现代通信理论第四章

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1、调制的概念与作用 模拟调制技术 数字调制技术二进制数字调制数字信号的最佳接收理论多进制数字调制改进的数字调制 现代数字调制技术-MQAM、MTCM、OFDM等,第 四 章 数字信号的频带传输理论,频带传输系统研究的意义,从消息变换过来原始信号（基带信号）本身往往包含丰富的低频分量，甚至直流分量； 在某些具有低通特性的有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以直接传输， 即数字基带传输； 而大多数信道，如各种无线信道和光信道， 则是带通型的， 数字基带信号必须经过载波调制，把频谱搬移到高频载波处才能在信道中传输，接收端需要有解调过程，这种传输称为频带传输。 频带传输的理论主要研究

2、调制与解调原理。,4.1 调制的概念,所谓调制，就是按调制信号的变化规律去改变载波某些参数的过程。调制涉及两个输入信号和一个输出信号。* 两个输入信号为：调制信号 (也称基带信号)m(t)：信源发出的包含信息的原始电信号，从零频附近开始，如语音信号为3003400Hz， 图像信号为06MHz, 数字信号0 RB,。由于这种信号具有频率很低的频谱分量， 一般不宜直接传输，这就需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号。载波信号c(t)：用来承载信息、参数受调制信号控制，一般为高频，频率值由信道决定。* 一个输出信号为：在信道中传输的已调信号sm(t)。,一、调制的概念,调制概念的说明,在通

3、信系统的发送端通常需要有调制过程，而在接收端则需要有调制的反过程解调过程。,需要进行调制和解调的通信系统为频带传输系统，不需要进行调制和解调的通信系统为基带传输系统。,数字基带传输系统模型：,数字基带传输系统应用于近距离、有线通信的场合，如局域网连接、单位小交换机与市局交换机的连接。,二、调制的作用,1 . 进行频谱变换，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合信道传输的已调信号。,调制信号即为包含信息的原始信号，频率范围一般从零频附近开始，具有频率很低的频谱分量， 不宜直接传输。,每种信道都有特定的工作频率，多数为高频，即使是适合低频信号传输的某些有线信道如电话线、电缆

4、，在直流和很低频率处衰减非常剧烈，因此需要按信道允许工作频率对调制信号进行频率搬移，实现匹配。,如语音信号为3003400Hz， 图像信号为06MHz, 数字信号0 RB。,典型音频电话信道的幅度衰减特性-零频附近衰减剧烈,*如微波通信频率几G到几十GHz, FM广播频率88-108MHz, 800兆赫兹CDMA网络，交通通信集群系统*有线信道中的光纤通信1014Hz, 输电线通信可用频率40-500kHz。,信道频率的使用,各种信道在可用频段内还需要进行划分，,中国无线接入技术频率管理根据我国频率规划的基本原则和各类无线接入技术的特点，中国关于无线接入技术的频率规划如下： 460.5MHz4

5、62.0MHz中心站发射/450.5MHz452.0MHz终端站发射频段：用于FDD方式农村无线接入系统，采用模拟FDMA技术，但并不是农村无线接入系统专用频段，在该频段和各省、自治区、直辖市无线电管理委员会办公室有权指配的464.100MHz467.075MHz中心站发射/454.100MHz457.075MHz终端站发射频段内，在互不干扰的前提下，农村无线接入系统亦可与常规调频对讲机共用相同频段。鉴于这类系统的频谱利用率不高，且可用频率资源很少，所以适用于地广人稀、话务量小的农村地区。 1900MHz1920MHz频段：用于TDD方式的公众网或专用网无线接入系统。在该频段内可使用DECT技

6、术和PHS技术，为避免相互干扰，规定1900MHz1915MHz频段用于PHS技术，1905MHz1920MHz频段用于DECT技术。对于其它类似的TDMA/CDMATDD方式的无线接入技术及微功率（短距离）数字无绳电话接入技术，按信息产业部无线电管理局相关文件要求与DECT及PHS实现频率共用。 1800MHz1805MHz频段：用于TDD方式的公众网或专用网无线接入系统。在该频段内可使用具有我国自主知识产权的SCDMA技术。 1960MHz1980MHz中心站发射/1880MHz1900MHz终端站发射频段：在2002年底前，该频段可用于FDD方式公众网无线接入系统，用于固定无线接入业务，

