建筑通信及网络技术-2

1、2 2 通信与通信网技术基础通信与通信网技术基础2.1 2.1 信号信号 2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.3 2.3 通信系统概述通信系统概述2.4 2.4 信道信道2.5 2.5 物理层接口物理层接口2.6 2.6 通信网络概念通信网络概念2.7 2.7 网络的分层结构体系网络的分层结构体系 本章重点：概念本章重点：概念2.1 2.1 信号信号 2.1.1 2.1.1 通信与电通信通信与电通信 2.1.2 2.1.2 数据与信号数据与信号2.1.3 2.1.3 信号强度的分贝度量（重点）信号强度的分贝度量（重点）2.1.4 2.1.4 信号的频谱信号的频谱2.1.5 2.1.5 噪声

2、与信噪比噪声与信噪比2.1 2.1 信号信号本节学习要求本节学习要求 1 1 了解通信的概念了解通信的概念 2 2 了解数据与信号的概念了解数据与信号的概念3 3 掌握信号强度的分贝度量（重点）掌握信号强度的分贝度量（重点）4 4 了解信号的频谱的概念了解信号的频谱的概念5 5 了解噪声与信噪比的概念了解噪声与信噪比的概念2.1 2.1 信号信号 通信：互通消息。通信：互通消息。 消息：事物的原始表达，其有效内容为信息。消息：事物的原始表达，其有效内容为信息。 电通信：采用电磁波作为消息的载体的通信方式，简称电电通信：采用电磁波作为消息的载体的通信方式，简称电信。信。2.1 2.1 信号信号2

3、.1.1 2.1.1 通信与电通信通信与电通信1. 1. 数据数据 承载消息的实体，如数字、字母、符号等。承载消息的实体，如数字、字母、符号等。 适合传输、分析和处理。适合传输、分析和处理。2. 2. 信号信号 数据的电磁表达形式。数据的电磁表达形式。 模拟信号：幅值连续，时间可连续，也可离散。模拟信号：幅值连续，时间可连续，也可离散。 数字信号：时间上离散，幅值也离散。数字信号：时间上离散，幅值也离散。2.1 2.1 信号信号2.1.2 2.1.2 数据与信号数据与信号 分贝：用对数表示信号电磁参量的相对大小。分贝：用对数表示信号电磁参量的相对大小。 电平：用分贝表示的信号强度。电平：用分贝

4、表示的信号强度。1. 1. 分贝的定义分贝的定义0lg10PPSP其中，其中，S SP P信号的功率电平，信号的功率电平，dBdB； P P被测点的实际信号功率，被测点的实际信号功率，W W。 P P0 0选定的功率参考值，选定的功率参考值，W W。 S SU U信号的电压电平，信号的电压电平，dBdB； U U被测点的实际信号电压，被测点的实际信号电压，V V。 U U0 0选定的电压参考值，选定的电压参考值，V V。0202lg20lg10UUUUSU2.1 2.1 信号信号2.1.3 2.1.3 信号强度的分贝度量信号强度的分贝度量2. 2. 参考值的选取参考值的选取 信号电平的大小取决

5、于参考值的选取。信号电平的大小取决于参考值的选取。 以以1V1V为基准的分贝值记作为基准的分贝值记作dBVdBV，即，即20lg(U/1V)20lg(U/1V)。 例如：信号电压为例如：信号电压为1V1V，其电平为，其电平为: : 20lg(1 20lg(110106 6V/1V)=120 dBVV/1V)=120 dBV3. 3. 数量关系数量关系 电压加倍：电压加倍： SSU U = 20lg2 = 6dB = 20lg2 = 6dB 电压翻两翻：电压翻两翻： SSU U = 20lg(2 = 20lg(22) = 12dB2) = 12dB 电压增为十倍：电压增为十倍：SSU U = 2

6、0lg10 = 20dB = 20lg10 = 20dB 电压增为百倍：电压增为百倍：SSU U = 20lg100 = 40dB = 20lg100 = 40dB 功率加倍：功率加倍： SSP P = 10lg2 = 3dB = 10lg2 = 3dB 2.1 2.1 信号信号2.1.3 2.1.3 信号强度的分贝度量信号强度的分贝度量 根据傅里叶定理，任何一个满足狄利克雷条件的信号波形，都根据傅里叶定理，任何一个满足狄利克雷条件的信号波形，都是由不同频率、不同幅值、不同相位角的正弦波线性叠加构成的是由不同频率、不同幅值、不同相位角的正弦波线性叠加构成的。)sincos(2)(1110tnb

7、tnaatfnnnTttdttfTa00)(20TttntdtntfTa001cos)(2周期信号：各频率离散、频谱离散。周期信号：各频率离散、频谱离散。非周期信号：在部分区间各频率连续，频谱连续。非周期信号：在部分区间各频率连续，频谱连续。TttntdtntfTb001sin)(2T212.1 2.1 信号信号2.1.4 2.1.4 信号的频谱信号的频谱1. 1. 噪声的来源噪声的来源 内部噪声：通信系统内载流子的各种运动和变化所产生，又称内部噪声：通信系统内载流子的各种运动和变化所产生，又称为本底噪声；为本底噪声； 外部噪声：通信系统以外的电磁能量，以各种方式耦合到通信外部噪声：通信系统以

