3模拟信号的数字化、调制技术、信道复用剖析

第二章数字通信技术一

模拟信号数字化

抽样定理量化,编码

二

调制调制目的模拟调制数字调制三

信道复用时分复用频分复用

2026/10/281模拟信号数字传输方框图

模拟信号数字序列数字序列模拟信号模拟信源抽样量化和编码数字传输系统译码和低通滤波收终端一模拟信号的数字化2026/10/282模拟信号的数字化1.1抽样定理1.2量化、编码2026/10/283日常生活中的抽样产品质量抽样调查全省职工收入状况抽样调查中国学生体质健康的抽样调查2026/10/284收端重建的模

拟信号m’（t）模拟信号m（t）当fs（=1/Ts)满足一定条件时：已抽样信

号ms（t）Ts抽样2026/10/285mS(t)0Ts2Ts3TstδT(t)0Ts2Ts3Tstm(t)M(f)-fHfH0fS0－fSδT(f)-fHfHMs(f)发端抽样时、频域图形2026/10/286收端重建的模

拟信号m’（t）模拟信号m（t）当fs（=1/Ts)满足抽样定理（即：fs≥2fH)时：已抽样信

号ms（t）Ts抽样定理的含义2026/10/287fsfH若fs<2fH

混叠失真:重建原信号:低通滤波器HL(f)

一个频带限制在（0，fH)内的时间连续的模拟信号m(t)，如果以不小于2fH的频率对m(t)进行等间隔抽样，

则可以通过低通滤波器由抽样信号ms(t)无失真地重建原始信号m(t)。

1.1抽样定理2026/10/289抽样过程的时间函数及对应频谱图2026/10/28102026/10/2811×……LPFm（t）

Ts（t）ms（t）m（t）h（t）H（ω）发端收端？抽样与恢复2026/10/2812模拟信号的数字化1.1抽样定理1.2量化、编码2026/10/2813日常生活中的量化、编码量化考核学号2026/10/2814量化、编码示意图

2026/10/2815量化的概念利用预先规定的有限个电平来表示模拟信号抽样值的过程称为量化。时间连续的模拟信号经抽样后的样值序列,虽然在时间上离散,但在幅度上仍然是连续的,即抽样值m(kT)可以取无穷多个可能值,因此仍属模拟信号。如果用N位二进制码组来表示该样值的大小,以便利用数字传输系统来传输的话,那么,N位二进制码组只能同M=2N个电平样值相对应,而不能同无穷多个可能取值相对应。这就需要把取值无限的抽样值划分成有限的M个离散电平,此电平被称为量化电平。

2026/10/2816从上面结果可以看出，量化后的信号mq(t)是对原来信号m(t)的近似，当抽样速率一定，量化级数目（量化电平数)增加并且量化电平选择适当时，可以使mq(t)与m(t)的近似程度提高。

mq(kTs)与m(kTs)之间的误差称为量化误差。对于语音、

图像等随机信号，量化误差也是随机的，它像噪声一样影响通信质量，因此又称为量化噪声。2026/10/2817量化过程示意图2026/10/2818抽样是按抽样定理把时间上连续的模拟信号转换成时间上离散的抽样信号；量化是把幅度上仍连续（无穷多个取值)的抽样信号进行幅度离散，即指定M个规定的电平，把抽样值用最接近的电平表示；编码是用二进制码组表示量化后的M个样值2026/10/2819二

调制技术2.1调制的目的2.2模拟调制2.3数字调制2026/10/2820日常生活中的调制调制汤料调制鸡尾酒2026/10/28212.1调制的目的实现有效辐射为了充分发挥天线的辐射能力，一般要求天线的尺寸和发送信号的波长在同一个数量级。一般天线的长度应为所传信号波长的1/4。如果把语音基带信号（0.3～3.4kHz)直接通过天线发射，那么天线的长度应为2026/10/28222.1调制的目的实现频率分配为使各个无线电台发出的信号互不干扰,每个电台都被分配给不同的频率。可以利用调制技术把各种语音、音乐、图像等基带信号调制到不同的载频上,以便用户任意选择各个电台,收看收听所需节目。

2026/10/28232.1调制的目的实现多路复用如果信道的频带较宽,可以用一个信道传输多个基带信号。只要把基带信号分别调制到相邻的载波,然后将它们一起送入信道传输即可。提高系统抗噪声性能比如调频广播系统,采用频率调制技术,付出多倍带宽的代价,但抗干扰能力强。其音质比只占10kHz带宽的调幅广播要好得多。

2026/10/28242.2模拟调制必须满足,即

幅度调制（标准调幅AM)2026/10/2825AM时域波形AM频域波形2026/10/28261.1幅度调制AM信号的带宽为基带信号带宽的两倍:2026/10/2827AM信号的解调2026/10/2828角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。角调制可分为频率调制（FM)和相位调制（PM)。即载波的幅度保持不变，而载波的频率或相位随基带信号变化。

