通信原理電子教案

問題討論1:談?wù)剬νㄐ诺恼J(rèn)識。如：你見到過或接觸的與通信相關(guān)的內(nèi)容有些

什么？列舉一些通信的實(shí)例。

可以得出G通信的概念：克服距離上的障礙，交換和傳遞信息，將信息從發(fā)

送者傳送到接收者的整個(gè)過程。

問題討論2：通信原理應(yīng)該解決通信過程中的哪些問題？你對什么技術(shù)最感興趣?

你想要的通信方式是怎樣的？

通信原理的授課內(nèi)容:調(diào)制技術(shù)、模擬信號數(shù)字化技術(shù);數(shù)字基帶傳輸技術(shù)；

數(shù)字頻帶傳輸技術(shù)；復(fù)用技術(shù)與同步原理；差錯(cuò)控制技術(shù)等。

通信技術(shù)的發(fā)展：電報(bào)、無線電、電話、電視（模擬）、數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)

絡(luò)、衛(wèi)星通信、光纖通信等。

通信的基本知識：

1、消息：被傳輸?shù)奈淖?、符號、?shù)據(jù)和語音、活動圖片等，是信息的載體。

2、信號：指消息的電量形式，與消息是一一對應(yīng)的。

基帶信號：信源發(fā)出的未經(jīng)調(diào)制的信號。

頻帶信號：經(jīng)過調(diào)制具有較高頻率的信號。

3、信息：是事物的狀態(tài)及其隨時(shí)間發(fā)生的變化反映。指消息中的有效內(nèi)容，可

以用量化的形式來表示，它與消息出現(xiàn)的概率密切相關(guān)。

通信系統(tǒng)的組成及分類

通信系統(tǒng)的一般模型

1、信息源實(shí)際上是一個(gè)轉(zhuǎn)換設(shè)備，它將消息轉(zhuǎn)換成原始的電信號。可分為：模

擬信源和數(shù)字信源。

2、發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信息源產(chǎn)生的消息信號轉(zhuǎn)換成適合信道中傳輸?shù)男?/p>

號，即完成信息源與信道的匹配功能。

模擬通信系統(tǒng)通過調(diào)制將信號進(jìn)行頻譜搬移，數(shù)字通信系統(tǒng)采用抽樣編碼、

擾碼、調(diào)制等方式進(jìn)行匹配。

3、信道是指傳輸信息的通道，即信號傳輸?shù)拿浇?。可分為有線信道和無線信道。

4、接收設(shè)備主要完成發(fā)送設(shè)備的反變換功能，如解調(diào)、譯碼等。

接收設(shè)備是從帶有干擾的接收信號中正確分離出相應(yīng)的原始電信號，因而接

收設(shè)備的質(zhì)量將直接決定通信的質(zhì)量。

5、收信者也叫信宿，它將原始的電信號恢復(fù)成相應(yīng)的消息。

調(diào)制及調(diào)制的目的

1、模擬通信系統(tǒng)發(fā)送設(shè)備的核心是調(diào)制器。

原始信號大都屬于基帶信號范疇,如話音信號:300~3400Hz,圖像信號0~6MHz。

這些信號不適合在信道中直接傳輸，要經(jīng)過調(diào)制。

2、調(diào)制：發(fā)送設(shè)備的核心是調(diào)制器，就是用基帶信號m⑴去控制載波c(t)的某

個(gè)參數(shù)，使這個(gè)參數(shù)隨調(diào)制信號m(t)的規(guī)律成比例變化。

3、調(diào)制的目的

提高信號頻率以便天線輻射

改變信號占用帶寬

實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用

改善系統(tǒng)性能

模擬通信系統(tǒng)模型

數(shù)字基帶通信模型

基帶

數(shù)

信號

字接收信

形

成

信濾波

信道

器

源器宿

噪聲源

數(shù)字通信系統(tǒng)模型

白

In

瓣翩崩源

數(shù)字系統(tǒng)編碼

信源編碼和信道編碼

信源編碼：實(shí)現(xiàn)模擬信號數(shù)字化，數(shù)據(jù)壓縮等

信道編碼：使數(shù)字信號與信道傳輸匹配；實(shí)現(xiàn)保密通信及差錯(cuò)控制等。

數(shù)字通信系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)

1、更好的抗失真和干擾的能力

2、容易實(shí)現(xiàn)，成本低，更具靈活性

3、差錯(cuò)控制編碼

4、容易實(shí)現(xiàn)保密通信

5、更適合數(shù)字業(yè)務(wù)，容易實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)合一

缺點(diǎn)：

數(shù)字信號具有更寬的頻帶

同步設(shè)備復(fù)雜

第二講緒論［鍵入文字］

通信系統(tǒng)的分類

按照通信的業(yè)務(wù)和用途

常規(guī)通信、控制通信

按照調(diào)制方式

基帶通信、調(diào)制通信

按照傳輸信號特征

模擬通信、數(shù)字通信

按照傳輸信號的復(fù)用方式

頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用

按照通信方式

單工通信、半雙工通信、全雙工通信

按照傳輸媒介

有線通信（明線、對稱電纜、同軸電纜）

無線通信（微波中繼通信.、衛(wèi)星通信、移動通信）

按照工作波長

長波通信、中波通信、短波通信、微波通信

通信系統(tǒng)的常用信道

有線信道：同軸電纜、光纖等

無線信道：微波通信

通信系統(tǒng)的性能度量

有效性、可靠性、標(biāo)準(zhǔn)性、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性、保密性等。有效性與可靠性是

主要指標(biāo)。有效性是指在給定信道和時(shí)間內(nèi)傳輸信息的多少?？煽啃允峭ㄐ畔到y(tǒng)

傳輸信息質(zhì)量上的象征，指的是接收信息的準(zhǔn)確程度。

模擬通信中，有效性與可靠性由傳輸帶寬和信噪比保證。

數(shù)字通信中，有效性與可靠性由傳輸速率和誤碼率、誤比特率保證。

數(shù)字通信的傳輸速率

碼元：攜帶消息的信號單元，通常是多元數(shù)碼，也可以是二元數(shù)碼。

碼元傳輸速率Rs：單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)拇a元個(gè)數(shù)，單位為波特（Baud）。

信息傳輸速率Rb：單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘浚ɑ蛘呤潜忍財(cái)?shù)），單位是比特/

第二講緒論［鍵入文字］

秒,bit/s,bps。

1個(gè)N進(jìn)制碼元，用二元碼表示應(yīng)有多少比特（bit）?

