)量；（4）便于加密，實現(xiàn)保密通信；（5）便于處理、

存儲、交換；（6）便于和計算機等連接，綜合傳遞各種消息，使通信系統(tǒng)功能

增強。

5.數(shù)字通信的主要缺點：它比模擬通信占據(jù)數(shù)倍甚至數(shù)十倍寬的系統(tǒng)頻帶。（以

電話為例，一路模擬電話通常占據(jù)4KHz的帶寬，但一路數(shù)字電路所要占據(jù)

20KHz?60KHz的帶寬，因此在頻帶時分緊張而對通信質(zhì)量沒有特殊要求的場

合，仍將沿用模擬通信。其優(yōu)點是以占據(jù)更多系統(tǒng)頻帶為代價的。）

［問題1］語音信號為模擬信號，所以傳輸語音信號的系統(tǒng)一定是模擬通信系統(tǒng),

此說法正確嗎？為何？

答：不對。因為語音信號可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后通過數(shù)字通信系統(tǒng)進(jìn)行

傳輸。

［問題2］數(shù)字電話與模擬電話有什么區(qū)別？

答：區(qū)別在于數(shù)字電話是數(shù)字通信系統(tǒng)，語音信號在信道中已經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字

信號；而模擬電話是模擬通信系統(tǒng)，語音信號在信道中仍然為模擬信號。

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（以2課時為單元）

課序授課日期授課班次授課教師批準(zhǔn)人

2

課題緒論

通信系統(tǒng)的組成、分類及通信方式；理解信息的定義及其度量，了

目的要求

解通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)。

（-）系統(tǒng)的組成和分類及通信方式數(shù)字通信系統(tǒng)的主要

教學(xué)內(nèi)容特點

（二）碼元速率、信息速率、頻帶利用率以及誤碼率

重點難點模擬信號和數(shù)字信號、碼元速率及信息速率

教學(xué)方法

理論講述為主，結(jié)合舉例進(jìn)行講解

手段

6）回顧與提問

7）課程講解

教學(xué)步驟8）課堂討論

9）小結(jié)

10）布置作業(yè)

復(fù)習(xí)

提問題

作業(yè)題目練習(xí)題一2、4、5、6

預(yù)習(xí)內(nèi)容信道定義

信道模型

課時分配（以分鐘計算）

教學(xué)環(huán)節(jié)復(fù)習(xí)提問新課講解課堂討論每課小結(jié)布置作業(yè)

時間分配0851041

1.3、通信系統(tǒng)的分類

1、按消息的物理特征分類（業(yè)務(wù)）

如電報、電話、數(shù)據(jù)、圖像通信系統(tǒng)

2、按調(diào)制方式分類

基帶傳輸：未經(jīng)調(diào)制的信號直接傳輸（音頻和數(shù)字基帶）

調(diào)制傳輸：對各種信號變換方式后進(jìn)行傳輸?shù)目偡Q。

3、按信號特征分類

最常用分為模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)兩大類

4、按信號復(fù)用方式分類

頻分復(fù)用：用頻譜搬移使不用信號占據(jù)不同的頻率范圍（主要用于模擬通信）

時分復(fù)用：用脈沖調(diào)制使不同信號占據(jù)不同的時間區(qū)間（主要用于數(shù)字通信）

碼分復(fù)用：用一組正交的脈沖序列分別攜帶不同的信號（主要用于擴頻通信）

5、按傳輸媒介分類

最常用分為有線（包括光纖）與無線

通信方式

1、按消息傳輸?shù)姆较蚺c時間關(guān)系分

單工：單方向傳輸（一點發(fā)、一點收）.例如遙控。

半雙工：通信雙方（兩點）均能收發(fā)消息但不能同時收發(fā)。例如無線對講機。

全雙工：通信雙方（兩點）能同時收發(fā)信號。例如電話。

2、按數(shù)字信號碼元的排列方式分

串序傳輸：將數(shù)字信號按時間順序一個接一個的傳輸，它占用一條通路。適

合遠(yuǎn)距離。

并序傳輸：將數(shù)字信號碼元序列分割成多路同時傳輸，

適合近距離。

七、通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)

（1）通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)主要有：有效性、可靠性、適應(yīng)性、標(biāo)準(zhǔn)性、經(jīng)濟(jì)性及

維護(hù)使用等。其中最主要的是有效性和可靠性，它們二者是對立統(tǒng)一的。

（2）模擬通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)

