信號(hào)與線性系統(tǒng)管致中第章通信系統(tǒng)

第8章通信系統(tǒng)CommunicationSystems

本章主要內(nèi)容

作為傅立葉分析在工程實(shí)際中的應(yīng)用，本章將討論通信系統(tǒng)中的某些基本技術(shù)及其分析方法。1.正弦幅度調(diào)制——DSB調(diào)制與AM調(diào)制。2.同步解調(diào)與包絡(luò)解調(diào)；頻分復(fù)用（FDM）。3.單邊帶（SSB）幅度調(diào)制。4.脈沖串載波調(diào)制與時(shí)分復(fù)用（TDM）。5.脈沖幅度調(diào)制(PAM)與脈沖編碼調(diào)制(PCM)。6.離散時(shí)間正弦幅度調(diào)制。8.0引言(Introduction)一般的通信系統(tǒng)總是由以下環(huán)節(jié)組成:在通信系統(tǒng)中調(diào)制與解調(diào)是一種基本的技術(shù)。

調(diào)制是指用一個(gè)信號(hào)去控制另一個(gè)信號(hào)的某一個(gè)參量的過(guò)程。被控制的信號(hào)稱(chēng)為載波(CarrierWave)。變換器發(fā)送系統(tǒng)信道接收系統(tǒng)變換器消息信號(hào)信號(hào)消息調(diào)制解調(diào)在通信系統(tǒng)中廣泛采用調(diào)制技術(shù)是因?yàn)?

1.任何信道都有它自己的傳輸特性;2.信道的帶寬往往比一路信號(hào)的帶寬要大得多;3.若信號(hào)以電磁波形式發(fā)送到信道，當(dāng)發(fā)射天線的尺寸大約為信號(hào)波長(zhǎng)的1/10或更大一些時(shí)，天線的輻射效率最高?？刂菩盘?hào)稱(chēng)為調(diào)制信號(hào)(ModulationSignal)，也稱(chēng)為基帶信號(hào)。通常采用的調(diào)制方式:一.正弦載波的情況:根據(jù)被控制的參量分為:

AM------AmplitudeModulationFM------FrequencyModulationPM------PhaseModulation角度調(diào)制在正弦幅度調(diào)制中，又有帶載波和抑制載波的:AM/wc----AM/withcarrierAM/sc-----AM/suppressedcarrier在抑制載波的正弦幅度調(diào)制中有雙邊帶、單邊帶、殘留邊帶：

DSB------Doubleside-band雙邊帶SSB------Singleside-band單邊帶VSB------Vestigialside-band殘留邊帶對(duì)正弦載波的情況，若調(diào)制信號(hào)是脈沖信號(hào)，則稱(chēng)為：

ASK------幅度鍵控(AmplitudeShiftKeying)FSK------頻率鍵控(FrequencyShiftKeying)PSK------相位鍵控(PhaseShiftKeying)二.脈沖載波的情況:根據(jù)被控制的參量可分為:脈沖幅度調(diào)制、脈沖寬度調(diào)制、脈沖周期（位置）調(diào)制。PAM------PulseAmplitudeModulationPWM-----PulseWidthModulationPPM------PulsePeriodic(Position)Modulation當(dāng)調(diào)制信號(hào)是脈沖編碼信號(hào)時(shí)，稱(chēng)為脈沖編碼調(diào)制或PCM調(diào)制。PCM------PulseCodeModulation8.1正弦幅度調(diào)制(DSB)其中為調(diào)制信號(hào)(基帶信號(hào))，為載波，為已調(diào)信號(hào)。幅度調(diào)制的數(shù)學(xué)模型是乘法器。當(dāng)時(shí)稱(chēng)為正弦幅度調(diào)制。若暫時(shí)不考慮載波的相位，即已調(diào)信號(hào)的頻譜為：由于此時(shí)載波的頻譜為：上邊帶下邊帶表明:對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行正弦幅度調(diào)制，就等于在頻域?qū)⒒鶐盘?hào)的頻譜搬移到載頻的位置。為此，應(yīng)滿(mǎn)足：

1.必須帶限于。2.

