第十章信號(hào)處理在通信和生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用

1、第十章 信號(hào)處理在通信和生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用1、內(nèi)容簡(jiǎn)介在通信系統(tǒng)中， 信號(hào)需要經(jīng)過調(diào)制以提高傳輸效率和傳輸質(zhì)量。 本章首先 闡述了連續(xù)時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間信號(hào)的幅度調(diào)制和解調(diào)、 頻分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用 的基本原理。生物神經(jīng)系統(tǒng)是非線性時(shí)變系統(tǒng)， 簡(jiǎn)要介紹了生物神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)元的生 理結(jié)構(gòu)和生化組成， 闡述了利用信號(hào)與系統(tǒng)的基本理論建立生物神經(jīng)系統(tǒng)的等 效電路和數(shù)學(xué)模型的基本方法， 并通過數(shù)值計(jì)算方法分析生物神經(jīng)系統(tǒng)的響應(yīng) 特性。2、學(xué)習(xí)要求（ 1） 理解信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)；（2） 理解頻分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用的基本原理；3、重點(diǎn)難點(diǎn)（1） 調(diào)制解調(diào)的基本概念；（2） 理解頻分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用的基本原理；4、應(yīng)用利

2、用MATLA分析信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)5、教案內(nèi)容（1）調(diào)制解調(diào)的概念調(diào)制: 將各種數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于信道傳輸?shù)臄?shù)字調(diào)制信號(hào) （ 已調(diào)信 號(hào)或頻帶信號(hào) ） ；解調(diào) : 在接收端將收到的數(shù)字頻帶信號(hào)還原成數(shù)字基帶信號(hào)。在某些有線信道中， 若傳輸距離不太遠(yuǎn)且通信容量不太大時(shí)， 數(shù)字基帶信 號(hào)可以直接傳送， 我們稱之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸。 而在另外一些信道， 特別 是無線信道和光信道中， 數(shù)字基帶信號(hào)則必須經(jīng)過調(diào)制將信號(hào)頻譜搬移到高頻 處才能在信道中傳輸，我們把這種傳輸稱為數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸。 2）時(shí)分復(fù)用技術(shù)時(shí)分復(fù)用技術(shù)（ time-division multiplexing, TDM, TDMA）

3、是將不同的信號(hào)相互交織在不同的時(shí)間段內(nèi)， 沿著同一個(gè)信道傳輸； 在接收端再用某種方 法，將各個(gè)時(shí)間段內(nèi)的信號(hào)提取出來還原成原始信號(hào)的通信技術(shù)。 這種技術(shù)可 以在同一個(gè)信道上傳輸多路信號(hào)。為了提高通信系統(tǒng)信道的利用率， 話音信號(hào)的傳輸往往采用多路復(fù)用通信 的方式。這里所謂的多路復(fù)用通信方式通常是指： 在一個(gè)信道上同時(shí)傳輸多個(gè) 話音信號(hào)的技術(shù)， 有時(shí)也將這種技術(shù)簡(jiǎn)稱為復(fù)用技術(shù)。 復(fù)用技術(shù)有多種工作方 式，例如頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用以及碼分復(fù)用等。時(shí)分復(fù)用是建立在抽樣定理基礎(chǔ)上的。 抽樣定理使連續(xù) （ 模擬） 的基帶信號(hào) 有可能被在時(shí)間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖值所代替。 這樣，當(dāng)抽樣脈沖占據(jù)較短 時(shí)間時(shí)，在

4、抽樣脈沖之間就留出了時(shí)間空隙， 利用這種空隙便可以傳輸其他信 號(hào)的抽樣值。因此，這就有可能沿一條信道同時(shí)傳送若干個(gè)基帶信號(hào)。時(shí)分多址TDMA是把時(shí)間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙 （無論幀或時(shí)隙都是互不重疊的） ，再根據(jù)一定的時(shí)隙分配原則，使各個(gè)移動(dòng) 臺(tái)在每幀內(nèi)只能按指定的時(shí)隙向基站發(fā)送信號(hào)，在滿足定時(shí)和同步的條件下， 基站可以分別在各時(shí)隙中接收到各移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)而不混擾。 同時(shí)，基站發(fā)向多 個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)都按順序安排。 在預(yù)定的時(shí)隙中傳輸， 各移動(dòng)臺(tái)只要在指定的 時(shí)隙內(nèi)接收，就能在合路的信號(hào)中把發(fā)給它的信號(hào)區(qū)分出來 . 3）頻分復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用頻分復(fù)用（ FDM， Frequenc