1.有效性

有效性可用單位時間內(nèi)傳送的信息量來衡量。模擬通信的有效性是指傳輸一

定的信息量所消耗的信道資源數(shù)（帶寬或時間），通常用有效傳輸帶寬來衡量。

同樣的消息采用不同的調(diào)制方式，則需要不同的頻帶寬度。頻帶寬度越窄，則

有效性越好。

2.可靠性

可靠性是指接收信息的準(zhǔn)確程度，模擬通信用均方差來衡量發(fā)送的模擬信號

與接收端恢復(fù)的模擬信號之間的誤差程度。在實際的模擬通信系統(tǒng)中，其可靠

性是用接收終端的輸出信噪比來度量的，這是因為在信道是理想的情況下，誤

差是由信號傳輸時的加性噪聲產(chǎn)生的，而加性噪聲一般用信噪比衡量。信噪比

越大，通信質(zhì)量越高。

（3）數(shù)字通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)

1.有效性

數(shù)字通信的有效性用傳輸速率來衡量。

（1）碼元速率（傳碼率）

碼元及碼元長（寬）度：在數(shù)字通信中常用時間間隔相同的符號來表示一

位N進(jìn)制信號，此時間間隔內(nèi)的信號稱為N進(jìn)制碼元，時間間隔的長度稱

為碼元長度。

碼元速率：指單位時間傳輸?shù)拇a元數(shù)，以凡友示，單位：baud（波特，

簡記Bd）R,=l/7；,Ts為碼元長度。

碼元速率與數(shù)字信號進(jìn)制沒有關(guān)系，只與碼元長度有關(guān)。

（2）信息速率（傳信率）

單位時間傳輸?shù)男畔⒘繛樾畔⑺?用以表示，單位bit/s（比特/秒）。

對于一個M進(jìn)制數(shù)字信號，R,=R^2M,信息速率與進(jìn)制有關(guān)。

對于二進(jìn)制數(shù)字信號，'=凡1'時簡稱它們?yōu)閿?shù)碼率。

（3）頻帶利用率

“=B為傳輸帶寬

［例題］某消息用十六元碼序列傳送時，碼元速率是300baud,問：其信息速率

為多少？若改用二元碼序列傳送該消息，試求信息速率為多少？

解：舄八6=（log216）xRs%=4X300=1200（。0/$）

=Rs->=Rs"-300（Z?Z7/5）

2.可靠性

數(shù)字通信的可靠性用差錯率來衡量。

（1）誤碼率

〃式差錯碼元數(shù)）

“凡（傳輸?shù)拇a元總數(shù)）

（2）誤信率

（錯誤消息的比特數(shù)）

Pb~，"里?傳輸消息的總比特數(shù)）

作業(yè)：一個四進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)，碼元速率為IkBd,連續(xù)工作1小時后，接

收端收到的錯碼為10個，（1）求誤碼率；（2）四個符號獨立等概且錯一個碼元

時發(fā)生Ibit信息錯誤，求誤信率。

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（以2課時為單元）

課序授課日期授課班次授課教師批準(zhǔn)人

3

課題第二章信道

目的要求理解信道定義及數(shù)學(xué)模型

（-）狹義信道和廣義信道的定義

教學(xué)內(nèi)容

（二）掌握調(diào)制信道和編碼信道的定義

重點難點調(diào)制信道和編碼信道的定義

教學(xué)方法

理論講述為主，結(jié)合舉例進(jìn)行講解

手段

11）回顧與提問

12）課程講解

教學(xué)步驟13）課堂討論

14）小結(jié)

15）布置作業(yè)

復(fù)習(xí)

提問題

作業(yè)題目練習(xí)題一1

信道的傳輸特性

預(yù)習(xí)內(nèi)容信道容量

課時分配（以分鐘計算）

教學(xué)環(huán)節(jié)復(fù)習(xí)提問新課講解課堂討論每課小結(jié)布置作業(yè)

時間分配0851041

第2章信道

一、信道

（1）信道的定義

信道：以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號通道

電纜

有線信道

光纜

狹義信道＜短波廣播

超短波

無線信道

衛(wèi)星通信

移動通信

廣義信道：除傳輸媒質(zhì)外，還包括有關(guān)發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、天線、Modem