7、可采用数字TDMA或CDMA技术。为满足我国第3代移动通信系统的核心频段的频率需求，该频段仅作为临时过渡规划，该频段内的无线接入系统设备只能使用至2002年底。为避免市话运营企业经受设备改频或停用的损失和阻碍移动通信的发展，现在严格控制在该频段内设置无线接入系统。若确需设置，须报信息产业部无线电管理局审批。,北京FM广播频段划分，,香港广播频段划分，,中央人民广播电台播出频率表,中央人民广播电台播出频率表,在保定听广播频率,AM中波段535-1601kHz,中央台频率639kHz,学校开通英语广播频率：,一校区FM87.2MHz；二校区FM 72.5MHz,调制的作用,在信道内同时传送多路信号

8、称为复用，各路信号频率范围相同，会重叠，只有通过调制才有可能区分开不同路信号。复用方式分类频分复用（FDM）时分复用（TDM）码分复用（CDM）波分复用（WDM）,2. 实现信道多路复用，提高系统的传输有效性。,各种复用都要通过调制实现。,调制的作用,3 . 通过选择不同的调制方式改善系统传输的可靠性。FM抗噪性能优于AM; 2PSK抗噪性能优于2ASK;,三、调制的分类,1按照调制信号m(t)分:,模拟调制：m(t)为模拟信号，如AM、DSB、SSB、VSB、FM、PM,数字调制：m(t)为数字信号，ASK、FSK、PSK等。,调制的分类,连续波调制C(t)=cosct 为连续正弦波, AM

9、、DSB、SSB、VSB、FM、PM、ASK、FSK、PSK等。,脉冲调制C(t)为周期性脉冲信号， PAM、 PDM、PPM、PCM、M、ADPCM等,2按照载波信号c(t)分,调制的分类,3.按照 m(t)对c(t)不同参数的控制分： 幅度调制：载波的幅度随调制信号线性变化的过程， AM、DSB、SSB、VSB、ASK、 频率调制：FM、FSK 相位调制：PM、PSK、DPSK,线性调制（幅度调制，AM、DSB、SSB、VSB） 非线性调制（角度调制FM、PM）。对于各种调制方式，分析的思路一致，基本从三个方面进行：,正弦波模拟调制（简称模拟调制），又分成：,4.2 模拟调制 4.2.1线

10、性调制（AM、DSB、SSB、VSB）,共同特点调制前后信号频谱只有位置变化，没有形状变化。,一、 调幅（Amplitude Modulation, AM）,1. 表达式与波形,其中m(t)的平均值为0 ， A0+m(t)0（包络检波不失真条件）,SAM(t)=A0+m(t)cosct，,调幅信号波形,2频谱与带宽,SAM()=A0(+c)+(-c)+M(+c)+M(-c),AM带宽：BAM=2fm,3功率分配,其中P0称为载波功率，Pf称为边频功率（两个边频）,4调制框图,5. 解调框图 （1）包络检波法 要求 A0+m(t)0,包络检波电路及工作过程：,（2）相干解调(同步检测）,要求：解

11、调用的载波要与调制用的载波同频同相，否则会产生失真。,6.问题：效率低。,二、抑制载波的双边带调幅（DSB-SC，简称双边带DSB）,1表达式与波形: sDSB(t)=m(t)cosct,2 .频谱与带宽:,SDSB()=M(+c)+M(-c),B DSB =2fm,3.功率分配,4.调制框图,5.解调框图相干解调,6.问题带宽占用多,三、单边带调制(SSB),产生SSB信号最直观的方法是让双边带信号通过一个边带滤波器，保留所需要的一个边带，滤除不要的边带。边带滤波其可以设计成理想低通特性H下()或理想高通特性H上()，就可分别取出下边带信号频谱S下()或上边带信号频谱S上() 。,DSB信号