Rb=Rs.log2Nbit/s

例1-1：已知某八進(jìn)制數(shù)字傳輸系統(tǒng)，發(fā)送端在3秒鐘內(nèi)共發(fā)送9600個(gè)碼元。計(jì)

算該系統(tǒng)的碼元傳輸速率和信息傳輸速率。

誤碼率Pb與誤比特率Pe

p_接收端收到錯(cuò)誤的碼元個(gè)數(shù)F-接收端收到錯(cuò)誤的比特?cái)?shù)

”-傳輸總的碼元個(gè)數(shù)-1-傳輸總的比特?cái)?shù)

誤碼率Pb與誤比特率Pe的關(guān)系：當(dāng)二元碼傳輸時(shí)，兩者相等，其它情況下

旦=產(chǎn)一，其中N為進(jìn)制數(shù)。

h2（N-1）

例1-2:已知某四進(jìn)制數(shù)字傳輸系統(tǒng)，其信息傳輸速率為2400bit/s,接收端在一

小時(shí)內(nèi)共接收到216個(gè)錯(cuò)誤碼元，計(jì)算該系統(tǒng)的誤碼率和誤比特率。

頻帶利用率不單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率，單位為波特/赫茲（Baud/Hz）,

顯然系統(tǒng)的頻帶利用率越高，則系統(tǒng)的有效性越好。

例1-3:在強(qiáng)噪聲干擾環(huán)境下，某電臺在5分鐘內(nèi)共接收到正確的比特?cái)?shù)為

355Mbit,假設(shè)系統(tǒng)的信息速率為1200KbpSo

（1）系統(tǒng)的誤比特率。

（2）若具體指出系統(tǒng)所傳輸?shù)臄?shù)字信號為四進(jìn)制，試求信息傳輸速率和碼

元傳輸速率。

第三講杏農(nóng)定理［鍵入文字］

信息量和嫡

信息量：信息多少的量度。1928年R.V.L.哈特萊首先提出信息定量化的初步

設(shè)想，他將消息數(shù)的對數(shù)定義為信息量。

信源燧:信源各個(gè)離散消息的信息量的數(shù)學(xué)期望（即概率加權(quán)的統(tǒng)計(jì)平均值）

信源嫡的單位是Bit/sign=

哈特萊信息度量關(guān)系

/=log〃-y—=-l°g?〃（%）

〃（1）

若以2為底時(shí)單位是“比特”（bit）

若以e為底時(shí)單位是“奈特”（nat）

若以10為底時(shí)單位是“哈特”（Hart）

例2-1:已知某離散信源由A、B、C、D四個(gè)符號組成，其發(fā)送概率分別為

符號ABCD

概率1/41/81/21/8

若每個(gè)符號的出現(xiàn)都是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。求傳送“BABCCDBDCBBAAB”所包含的信息

量。

離散信源的嫡

離散信源的嫡即指離散信源的平均信息量。

W（X）=-^p（x;）log2p（xj

/=l

例2-2：求上例離散信源的嫡。

第三講杏農(nóng)定理［鍵入文字］

最大離散嫡定理

當(dāng)且僅當(dāng)各消息出現(xiàn)概率相等時(shí)，”(X)=log2〃？

信道容量

指信道在無差錯(cuò)傳輸信息時(shí)的最大信息傳輸速率。它反映了信道的傳輸能力。

香農(nóng)定理

q

C=Blog2(l+^),C:信道容量(bit/s)B：傳輸帶寬S/N：信噪比

香農(nóng)公式的重要結(jié)論

1、當(dāng)信道的傳輸帶寬一定時(shí)，接收端的信噪比越大，其系統(tǒng)的信道容量越

大。當(dāng)噪聲功率趨近0時(shí)，信道容量趨近無窮。

2、當(dāng)接收端的信噪比一定時(shí)，信道的傳輸帶寬越大，其系統(tǒng)的信道容量也

越大。當(dāng)信道帶寬趨于無窮時(shí)，信道容量并不趨于無窮，而是趨于一個(gè)固定值。

limC=limBlog,(l+—)=limSlog,(l+-^-)=—lim^^-log,(l+-^-)=—log,e=1.44—

2

BT8B*NbtsanaBn0Sn0Bn0n0

3、當(dāng)信道容量一定時(shí)，信道帶寬與信噪比可以互換。比如，可以通過增加系統(tǒng)