8、外的电磁能量，以各种方式耦合到通信系统中所产生。系统中所产生。2. 2. 噪声的危害噪声的危害 A. A. 使接收者误解原始信号，甚至完全不能理解原始信号；使接收者误解原始信号，甚至完全不能理解原始信号； B. B. 使接收电路不能正常工作；使接收电路不能正常工作； C. C. 导致通信系统效率降低。导致通信系统效率降低。2.1 2.1 信号信号2.1.5 2.1.5 噪声与信噪比噪声与信噪比3. 3. 信噪比信噪比 反映噪声对信号影响程度的参数，也是衡量信号质量反映噪声对信号影响程度的参数，也是衡量信号质量的指标之一。的指标之一。NSNSSSPPSNRlg10其中，其中，SNRSNR信噪比，

9、信噪比，dBdB； P PS S信号功率，信号功率，W W。 P PN N噪声功率，噪声功率，W W。 S SS S信号电平，信号电平，dBdB； S SN N噪声电平，噪声电平，dBdB。2.1 2.1 信号信号2.1.5 2.1.5 噪声与信噪比噪声与信噪比 2.2 2.2 信号的调制信号的调制 2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 1 1 常规调幅常规调幅 2 2 双边带调制双边带调制 3 3 单边带调制单边带调制 4 4 残留边带调制残留边带调制 2.2.2 2.2.2 模拟信号的脉冲编码调制模拟信号的脉冲编码调制 1 1 抽样抽样 2 2 量化量化

10、 3 3 编码编码2.2 2.2 信号的调制信号的调制本节学习要求本节学习要求 本节是本章的重点本节是本章的重点 1 1 掌握调制的概念；掌握调制的概念；2 2 掌握模拟线性调制及解调模型；掌握模拟线性调制及解调模型；3 3 了解调制及解调信号波形；了解调制及解调信号波形；4 4 掌握模拟信号的脉冲编码调制过程掌握模拟信号的脉冲编码调制过程5 5 了解各种调制方式的用途了解各种调制方式的用途2.2 2.2 信号的调制信号的调制1. 1. 调制的概念调制的概念(1) (1) 调制调制 把基带信号的频谱搬移到一较高的频率范围以适应信把基带信号的频谱搬移到一较高的频率范围以适应信道的频率传输特性的过

11、程。道的频率传输特性的过程。 基带信号：基带信号：信息源发出的没有经过调制的原始电信号，信息源发出的没有经过调制的原始电信号，其特点是频率较低，信号频谱从零频附近开始，具有低通其特点是频率较低，信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。形式。 (2) (2) 频带信号频带信号 调制后的信号。调制后的信号。(3) (3) 解调解调 从频带信号中恢复出原来基带信号的过程。从频带信号中恢复出原来基带信号的过程。 2.2 2.2 信号的调制信号的调制1. 1. 调制的概念调制的概念2. 2. 调制的目的调制的目的 A. A. 信道传输频率特性的需要；信道传输频率特性的需要； B. B. 实现信道复用；实现

12、信道复用； C. C. 通过调制来改善系统的抗噪声性能；通过调制来改善系统的抗噪声性能； D. D. 通过调制来提高系统的频带利用率。通过调制来提高系统的频带利用率。 2.2 2.2 信号的调制信号的调制2. 2. 调制的目的调制的目的 3. 3. 模拟调制模型模拟调制模型 设调制信号为设调制信号为m(tm(t) )，载波信号为，载波信号为c(tc(t) )，即：，即： c(t) = Acos(c(t) = Acos(c ct +t +c c) ) 其中，其中，A A载波的幅度；载波的幅度； c c载波的角频率；载波的角频率； c c载波的初相位。载波的初相位。 调制后的信号一般可以表示为调制

13、后的信号一般可以表示为 ： s(t) = A(t)coss(t) = A(t)cosc ct t +(t)+ +(t)+c c 其中，其中，A(t)A(t)载波的瞬时幅度；载波的瞬时幅度； (t(t) )载波的相位偏移；载波的相位偏移；调制调制m(t)m(t)s(t)s(t)c(t)c(t)模拟调制模型模拟调制模型 2.2 2.2 信号的调制信号的调制3. 3. 模拟调制的模型模拟调制的模型)()()()()()()(FMPMVSBSSBDSBAM频率调制频率调制相位调制相位调制角度调制角度调制非线性调制非线性调制残留边带调制残留边带调制单边带调制单边带调制双边带调制双边带调制常规调幅常规调幅