（2）調(diào)制信道模型（連續(xù)系統(tǒng)）

共性:1）有一對（或多對）輸入、輸出端

2）線性的

3）對信號有延遲、損耗

4）無信號輸入時，仍有噪聲輸出

時變線性網(wǎng)絡(luò)模型為：

如果網(wǎng)絡(luò)的函數(shù)變換關(guān)系定義為人⑺，網(wǎng)絡(luò)的輸入為,⑺則網(wǎng)絡(luò)的輸出

e0（t）=k（t）e\t）+n（t）

注：左⑺:乘性干擾。恒參信道：-f）=常數(shù)

隨參信道：女⑺工常數(shù)

〃⑺:加性干擾。

二、白噪聲

（1）白噪聲的定義

功率譜密度在整個頻域內(nèi)都是均勻分布的噪聲，稱之為白噪聲，即

匕（0="2

式中，如是一個常數(shù)，單位為“瓦/赫茲”（W/Hz）。

白噪聲的自相關(guān)函數(shù)為即）=「有（。）］=城（/）/2

如果白噪聲服從高斯分布，則稱之為高斯白噪聲。高斯白噪聲在任意兩個不

同的時刻的取值不僅是不相關(guān)的，而且還是統(tǒng)計獨立的。

高斯白噪聲的功率譜密度匕（助=%/2

式中，〃o為單邊功率譜密度；〃o/2為雙邊功率譜密度。

（2）帶限白噪聲

如果白噪聲被限制在（次），/））之內(nèi)，則這樣的白噪聲稱之為帶限白噪聲

（理想低通白噪聲），即

0其豺

其自相關(guān)函數(shù)為R(T)=尸位3)]=廠&-4卬=加?？站S=Msa?"

1。2CO^T2]

白噪聲、理想低通白噪聲和理想帶通白噪聲的功率譜及其自相關(guān)函數(shù)如圖所示。

[例題]設(shè)信道噪聲是一個均值為0,雙邊功率譜密度為〃。/2的高斯白噪聲，接

收機輸入端的收濾波器是一個中心角頻率為0,、帶寬為B的理想低通濾波器，

且fc?B:

(1)求收濾波器輸出噪聲時域表達(dá)式和雙邊功率譜密度；

(2)求收濾波器輸出噪聲的自相關(guān)函數(shù)；

(3)求收濾波器輸出噪聲功率；

(4)寫出收濾波器輸出噪聲的一維概率密度函數(shù)。

解：(1)因為力.》8,所以收帶通濾波器輸出噪聲是一個窄帶

白噪聲，它的時域表達(dá)式為：

w(r)=n,(z)cos(oct-nQ(t)sincot

“(f)的雙邊功率譜密度為

Jyf.-B/2<\f\<fc+B/2

.0其他

片(7)的圖形如圖所示

(2)與(⑼=彌[2.3(0+Q)+(。一七)]

27rB2兀Bt

￡>2TB(69)C----Sa(-----)=BSa(兀Bl)

2萬2

根據(jù)傅里葉變換的頻移特性，得〃⑺的自相關(guān)函數(shù)

R⑺=&[BSa(乃0)”血'+BSaSBt)*、

1

=n()Bcos(o)j)Sa(4Bt)

(3)收濾波器輸出噪聲功率為

P=J：P"Mf七:泠df+媵"=

(4)〃⑺是一個均值為0,方差為“8的高斯過程，其一維概率密度為

,、1(…):1]丁

PM=、]—exp[r------]=,exp[------]

127rb2b兀n<,B2n0B

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4

課題第二章信道

目的要求理解信道的傳輸特性，掌握信道容量計算

（-）信道的加性噪聲

教學(xué)內(nèi)容

（二）信道容量的概念

重點難點信道容量的計算

教學(xué)方法

理論講述為主，結(jié)合舉例進(jìn)行講解

手段

16）回顧與提問

17）課程講解

教學(xué)步驟18）課堂討論

19）小結(jié)

20）布置作業(yè)

復(fù)習(xí)

提問題

作業(yè)題目練習(xí)題1、3、5

第三章3.1線性調(diào)制

預(yù)習(xí)內(nèi)容

課時分配（以分鐘計算）

教學(xué)環(huán)節(jié)復(fù)習(xí)提問新課講解課堂討論每課小結(jié)布置作業(yè)

時間分配0851041

三、信息及其度量

（1）信息量

若Xi出現(xiàn)的概率為名毛)，則其信息量為：

/(%,.)=loge—^―=-logaP(x,)=log,-^―=-lbP(x,.)單位比特(bit)

P(xJP(x,)

(2)平均信息量(信源熠)

