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1、信号与系统,多媒体教学课件(第5章 Part 2),*,信号与系统 第5章(Part2),2,第5章抽样、调制与解调,5.0 引言 5.1 抽样定理 5.2 内插公式 5.3 模拟调制 5.4 模拟信号的解调 5.5 频分复用和时分复用,*,信号与系统 第5章(Part2),3,5.3 模拟调制,调制的概念在各种工程系统中起着重要的作用，尤其在通信系统中调制是核心。本节着重分析调制信号的频谱。 调制的实质就是把各种信号的频谱进行搬移，使它们互不重叠地占据不同的频率范围，即将信号分别托附于不同频率的载波上。,*,信号与系统 第5章(Part2),4,5.3.1 调制的分类,所谓“调制”，就是由携
2、带信息且需要传送的调制信号g(t)(有时又称为基带信号)去控制不含信息的高频载波信号c(t)的某一个或某几个参数，使这些参数按照信号g(t)的规律而变化，从而形成具有高频频谱的窄带信号s(t)，s(t)称为已调制信号。 简单地说，调制就是通过某一种方式将低频信号的频谱搬移到高频信号的频谱上去。,*,信号与系统 第5章(Part2),5,5.3.1 调制的分类,根据调制信号g(t)的不同，可以将调制分为：模拟调制和数字调制。 模拟调制是指调制信号g(t)为模拟信号的一种调制方式，数字调制是指调制信号g(t)为数字信号的一种调制方式。 模拟调制也可以称为连续时间信号的调制，按照调制器类型的不同模拟
3、调制可以分为： 幅度调制、频率调制和相位调制三种类型。,*,信号与系统 第5章(Part2),6,模拟调制的三种类型,幅度调制：调制信号g(t)改变载波信号c(t)的幅度参数。例如常规的调幅(AM)、抑制载波调幅(SC-AM)及脉冲调幅(PAM)。 频率调制：调制信号g(t)改变载波信号c(t)的频率参数。例如调频(FM)。 相位调制：调制信号g(t)改变载波信号c(t)的相位参数。例如调相(PM)。 模拟信号的幅度调制是通信系统中一种常用的调制方式，第一类幅度调制是载波信号是正弦波的幅度调制，按照调制后的信号频谱是否包含载波信号分为含载波信号的调幅(常规的AM调幅)、抑制载波的调幅(SC-A
4、M)、单边带调制(SSB)、残留边带调制(VSB)等，另一类重要的幅度调制是脉冲幅度调制(PAM)，其载波信号一般为周期矩形脉冲。,*,信号与系统 第5章(Part2),7,5.3.2 正弦振幅调制,正弦振幅调制通常有两种形式,c称为载波频率,取初相位qc=0 ，正弦函数载波信号的频谱为,调制后的输出信号s(t)频谱为,*,信号与系统 第5章(Part2),8,5.3.2 正弦振幅调制,【例5-2】 求三角脉冲调幅信号 的傅里叶变换，其中02。,解：例3-6已求得三角脉冲信号的傅里叶变换：,*,信号与系统 第5章(Part2),9,抑制载波的幅度调制(SC-AM),不含直流分量的调制信号g(t
5、) 的频谱,下边带，上边带,*,信号与系统 第5章(Part2),10,含载波的幅度调制(AM),含载波的幅度调制也称为常规调幅、AM调幅 g(t)=A0+f(t),*,信号与系统 第5章(Part2),11,*,信号与系统 第5章(Part2),12,5.3.3 脉冲幅度调制(PAM),载波信号是周期矩形脉冲的幅度调制称为脉冲幅度调制(Pulse Amplitude Modulation, PAM)，,*,信号与系统 第5章(Part2),13,5.3.3 脉冲幅度调制(PAM),*,信号与系统 第5章(Part2),14,5.4 模拟信号的解调,调制信号g(t)经幅度调制产生的已调信号通过
6、信道传输后，在接收端可以得到已调信号s(t)，从已调信号中恢复调制信号g(t)的过程称为解调。 实现解调的方法主要有同步解调和非同步解调两种。,*,信号与系统 第5章(Part2),15,5.4.1 同步解调,同步解调也称为相干解调，其实现的原理框图:,本地载波信号cos(wct)，要求与调制端的载波信号同步，即同频同相 H(jw)是幅度为2，截止频率为wm低通滤波器,*,信号与系统 第5章(Part2),16,理想滤波器,理想低通滤波器是物理不可实现的，但有关理想滤波器的研究并不因其无法实现而失去价值，实际滤波器的分析与设计往往需要理想滤波器的理论指导。 【例5-6】 设一个物理可实现的低通