14、线性调制（幅度调制）线性调制（幅度调制）模拟调制模拟调制2.2 2.2 信号的调制信号的调制3. 3. 模拟调制的模型模拟调制的模型1. 1. 常规调幅常规调幅(Amplitude Modulation(Amplitude Modulation，AM)AM)(1) (1) 定义定义 如果调制信号为如果调制信号为m(t)m(t)，它的平均值为，它的平均值为0 0，m(t)m(t)加上一个直流分量加上一个直流分量m m0 0后对载波的幅度进行调制，得到的已调信号称为后对载波的幅度进行调制，得到的已调信号称为常规调幅信号常规调幅信号，又称，又称完全调幅信号或标准调幅信号。完全调幅信号或标准调幅信号。

15、 已调信号的表达式为：已调信号的表达式为：s sAMAM(t(t) = m) = m0 0 + m(t)cos( + m(t)cos(c ct t + +c c) ) 其中，其中，c c载波信号的角频率；载波信号的角频率； c c载波信号的初始相位；载波信号的初始相位； s sAMAM(t(t) )常规调幅信号。常规调幅信号。2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 1. 1. 常规调幅常规调幅(2) (2) 调制信号波形调制信号波形A. A. 时域波形时域波形 已调信号的包络与调制已调信号的包络与调制信号成正比。信号成正比。

16、 此时采用包络检波的方此时采用包络检波的方法就可以很好地恢复出原始法就可以很好地恢复出原始的调制信号。的调制信号。 时当max0)(tmm a.a.2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 1. 1. 常规调幅常规调幅 会出现过调现象，已会出现过调现象，已调信号的包络与调制信号调信号的包络与调制信号不再成正比，此时采用包不再成正比，此时采用包络检波的方法解调就会出络检波的方法解调就会出现失真。现失真。 可见，可见，m m0 0与与m(t)m(t)的关系的关系是常规调幅信号的重要特是常规调幅信号的重要特征。征。 时当max0)(

17、tmm b.b.2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 1. 1. 常规调幅常规调幅B. B. 单频余弦函数调制信号单频余弦函数调制信号 当当m(t) = mcos(m(t) = mcos(m mt+t+m m) ) 时，即调制信号为单频余弦函数时，时，即调制信号为单频余弦函数时，调幅信号则为：调幅信号则为： s sAMAM(t(t) = m) = m0 0+mcos(+mcos(m mt+t+m m)cos()cos(c ct+t+c c) ) = m = m0 01+1+AMAMcos(cos(m mt+t+m m)co

18、s()cos(c ct+t+c c) ) 0mmAM-调幅系数调幅系数( (调制度调制度) )其中，其中，2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 1. 1. 常规调幅常规调幅对于一般的调制信号对于一般的调制信号m(t)m(t)，调幅系数为：，调幅系数为： 0max)(mtmAM 当当AMAM 1 1 1 时，称为过调幅。时，称为过调幅。 考虑器件的线性范围，通常取考虑器件的线性范围，通常取AMAM =30% =30%60%60%。 0mmAM2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制

19、模拟信号的正弦波幅度调制 1. 1. 常规调幅常规调幅0.50.5 m m0 0 s sAMAM( () ) -c c0 0 c c 常规调幅信号的频谱常规调幅信号的频谱 C. C. 频域波形频域波形 令令c c=0=0，m(t)m(t)的频谱为的频谱为M()M()，由傅立叶变换得：，由傅立叶变换得： s sAMAM()=m)=m0 0(-(-c c)+ (+)+ (+c c) +0.5 M(- +0.5 M(-c c)+ M(+)+ M(+c c) ) M()M() 0 0 调制信号的频谱调制信号的频谱 1 12.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调

20、制模拟信号的正弦波幅度调制 1. 1. 常规调幅常规调幅 结论：结论：a. a. 已调信号的频谱和调制信号的频谱已调信号的频谱和调制信号的频谱在形状上完全一样，其区别在于沿频在形状上完全一样，其区别在于沿频率轴的位置不同。率轴的位置不同。b. b. 在载波频率在载波频率c c处有冲激函数，处有冲激函数，表示已调信号的频谱中有载波分量存表示已调信号的频谱中有载波分量存在。在。0.50.5 m m0 0 s sAMAM( () ) -c c0 0 c c 常规调幅信号的频谱常规调幅信号的频谱 M()M() 0 0 调制信号的频谱调制信号的频谱 1 12.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1

21、2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 1. 1. 常规调幅常规调幅c. c. 在在c c的两侧有两个对称的边带，通常称外侧的边带为的两侧有两个对称的边带，通常称外侧的边带为上边带上边带，内，内侧的边带为侧的边带为下边带下边带。 d. d. 常规调幅信号是双边带信号，已调信号的频带宽度是调制信号最高常规调幅信号是双边带信号，已调信号的频带宽度是调制信号最高频率频率f fH H的两倍。即：的两倍。即：B BAMAM=2W=2WM()M() 0 0 调制信号的频谱调制信号的频谱 1 10.50.5 m m0 0 s sAMAM( () ) -c c0 0 c c 常规调幅信号