5、y Division Multiplexing ）就是將用于傳輸信 道的總帶寬劃分成若干個(gè)子頻帶 （或稱子信道），每一個(gè)子信道傳輸 1 路信號(hào)。 頻分復(fù)用要求總頻率寬度大于各個(gè)子信道頻率之和，同時(shí)為了保證各子信道中 所傳輸?shù)男盘?hào)互不干擾，應(yīng)在各子信道之間設(shè)立隔離帶，這樣就保證了各路信 號(hào)互不干擾（條件之一）。頻分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是所有子信道傳輸?shù)男盘?hào)以并 行的方式工作，每一路信號(hào)傳輸時(shí)可不考慮傳輸時(shí)延， 因而頻分復(fù)用技術(shù)取得 了非常廣泛的應(yīng)用。頻分復(fù)用技術(shù)除傳統(tǒng)意義上的頻分復(fù)用（ FDM夕卜，還有 一種是正交頻分復(fù)用（OFDM。傳統(tǒng)的頻分復(fù)用傳統(tǒng)的頻分復(fù)用典型的應(yīng)用莫過于廣電 HFC網(wǎng)絡(luò)電視信號(hào)

6、的傳輸了，不管 是模擬電視信號(hào)還是數(shù)字電視信號(hào)都是如此，因?yàn)閷?duì)于數(shù)字電視信號(hào)而言，盡管在每一個(gè)頻道（8 MHz）以內(nèi)是時(shí)分復(fù)用傳輸?shù)?，但各個(gè)頻道之間仍然是以 頻分復(fù)用的方式傳輸?shù)?。正交頻分復(fù)用OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing ）實(shí)際是一種多載 波數(shù)字調(diào)制技術(shù)。OFDM全部載波頻率有相等的頻率間隔，它們是一個(gè)基本振 蕩頻率的整數(shù)倍，正交指各個(gè)載波的信號(hào)頻譜是正交的。OFDM系統(tǒng)比FDM系統(tǒng)要求的帶寬要小得多。由于OFDMI用無干擾正交載 波技術(shù)，單個(gè)載波間無需保護(hù)頻帶，這樣使得可用頻譜的使用效率更高。另外， OFDM技術(shù)可動(dòng)態(tài)分配在子

7、信道中的數(shù)據(jù)，為獲得最大的數(shù)據(jù)吞吐量，多載波 調(diào)制器可以智能地分配更多的數(shù)據(jù)到噪聲小的子信道上。目前OFDMi術(shù)已被廣泛應(yīng)用于廣播式的音頻和視頻領(lǐng)域以及民用通信系統(tǒng)中，主要的應(yīng)用包括： 非對(duì)稱的數(shù)字用戶環(huán)線（ADSL、數(shù)字視頻廣播（DVB、高清晰度電視（HDT） 無線局域網(wǎng)（WLAN和第4代（4G移動(dòng)通信系統(tǒng)等。6、例題【例1-1】填空。1、將各種數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于信道傳輸?shù)臄?shù)字調(diào)制信號(hào)的過程稱為（調(diào)制）；在接收端將收到的數(shù)字頻帶信號(hào)還原成數(shù)字基帶信號(hào)的過程稱為（解週）。2、在通信系統(tǒng)中，信號(hào)需經(jīng)過調(diào)制以提高傳輸效率和傳輸質(zhì)量。信號(hào)的 調(diào)制方式主要為（幅度調(diào)制）與（角調(diào)制）。例 1-2】簡(jiǎn)答。1、什么是時(shí)分復(fù)用？時(shí)分復(fù)用技術(shù)（time-division multiplexing, TDM, TDMA）是將不同的信號(hào)相互交織在不同的時(shí)間段內(nèi)，沿著同一個(gè)信道傳輸；在接收端再用某種方 法，將各個(gè)時(shí)間段內(nèi)的信號(hào)提取出來還原成原始信號(hào)的通信技術(shù)。 這種技術(shù)可 以在同一個(gè)信道上傳輸