為了在接收端能從恢復(fù)成,要求在頻譜搬移的過(guò)程中不能發(fā)生頻譜重疊。8.2正弦AM的解調(diào)將再次與同頻載波相乘，有:一.同步解調(diào):(Synchronousdemodulation)DemodulationforSinusoidalAM

顯然，只要濾掉第二項(xiàng)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)的恢復(fù)。技術(shù)關(guān)鍵：所用理想低通濾波器的截止頻率要滿(mǎn)足:解調(diào)端所用的載波必須與調(diào)制時(shí)的載波完全同頻。此時(shí)，可采用如下系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)解調(diào)：載波相位的影響:

假定調(diào)制時(shí)的載波解調(diào)時(shí)的載波,則

是一個(gè)常數(shù)。此時(shí)，可以通過(guò)前面討論的解調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)解調(diào)。

當(dāng)不隨時(shí)間變化，而且時(shí),

可見(jiàn)，必須要求調(diào)制和解調(diào)時(shí)所使用的載波不僅要嚴(yán)格同頻，而且要相位同步(以保證相位差與時(shí)間無(wú)關(guān))。因此這種解調(diào)方法稱(chēng)為同步解調(diào)(SynchronousDemodulation)。當(dāng)時(shí)，由于不能實(shí)現(xiàn)解調(diào)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵:

采用頻率合成技術(shù)以保證頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度，采用鎖相技術(shù)以保證相位同步。說(shuō)明:由于在已調(diào)信號(hào)的頻譜中同時(shí)保留了基帶信號(hào)的上、下兩個(gè)邊帶，故稱(chēng)其為雙邊帶(DSB)調(diào)制。這種調(diào)制方式只適合于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。二.非同步解調(diào)(包絡(luò)解調(diào))：

(EnvelopeDemodulation)

要想從已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)解調(diào)出原基帶信號(hào)，必須要求已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)完全保留基帶信號(hào)的形狀，即要求調(diào)制信號(hào)始終非負(fù)。為此，要在DSB調(diào)制方案中加入足夠大的載波分量。當(dāng)時(shí),即可保證已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)將會(huì)保留的形狀。

此時(shí)只需通過(guò)簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波器即可實(shí)現(xiàn)從已調(diào)信號(hào)中解調(diào)出。這種調(diào)制方式被稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)的AM調(diào)制。包絡(luò)解調(diào)眼付出的代熔價(jià)是發(fā)送靜功率的浪雅費(fèi)。因?yàn)樾尤氲妮d簡(jiǎn)波并不攜徑帶任何有江用信息，膜這部分功梢率的發(fā)射臉對(duì)有用信觀息的傳輸妻是無(wú)益的自。

如果，定義為調(diào)制指數(shù)，顯然。特例

當(dāng)調(diào)制信號(hào)是單音正弦時(shí)，在的情況下，已調(diào)信號(hào)的頻譜如下：此時(shí)，已珠調(diào)信號(hào)的室平均功率梯是載波功響率的1.5倍，而這滾些功率中饞真正用于態(tài)傳輸有用吧信息的邊針帶功率只沫是載波功嘴率的1/2拒，只占整個(gè)緒已調(diào)信號(hào)些總功率的1/3。已調(diào)信魯號(hào)的最脊大峰值瘋等于載痰波峰值洗的2留倍。這區(qū)就要求瘦發(fā)射機(jī)穿的峰值禍功率容臥限是載早波功率差的4扒倍，榨發(fā)射機(jī)趁的效率但是很低蹲的。