2026/10/2829角度调制角度调制信号的一般表达式为

瞬时相位;

瞬时相位偏移;

瞬时频率;

瞬时频偏。

2026/10/2830调频信号波形2026/10/28312.3数字调制由于数字调制方式中调制信号是"1”或"0”，对载波参数的控制相当于开关，所以数字调制方式通常称之为"键控法”。

2026/10/2832和模拟基带信号对载波的幅度、频率和相位进行调制一样,数字基带信号也可以对载波的幅度、频率、和相位进行键控载波S(t)S(t)=Asin(ωt+Φ)S(t)的参量包括:A:振幅

ω:角频率

Φ:相位

2026/10/2833数字调制方式幅移键控方式（ASK，Amplitude-ShiftKeying)频移键控方式（FSK，Frequency-ShiftKeying)相移键控方式（PSK，Phase-ShiftKeying)2026/10/2834幅移键控（ASK)用待传的数字信号来改变载波的幅度。2ASK信号的产生2026/10/28352ASK信号波形

接收端判断：有载波代表“1”码，无载波代表“0”码（或相反)幅移键控（ASK)也称为数字调幅

实现容易，技术简单，抗干扰能力差。

2026/10/2836频移键控（FSK)用待传递的数字信号改变载波的频率。

调制结果：用两种不同频率的载波分别代表数字"1”和数字"0”。

2FSK信号的产生2026/10/2837频移键控又称数字调频。实现容易，技术简单，抗干扰能力强，目前使用较多。

主要应用于低速或中低速的数据传输中（是因为在相同传信率下，需要比数字调幅和数字调相更宽的传输频带。)2026/10/28382PSK波形2026/10/28392.1调制的目的（续)实现频率分配为使各个无线电台发出的信号互不干扰,每个电台都被分配给不同的频率。可以利用调制技术把各种语音、音乐、图像等基带信号调制到不同的载频上,以便用户任意选择各个电台,收看收听所需节目。

2026/10/28402.1调制的目的（续)实现多路复用如果信道的频带较宽,可以用一个信道传输多个基带信号。只要把基带信号分别调制到相邻的载波,然后将它们一起送入信道传输即可。提高系统抗噪声性能比如调频广播系统,采用频率调制技术,付出多倍带宽的代价,但抗干扰能力强。其音质比只占10kHz带宽的调幅广播要好得多。

2026/10/2841图7-9PAM、PDM、PPM信号波形2026/10/2842脉冲调制的分类∵用m(t)去控制载波脉冲的参数:

幅度、宽度、时间位置

∴脉冲调制分类:脉幅调制(PAM)脉宽调制（PDM）脉位调制（PPM）2026/10/2843

概念：脉冲载波振幅随m(t)变!

（注：抽样频率按抽样定理选)

分类

曲顶抽样---ms(t)的顶部随m(t)变化(曲顶)

平顶抽样---ms(t)的顶部不随m(t)变化(平顶)PAM（脉冲调制的主要方式)2026/10/28447.2脉冲振幅调制(PAM)连续波调制是以连续振荡的正弦信号作为载波。然而，正弦信号并非是惟一的载波形式，时间上离散的脉冲串，同样可以作为载波。脉冲调制就是以时间上离散的脉冲串作为载波，用模拟基带信号m(t)去控制脉冲串的某参数，

使其按m(t)的规律变化的调制方式。通常，按基带信号改变脉冲参量（幅度、宽度和位置)的不同，把脉冲调制又分为脉幅调制(PAM)、脉宽调制(PDM)和脉位调制(PPM)。

虽然这三种信号在时间上都是离散的，但受调参量变化是连续的，

因此也都属于模拟信号。

2026/10/2845

脉冲振幅调制(PAM)是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。

按抽样定理进行抽样得到的信号ms(t)就是一个PAM信号。

但是，用冲激脉冲序列进行抽样是一种理想抽样的情况，

是不可能实现的。因为冲击序列在实际中是不能获得的，即使能获得，由于抽样后信号的频谱为无穷大，

对有限带宽的信道而言也无法传递。因此，在实际中通常采用脉冲宽度相对于抽样周期很窄的窄脉冲序列近似代替冲激脉冲序列，从而实现脉冲振幅调制。这里我们介绍用窄脉冲序列进行实际抽样的两种脉冲振幅调制方式:自然抽样的脉冲调幅和平顶抽样的脉冲调幅。

2026/10/2846信道复用时分复用频分复用2026/10/2847信道复用是指在同一链路上传输多路信号而互不干扰的一种技术。时分复用:TDM，TimeDivisionMultiplex频分复用:FDM，FrequencyDivisionMultiplex码分复用:CDM，CodeDivisionMultiplex2026/10/28483路时分复用波形(a)第1路;(b)第2路;(c)第3路;(d)3路合成的波形

2026/10/28493路时分复用方框图3.1时分复用TDM2026/10/28503.2频分复用（FDM)2026/10/28512026/10/28523.2