設(shè)N種信息源中第i種信息出現(xiàn)m次，且其出現(xiàn)的概率為尸(七)，則整個

消息的信息量為：I=-￡ntlogP(x,)

i=\

N

統(tǒng)計平均信息量為：“(尤)=-2p(%)bgpa)

通過平均信息量計算總信息量，利用下式：I=H(x)-n

信息源中各種符號等概出現(xiàn)信息量最大，即：llogl=log/V

［例題］一個由字母A,B,C,D組成的字，對于傳輸?shù)拿總€字母用二進(jìn)制脈沖

編碼，00,01,10,11分別代表A,B,C,Do每個脈沖寬度為5ms。

1)各字母等概出現(xiàn)，求平均信息傳輸速率。

2)每字母出現(xiàn)可能性分別為4=(,?Pc=^,PD=^,求傳輸平均信息

速率。

解1)每字母傳輸時間為10ms,所以

n=-1-0-x1——0-3-=]00個

H(x)=(--^-log2—)x4=log24=2bit/symbol

Rh=H(x)-n=200bit/s

2)每字母平均信息量

11111133

W(x)=--log2---log2---log2---log2—=1.9S5bit/synbol

Rh=n-H(x)=\9S.5hit/s

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（以2課時為單元）

課序授課日期授課班次授課教師批準(zhǔn)人

5

課題第三章模擬調(diào)制系統(tǒng)

目的要求熟練掌握調(diào)制的意義，了解線形調(diào)制的一般模型

掌握幅度調(diào)制的原理（調(diào)制和解調(diào)，時域和頻域特性）及其抗

教學(xué)內(nèi)容

噪聲性能，AM調(diào)制、DSB調(diào)制、SSB調(diào)制

重點難點幾種典型的調(diào)制方式

教學(xué)方法

理論講述為主，結(jié)合舉例進(jìn)行講解

手段

21）回顧與提問

22）課程講解

教學(xué)步驟23）課堂討論

24）小結(jié)

25）布置作業(yè)

復(fù)習(xí)

提問題

作業(yè)題目練習(xí)題1、3

第三章3.2非線性調(diào)制

預(yù)習(xí)內(nèi)容

課時分配（以分鐘計算）

教學(xué)環(huán)節(jié)復(fù)習(xí)提問新課講解課堂討論每課小結(jié)布置作業(yè)

時間分配0851041

第3章模擬調(diào)制系統(tǒng)

本章教學(xué)要求：

1、掌握幅度調(diào)制的原理(調(diào)制和解調(diào)，時域和頻域特性)及其抗噪聲性能。

2、理解角度調(diào)制的抗噪聲性能和原理。理解各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較。理解頻

分復(fù)用(FDM)的

概念。

3、了解調(diào)制的定義和分類。

§3.1引言

一、什么是調(diào)制？

把基帶信號攜帶的信息轉(zhuǎn)載到高頻信號上的處理過程叫調(diào)制。

基帶信號：信源產(chǎn)生的未經(jīng)調(diào)制的信號。

如話音信號，300-3400赫茲。

高頻信號：不含信息的等幅單頻的高頻電波。如電磁波，300千赫茲以上。

二、為什么要調(diào)制？

1、適合信道的需要。

2、多路復(fù)用。

3、改善信噪比。

三、怎樣調(diào)制？

基帶信號為:m(t);

高頻載波信號為:c(t)=Acos(wct+j)；

1、A-A(t)=A(rhm(t)：稱為調(diào)幅--線性調(diào)制。

2、\vc—?v]t)=\vo+柏m(t)；稱為調(diào)頻---角度調(diào)制。

3、j—>j(t尸jo+kfm(t);稱為調(diào)相---角度調(diào)制。

得到三種基本調(diào)制方式。

線性調(diào)制原理

一一本節(jié)將學(xué)習(xí)幅度調(diào)制和解調(diào)原理一一

一、常規(guī)調(diào)幅(AM)：AmplitudeModulation

1、調(diào)制方法：

(1)抬高基帶信號m⑴的電平，使m⑴+A恒為正，

即要求A3|m(t)|max

(2)產(chǎn)生高頻等幅載波c(t)=cos(wct+j)；

(3)相乘：SAM(0=[A+m(t)]cos(wct+j);

2、調(diào)制信號的時域表達(dá)和波形：

SAM(t)=[A+m(t)]cos(wct+j);

A<|m(t))|max的過調(diào)制情況.應(yīng)避免。

思考題：如果發(fā)生過調(diào)制，會造成什么問題？

3、AM調(diào)制信號的頻譜和帶寬：

SAM(t尸Acos(Wct+j)+m(t)cos(wct+j)

SAM。戶Acos(wct+j)+m(t)cos(wct+j)

為簡單，可取j=0;作傅立葉變換：

S皿(。)=萬4[53+g)+6(0-g)]+；[M3+@c)+M(o-@c)】

4、能量和效率:

_A~_|m(f)|~

調(diào)制波能量為：22

其中信號能量為：二

「產(chǎn)⑺「<50%

因此，效率為：k+1加。)|-

單音信號為例：

m(/)=Acoscot;A<A;夕二'1^■叫調(diào)幅系數(shù)

A

貝生|W(oP=14；

n—_6皿<J_.

