通信原理第五章
(通信原理课件)第五章
2、HDB3码 HDB3码的全称是3阶高密度双极性码，它 是AMI码的一种改进型，其目的是为了保 持AMI码的优点而克服其缺点， 使连“0” 个数不超过3个。其编码规则如下： （1）当信码的连“0”个数不超过3时， 仍按AMI码的规则编码，即传号极性交替；
《通信原理课件》
（2）当连“0”个数超过3时，出现4 个或4个以上连“0串时，”则将每4个 连“0”小段的第4个“0”变换为非“0” 脉冲，用符号V表示，称之为破坏脉冲。 而原来的二进制码元序列中所有 的 “1”码 称为信码，用符号B表示。当信 码序列中加入破坏脉冲以后，信码B与 破坏脉冲 V 的正负极性必须满足如下 两个条件：
《通信原理课件》
交替使用。 4、双相码
双相码又称Manchester码，即曼彻斯 特码。它的特点是每个码元用两个连续 极性相反的脉冲来表示。
《通信原理课件》
5、密勒（Miller）码
密勒码又称延迟调制码，它是双相码 的一种变形。编码规则如下：“1”码用 “10”或“01”表示。“0”码分两种情形 处 理 ： 对 于 单 个 “ 0” 时 ， 用 “ 11” 或 “00”表示。要求在码元持续时间内不 出现跃变，且与相邻码元的边界处也不 跃变；对于连“0”时，用“00”与“11” 交替。要求在两个“0”码的边界处出现 跃变。
《通信原理课件》
6、CMI码 CMI 码是传号反转码的简称，其编
码规则为： “1”码交替用“00”和 “11”表示；“0”码用“01 ” 表示。 CMI 码的优点是没有直流分量，且有 频繁出现波形跳变，便于定时信息提 取，具有误码监测能力。
《通信原理课件》
5.2.2 基带波形的形成
在选择了合适的码型之后，尚需考虑 用什么形状的波形来表示所选择的码型。 上面介绍的各种常用码型都是以矩形脉 冲为基础的，我们知道矩形脉冲由于上 升和下降是突变的，其低频分量和高频 成分比较丰富，占用频带也比较宽。如 果信道带宽有限，采用以矩形脉冲为基 础的码型进行传输就不合适，而需要采 用更适合于信道传输的波形，
通信原理第四版第5章8
解：AM信号 sAM (t) 2[ A0 cos(2000t)]cos104t 2A0 cos104t cos(1.2104t) cos(0.8104t)
DSB信号 sDSB (t) 2cos(2000t) cos104t cos(1.2104t) cos(0.8104t)
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20
第5章 模拟调制系统
（b）因为mf=KfAm/ωm，所以，调制信号幅度加倍意 味着mf加倍，即mf=2，则：
BFM= 2(mf+1) fm=2(2+1)×10=60kHz （c）调制信号频率加倍，即fm=20kHz，所以
BFM=2(Δf + fm)=2(10+20)=60kHz 但因频偏不变，这时mf = Δf / fm = 0.5
HV(f)
8.5 9.5 10.5 11.5 f (kHz)
-11 -10 -9
SVSB(f)
9 10 11
f (kHz)
-10.5 –9.5 -8.5
8.5 9.5 10.5
f (kHz)
SVSB (t)
1 2
Am [cos(8.5 103
2
t)
3 4
cos(9.5 103
2
t)
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7
第5章 模拟调制系统
➢频分复用 定义：按频率来划分信道的复用方式 FDM的特征：各路信号在频域上是分开的，而在 时间上是重叠的。 FDM技术主要用于模拟信号，普遍应用在多路载 波电话系统中。
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8
第5章 模拟调制系统
1.根据下图所示的调制信号，试画 出DSB及AM信号的波形图，并比 较它们分别通过包络检波器后的波 形差别。
通信原理第5章
13
第5章 模拟调制系统
滤波法及SSB信号的频域表示
滤波法的原理方框图 － 用边带滤波器，滤除不要的边带:
m t
sDSB t
H
sSSB t
载波 c t
图中，H()为单边带滤波器的传输函数，若它具有如下理 1, c 想高通特性： H ( ) HUSB ( ) 0, c