22、的频谱常规调幅信号的频谱 上边带上边带上边带上边带下边带下边带2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 1. 1. 常规调幅常规调幅(3) (3) 调制功率与调制效率调制功率与调制效率A. A. 调制功率调制功率 设信号作用在设信号作用在11电阻上的平均功率为电阻上的平均功率为P PAMAM，P PAMAM为已调信号的均方为已调信号的均方值，即：值，即： )(2tsPAMAM其中：其中：P Pc c = m= m0 02 2/2 /2 载波功率，与调制信号无关；载波功率，与调制信号无关；2)(2tmPm边带功率，与调制信号有关

23、。边带功率，与调制信号有关。 0)(tm因为：因为：mcAMPPtmmP2)(2220ttmmttmtmccc2022220cos)(2cos)(cos2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 1. 1. 常规调幅常规调幅B. B. 调制效率调制效率)()(2202tmmtmPPPPPmcmAMmAM对于单频余弦的调制信号，有对于单频余弦的调制信号，有 2,25 . 0)(mtm此时：此时： 222,202,22AMAMAMmmma. a. 在满调幅的临界状态时在满调幅的临界状态时AMAM =1 =1，此时调制效率的最大值为，

24、此时调制效率的最大值为1/31/3。常规调幅信号的调制效率很低，这是因为载波分量没有携带信息但占常规调幅信号的调制效率很低，这是因为载波分量没有携带信息但占据大部分功率。据大部分功率。b. b. 载波分量对于传输信息来说毫无意义，但载波分量的存在使得解载波分量对于传输信息来说毫无意义，但载波分量的存在使得解调可以采用包络检波，不仅电路简单，而且解调后的信号比相干解调调可以采用包络检波，不仅电路简单，而且解调后的信号比相干解调时幅度大时幅度大1 1倍。倍。 2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 1. 1. 常规调幅常规调幅(

25、4) (4) 常规调幅调制与解调常规调幅调制与解调A. A. 调制调制 AM AM调制是调制信号与正调制是调制信号与正( (余余) )弦载波信号相乘的过程。弦载波信号相乘的过程。m(t) m(t) m m0 0 coscosc ct t s sAMAM(t(t) ) 常规调幅调制模型常规调幅调制模型 2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 1. 1. 常规调幅常规调幅0.50.5 m m0 0 s sAMAM( () ) -c c0 0 c c 常规调幅信号的频谱常规调幅信号的频谱 M()M() 0 0 调制信号的频谱调制信

26、号的频谱 1 1 根据调制定根据调制定理，调制过程中理，调制过程中频谱的变化过程频谱的变化过程就是一个频谱搬就是一个频谱搬移过程，而幅度移过程，而幅度降为降为1/21/2。2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 1. 1. 常规调幅常规调幅B. B. 解调解调a. a. 调幅信号的解调是从已调幅调幅信号的解调是从已调幅信号中取出调制信号，通常称信号中取出调制信号，通常称这种解调为这种解调为检波检波。b. b. 检波电路的功能是从调制信检波电路的功能是从调制信号中不失真地恢复出原调制信号中不失真地恢复出原调制信号。号。c. c

27、. 包络检波包络检波 指检波器的输出电压直接指检波器的输出电压直接反映输入高频调幅波包络变化反映输入高频调幅波包络变化规律的一种检波方式。规律的一种检波方式。2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 1. 1. 常规调幅常规调幅d. d. 常规调幅的解调通常采用常规调幅的解调通常采用非相干解调非相干解调方式。方式。e. e. 非相干解调方式的解调器有包络检波器、平方律检波器等。非相干解调方式的解调器有包络检波器、平方律检波器等。f. f. 包络检波器只适用于含有载波分量的常规调幅信号。包络检波器只适用于含有载波分量的常规调幅信

28、号。(5) (5) 应用应用 常规调幅主要应用于广播。常规调幅主要应用于广播。 2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 1. 1. 常规调幅常规调幅2. 2. 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅 Double Side Band-Suppressed Carrier waveDouble Side Band-Suppressed Carrier wave，DSB-SCDSB-SC(1) (1) 定义定义 如果调制信号如果调制信号m(t)m(t)不含直流分量不含直流分量m m0 0，直接用，直接用m(t)m(t)调制载波的幅

29、度，调制载波的幅度，得到的已调信号将无载波分量，这种调幅称为得到的已调信号将无载波分量，这种调幅称为抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅，已调信号简称为双边带信号。已调信号简称为双边带信号。 抑制载波双边带调幅信号为抑制载波双边带调幅信号为 s sDSBDSB(t)= m(t)cos(t)= m(t)cosc ct t 已调信号的频谱为已调信号的频谱为 s sDSBDSB()=0.5M(-)=0.5M(-c c)+0.5M(+)+0.5M(+c c) ) 2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 2. 2. 抑制载波双边带调幅