2A-+A-2+員小3

5、解調(diào)原理：

從已調(diào)的高頻波中恢復(fù)原信號的過程叫解調(diào)。

(1)包絡(luò)檢波(二極管單向通導(dǎo)性)

（2）低通濾波（除去高頻成分）Zc=l/jwC

（3）隔斷直流（恢復(fù)基帶波形）

過調(diào)制的解調(diào)產(chǎn)生失真:

二、雙邊帶調(diào)幅（DSB）：DoubleSideBand

AM方式效率太低，原因在于直流成分A引起的載波成分在調(diào)制信號中所占比例

太高。

1、調(diào)制方法：不加直流電壓，直接調(diào)制。

m（t）-------------------SDSBG）

--------?乘法器-------?

————

載波發(fā)生器

COS（3ct+6）

2、調(diào)制信號表達(dá)與波形:

SDSB(t)=m(t)cos(wct+j):

3、DSB調(diào)制信號的頻譜和帶寬:

除了沒有沖擊譜線之外，與AM完全相同。

雙邊帶調(diào)制信號帶寬仍然B=2fm

4、解調(diào)方法：

現(xiàn)在采用另一種解調(diào)方法--相干解調(diào)。

*思考：現(xiàn)在能不能仍采用包絡(luò)檢波法解調(diào)？

(1)提取同步信息，在接收端產(chǎn)生本地載波，要求與發(fā)端同頻同相：c'(t)=

cos(wct+j);

(2)用本地載波乘以接收的調(diào)制波：

s2

Sd(O=DSB(t),c'(t)=in(t)[cos(wct+j)]=

=m(t)[l+cos2(wct+j)]/2;

(3)低通濾波，除去cos2(wct)的高頻項。得到:

解調(diào)輸出信號So(t)=ui(t)/2:

與此相對應(yīng)，原先的包絡(luò)檢波則被稱為非相干解調(diào).

相干解調(diào)的原理框圖

相干解調(diào)的波形圖如下圖。其中，最左邊為輸入的雙邊帶調(diào)制信號，中上和右

上為相干解調(diào)的波形

圖；中下和右下為包絡(luò)檢波的波形圖。

5、相干解調(diào)的頻域解釋:

從頻域看，調(diào)制時乘以余弦就是頻譜搬移土<DC

解調(diào)時再乘以余弦，頻譜有被搬回來了。

基帶信號譜

DSB調(diào)制信號譜

-G)C

乘以本地載波后

ZY\______ZV\A

-2wC23c

通過低通濾波后

三、單邊帶調(diào)幅(SSB)：SingleSideBand

雙邊帶與AM調(diào)制相比，帶寬相同，效率大大提高了。實際上帶寬也是大有潛力可

利用的。因為

上、下邊帶是對稱的，只傳輸一邊就夠了。

1、單邊帶信號的產(chǎn)生和頻域表示：

在DSB調(diào)制的基礎(chǔ)上，用理想低通濾波器截取下邊帶；或用理想高通濾波器截

取上邊帶；

濾波法生成單邊帶信號的示意圖

卜1\a）\<（De

SSSB?）=SDSB3）,HZ（0）：W（0）=>

[0|。|<5

,fO\（D\<CD.