的傳輸帶寬來降低接收機(jī)對信噪比的要求，即以犧牲系統(tǒng)的有效性來換取系統(tǒng)的

可靠性，這也正是擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)。

例2-3：例：已知彩色電視圖像由500000個(gè)像素組成，設(shè)每個(gè)像素有64種彩色

度,每種彩色度有16個(gè)亮度等級。如果所有彩色度和亮度等級的組合機(jī)會均等，

并統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。

計(jì)算：

1)每秒傳送100個(gè)畫面所需的信道容量。

2)若接收機(jī)的信噪比為30dB,則所需的傳輸帶寬為多少。

第三講杏農(nóng)定理［鍵入文字］

例.如果一個(gè)由字母ABCD組成的字，將每個(gè)字母用兩位二進(jìn)制脈沖編碼,

其中00代表A,01代表B,10代表C,11代表D,每位寬度為5ms。

（1）當(dāng)不同的字母等概出現(xiàn)時(shí)，計(jì)算傳輸?shù)钠骄畔⑺俾省?/p>

（2）若每個(gè)字母出現(xiàn)的概率分別為PA=l/5,PB=l/4,PC=l/4,PD=3/10,計(jì)算傳

輸?shù)男畔⑺俾省?/p>

例.在強(qiáng)噪聲干擾環(huán)境下，某電臺在5分鐘內(nèi)共接收到正確的比特?cái)?shù)為

355Mbit,假設(shè)系統(tǒng)的信息速率為1200KbpSo

（1）系統(tǒng)的誤比特率。

（2）若具體指出系統(tǒng)所傳輸?shù)臄?shù)字信號為四進(jìn)制，試求信息傳輸速率和碼

元傳輸速率。

例.某信息源包含XYZW四個(gè)符號，這四個(gè)符號出現(xiàn)的概率相等，傳輸時(shí)采

用二進(jìn)制進(jìn)行，已知信息傳輸速率為1Mbps。

（1）碼元傳輸速率

（2）該信息源工作一小時(shí)后發(fā)出的信息量

第四講復(fù)習(xí)與作業(yè)評講［鍵入文字］

第五講模擬調(diào)制技術(shù)（AM和DSB）［鍵入文字］

調(diào)制的概念

用基帶信號（調(diào)制信號）去控制載波的某一個(gè)參數(shù)，使這個(gè)參數(shù)隨調(diào)制信號的

規(guī)律成比例的變化。經(jīng)過調(diào)制以后的信號稱為已調(diào)信號。

__________已謂信號

調(diào)制信號.調(diào)制器—，

管息信號”

基帶信號

笠酸信號

調(diào)制的目的及功能

1、利于信號輻射：通過調(diào)制技術(shù)將低通型的信息信號的頻譜搬移到較高的

頻率上，從而進(jìn)行有效的輻射。

2、實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用和頻率分配：

調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)信號在同一個(gè)信道中同時(shí)傳輸，以提高信道頻帶的利用率。

3、提高抗干擾性：

信息傳輸系統(tǒng)抗干擾的能力是衡量系統(tǒng)性能優(yōu)劣的個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適

的調(diào)制方式，可以改進(jìn)系統(tǒng)的抗干擾能力。

調(diào)制的分類

1.按調(diào)制信號不同來劃分：

①模擬調(diào)制：調(diào)制信號是連續(xù)變化的模擬量。

②數(shù)字調(diào)制：調(diào)制信號是離散的數(shù)字量

2.按載波信號不同劃分：

①連續(xù)波調(diào)制：載波信號是連續(xù)波形。

②脈沖調(diào)制：載波信號是脈沖波形。

3.按調(diào)制實(shí)現(xiàn)的功能不同來劃分：

①幅度調(diào)制：載波信號的幅度隨調(diào)制信號線性變化的調(diào)制。

②頻率調(diào)制：載波信號的頻率隨調(diào)制信號線性變化的調(diào)制。

③相位調(diào)制：載波信號的相位隨調(diào)制信號線性變化的調(diào)制。

4.按調(diào)制器的傳輸函數(shù)來劃分：

①線性調(diào)制：已調(diào)信號的頻譜與輸入調(diào)制信號的頻譜之間是線性搬移

②非線性調(diào)制：已調(diào)信號頻譜與輸入調(diào)制信號的頻譜之間是非線性搬移

第五講模擬調(diào)制技術(shù)(AM和DSB)[鍵入文字]

幅度調(diào)制(連續(xù)波模擬調(diào)制)，它屬于線性調(diào)制。

模擬調(diào)制的分類

(AM

幅度調(diào)制既

模擬調(diào)制VVR

V0D

角度調(diào)制I?

[PM

常規(guī)雙邊帶調(diào)幅(AM)

-、調(diào)幅信號的時(shí)間表示及產(chǎn)生

如果輸出已調(diào)信號的幅度與輸入調(diào)制信號是線性對應(yīng)關(guān)系，或者說載波的幅

度在平均值處隨調(diào)制信號線性變化，且載波是單頻余弦信號時(shí).，就稱為常規(guī)雙邊

帶調(diào)幅(標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅)。

$八"⑺="⑴+A)]COS0/

AM調(diào)制器模型

從時(shí)間波形上可以看出，要使AM信號的波形與輸入信號成比例變化，應(yīng)該

滿足：A)^|/(OL

這時(shí)已調(diào)信號的包絡(luò)與調(diào)制信號成線性關(guān)系，如果不滿足這個(gè)條件，則將出

現(xiàn)過調(diào)制現(xiàn)象，已調(diào)波就會出現(xiàn)失真。

第五講模擬調(diào)制技術(shù)（AM和DSB）［鍵入文字］

過調(diào)制

如果A0不夠大，已調(diào)信號的包絡(luò)不一定與f（t）成正比，這樣無法采用包絡(luò)檢

波的方法檢出其包絡(luò)，無法無失真地恢復(fù)消息信號f（t）。此時(shí)已調(diào)信號的包絡(luò)與

調(diào)制信號之間已無線性的對應(yīng)關(guān)系，包絡(luò)與調(diào)制信號相比，出現(xiàn)了嚴(yán)重的失真,

通常稱這種現(xiàn)象為過調(diào)制。

二、AM信號的頻譜

SAM⑺=[4+/（，）]cos/

■AM（0）=萬4）瞬（0+々）+6（0_4）］+；［/（0+4）+/（0_利）］

必必=2叱“，已調(diào)信號的帶寬是基帶信號帶寬的兩倍。

由于已調(diào)信號的頻譜只是把基帶信號的頻譜搬移到了±4處,而沒有產(chǎn)生新

的頻譜成分，因此標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅屬于線性調(diào)制。

第五講模擬調(diào)制技術(shù)(AM和DSB)［鍵入文字］

~fc。fcf

(C)調(diào)制載波時(shí)域波形及其頻譜

(d)AM調(diào)幅信號時(shí)域波形及其頻

譜結(jié)構(gòu)