30、抑制载波双边带调幅(2) (2) 调制信号波形调制信号波形A. A. 时域波形时域波形a. a. 当当m(t)m(t)改变符号时双边带改变符号时双边带信号也改变符号，载波这时信号也改变符号，载波这时出现反相点。出现反相点。 b. b. 已调信号的幅度包络与已调信号的幅度包络与m(t)m(t)的形状不完全相同，的形状不完全相同，m(t)m(t)的信息并没有完全携带在已的信息并没有完全携带在已调信号的包络上，包络检波调信号的包络上，包络检波并不能恢复出并不能恢复出m(t)m(t)。2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 2. 2

31、. 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅B. B. 频域波形频域波形 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅信号带宽为调制信号带宽信号带宽为调制信号带宽的的两两倍。倍。 调制信号的全部信息调制信号的全部信息都携带在上、下两个完全都携带在上、下两个完全对称的边带上。对称的边带上。 2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 2. 2. 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅(3) (3) 调制功率与调制效率调制功率与调制效率A. A. 调制功率调制功率 设信号作用在设信号作用在11电阻上的平均功率为电阻上的平均功率为P PDSBDSB

32、，P PDSBDSB为已为已调信号的均方值，即：调信号的均方值，即：2)()(22tmtsPDSBDSBB. B. 调制效率调制效率 DSBDSB=1=1C. C. 频带宽度频带宽度 B BDSBDSB=2f=2fH H2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 2. 2. 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅(4) (4) 抑制载波双边带调幅调抑制载波双边带调幅调制与解调制与解调A. A. 调制调制m(t) m(t) coscosc ct t s sDSBDSB(t(t) ) 双边带调制模型双边带调制模型 2.2 2.2 信号

33、的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 2. 2. 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅B. B. 解调解调a. a. 只能用相干检波法，不能采只能用相干检波法，不能采用包络检波法解调。用包络检波法解调。b. b. 双边带信号的解调可以利用双边带信号的解调可以利用其频谱与调制信号频谱间存在其频谱与调制信号频谱间存在的沿频率轴搬移的特点，只要的沿频率轴搬移的特点，只要将已调信号搬回到调制信号原将已调信号搬回到调制信号原来所在的位置，即可恢复出原来所在的位置，即可恢复出原始信号。始信号。 s sDSBDSB(t(t) )coscosc ct t m

34、 md d(t(t) ) 相干解调原理相干解调原理 LPFLPF 低通滤波器低通滤波器2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 2. 2. 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅 s sDSBDSB(t)(t)coscosc ct t = m(t) = m(t)coscos2 2c ct t = 0.5m(t) = 0.5m(t)(1+cos2(1+cos2c ct)t) = 0.5m(t) +0.5m(t)cos2 = 0.5m(t) +0.5m(t)cos2c ct t 用低通滤波器滤掉上式中的高频分量后得到：用低通滤波器滤

35、掉上式中的高频分量后得到： m md d(t(t) = 0.5m(t) = 0.5m(t) 解调中所用的载波是与发送端的调制载波解调中所用的载波是与发送端的调制载波，即相，即相干载波，这种解调方式称为干载波，这种解调方式称为相干解调相干解调。c. c. 相干解调的关键是必须产生一个同频同相的载波。如果该条相干解调的关键是必须产生一个同频同相的载波。如果该条件得不到满足，将会对原始信号的恢复产生不利的影响。件得不到满足，将会对原始信号的恢复产生不利的影响。(5) (5) 应用应用 DSBDSB调制主要应用于立体声广播。调制主要应用于立体声广播。 2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2

36、.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 2. 2. 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 2. 2. 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅3. 3. 单边带调制单边带调制(Single Side Band(Single Side Band，SSB)SSB)(1) (1) 定义定义 在双边带信号中两个边带的任何一个都携带了信号的全部在双边带信号中两个边带的任何一个都携带了信号的全部信息，那么，在接收端只要得到一个边带就可以恢复出全部信信息，那么，在接收端只要得到一个边带

37、就可以恢复出全部信息。在通信的传送过程中只要传送一个边带也就足够了。息。在通信的传送过程中只要传送一个边带也就足够了。 只产生一个边带的调制方式称为单边带调制。只产生一个边带的调制方式称为单边带调制。 只有一个边带的已调信号称为单边带信号。只有一个边带的已调信号称为单边带信号。 只传送一个边带的通信方式称为单边带通信。只传送一个边带的通信方式称为单边带通信。2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 3. 3. 单边带调制单边带调制(2) (2) 频域波形频域波形2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信