54（。）=5小￡0>%（0）：%（。）=,

U㈤20c

、（）q公

/|^?\SDSB3

/kHL（3）

_________

2、單邊帶信號的時域表達(dá)

以下邊帶為例：

SLSB（，）OS^B（。）=^DSB（。）。G2%（0）

SDSB（。）=（0+M）-M（0-g）］

G?。,（⑦）=7［Sg〃（o+叫）一Sg〃（力-統(tǒng)）］

$gn（@+0c）

一°c

SLSB（co）=；［"（?+0,）+Af（0-叫）］?；［sgn（?+"）-sgn（o-嗎）］

=；［"（0-0c）sgn（o+仁）-M（⑦+0c）sgn（o-q）］

+1［"（?+g）sgn（<y+o。）一M（o一屹）sgn（o-5）］

4

=；［"（0一嗎）+5/（?+線）］

+—［M（0+0c）sgn（0+coc）-M{co-0,sgn（a-絲）］

由公式：

Sg〃（f）0—

J3

利用對稱性:—O17TSg〃（-0）=-171Sg〃（6）

jt

—o-jSgM助

定義希爾伯特變換：而"）=7/1（0*—

7Tt

.f-0>O

作傅立葉變換：M⑺OM（0）EJSg〃（0）］=〈:

JM{CO）CO<0

表明希爾伯特變換的結(jié)果是將信號頻譜正負(fù)兩半分別相移士90。

J延：

市⑴sincoct=—[而?)/J-而⑺0-鞏’]

2j

<=>-jM(&pa)c)Sgn^pcoc)

而⑴sincoctO([Af(0+coc)Sgn(co+絲)一M(o-q)雙〃(0-

而—m(t)coscotU>(0+&)+“(。-A)1

24c

S

所以，LSB(0=~m(t)coscoct+:2(f)sincoct

同理SUSB6)=；，”(t)cos：.(f)sin(oct

以單音信號為例：

鞏。=4cos。/:

jA

SDSB(0=Amcosantcos0/=T[cos(e+0")f+cos(e-0M)t]

S的⑺=今cos(0,+。111V=*[cos0/cos-sincocsincomt]

IDS

S(，)-q)f=UHcosOr/cossf+sinAsillcomt]

可見，相當(dāng)于制。=4sin。/

cowcosqf='-{舛53+4)+53-4)]*1[63+々)+(53-&)]}

In

TT

=—[J(ty+^+tyw)4-J(ty+^-^w)+<5(fi>-^+d>w)+5(^-tyf-iyw)]

▲

sin/sin?o4{；T7[S(0+q)-S(0-q)[*；77[3(0+Q)-5(&-q)]}

=—?[b@+4+q)-5(0+4-q)-6(<y-q+q)+S@-4-4)]

▲

上兩項相加、減，便得分別到下、上邊帶調(diào)制信號:

3、單邊帶信號的解調(diào)：

仍采用相干解調(diào)的方式：

=S5sB(t)cos。/=="i(f)cos2±;而(f)sin<y/cos0j

=—[??(0(1+cos2。J)土m(t)sin2。/]

濾除23c的高頻成分后，得到輸出信號So{t)=m(t)/4

單邊帶信號的相干解調(diào)原理框圖

相干解調(diào)的頻域解釋：

從頻域看，調(diào)制時乘以余弦就是頻譜搬移土WC解調(diào)時再乘以余弦，頻譜又被搬

回來了。

三、殘留邊帶調(diào)幅:VestigialSideBand

產(chǎn)生單邊帶信號需要理想濾波器，這在實際電路中難以實現(xiàn)。殘留邊帶（VSB）

濾波器容易設(shè)

計，同時又能使上下邊帶頻譜巧妙地互補，解調(diào)后得到完整信號。

SDSB（。）=二（。+"醍]

設(shè)：雙邊帶信號

經(jīng)殘留邊帶濾波器處理變?yōu)椋篠j3E（0）=g[M（0+S）+M（0-0c）歷，（。）

解調(diào)時，乘以本地載波后頻譜再次搬移：

Sp(M=；[S肉+然)+SKSBQ-然)]

=—[M(?+2%)+”(?)]?Hv(co+eyc)+-(⑦)+M(⑦-2^)]-Hv(co+coc)

44

低通濾波后：

S（⑼=—M3）[%,（。+/）+H3-g）]

d4v

只要設(shè)計：

:M（。）.[H；,（o+0。）+（。-5）]=常數(shù)

原信號即可復(fù)原。

(O)

I&，sR。一吟

y

(b)

(a)殘留部分下邊帶的濾波器特性;

(b)殘留部分上邊帶的濾波器特性

［例］雙音信號頻率分別為0.5kHz和1.5kHz,進(jìn)行VSB調(diào)制。所用斜截式濾波器

的斜邊位于9kHz~11kHz。用圖解法求調(diào)制信號的時域表達(dá)。

m(t)

-1.5-0.50.51.5

'SDSB&)

-115：-(

oc9.5：1c

5/,Hv(f)8.5：10.5

/才

-11-10-9,SVSBG)91011

1

1.