12、包含有两个边带，即上、下边带。由于这两个边带包含的信息相同，因而，从信息传输的角度来考虑，传输一个边带就够了。这种只传输一个边带的通信方式称为单边带通信。单边带信号的产生方法通常有滤波法和相移法。, 1. 用滤波法形成单边带信号,形成SSB信号的滤波特性,SSB信号的频谱,带宽 B SSB =fm,用滤波法形成SSB信号的技术难点是，由于一般调制信号都具有丰富的低频成分，经调制后得到的DSB信号的上、 下边带之间的间隔很窄，这就要求单边带滤波器在fc附近具有陡峭的截止特性，才能有效地抑制无用的一个边带。这就使滤波器的设计和制作很困难，有时甚至难以实现。为此， 在工程中往往采用多级调制滤波的方法

13、。 ,对于单边带信号的滤波法产生中，有时滤波网络工艺复杂。目前除了滤波法产生外，还有其它的单边带信号产生方法。,滤波法形成SSB信号存在的问题,2.相移法产生SSB信号框图,-900移相网络相当于希尔伯特变换网络，即,相移法形成SSB信号的困难在于宽带相移网络的制作， 该网络要对调制信号m(t)的所有频率分量严格相移/2，这一点即使近似达到也是困难的。为解决这个难题，可以采用混合法（也叫维弗法, Weaver ）。,3. 用Weaver法形成SSB信号,其中， 2大于1，低通滤波器的截止频率为1，相加时，得到上边带，相减时得到下边带,综上所述： SSB调制方式在传输信号时，不但可节省发射功率，

14、而且它所占用的频带宽度为BSSB=fm，只有AM、 DSB的一半，因此，它目前已成为模拟通信中的一种重要调制方式。 SSB信号的解调和DSB一样不能采用简单的包络检波，因为SSB信号也是抑制载波的已调信号，它的包络不能直接反映调制信号的变化， 所以仍需采用相干解调。 ,说 明,5 .单边带信号的解调相干解调,6. 应用：载波通信，节省频带,7. 问题：边带滤波器陡, 实现困难,在低频成分较多的情况，往往采用残留边带调制。,它是介于双边带与单边带之间的一种线性调制，即克服了DSB占双倍带宽的缺点，又解决了SSB实现的难题。VSB不是将一个边带完全抑制，而是部分抑制，使其仍保留一小部分.1.产生方

15、法滤波法,四、 VSB（残留边带调制）,VSB频谱,带宽 Bfm2fm,HVSB()要满足互补对称特性过渡部分称滚降,2. 解调方法-相干解调,五、 线性调制的一般模型,几种线性调制都可用一般形式表示,只是不同调制类型，h(t)的选择不同。,六、 相干解调的一般模型,七、 DSB、VSB、SSB的插入大载波包络检波,使接收设备简化，如广播电视中图像传输采用。,4.2.2非线性调制（角度调制 FM,PM）,与线性调制相比，频谱除了位置移动，还有频谱结构的变化，FM与PM都是角度随m(t)变化。,一 、角度调制的一般表达式,1. FM瞬时频偏随调制信号（基带信号）成比例变化2. PM瞬时相偏随调制

16、信号（基带信号）成比例变化,二 、FM与PM,KF为频偏常数,KP为相移常数,3. 二者关系,假设调制信号为单频余弦,观察FM与PM的波形,调频,调相,例1.一个调角波 判断是FM还是PM？,调频,调相,思 考,答案：不能确定FM,PM,只有在m(t)给定时，才可确定,4. 最大频偏（ ,f）与最大相偏（调制指数）mf,为了简单，讨论m(t)为单一频率余弦情况（单音调制）,对FM:,对PM:,调频指数即最大相偏mf是影响带宽和输出信噪比的主要因素。,最大频偏 与最大相偏mf关系,FM、PM二者都有：,实际中FM比PM 应用更广，后面以FM分析为主。,三、 NBFM与WBFM:(窄带调频与宽带调频),为NBFM,不满足此条件，为WBFM,1. 窄带调频（NBFM）,有近似式,cossin,调频波的一般表示式为 sFM(t)=A cosct+,