38、号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 3. 3. 单边带调制单边带调制(3) (3) 单边带信号的形成单边带信号的形成A. A. 用滤波法形成单边带信号用滤波法形成单边带信号 对于双边带信号的频谱，如果采用截止频率为对于双边带信号的频谱，如果采用截止频率为c c的理想高通滤波的理想高通滤波器或理想低通滤波器，保留所需要的边带，滤除不必要的边带，即可器或理想低通滤波器，保留所需要的边带，滤除不必要的边带，即可得到上边带信号和下边带信号。得到上边带信号和下边带信号。 滤波器传递函数为：滤波器传递函数为： ccUSBH01ccLSBH10m(t)m(t)c(tc(t) ) s sSSBSSB(

39、t(t) )用滤波法形成用滤波法形成单边带信号单边带信号 H HSSBSSB( () ) s sDSBDSB(t(t) )2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 3. 3. 单边带调制单边带调制s sSSBSSB() =s() =sDSBDSB() ) H HSSBSSB( () )s sDSBDSB() )-c c c c0 0-c c c cH HUSBUSB()()0 0-c c c cs sUSBUSB() )0 0H HLSBLSB()()-c c c c0 0s sLSBLSB() )-c c c c0 0滤波法

40、滤波法形成单形成单边带信边带信号的频号的频谱变换谱变换2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 3. 3. 单边带调制单边带调制B. B. 用相移法形成单边带信号用相移法形成单边带信号 设：设： 单频调制信号为：单频调制信号为：m(t) = mcosm(t) = mcosm mt t 载波信号为：载波信号为： c(t) = cosc(t) = cosc ct t 则双边带信号的时域表达式为：则双边带信号的时域表达式为： s sDSBDSB(t(t) = 0.5mcos() = 0.5mcos(c c+m m)t)t +0.5m

41、cos( +0.5mcos(c cm m)t)t2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 3. 3. 单边带调制单边带调制a. a. 若保留上边带，单边带调制信号为：若保留上边带，单边带调制信号为： s sUSBUSB(t)=0.5 mcos(t)=0.5 mcos(c c+m m)t)t =0.5m(cos =0.5m(cosm mtcostcosc ct tsinsinm mtsintsinc ct t) )b. b. 若保留下边带，单边带调制信号为：若保留下边带，单边带调制信号为： s sLSBLSB(t)=0.5 mc

42、os(t)=0.5 mcos(c cm m)t )t =0.5m(cos =0.5m(cosm mtcostcosc ct+sint+sinm mtsintsinc ct) t) c. c. 同相分量同相分量为调制信号与载波信号的乘积为调制信号与载波信号的乘积 即：即：0.5mcos0.5mcosm mtcostcosc ct td. d. 正交分量正交分量为调制信号与载波信号分别相移为调制信号与载波信号分别相移-/2-/2后的乘积后的乘积 即：即：0.5mcos(0.5mcos(m mt+/2)cos(t+/2)cos(c ct+/2)t+/2) =0.5msin =0.5msinm mts

43、intsinc ct t2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 3. 3. 单边带调制单边带调制 上、下两个支上、下两个支路，上支路产生同路，上支路产生同相分量，下支路产相分量，下支路产生正交分量。生正交分量。 将同相分量与将同相分量与正交分量相减得到正交分量相减得到上边带信号；上边带信号； 将同相分量与将同相分量与正交分量正交分量相加得到相加得到下边带信号。下边带信号。0.5mcosmtcosct0.5msinmtsinct2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波

44、幅度调制 3. 3. 单边带调制单边带调制(4) (4) 单边带信号的解调单边带信号的解调 单边带信号不仅是抑制载波信号，而且只有一个边带，不能从包络单边带信号不仅是抑制载波信号，而且只有一个边带，不能从包络中得到全部的调制信号信息，因此只能采用相干解调。中得到全部的调制信号信息，因此只能采用相干解调。 单边带信号的时域表达式为单边带信号的时域表达式为ttmttmsccSSBsin)(cos)(乘上相干载波后，得：乘上相干载波后，得：ttstscSSBpcos)()(ttmttmtmcc2sin)(5 . 02cos)(5 . 0)(5 . 0经低通滤波器后的解调输出为经低通滤波器后的解调输出

45、为 m md d(t(t)=0.5m(t)=0.5m(t)(5) (5) 应用应用 单边带调制主要应用于载波通信、无单边带调制主要应用于载波通信、无线电台等。线电台等。 s sSSBSSB(t(t) )coscosc ct t m md d(t(t) ) 单边带信号单边带信号的相干解调的相干解调LPFLPF s sp p(t)(t)2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 3. 3. 单边带调制单边带调制4. 4. 残留边带调制残留边带调制(Vestige Side Band(Vestige Side Band，VSB) VS

46、B) (1) (1) 定义定义 残留边带调制信号中保留了一个边带的绝大部分和残留边带调制信号中保留了一个边带的绝大部分和另一个边带的一小部分。显然，降低了对滤波器的要求，另一个边带的一小部分。显然，降低了对滤波器的要求，实现比较容易，而带宽比单边带宽了一些。实现比较容易，而带宽比单边带宽了一些。 2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 4. 4. 残留边带调制残留边带调制(2) (2) 残留边带信号的产生残留边带信号的产生 产生残留边带信号的常用方法是产生残留边带信号的常用方法是滤波法滤波法。 为了相干解调时无失真地得到调制