-10.5-9.5-8.58.59.510.5'

333

SrsB(r)=—A?[cos(8.5x10xInt)+—cos(9.5x10xlut)+—cos(10.5xl0x2^/1)]

244

§3.3線性調(diào)制系統(tǒng)的信噪比分析

一、分析信噪比的基本思路

1.分析部位

在接收端，對解調(diào)器的輸入與輸出作分析。

2.分析方法

①計算輸入信噪比2=四

②計算輸出信噪比旦=也2

N。詔⑴

品

③計算信噪比得益率G=^

5

N

3.噪聲模型

①只考慮起伏噪聲，噪聲功率是信號帶寬之內(nèi)的部分

②線性調(diào)制系統(tǒng)中，噪聲是以窄帶高斯方式進(jìn)入信號的

二、DSB系統(tǒng)的抗噪性能分析

1.輸入信噪比

))1)

S,=啜⑴=[〃⑺COSWct]-=-7M-(0

M==2noBm

S,_吟，）

Nj~4M0B

2.輸出信噪比

So=，*（，）=；加2（，）

N°==—n0Bm

So_〃/《)

及一2%B

3.信噪比得益率

「品/N。

Cr=--------=2

SJM

三、SSB系統(tǒng)的抗噪性能分析

1.輸入信噪比

s,=s：a)=2"J(r)+：而

M=n0B=n0Bm

S:西

M~4n0B

2.輸出信噪比

s0—町⑺=~ni(')

lo

NnBnB

O=O=^Om

4

s。_〃J(f)

瓦—4%B

3.信噪比得益率

「S”。

G=--------=1

SJM

四、AM系統(tǒng)的抗噪性能分析

L輸入信噪比

S,=(?)==/+評⑺

M=〃oB=~n0Bm

Sj_A'+nr(t}

通~4n0B

2.輸出信噪比

①大信噪比情況A+m(t)鐘111(t)

S。="?[(，)=〃廠(，)

N。=noB=2noBm

so

N。2n°B

SJN,j2

②小信噪比情況A+m(t)TTTtn,(t)

E(f)zR(t)+[A+m(Z)]cos6?(f)R(f)=

發(fā)現(xiàn)信號m(t)仍然被噪聲形成的隨機變量cos%t)所調(diào)制，換言之，信號仍然被淹沒在噪聲的海洋之

中。

教案首頁

（以2課時為單元）

課序授課日期授課班次授課教師批準(zhǔn)人

6

課題第三章模擬調(diào)制系統(tǒng)

目的要求熟練掌握調(diào)制的意義，了解非線形調(diào)制的一般模型

掌握幅度調(diào)制的原理（調(diào)制和解調(diào)，時域和頻域特性）及其抗

教學(xué)內(nèi)容

噪聲性能，AM調(diào)制、DSB調(diào)制、SSB調(diào)制

重點難點幾種典型的調(diào)制方式

教學(xué)方法

理論講述為主，結(jié)合舉例進(jìn)行講解

手段

1）回顧與提問

2）課程講解

教學(xué)步驟3）課堂討論

4）小結(jié)

5）布置作業(yè)

復(fù)習(xí)

提問題

作業(yè)題目練習(xí)題1、3

第三章3.2非線性調(diào)制

預(yù)習(xí)內(nèi)容

課時分配（以分鐘計算）

教學(xué)環(huán)節(jié)復(fù)習(xí)提問新課講解課堂討論每課小結(jié)布置作業(yè)

時間分配0851041

§3.4非線性調(diào)制原理

一、調(diào)角波的時域表達(dá)

調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為調(diào)角。

S(t)=A0cos[<y/+^(0]

若調(diào)相，^(t)=,KP為調(diào)相靈敏度，則Sp.u⑴=/oCos[0j+Kp9(r)]

若調(diào)頻，應(yīng)使04。/+*?)]=0/+空9=。/+號附”)，則，

dtdt

P(t)=KFmJm(rRr：KF為調(diào)相靈敏度，貝U

-X

t

Sni(0=Aocoscoct+KFmjm(r>7r

_-w

L單音調(diào)角m(t)=cos。/

①調(diào)相SPM(r)=AoCOS,14-Ppcos%f]