單頻調(diào)制

/(f)=A,"cos%f

s(t)=(4+A,“cos<y?/)cos6>/=4(1+cosa)t)cosa)t

AMA)mc

=4(1+PAMCOSCOSgt

其中4M為調(diào)制指數(shù)戶AM?1不會產(chǎn)生過調(diào)制

'產(chǎn)生過調(diào)制

第五講模擬調(diào)制技術(shù)（AM和DSB）【鍵入文字］

G）單頻調(diào)制信號的時(shí)域波形及其原譜結(jié)構(gòu)

COT

lOKHz

%=1

第五講模擬調(diào)制技術(shù)（AM和DSB）［鍵入文字］

常規(guī)雙邊帶調(diào)幅的特點(diǎn)

已調(diào)信號的包絡(luò)與調(diào)制信號成線性關(guān)系（正比）。

已調(diào)信號的頻譜中，在載波處有兩個(gè)沖激，但不攜帶調(diào)制信號信息，且需要

消耗大量功率。

已調(diào)信號頻譜中具有兩個(gè)上下對稱的邊帶分量，所以已調(diào)信號的傳輸帶寬是

調(diào)制信號帶寬的兩倍。

抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC）

雙邊帶調(diào)制的時(shí)間表示式SDSBQ）=f⑴cosg.t

.XvV^DSB■O

Icosd）cf

已調(diào)信號的頻譜為

SDSB（。）=I■［尸（/+以.）+尸（0一色.）］

BDSB=2匕

雙邊帶調(diào)制信號的頻譜是基帶信號的線性搬移，它也是線性調(diào)制

第五講模擬調(diào)制技術(shù)(AM和DSB)［鍵入文字］

DSB的特點(diǎn)

已調(diào)信號的包絡(luò)與調(diào)制信號不再呈線性關(guān)系，已調(diào)信號中無直流功率。

已調(diào)信號頻譜中具有兩個(gè)上下對稱的邊帶。

已調(diào)信號的帶寬是調(diào)制信號帶寬的兩倍。

魏以反和點(diǎn)

(c)DSR已調(diào)信號波形及其頻譜結(jié)

第六講模擬調(diào)制技術(shù)(SSB)［鍵入文字］

調(diào)制效率

AM調(diào)幅信號的功率分配

PAM=s；,”(f)=H4+/Q)]cos0j}2=#4+/Q)]2

11fT/21fT/2、

=—宙0+—limf24"?勸+—limf產(chǎn)6dt

2"27->8J-r/2072TibJ-r/2J

通常/??)是不含直流的交流分量，上式第二項(xiàng)應(yīng)為零

O

11-^—

???巴,"=5否7+p(，)="與

AM調(diào)幅調(diào)制效率：已調(diào)信號的平均功率是由載波功率和邊帶功率兩部分組

成，由于只有邊帶功率才與調(diào)制信號有關(guān)，因此定義邊帶功率(P/)與總功率(Pc+P/)

之比為調(diào)制效率。

Pf=#⑺而

PAMAL+1否+/2(f)

22

f(t)=A?cos%，n/2⑺=3

對于單頻信號:

BAM

HAM

2第+片2+限

對于單頻信號剛好發(fā)生過調(diào)制的臨界狀態(tài)時(shí)，即調(diào)幅指數(shù)(6AM)為1時(shí)，調(diào)

制效率最大，這時(shí)，調(diào)制效率為1/3。

在各種調(diào)制信號中，調(diào)制效率最大的是方波調(diào)制信號，調(diào)制效率可達(dá)到1/2。

由此可以看出在標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號中載波分量不攜帶信息，且占據(jù)了大部分功率,

而真正攜帶信息的邊帶分量卻只占據(jù)小部分功率。標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅的調(diào)制效率較低，是

一個(gè)重大缺點(diǎn)。

DSB的調(diào)制效率:

=S短⑺=^^=與，：Pc=°，PDSB=P,，：EDSB=1°0%

單邊帶調(diào)幅(SSB)

由于雙邊帶信號的上下邊帶是完全相同的，它們所攜帶的信息相同，完全可

第六講模擬調(diào)制技術(shù)(SSB)［鍵入文字］

以用一個(gè)邊帶來傳輸全部信息，這種調(diào)制方式除了節(jié)省載波功率，可以節(jié)省一半

傳輸頻帶。

單邊帶調(diào)幅(SSB)原理框圖:

SDSB⑺

m(?)MXA%?)ASSSB(/)

COS(Dc/

濾波器特性

AH(o)

1

-CDz0①cco

八H(。)

截止角頻率

〃(叫

/v\A①

一①H0①H

Sm(①)▲

上邊女邊帶下邊帶/、;7邊帶

----/V、—①

一①c0①C?

上邊帶頻譜A

八

一①c0

下邊帶頻譜4

0

第六講模擬調(diào)制技術(shù)(SSB)［鍵入文字］

濾波法形成SSB信號的主要缺點(diǎn)：要求濾波器的特性十分接近理想特性，即

在&處應(yīng)具有銳截止特性。

一般調(diào)制信號都具有豐富的低頻成分，經(jīng)調(diào)制后得到的DSB信號的上、下邊

帶之間的間隔很窄，這就要求單邊帶濾波器具有陡峭的截止特性，才能有效地抑制

無用的另一個(gè)邊帶。

實(shí)際濾波器從通帶到阻帶總有一個(gè)過渡帶(圖3-11,理想濾波器過渡帶為0),

這就使濾波器的設(shè)計(jì)和制作很困難，有時(shí)甚至難以實(shí)現(xiàn)。為此，在工程中往往采用

多級調(diào)制濾波的方法。

多級調(diào)制法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制：先在低載頻處產(chǎn)生單邊帶信號，然后通過多級

變頻搬移到更高的載頻處。

m(f)----------------------""i----------------------?用?)-----?SSSB。)

C0S?c|ZCOSCDc2r

多級調(diào)制中的歸一-化過渡帶值n

1工,其中力為濾波器的過渡帶寬，為載波頻率

JC

第六講模擬調(diào)制技術(shù)(SSB)［鍵入文字］

設(shè)模擬調(diào)制信號的頻帶范圍為(fL,fH),濾波器的歸一化過渡帶值為n,采用

單邊帶調(diào)制后第-一級載頻為fcl,。。第n級為fen,其中易知過渡帶值最大允許值為

2fLo

2

/(1=—=-=-Ax2=—=—=(-)A九=(2)”.