47、信号，残留边带滤波器的传递为了相干解调时无失真地得到调制信号，残留边带滤波器的传递函数在载频分割处必须具有函数在载频分割处必须具有互补对称互补对称特性。特性。 残留边带信号的频域表达式为：残留边带信号的频域表达式为： s sVSBVSB()=0.5H)=0.5HVSBVSB()M(-()M(-c c)+M(+)+M(+c c) ) 相应的时域表达式为：相应的时域表达式为： s sVSBVSB(t)= s(t)= sDSBDSB(t) (t) * * h hVSBVSB(t(t) )2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 4.

48、 4. 残留边带调制残留边带调制(3) (3) 残留边带信号的解调残留边带信号的解调 残留边带信号乘上相干载波后，得：残留边带信号乘上相干载波后，得：ttstscVSBpcos)()(s sVSBVSB(t(t) )coscosc ct t m md d(t(t) ) 残留边带信号残留边带信号的相干解调的相干解调LPFLPF s sp p(t)(t)2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 4. 4. 残留边带调制残留边带调制 在时域里乘上余弦函数等效于在频域中频谱函数的频率搬在时域里乘上余弦函数等效于在频域中频谱函数的频率搬

49、移，所以移，所以s sp p(t)(t)的频谱的频谱S Sp p()()为：为： S Sp p()= 0.5S)= 0.5SVSBVSB(-(-c c)+ S)+ SVSBVSB(+(+c c) = 0.25M()H = 0.25M()HVSBVSB(-(-c c)+ H)+ HVSBVSB(+(+c c) + 0.25H+ 0.25HVSBVSB(-(-c c)M(-2)M(-2c c) ) + H + HVSBVSB(+(+c c)M(+2)M(+2c c) 选择合适的低通滤波器的截止频率，滤除高频成分，得到：选择合适的低通滤波器的截止频率，滤除高频成分，得到： S Sd d() =0.2

50、5M()H) =0.25M()HVSBVSB(-(-c c)+ H)+ HVSBVSB(+(+c c)(4) (4) 应用应用 残留边带调制主要应用于电视广播和传真等。残留边带调制主要应用于电视广播和传真等。 2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 4. 4. 残留边带调制残留边带调制2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 5. 5. 模拟调制的比较模拟调制的比较调制调制方式方式 传输带宽传输带宽 直流直流响应响应设备复杂性设备复杂性主要应用主要应用 AM

51、 AM 2B2Bb b 无无 较小：调制与解调较小：调制与解调( (包络包络检波检波) )简单简单 无线电广播无线电广播 DSBDSB2B2Bb b有有中等：要求相干解调，中等：要求相干解调，常与常与DSBDSB信号一起传输一信号一起传输一个小导频个小导频模拟数据传输；低模拟数据传输；低带宽信号多路复用带宽信号多路复用系统系统 SSB SSB B Bb b 无无 较大：要求相干解调，较大：要求相干解调，调制器也较复杂调制器也较复杂话音通信，话音频话音通信，话音频分多路复用分多路复用 VSB VSB 略大于略大于B Bb b 有有 较大：要求相干解调，较大：要求相干解调，调制器需要对称滤波调制器

52、需要对称滤波 数据传输；宽带数据传输；宽带( (电电视视) )系统系统5. 5. 模拟调制系统的比较模拟调制系统的比较 6. 6. 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 在任何通信系统中都存在干扰，一般重点研究的是起伏干扰。在任何通信系统中都存在干扰，一般重点研究的是起伏干扰。它的特点是功率谱密度均匀分布，概率密度函数为高斯分布，一般它的特点是功率谱密度均匀分布，概率密度函数为高斯分布，一般称为高斯白噪声，是一种加性噪声。称为高斯白噪声，是一种加性噪声。 调制信号通过调制、传输和解调后，必然携带一定的噪声，通调制信号通过调制、传输和解调后，必然携带一定的噪声，通信系统的抗噪声性能如

53、何，只能用接收端解调器的输出信号质量来信系统的抗噪声性能如何，只能用接收端解调器的输出信号质量来反映。反映。 因此，一般通信系统的抗噪声性能都是用解调器的抗噪声性能因此，一般通信系统的抗噪声性能都是用解调器的抗噪声性能来衡量的。来衡量的。 2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 6. 6. 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能(1) (1) 信噪比信噪比A. A. 输出信噪比输出信噪比 在模拟通信系统中，用解调器的输出信噪比来衡量通信系统的质在模拟通信系统中，用解调器的输出信噪比来衡量通信系统的质量。量。 B.