SIN

②調(diào)頻Sa,(f)=Aocos[。工+尸F(xiàn)B

③調(diào)角P—&(p=—

%fu

2.窄帶調(diào)角

調(diào)角波中，m(t)出現(xiàn)在cos的自變最中，一般難以展開。但若相偏或頻偏較小，成為窄帶調(diào)角。

一般限定忸⑴Lh0.5n

窄帶調(diào)相S.虱(0=&cosCDct-Aom(t)sillcoct

A

窄帶調(diào)頻5%*必?)=ocosct)et-Ao(KF卜〃⑺djsin。/

3.單音寬帶調(diào)角

①調(diào)頻

SFM⑺=Aocos[coct+為sinoMt]

=Aocosg7COS(PFsin。/)一N。cos%，s皿夕F疝。/)

對COS(QFsin0")和sin@sin例))作傅里葉展開得

■HJO

Sg(f)=4。ZJ”(1)cos(0c+“0h

n=-x

②調(diào)相

Spy(f)=Aocos[0“+BpCOSOMO

￡「nzr

Spv(0=4?xJ，BP)COS3c+n??y+—

"--?L」-

二、調(diào)角波的頻譜和有效帶寬

對于單音寬帶調(diào)頻波：

0C

值

S(⑼=%ZJ”(%)忸(。-(yf-ncom)+3(CD+0C+n^m)]

”=-30

例如：B=3

]SFM(S)/(X4)

0.4860.486

0.339

1

0.13232

0|.

13°043

fr

-0.043

—0.26

-0.309

—0.339

可見，無窮多個頻率分最，其幅度正比于Jn(Bf)-n階貝賽爾函數(shù)

當(dāng)n>BfH時，MB。比較小，忽略不計

B=2(Ml)fM，--卡森公式

§3.5調(diào)角波的解調(diào)和抗噪性能分析

一、調(diào)角波的解調(diào)原理

1.調(diào)頻波的解調(diào)原理

%(t)n0(t)

對調(diào)頻波，SF3J(t)=4cos卜/+Kf|

先進(jìn)行微分，+號皿川sin［。/+號J碩)流］

再檢出其包絡(luò)，J(0=A［coc+KFm(t)\

去除直流后即得結(jié)果。So(t)=AKFm(t)

2.調(diào)相波的解調(diào)原理

對調(diào)相波，Spy(r)=NCOS[coct+Kpm(t)]

先進(jìn)行微分，*

sin[coet+KFm(t)\

再檢出其包絡(luò),

去除有流后即得結(jié)果。So(0=AKpm(t}

二、信噪比分析

1.輸入信噪比

1,(()

S=-A2,N=nB=2〃。(0+l)B=2〃。(,+1)-^

t2t0m7

A-

2露(■+1)外

2.調(diào)頻波非相干解調(diào)輸出信噪比（大信噪比情況）

SoKj-nr(t}

No〃。說

由于分充加）L,就有六等?辭;

對于單音信號，何⑴「3X=2〃尸?）貝I]

So3nA'pj

No2HQM

3.調(diào)相波非相干解調(diào)輸出信噪比（大信噪比情況）

2

So_7tAKpm-（f）

N。nocoM

S。啟優(yōu)m\t）

由于々=馬帆⑺L，---=------?--------

N。乙為仙⑴廣皿

對于單音信號，&=三"

N0-noC0M

4.信噪比得益率

調(diào)頻：G=6￡；@+1）「加單音信號：G=3/?“￡F+1）

|?n（0|mix

調(diào)相：3=2麻（丹+1）]竺學(xué)一。單音信號：G=￡；（夕p+1）

帆⑴「3

P值2345

Gm36108240450

GPM123680150

5.調(diào)角波的門限效應(yīng)

作為非相干解調(diào)，調(diào)角波也存在門限效應(yīng)。當(dāng)輸入解調(diào)器的信噪比小于10dB后,

輸出質(zhì)量將急

劇變壞，不可用。

§3.6各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較和計算

以工為參考的

類別B解調(diào)方式G

G

■|（滿調(diào)）￥滿調(diào)）

AM網(wǎng)非相干

2

DSB2BM相干1

SSBBM相干11

VSB略大于BM相干11

*

FM2(p-1)BM非相干3"(尸+1)

PM2(p+1)BM非相干+1)

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目的要求熟練掌握調(diào)制的意義，了解非線形調(diào)制的一般模型

掌握幅度調(diào)制的原理（調(diào)制和解調(diào)，時域和頻域特性）及其抗

教學(xué)內(nèi)容

噪聲性能，AM調(diào)制、DSB調(diào)制、SSB調(diào)制

重點難點幾種典型的調(diào)制方式

教學(xué)方法

理論講述為主，結(jié)合舉例進(jìn)行講解

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