〃〃77,nnn,〃

例1：某單邊帶調(diào)制要求載頻為100MHz,調(diào)制信號頻帶為300~3000Hz,采

用三級調(diào)制實(shí)現(xiàn).

例2:已知話音信號頻率范圍為(300,3400)H乙現(xiàn)在要求用濾波法將其調(diào)

制到40MHz的載波頻段上，濾波器的歸一化過濾帶值為0.01,試給出調(diào)制方案。

相移法產(chǎn)生單邊帶信號

設(shè)單頻調(diào)制信號：X")=4coscomt

載波信號：'(/)=85口/

S“SB⑺=4“COS4JCOS%f

=14cosQ+%)f+；4cos(4—cojt

SUSB(0=7A?cos(<yc+gAmcoscomtcoscoct-：Amsincomtsincoct

第六講模擬調(diào)制技術(shù)(SSB)［鍵入文字］

SLSB⑺=gA,“cos（（yc-4）f=g4,coscomtcoscoj+1A,“sincomtsin（oct

希爾伯特變換：

上式中Amsincomt可以看作是Amcosa)mt相移-4/2，而幅度大小保持不變的結(jié)果。

把這一相移過程稱為希爾伯特變換，記為“人”。則有4“c6s綜f=A“sin*,上

式可以改寫為

SUSB。）=g4,cos（端+必?=：A”,coscosa）ct-1Amsincomtsincoct

1414

=-A?cos3mtcosa）ct--Amcos（omtsin①J

A

SLSB?)=14cos①，“coscoct+1A?,c0scomtsin3ct

任意一個(gè)基帶波形總可以表示成許多正弦信號之和。因此,把上述表述方法運(yùn)用

到任一調(diào)制基帶信號，可用n個(gè)余弦信號之和來表示，即x(t)=/co網(wǎng)-

/=1

就可以得到調(diào)制信號為任意信號的SSB信號的時(shí)域表示式：

SSSBQ)=gx")cos①"士gf")sin<yj,式中，“一”號表示上邊帶，"+"號表示下

邊帶。移相法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制如下圖：

單邊帶調(diào)制系統(tǒng)的特點(diǎn)

已調(diào)信號中無載波分量；

已調(diào)信號頻譜中只有一個(gè)邊帶分量；

已調(diào)信號的帶寬與調(diào)制信號帶寬相等；

采用濾波法實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制時(shí)，濾波器的設(shè)計(jì)難度大;

采用移相法實(shí)現(xiàn)時(shí)其移相網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)難度較大。

第七講模擬調(diào)制技術(shù)（線性調(diào)制的解調(diào)）［鍵入文字］

幅度調(diào)制信號的非相干解調(diào)一包絡(luò)檢波器

SSM(')

工作原理：假設(shè)檢波二極管是理想的，即在正向?qū)〞r(shí)阻抗為零，反向截止

時(shí)阻抗為無限大，信號源內(nèi)阻為當(dāng)輸入信號電壓為正半周期時(shí)，電容充電，

充電時(shí)間常數(shù)為&C，它應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于載波周期幾=1/人，即這種條

件下，電容很快充電到信號的峰值電壓；當(dāng)信號負(fù)半周期時(shí)，二極管截止，電容

通過電阻放電，要求常數(shù)R,C很大，即使電容很快又開始充電，迅

速達(dá)到信號峰值電壓處，這樣就得到鋸齒電壓波形，它非常接近于輸入信號得包

絡(luò)，經(jīng)過低通濾波和隔直流后，便可獲得/⑺完成解調(diào)。

由于只有AM信號的包絡(luò)與調(diào)制信號呈線性對應(yīng)關(guān)系，因此包絡(luò)檢波器只適

用于AM信號的解調(diào)。

幅度調(diào)制信號的相干解調(diào)

在接收端，將已調(diào)信號與本地載波相乘（同步檢測），并通過低通濾波器，恢

復(fù)出調(diào)制信號，叫相干解調(diào)（同步檢波）。

第七講模擬調(diào)制技術(shù)（線性調(diào)制的解調(diào)）［鍵入文字］

%⑺

LPF

cos叫

相干解調(diào)模型

對于AM信號

AM(t)=[A0+f(t)]cOSG)ct

/、r，”xJ+cos2cot

sP(0=IA)+/Q)]----2一

經(jīng)低通和隔直流后得s。⑺=/⑺/2

對于DSB信號

(、r/\21+COS2刃/r/\

S*)=/(f)cos-(OJ=-----~-f(t)

對于SSB信號

SSSBQ)=/Q)cos3ct±/(/)sincoct

2人

s〃(r)=/(r)coscoct±/(z)sina)ctcoscoct

=匕等%/⑴±型含,⑴

%(，)=與

結(jié)論：

只要本地參考載波與收到信號載波完全同步（同頻，同相），就可無失真地恢

復(fù)出信息信號。

例1：已知線性調(diào)制信號表達(dá)式為⑴coscos。/⑵（1+0.5sin6）cos。/,

式中@=6Q,。試分別畫出它們的波形圖和頻譜圖。

第七講模擬調(diào)制技術(shù)（線性調(diào)制的解調(diào)）［鍵入文字］

例2：已知某已調(diào)信號的表達(dá)式為s（t）=（0.5+sin4;rxl03f）cos6%xl06f

（1）請說明該系統(tǒng)的調(diào)制方式，并畫出調(diào)制原理框圖

（2）畫出已調(diào)信號的頻譜結(jié)構(gòu)