6
第5章 模拟调制系统
5.1.1调幅（AM）
时域表示式 sAM (t ) [ A0 m(t )]cos ct A0 cos ct m(t )cos ct
式中 m(t) － 调制信号，均值为0； A0 － 常数，表示叠加的直流分量。 频谱：若m(t)为确知信号，则AM信号的频谱为
ˆ ˆ 若M()是m(t)的傅里叶变换，则m(t )的傅里叶变换 M ()为
1 S AM ( ) A0 [ ( c ) ( c )] [ M ( c ) M ( c )] 2
若m(t)为随机信号，则已调信号的频域表示式必须 用功率谱描述。 sm t m t 调制器模型 A0 cos c t
7
式中，“－”表示上边带信号，“+”表示下边带信号。
希尔伯特变换：上式中Am sinmt可以看作是Am cosmt 相移
/2的结果。把这一相移过程称为希尔伯特变换，记为
“ ^ ”，则有
ˆ Am cos mt Am sin mt
这样，上式可以改写为
sSSB (t )
1 1 Am cos mt cos ct Am c o s mt sin ct 2 2
c
通信原理第五章
通信原理第五章第五章数字基带传输系统引言——意义、系统构成、各部分作用数字基带信号及其频谱特性基带传输的常用码型基带脉冲传输与码间干扰无码间干扰的基带传输特性部分响应系统数字基带传输系统的抗噪性能眼图5.1 引言1、数字通信系统较模拟通信系统优越。
主要表现为：（1）抗噪声性能好，可消除噪声的积累、可采用信道编码降低误码率，提高通信质量；（2）便于处理、存储、交换；（3）便于加密，便于和计算机等连接，综合传递各种消息，使通信系统功能增强。
缺点：占用的频带比较宽数字信号的产生来自数据终端的原始数据信号，如计算机输出的二进制序列，电传机输出的代码；也可以是来自模拟信号经数字化处理后得到的信号，如PCM码组或时分复用得到的数字序列，还可以是多进制数字序列等等都是数字信号。
这些信号往往包含丰富的低频分量，甚至直流分量，因而称之为数字基带信号。
2、数字通信系统有两种传输方式基带传输：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，称之为数字基带传输。
频带传输（调制传输）：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，把频谱搬移到高载波处才能在信道中传输，把这种传输称为数字频带（调制或载波）传输。
3、研究基带传输意义在频带传输系统中仍然存在基带传输的问题，基带传输的许多问题也是频带传输需要考虑的问题。
从广义信道来看，数字频带传输系统也可看成一个基带传输系统。
数字基带传输系统的基本结构数字基带传输系统各部分的作用信道信号形成器：基带传输系统的输入的脉冲序列往往不适合直接送到信道中传输。
信道信号形成器的作用就是把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的，其目的是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。
信道：是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道，如市话电缆、架空明线等。
通信原理第5章
(2)
三、实际抽样 ------自然抽样
自然抽样的特点
平顶抽样：
5.2 脉冲编码调制（PCM）
脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制，它是一种用一组二进 制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信的方式。 由于这种通信方式抗干扰能力强，它在光纤通信、数字微波通 信、卫星通信中均获得了极为广泛的应用。 PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码方式。首 先，在发送端进行波形编码(主要包括抽样、量化和编码三个过 程)，把模拟信号变换为二进制码组。编码后的PCM码组的数 字传输方式可以是直接的基带传输，也可以是对微波、光波等 载波调制后的调制传输。在接收端，二进制码组经译码后还原 为量化后的样值脉冲序列，然后经低通滤波器滤除高频分量， 便可得到重建信号 x(t ) 。