54、B. 输入信噪比输入信噪比功功率率解解调调器器输输出出噪噪声声的的平平均均平平均均功功率率解解调调器器输输出出有有用用信信号号的的ooNSiiooNSNSG C. C. 信噪比增益信噪比增益 度量不同调制方式下，解调器的抗噪声性能。度量不同调制方式下，解调器的抗噪声性能。功功率率解解调调器器输输入入噪噪声声的的平平均均平平均均功功率率解解调调器器输输入入已已调调信信号号的的iiNS 信噪比越高，解调器的抗噪声性信噪比越高，解调器的抗噪声性能越好。能越好。2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 6. 6. 线性调制系统的抗噪声

55、性能线性调制系统的抗噪声性能(2) (2) 不同调制方式的信噪比增益不同调制方式的信噪比增益a. a. 单边带调制单边带调制1iiooSSBNSNSG2iiooDSBNSNSG1)()(22220tmEAtmENSNSGiiooAMb. b. 双边带调制双边带调制c. c. 常规调幅常规调幅大信噪比时：大信噪比时：小信噪比时：小信噪比时：)()()(220tntntmAQI 信号与噪声无法分开，无法通过包络检波恢复出原来的调制信号与噪声无法分开，无法通过包络检波恢复出原来的调制信号，因为调制信号已经被噪声所扰乱。信号，因为调制信号已经被噪声所扰乱。2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1

56、 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 6. 6. 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能(3). (3). 单边带调制与双边带调制抗噪声性能的比较单边带调制与双边带调制抗噪声性能的比较A. A. 在上面的讨论中，在上面的讨论中，G GSSBSSB=1=1，G GDSBDSB=2=2，是在双边带已调信号的平，是在双边带已调信号的平均功率是单边带信号的均功率是单边带信号的2 2倍的情况下得到的。倍的情况下得到的。B. B. 如果在相同输入信号功率如果在相同输入信号功率S Si i、相同噪声功率谱密度、相同噪声功率谱密度n no o、相同、相同调制信号带宽调制信号

57、带宽W W情况下，单边带调制与双边带调制的输出信噪比情况下，单边带调制与双边带调制的输出信噪比是相等的，即抗噪声性能相同，但双边带信号的传输带宽是单是相等的，即抗噪声性能相同，但双边带信号的传输带宽是单边带的边带的2 2倍。倍。2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.1 2.2.1 模拟信号的正弦波幅度调制模拟信号的正弦波幅度调制 6. 6. 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能PCMPCM的基本原理的基本原理模拟信源模拟信源预滤波器预滤波器模拟终端模拟终端低通滤波器低通滤波器数字信道数字信道波形编码器波形编码器波形解码器波形解码器x(t)x(t)接收端接收端发送端发送端xx(

58、t)(t)PCMPCM原理图原理图2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.2 2.2.2 模拟信号的脉冲编码调制模拟信号的脉冲编码调制1. 1. 抽样抽样(1) (1) 定义定义 将时间上连续的信号处理成时间上离散的信号将时间上连续的信号处理成时间上离散的信号，又称为采，又称为采样样。(2) (2) 要求要求 用时间离散的采样序列代替原来时间连续的模拟信号。用时间离散的采样序列代替原来时间连续的模拟信号。 即要求离散的采样序列能即要求离散的采样序列能不失真不失真地恢复出原模拟信号。地恢复出原模拟信号。2.2 2.2 信号的调制信号的调制2.2.2 2.2.2 模拟信号的脉冲编码调制模拟信号

59、的脉冲编码调制 1. 1. 抽样抽样(3) (3) 奈奎斯特采样定理奈奎斯特采样定理 若采样频率若采样频率f fs s不低于连续信号最高截止频率不低于连续信号最高截止频率f fm m的的2 2倍时倍时( (即即f fs s 2f 2fm m) )，采样得到的信号能完全表达原信号的所有，采样得到的信号能完全表达原信号的所有信息。信息。 通常采样频率选择为通常采样频率选择为f fs s(2(22.5)f2.5)fm m，以避免失真。，以避免失真。 例如，话音信号频带为例如，话音信号频带为3003003400Hz3400Hz，而采样频率为，而采样频率为8000Hz8000Hz。2.2 2.2 信号的

60、调制信号的调制2.2.2 2.2.2 模拟信号的脉冲编码调制模拟信号的脉冲编码调制 1. 1. 抽样抽样(4) (4) 抽样对象抽样对象 连续的模拟信号（时间上连续，幅度上连续）连续的模拟信号（时间上连续，幅度上连续） (5) (5) 抽样方法抽样方法 以一定的时间间隔读取模拟信号的值（称为样值），每个样值以一定的时间间隔读取模拟信号的值（称为样值），每个样值即为原模拟信号的瞬时值。即为原模拟信号的瞬时值。(6) (6) 抽样结果抽样结果 得到一个时间上不连续（离散）得到一个时间上不连续（离散）的信号，该信号称为原信号的脉冲幅的信号，该信号称为原信号的脉冲幅度调制度调制 (Pulse Ampl