（3）設(shè)計(jì)一個(gè)解調(diào)器對該信號進(jìn)行解調(diào)

例3：已知某模擬信號頻率范圍為（500,4200Hz）,如果采用單邊帶方式調(diào)制到

80MHZ的載波上，假設(shè)濾波器的歸一化過度帶寬為0.01,請給出調(diào)制方案。

例4：設(shè)某信道具有均勻的雙邊噪聲功率譜密度p（/）=O.5xl（）3w/HZ,若采

用DSB方式傳送，載波頻率為100KHZ,調(diào)制信號帶寬為5KHZ,已調(diào)信號功

率為10KW,傳輸損耗為10dB,接收端進(jìn)行解調(diào)前，先通過一個(gè)理想帶通濾波器。

（1）該理想帶通濾波器應(yīng)該具有怎樣的傳輸特性

（2）該系統(tǒng)的信道容量

第八講模擬調(diào)制技術(shù)(角度調(diào)制)［鍵入文字］

使高頻載波的頻率或相位按調(diào)制信號的規(guī)律變化而振幅保持恒定的調(diào)制方

式，稱為頻率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM),分別簡稱為調(diào)頻和調(diào)相。因?yàn)轭l率

或相位的變化都可以看成是載波角度的變化，故調(diào)頻和調(diào)相又統(tǒng)稱為角度調(diào)制。

角度調(diào)制與線性調(diào)制不同，已調(diào)信號頻譜不再是原調(diào)制信號頻譜的線性搬移,

而是頻譜的非線性變換，會產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為非線

性調(diào)制。

由于頻率和相位之間存在微分與積分的關(guān)系，故調(diào)頻與調(diào)相之間存在密切的

關(guān)系，即調(diào)頻必調(diào)相，調(diào)相必調(diào)頻。

角度調(diào)制的基本概念

角度調(diào)制信號的表達(dá)式S")=Ac°s［例f+例)

瞬時(shí)相位⑴

瞬時(shí)角頻率dt

瞬時(shí)相位偏移叭n

d(p(t)

瞬時(shí)角頻率偏移dt

相位調(diào)制，是指瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號f⑴而線性變化。

⑴,其中即“為相位靈敏度系數(shù)。

SPM⑺=Acos.+kp,/⑴】

頻率調(diào)制，是指瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號f(t)而線性變化。

呼=女./。)，其中⑥為頻率靈敏度系數(shù)。

dt

(p(t)=￡kFMf(T)dr=*

t

SFM(t)=Acos［act+kFM

-00

單音調(diào)頻信號

調(diào)制信號/⑺=4"cos織J

第八講模擬調(diào)制技術(shù)(角度調(diào)制)［鍵入文字］

已調(diào)信號5次=Acos［。/+七*J/Q）力］=Acos［?/+/FMsin%〃

A

FMF

其中電”為調(diào)頻指數(shù)

瞬時(shí)角頻率口⑴=Q+KFMA,“COS(omt=a)c+pFMcomcoscomt

瞬時(shí)角頻偏A"')=BFM3mcoscomt

最大瞬時(shí)角頻偏八電訓(xùn)=%8m

瞬時(shí)相位"J+BFMsina)mt

瞬時(shí)相偏久‘)=外2畝”，

最大瞬時(shí)相偏""

單音調(diào)相信號

調(diào)制信號“)=4c°s*

已調(diào)信號5PM⑺=Acos［卯+勺/⑺］=Acos［(oct+KPMAmcos6yl

其中，BPM=KPMA”,為調(diào)相指數(shù)

瞬時(shí)相位3ct+PPMCOS@3

瞬時(shí)相偏"⑺=降COS6y

最大瞬時(shí)相偏△為”=夕?“

瞬時(shí)角頻率@一瓦應(yīng)sin(Dmt

瞬時(shí)角頻偏八①⑺=一瓦M(jìn)/sin

最大瞬時(shí)角頻偏“=為

調(diào)相與調(diào)頻的比較

在相位調(diào)制中，載波相位隨著調(diào)制信號線性地變化，而頻率調(diào)制中，載波頻

率隨著調(diào)制信號線性地變化。

若將調(diào)制信號先積分，再對載波進(jìn)行相位調(diào)制，即可得到頻率調(diào)制信號；反

之，如果對調(diào)制信號先微分后再對載波進(jìn)行頻率調(diào)制，就得到相位調(diào)制信號。

第八講模擬調(diào)制技術(shù)(角度調(diào)制)［鍵入文字］

僅從已調(diào)信號的波形是無法區(qū)分二者的關(guān)系。

AM

FM(c)單頻調(diào)幅信號波形

WWWWWWV

(d)單頻調(diào)頻信號波形

PM

>WV\AA/MWW\P

(e)單頻調(diào)相信號波形

窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻

當(dāng)最大相位偏移及相應(yīng)的最大頻率偏移較小時(shí)，即一般認(rèn)為滿足

<<看(或0.5),時(shí)，信號占據(jù)帶寬窄，屬于窄帶調(diào)頻(NBFM)。

反之，是寬帶調(diào)頻(WBFM)。

調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào)

直接法和間接法

(1)直接法。直接法就是用調(diào)制信號直接控制振蕩器的頻率，使其按調(diào)制

信號的規(guī)律線性變化。振蕩頻率由外部電壓控制的振蕩器叫做壓控振蕩器(VCO)。

每個(gè)壓控振蕩器自身就是一個(gè)FM調(diào)制器，因?yàn)樗恼袷庮l率正比于輸入控制電

壓，

a)j(t)=u)0+Kfm(t)

若用調(diào)制信號作控制信號，就能產(chǎn)生FM波。

第八講模擬調(diào)制技術(shù)（角度調(diào)制）[鍵入文字]

直接法的主要優(yōu)點(diǎn)：在實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的要求下，可以獲得較大的頻偏。缺點(diǎn)