7、滤波器如图5-17所示，元件参数满足 。 求该滤波器的H(jw)，并画出其幅度谱和相位谱， 求该滤波器的冲激响应h(t)。,图5-17 物理可实现的低通滤波器,*,信号与系统 第5章(Part2),17,*,信号与系统 第5章(Part2),18,*,信号与系统 第5章(Part2),19,【例5-8】 一个理想低通滤波器H(jw)的幅频和相频特性如图5-15所示，利用SC-AM调制来获得一个如图5-19的理想带通滤波器，并求出理想带通滤波器的冲激响应hd(t)。,图5-19 理想带通滤波器的特性,图5-15 理想低通滤波器的特性,*,信号与系统 第5章(Part2),20,解：图5-19理想
8、带通滤波器的频谱是把图5-15理想低通滤波器的频谱搬移到处，只是幅度与原来的一样。 因此理想带通滤波器的冲激响应hd(t)可以理解为理想低通滤波器的冲激响应h(t)与2cos(w0t)相乘所得的信号，即：,理想带通滤波器的冲激响应hd(t)是一个以等效低通滤波器的冲激响应为包络的正弦调幅信号。,*,信号与系统 第5章(Part2),21,正弦振幅调制的同步解调,*,信号与系统 第5章(Part2),22,*,信号与系统 第5章(Part2),23,wmwM2wc-wm,wcwm,*,信号与系统 第5章(Part2),24,抑制载波幅度调制(SC-AM)的同步解调,时域分析,*,信号与系统 第5
9、章(Part2),25,图5-22 SC-AM同步解调中各信号的频谱,*,信号与系统 第5章(Part2),26,含载波的幅度调制(AM)的同步解调,*,信号与系统 第5章(Part2),27,图5-23 AM同步解调中各信号的频谱,为了从g(t)中得到信号f(t)，需要将g(t)再通过一个隔直流电路以去除直流分量A0 .,*,信号与系统 第5章(Part2),28,5.4.2 非同步解调,不需本地载波信号的发射 优点是简化接受机的结构：只需用包络检波即可(二极管、电阻、电容组成) 发送端的发射信号中加入一定强度的载波信号 ，即合成发射信号为 。如果A足够大，对于全部的 t，A+g(t) 0,
10、 已调制信号的包络就是A+g(t)。可以恢复出g(t)。 技术简单，价格低，常用于民用通讯设备,*,信号与系统 第5章(Part2),29,5.4.2 非同步解调,不需本地载波信号的发射(续),*,信号与系统 第5章(Part2),30,5.4.3 脉幅调制的解调,脉幅调制信号的频谱被搬移了无数次，搬移后的频谱位置在 处，并保留了在低频处的原调制信号频谱，因此可以通过一个截止频率大于m而小于0-m的低通滤波器，恢复出调制信号g(t)。 在脉冲幅度调制时，如果调制信号的g(t)幅度恒大于零，调制后的信号包络与调制信号g(t)也呈线性关系，因此也可以采用包络检波器来恢复原来的调制信号g(t)。,*
11、,信号与系统 第5章(Part2),31,5.5 频分复用和时分复用,在一个信道上要同时传送多路信号，即采用复用的技术来实现多路信号在一条信道上同时传输信息。 常用的复用技术一般是频分复用、时分复用、码分复用及波分复用。,*,信号与系统 第5章(Part2),32,5.5.1 频分复用,所谓频分复用(Frequency Division Multiplex, FDM)就是以频段分割的方法在一个信道内实现多路通信的传输体制。,图5-27 利用正弦幅度调制的频分复用,*,信号与系统 第5章(Part2),33,图5-28 频分复用系统的相关频谱,*,信号与系统 第5章(Part2),34,频分复用