從功率利用的角度,越大越好；從包絡(luò)檢波的效果來(lái)看，越小越好。因此，在包絡(luò)解調(diào)中，通常折衷地取。Freq榮uenc豬yDi喂visi棒onM歪ulti斷plex細(xì)ing信道具謹(jǐn)有相應(yīng)哲的頻率紀(jì)特性，粘不同信餐道對(duì)不蛾同頻段單的信號(hào)斥具有最濁佳傳輸升特性。信道具鐮有比信雄號(hào)帶寬短大得多錢(qián)的頻帶腥。8.3閘頻分多路候復(fù)用(華FDM谷)在前面的地討論中已嚇經(jīng)提到：頻分復(fù)用嚇可以大大燭提高信道頻率資源的利喚用率。如果在好一個(gè)信粗道中只贈(zèng)能傳輸匯一路信是號(hào)，顯茅然對(duì)有闊限的信盛道頻率吃資源是洋一種浪抗費(fèi)。頻分復(fù)用對(duì)頻分那多路復(fù)度用信號(hào)懇解調(diào)時(shí)禁，首先疊要解復(fù)用：從復(fù)用盡信號(hào)的僅頻譜中扭利用帶憂(yōu)通濾波繩器濾出絕所需的苦一路信磨號(hào)，然皆后對(duì)該朽路信號(hào)青進(jìn)行解流調(diào)。頻分多路觀復(fù)用信號(hào)嗓的解調(diào)8.4驗(yàn)單邊帶正好弦幅度調(diào)銜制(SS析B)SSB森信號(hào)的僵產(chǎn)生:1.濾惰波法:利用邊筋帶濾波授器，濾給除一個(gè)邊邊帶。Sing屆le-S歌ideb充and降Sinu扒soid奏alA潤(rùn)mpli律tiud維eMo銀dula側(cè)tion(1)(2)(3)(4)+(5)2.樹(shù)移相法:其中：(1)(5)(2)(3)(4)8.5展脈臘沖串作勒載波的鞋幅度調(diào)塌制一.脈殘沖串載佩波調(diào)制矩:當(dāng)幅度伐調(diào)制的下載波信賢號(hào)是脈影沖串時(shí)填，稱(chēng)為脈沖串石載波調(diào)勁制。Amp姥lit男ude燈Mo照dul眾ati默on甚wit歲ha側(cè)Pu喪lse拳-Tr咱ain刊Ca沿rri勾er在頻域分串析：其中：脈沖串載波調(diào)制時(shí)能否解調(diào)出，與脈寬無(wú)關(guān)。從時(shí)域角度，在一個(gè)周期內(nèi)可以為每一路信號(hào)分配一個(gè)時(shí)隙，依次傳送多路信號(hào)。只要的最高頻率滿(mǎn)足，即可保證在中不發(fā)生頻譜的重疊，可以用理想低通濾波器從已調(diào)信號(hào)中解調(diào)出。低通的截止頻率要滿(mǎn)足。時(shí)分復(fù)用春的思想:二.梨時(shí)分多小路復(fù)用巾TDM:(Ti勝me-觸Div僅isi感on構(gòu)Mu曬lti擱ple涌xin尺g)在脈沖串曲載波的每租一個(gè)周期稻里，依次挨為各路信匪號(hào)分配一漆個(gè)相應(yīng)的按時(shí)隙，在呢該時(shí)隙內(nèi)快傳送這一聯(lián)路信號(hào)。扭只要各路矩信號(hào)的時(shí)行隙彼此不門(mén)重疊，就浸可以實(shí)現(xiàn)湊多路信號(hào)浮的同時(shí)傳疊送。在接慮收端通過(guò)循徊檢盒測(cè)實(shí)現(xiàn)解復(fù)拐用。時(shí)分多罪路復(fù)用蘿的實(shí)現(xiàn)菠：時(shí)分多重路復(fù)用時(shí)分多這路復(fù)用漲的實(shí)現(xiàn)

PAM調(diào)制就是用在各時(shí)隙的樣本值去調(diào)制載波脈沖的幅度。8.6杯脈沖乓幅度調(diào)制凝（PAM靈）一.P存AM調(diào)制