是頻率穩(wěn)定度不高，往往需要附加穩(wěn)頻電路來穩(wěn)定中心頻率。

（2）間接法（倍頻法）。間接法是先對調(diào)制信號積分后對載波進(jìn)行相位調(diào)制,

從而產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號（NBFM）。然后，利用倍頻器把NBFM變換成寬帶調(diào)頻信

號（WBFM）。

調(diào)頻信號的解調(diào)

非相干解調(diào)

當(dāng)輸入調(diào)頻信號為加⑺=小制如+即

埒1（'）=+4門⑴]sin[<y（/+^.￡

這是一個(gè)幅度、頻率均含調(diào)制信息的調(diào)幅調(diào)頻信號，用包絡(luò)檢波器將其幅

度變化取出，并濾去直流后可得調(diào)制信號。

相干解調(diào)

(r)=Acosa)ct-[A^kff(T)dT]sinwj

設(shè)窄帶調(diào)頻信號為，近似有NBFM

相干載波C（'）=_sinwj

則相乘器的輸出為

A

sFM(r)(-singt)=-ysin2wct+f⑺dr](l-cos2wct)

5Ir-x>

A

則輸出為2

模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較

第八講模擬調(diào)制技術(shù)（角度調(diào)制）［鍵入文字］

調(diào)制方傳輸帶寬設(shè)備復(fù)雜度主要應(yīng)用

式

AM較小：調(diào)制器簡單，解調(diào)器中短波無線電廣播

23m

采用包絡(luò)檢波，也很簡單

DSB-SC中等：調(diào)制器簡單，但要同點(diǎn)對點(diǎn)的專用通信；

時(shí)傳送DSB小導(dǎo)頻信號，解低帶寬信號的多路

調(diào)器要采用相干解調(diào)，需要復(fù)用

同步信號

SSBBf⑴較大：調(diào)制器較復(fù)雜，涉及短波無線電廣播；話

高性能的濾波或者移相，解音通信，話音頻分多

調(diào)器采用相干解調(diào)，需要同路通信

步信號

FM中等：調(diào)制器較復(fù)雜，解調(diào)微波中繼、超短波小

2（。FM+1）%?）

器簡單功率電臺（窄帶）；

衛(wèi)星通信、調(diào)頻立體

聲廣播（寬帶）

第九講模擬信號數(shù)字化(抽樣)［鍵入文字］

數(shù)字化目的：

使模擬信號能在數(shù)字信道中傳輸

數(shù)字化方法

抽樣：信號自變量的離散化

量化：信號幅值的離散化

編碼：將離散化的信號變成數(shù)字信號

抽樣過程

理論上：抽樣過程=周期沖激序列X模擬信號

實(shí)際上：抽樣過程=周期性窄脈沖X模擬信號

低通模擬信號的抽樣

低通抽樣定理

設(shè)一個(gè)帶寬有限模擬信號f(t)的最高頻率為九，若抽樣頻率/S>2/H,則

可以由其抽樣信號序列fk(t)無失真地恢復(fù)原始信號f(t)o

說明

設(shè)信號f(t)的頻譜為F(f)o

若F(/H)=O,則/S>2/H;

若F(/H)W0，則fs>2/H。

奈奎斯特頻率￡=2九稱為奈奎斯特頻率。

抽樣過程的時(shí)域描述

設(shè)刖為模擬低通信號，6r(t)為周期性抽樣沖激序列，為⑺=￡>(/-“T)

-00

7為抽樣周期，抽樣過程可描述為

8

=/(f)Z河-〃T)

-00

-00

抽樣過程的頻域描述

設(shè)f(t)的頻譜密度為FW),以及可⑺3心3)=把

第九講模擬信號數(shù)字化（抽樣）［鍵入文字］

工（0）=；［尸（0）*斗（0）］

2萬

J8

=—/（0）*Zb（0-〃4）

，L〃=7_

］3

=-E/（。一”七）

/n=-<o

抽樣過程的波形和頻譜

按抽樣定理，已抽樣信號的頻譜就是將低通信號的頻譜延f的正負(fù)方向以fs

為周期進(jìn)行重復(fù)。

頻譜混疊

.s|

---------------------------------0

&rS|

居S

為什么會頻譜混疊？抽樣頻率fs<2fHo

帶通模擬信號的抽樣

帶通信號：設(shè)信號頻譜的高端截止頻率為加，低端截止頻率為人帶寬Bo

對帶通信號進(jìn)行抽樣時(shí)是否仍可以用低通信信號抽樣定理？

設(shè)帶通模擬信號f（t）的高端截止頻率為九，低端截止頻率為A,則抽樣頻率

為￡之2.1+￡|,時(shí)，則可以由抽樣信號序列fk（t）無失真地恢復(fù)原始信號f（t）o

式中，B=/H-/L?fH/B=n+k,n為不超過九/8的最大整數(shù)，04k<1。

已抽樣帶通信號的頻譜，是分別將抽樣信號f（t）的頻譜（正負(fù)方向的兩部分）每隔

fs周期性地重復(fù)。

例4-1:已知話音信號的頻率范圍為300~3400Hz,若將該話音信號進(jìn)行數(shù)字化傳

輸，求不失真的最低抽樣頻率。

第九講模擬信號數(shù)字化（抽樣）［鍵入文字］

第十講模擬信號數(shù)字化(量化)［鍵入文字］

實(shí)際抽樣過程:自然抽樣

T內(nèi)麻片幅度總而干幡度而依

(C)自然抽樣信號及其頻譜結(jié)構(gòu)

實(shí)際抽樣過程:平頂抽樣

=AAAAA..