12、解调,*,信号与系统 第5章(Part2),35,5.5.2 时分复用,时分复用(Time Division Multiplex, TDM)是把一个传输通道进行时间分割以传送若干话路的信息，把N个话路设备接到一条公共的通道上，按一定的次序轮流的给各个设备分配一段使用通道的时间。,*,信号与系统 第5章(Part2),36,图5-33 时分多路复用原理框图,5.5.2 时分复用,*,信号与系统 第5章(Part2),37,图5-34 时分多路复用周期脉冲信号pi(t)时序图,*,信号与系统 第5章(Part2),38,5.5.3 TDM与FDM的比较,FDM是用频率来区分同一信道上同时传输的信号
13、，各信号在频域上是分开的，而在时域上是混叠在一起的； TDM是在时间上区分同一信道上传输的信号，各信号在时域上是分开的，而在频域上是混叠在一起的。,*,信号与系统 第5章(Part2),39,5.6 小结5.6.1 抽样定理,对于频率有限信号或时域有限信号f(t)，分别存在时域抽样定理或频域抽样定理。通常把时域抽样定理所确定的最低抽样频率fs称为奈奎斯特(Nyquist)频率，相对应的最大允许抽样时间间隔 称为奈奎斯特间隔。 在满足时域抽样定理的条件下，将理想抽样信号fs(t)输入具有合适带宽和增益的理想低通滤波器(5-9)后，滤波器的输出信号将完全恢复原始信号，式(5-10)称为抽样信号恢复
14、原信号的内插公式。 根据时域和频域对称性，频域抽样的内插公式为(5-13).,*,信号与系统 第5章(Part2),40,5.6.2 模拟正弦振幅调制与解调,正弦振幅调制的概念在现代通信系统中占有重要的地位。用携带信息的低频调制信号g(t)去调制高频正弦载波信号c(t)后就得到正弦振幅调制信号s(t)。如果记信号g(t)、s(t)的频谱分别为G(j)、S(j)，则将调制信号g(t)的频谱G(j)幅度衰减一半后再分别向左、向右移动到以-c和c为中心，就得到了输出信号s(t)的频谱S(j)，其中c称为载波频率。 如果调制信号g(t)是带宽有限的，即存在m，当|m|时|G(j)|0，则要从s(t)中
15、解调出g(t)是容易实现的。具体方法是：用信号s(t)再次调制相同的正弦载波c(t)，然后再通过一个幅度为2、截止频率为M且满足mM2c-m的理想低通滤波器，理想低通滤波器的输出y(t)就是原始调制信号g(t)。这种解调方式称为同步解调或相干解调。,*,信号与系统 第5章(Part2),41,5.6.2 模拟正弦振幅调制与解调,要能正确实现调制、同步解调的前提条件是载波信号c(t)的频率c必须不低于调制信号g(t)的最高频率m。在满足cm的条件下，同步解调端的理想低通滤波器的截止频率M满足mM2c-m就可以正确恢复原始调制信号g(t)。 根据调制信号g(t)中是否包含直流信号，可以将正弦振幅调
16、制再分为抑制载波的幅度调制(SC-AM)和含载波的幅度调制(AM)两类，它们都可以进行相干解调，含载波的幅度调制还可以通过包络检波进行非相干解调。,*,信号与系统 第5章(Part2),42,作业(P202),5-10 5-11,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。20.9.120.9.1Tuesday, September 1, 2020 2、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。11:43:0611:43:0611:439/1/2020 11:43:06 AM 3、越是没有本领的就越加自命不凡。20.9.111:43:0611:43Sep-201-Sep-20 4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。11:43:0611:43:0611:43Tuesday, September 1, 2020 5、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。20.9.120.9.111:43:0611:43:06September 1, 2020 6、意志坚强的人能把世界放在