以脈沖串作載波的幅度調(diào)制，在載波的寬度內(nèi)是以調(diào)制信號(hào)的原始波形為傳送對(duì)象的。由于此時(shí)滿(mǎn)足Nyquist采樣率，因此,在時(shí)隙內(nèi)只需要傳送的一個(gè)樣本值即可。Puls秒e-Am伙plit廈ude徹Modu悶lati劫on二.劍PAM錯(cuò)系統(tǒng)中柳的碼間構(gòu)干擾對(duì)時(shí)分槳復(fù)用的遙PAM借信號(hào)冒，在理襯想情況旁下，各踐路信號(hào)龍?jiān)趥鬏攩?wèn)過(guò)程中浩不發(fā)生淹波形失艱真，在貼接收端者只要通檢過(guò)采樣悉判決就橡可以實(shí)劉現(xiàn)對(duì)每劫路信號(hào)岸的解復(fù)卷用。但是，在釣工程實(shí)際蒸中，由于透信道的非濟(jì)理想頻率貿(mào)特性及加刻性噪聲的利引入，總那會(huì)造成PAM信號(hào)的波宋形發(fā)生失扣真。從而橫會(huì)產(chǎn)生碼間干擾，使采樣諒判決時(shí)刻械得到的樣會(huì)本值并非洽是該路信怖號(hào)應(yīng)該有宰的樣本值冶。39產(chǎn)生碼踏間干擾廊的原因邪:1.信道帶寬掏有限使脈絮沖的前后遮沿變緩;2.非線性相緣瑞位使群時(shí)帥延非恒定旗而產(chǎn)生相譯位彌散。消除碼間淹干擾的方輔法:針對(duì)由于騾信道帶寬程有限而產(chǎn)圖生的碼間齒干擾，應(yīng)礎(chǔ)該在形成辦PAM外信號(hào)時(shí)遭，使用一飄種非矩形梨的脈沖作傻為載波。舅這種脈沖存在所有采以樣判決時(shí)決刻都過(guò)零其點(diǎn)，而且糟是帶限的秤，其最高臘頻率在信雨道的通帶兩內(nèi)。例如設(shè)采用如下事脈沖:當(dāng)以這構(gòu)樣的脈律沖作為當(dāng)PAM絞調(diào)制的修載波時(shí)土，就不糧會(huì)造成削采樣判架決時(shí)的鋸碼間干紋擾。

更一般的情況，從頻域考慮，只要使是以奇對(duì)稱(chēng)的。例如：其中具有上耀述頻譜么的脈沖邀在所有切采樣判盯決時(shí)刻拒均過(guò)零點(diǎn)。刷在工程粥應(yīng)用中脂,常數(shù)常用具挽有升余弦撥滾降特錢(qián)性的濾波器挪作為成形濾第波器就是出于婚這樣的考?xì)v慮,目樣的在于消尸除碼間干待擾。如果信道縱的頻率特成性在通帶說(shuō)內(nèi)有起伏繪（或不恒蒸定）還需套要進(jìn)行信道幅謙度均衡；如果信菠道的相位撫特性非線矛性，則需引要進(jìn)行相位均羊衡。否則，澤碼間干擾吊一定會(huì)產(chǎn)露生。三.數(shù)蛾字脈沖哀幅度調(diào)擇制與脈奔沖編碼底調(diào)制押(P刺CM妥)PAM調(diào)制中信號(hào)的樣本往往被量化成數(shù)字信號(hào)，它可以被認(rèn)為是一個(gè)存儲(chǔ)于數(shù)字系統(tǒng)中或是由某一數(shù)字系統(tǒng)產(chǎn)生的。由于數(shù)字系統(tǒng)的有限字長(zhǎng)，只能有有限個(gè)量化電平，從而造成已調(diào)脈沖的幅度只能有有限個(gè)可能的幅度值。數(shù)字化的PAM量化形式又可以用二進(jìn)制的電平表示成一組二進(jìn)制碼字。碼字中的每一位稱(chēng)為一個(gè)比特。例如：話音信號(hào)帶限于3KHZ，若以8KHZ采樣，再用８位二進(jìn)制碼量化編碼，則話音信號(hào)的數(shù)據(jù)量是每秒64Kbit。在傳輸數(shù)字脈沖幅度調(diào)制信號(hào)時(shí)，為了傳輸可靠，防止誤碼，往往要在傳輸前將其通過(guò)編碼變換成另一個(gè)二進(jìn)制序列，這種經(jīng)編碼后的PAM調(diào)制就稱(chēng)為PCM調(diào)制。8.8萍離散時(shí)硬間調(diào)制一.離事散時(shí)間正膀弦幅度調(diào)傲制1.復(fù)指數(shù)忍載波:

(不一定是周期的)Dis簽cre盈te-逮Tim鴿eM久odu區(qū)lat河ion在頻域

可見(jiàn)：用去調(diào)制載波的幅度，就是將的頻譜搬移到載頻的位置。通過(guò)同步解調(diào)就可以恢復(fù)原基帶信號(hào)：特例若，，此時(shí)就是改變中奇數(shù)位各點(diǎn)的正負(fù)號(hào)。解調(diào)時(shí)，只需再一次改變奇數(shù)位各點(diǎn)的正負(fù)號(hào)即可。在頻域則表現(xiàn)為信號(hào)頻譜中的高、低頻成分相互交換。若將該葬系統(tǒng)中掠的低通橫換成高縮慧通，則償整個(gè)系眼統(tǒng)相當(dāng)袖于一個(gè)寧低通濾搜波器。利用這一靠點(diǎn)可以通索過(guò)調(diào)制及基低通濾波逮器實(shí)現(xiàn)一姑個(gè)高通濾巴波器，反技之亦然。整個(gè)系統(tǒng)孕相當(dāng)于一鈴個(gè)高通濾廁波器。2.正弦載波:

要從解調(diào)出，必須保證在中不發(fā)生頻譜的重疊。為此應(yīng)有：即:此時(shí)可以通過(guò)同步解調(diào)恢復(fù)。(教材中圖8.43是在的特定情況下繪制的)低通濾波器的截止頻率應(yīng)滿(mǎn)足:通帶增益為2解調(diào)時(shí)，中可能會(huì)在附近出現(xiàn)頻譜混疊(在時(shí)會(huì)發(fā)生重疊)，但這對(duì)解調(diào)沒(méi)有影響。

離散時(shí)間幅度調(diào)制和解調(diào)的分析方法與連續(xù)時(shí)間是相同的。在頻域分析時(shí)，只要注意到離散時(shí)間信號(hào)的頻譜均以為周期這一差異即可。可以用惱同樣的續(xù)方法來(lái)攏討論以號(hào)脈沖串乒作載波糟時(shí)的幅偽度調(diào)制燙，會(huì)得獅到許多展相同的腥結(jié)論。

要把路序列按FDM復(fù)用起來(lái)，則要求每一路信號(hào)所占帶寬不大于(即雙邊帶調(diào)制時(shí)，每路信號(hào)必須帶限于)。若原來(lái)的每路信號(hào)都是從連續(xù)時(shí)間信號(hào)以Nyquist率采樣得來(lái)的，因此有，序列頻譜占滿(mǎn)了整個(gè)信道頻帶，要復(fù)用這些信號(hào)就必須通過(guò)對(duì)原信號(hào)增采樣，將其頻帶壓縮到之內(nèi)，才能進(jìn)行FDM復(fù)用。二.娃離散時(shí)朝間調(diào)制女的轉(zhuǎn)換適:在數(shù)字賺通信系裙統(tǒng)中，舊信號(hào)往駁往是按FDM或垮TDM復(fù)用的。液有時(shí)由于乏在發(fā)送端幣或接收端語(yǔ)有某種不特同限制或堪要求，要作把已經(jīng)用君某種方式袋復(fù)用起來(lái)耐的信號(hào)，祖重新再次降加以復(fù)用映，這就產(chǎn)普生了把TDM復(fù)用轉(zhuǎn)刺換成FDM復(fù)用，對(duì)或者反勾過(guò)來(lái)的箏情況。這種從檔一種復(fù)霉用方式聞轉(zhuǎn)變成汁另一種騎復(fù)用方勒式的過(guò)看程，稱(chēng)晝?yōu)檎{(diào)制轉(zhuǎn)換(Tra拼nsmo菌dula授tion蠶)或復(fù)用轉(zhuǎn)換(Tra協(xié)nsmu霜ltip佳lexi煙ng)。實(shí)現(xiàn)復(fù)用宏轉(zhuǎn)換的最群直接的方貪法是先對(duì)牲復(fù)用信號(hào)礎(chǔ)解復(fù)用和