0

(a)抽樣信號及其頻譜結(jié)構(gòu)

(c)平頂抽樣及其頻講結(jié)構(gòu)

第十講模擬信號數(shù)字化(量化)［鍵入文字］

抽樣信號的量化

量化的目的：將抽樣信號數(shù)字化。

量化的方法：

將抽樣值用n位二進(jìn)制碼元表示,則只能表示L=2n個(gè)不同的抽樣值。

共有L個(gè)離散電平，它們稱為量化電平。用這L個(gè)量化電平表示連續(xù)抽樣值的方

法稱為量化。

量化有均勻量化和非均勻量化兩種。

均勻量化

設(shè)：模擬抽樣信號的取值范圍：a?b，量化電平數(shù)=L

則均勻量化時(shí)的量化間隔為：Av=Si)/L

量化區(qū)間的端點(diǎn)為：+

量化誤差(噪聲)=1量化輸出電平-量化前信號的抽樣值|

信號量噪比=信號功率與量化噪聲之比(簡稱信號量噪比)

均勻量化的量化噪聲

設(shè)量化器的量化范圍為(-V,W),量化電平數(shù)為L,當(dāng)輸入信號不過載時(shí)，

V2

有量化噪聲為

對于單頻正弦信號S(f)=A,“cos(@f+9),經(jīng)過抽樣以后進(jìn)行均勻量化，則可

以計(jì)算出量化器的輸出信噪比為2===士冬L2O

N%2［v}

令人會則有231J。*,

兩邊取對數(shù)有

SNRJO吟=101g(3￡>2巧

?4.77+201gD+6.02/2

1

當(dāng)A,“=V,D時(shí),這時(shí)對應(yīng)量化器滿載時(shí)正弦波的最大信噪比

第十講模擬信號數(shù)字化(量化)［鍵入文字］

SNRM=1.76+6.02〃

均勻量化存在的問題

1、當(dāng)輸入大信號時(shí)所產(chǎn)生的量化信噪比高，而當(dāng)輸入小信號時(shí)所產(chǎn)生的信

號噪比低，不利于小信號的量化編碼。

2、較寬動態(tài)范圍的量化器需要較高的編碼效率,將會導(dǎo)致信號帶寬的增加。

因此，均勻量化主要用于統(tǒng)計(jì)特性分布均勻的信號，對于小信號出現(xiàn)概率大

的信號不適宜。

例4-2:

例4-3:

非均勻量化

非均勻量化的目的：

增加小信號時(shí)的信號量化信噪比，同時(shí)盡可能減少量化器的分層數(shù)。

非均勻量的基本思路

對幅度比較小的信號，采用較小的量化間隔；對幅度較大的信號，則采用較

大的量化間隔。

非均勻量化的方法

先對信號作非線性變換(用一個(gè)非線性電路將輸入電壓x變換成輸出電壓

y=f(x)),然后進(jìn)行均勻量化；

「.........................1

壓縮器和擴(kuò)張器

第十講模擬信號數(shù)字化（量化）［鍵入文字］

壓縮器是對小信號進(jìn)行放大，對大信號進(jìn)行壓縮。而擴(kuò)張器是對小信號進(jìn)行

壓縮，對大信號進(jìn)行放大。

壓縮器特性是小信號時(shí)斜率大于1,大信號時(shí)斜率小于1（見下頁圖）。如果

將縱坐標(biāo)均勻分級，由于壓縮的原因，結(jié)果反映到輸入信號就成了非均勻量化。

因此對經(jīng)過壓縮器處理后的信號進(jìn)行均勻量化，就等效為對抽樣信號進(jìn)行非

均勻量化。A律壓縮特性曲線如下圖：

1+lnA

尸

1+lnAx1

------------<X<1

11+lnAA

壓縮器輸出信號的幅值

x=壓縮器輸入信號的幅值y~

壓縮器輸出信號的最大幅值

壓縮系數(shù)A的性質(zhì)，A=1時(shí)無壓縮，A越大壓縮效果越明顯，國際標(biāo)

準(zhǔn)取A=87.6。

13折線壓縮特性一A律的近似

圖中x在。?1區(qū)間中分為不均勻的8段。1/2至1間的線段稱為第8段；

1/4至1/2間稱為第7段；1/8至1/4間稱為第6段；依此類推，直到。至1/128

間的線段稱為第1段。

縱坐標(biāo)y則均勻地劃分作8段。將這8段相應(yīng)的座標(biāo)點(diǎn)（x,y）相連，就得到了

第十講模擬信號數(shù)字化（量化）［鍵入文字］

一條折線。

除第1和2段外，其他各段折線的斜率都不相同：

折線段號：12345678

斜率:16168421%%

對交流信號，正負(fù)第1和2段斜率相同，故共有13段折線。

13折線特性曲線

〃率壓縮

ln(l+

0<x<1

ln(l+〃)

N=0時(shí)無壓縮，“越大壓縮效果越明顯，國際標(biāo)準(zhǔn)取〃=255

13折線法和15折線法比較

比較13折線特性和15折線特性的第一段斜率可知，15折線特性第一段的斜率

（255/8）大約是13折線特性第一段斜率（16）的兩倍。所以，15折線特性給

出的小信號的信號量噪比約是13折線特性的兩倍。但是，對于大信號而言，15

折線特性給出的信號量噪比要比13折線特性時(shí)稍差。在A律中入值等于87.6；

但是在〃律中，相當(dāng)人值等于94.18。A值越大，在大電壓段曲線的斜率越小，

即信號量化信噪比越差。

第十講模擬信號數(shù)字化（量化）［鍵入文字］

第十一講模擬信號數(shù)字化（編碼）［鍵入文字］

編碼：脈沖調(diào)制：PAM,PDM,PPM

PCM脈沖編碼調(diào)制：利用一組二進(jìn)制數(shù)字碼來代替連續(xù)信號的抽樣值，是一

種典型的語音信號數(shù)字化的波形編碼方式。

PCM編碼器

PCM解碼器

PCM的碼型選擇：主要有自然二進(jìn)制碼、折疊二進(jìn)制碼和格雷碼。

量化電平序號I折疊二進(jìn)制碼I自然二進(jìn)制碼格雷二進(jìn)制圖

1l111111loo0

151l10111OloO1

14111O1lc11

131loj

011OOl10

1U21lo-o

1oi11O11l-o0