1 Ts= 是最大允许抽样间隔，它被称为奈奎斯特间隔，相对 2 fH 应的最低抽样速率fs=2fH称为奈奎斯特速率。
混叠现象
信号的重建
该式是重建信号的时域表达式， 称为内插公式。 它说 明以奈奎斯特速率抽样的带限信号x(t)可以由其样值利用内
插公式重建。这等效为将抽样后信号通过一个冲激响应为
际标准中取μ=255。另外，需要指出的是μ律压缩特性曲线 是以原点奇对称的， 图中只画出了正向部分。
2、A律压扩特性
Ax 1 ln A ,0 x 1 / A z 1 ln( Ax) ,1 / A x 1 1 ln A
• • •
x——压缩器归一化输入电压 z——压缩器归一化输出电压 μ ——压缩器参数
量化的物理过程
q7
x q x q x (t)
q
信号的实际值
6
量化误差
6
信号的量化值
通信原理(陈启兴版)第5章课后习题答案
第5章 数字基带传输系统5.1 学习指导 5.1.1 要点本章的要点主要有数字基带传输系统结构及各部件功能；基带信号常用波形及其频谱特性；基带传输常用码型的编译及其特点；码间串扰和奈奎斯特第一准则；理想低通传输特性和奈奎斯特带宽；升余弦滚将特性；第一类部分响应系统；无码间串扰基带系统的抗噪声性能；眼图和均衡的概念。
1.数字基带传输系统数字基带传输系统：不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，其基本结构如图5-1所示。
主要有发送滤波器、信道、接收滤波器、同步提取电路以及抽样判决器组成。
发送滤波器用于产生适合于信道中传输的基带信号波形。
信道是基带信号传输媒质（通常为有线信道）。
加性n (t )是均值为零的高斯白噪声。
接收滤波器的功能接收有用信号，滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。
同步提取即从接收信号中提取用来抽样的定位脉冲。
抽样判决器用来对对接收滤波器的输出波形进行抽样、判决和再生（恢复基带信号）。
图5 - 1 数字基带传输系统的原理方框图发送滤波器信道接收滤波器抽样、判决器e (t )n (t)位同步提取y (t )2.数字基带信号及其频谱特性(1) 数字基带信号数字基带信号用不同的电平或脉冲来表示不同的消息代码。
数字基带信号的单个脉冲有矩形脉冲、余弦脉冲、升余弦脉冲、高斯脉冲等等形式。
常用的基本信号波形有：单极性与双极性波形、不归零码与归零码波形、差分波形、多电平波形等。
数字基带信号通常是一个随机的脉冲序列。
若其各码元波形相同而电平取值不同，则可表示为()()nsn s t a g t nT ∞=-∞=-∑ (5-1)式(5-1)中，a n 是第n 个码元所对应的电平值（随机量）；T s 为码元持续时间；g (t )为某种脉冲波形。
一般情况下，数字基带信号可表示为()()nn s t s t ∞=-∞=∑ (5-2)(2) 基带信号的频谱特性数字基带信号s (t )的频谱特性可以用功率谱密度来描述。
通信原理课件第五章
0 1
0
11 00源自01215.3 基带数字信号的波形 基带数字信号的波形 传号差分码： 出现时， 传号差分码：当“1”出现时，电压即发生跳变；当“0”出 出现时 电压即发生跳变； 出
现时，电压不发生变化。 现时，电压不发生变化。
1 0
1
0
0 1
1
1
0
22
0 1 0 1 1 0 0 0 1
12
5.3 基带数字信号的波形 优点： 优点：简单 缺点： 缺点： ① 有直流分量； 有直流分量； 信号不出现跳变，不能提取位定时信息; ② 信号不出现跳变，不能提取位定时信息; 每个“ 和 相互独立， ③ 每个“1”和“0”相互独立，无检错能力； 相互独立 无检错能力； 单极性码传输时需要信道一端接地, ④ 单极性码传输时需要信道一端接地,只适 合用导线连接的各点之间做近距离传输, 合用导线连接的各点之间做近距离传输, 如机箱内, 如机箱内,不适用于两根芯线均不接地的 电缆传输； 电缆传输； 接收单极性码，判决电平为V/2 V/2， ⑤ 接收单极性码，判决电平为V/2，信道衰 减时，无最佳判决门限。 减时，无最佳判决门限。
17
5.3 基带数字信号的波形
归零码相邻脉冲间必有零电位区域存在。 归零码相邻脉冲间必有零电位区域存在。 相邻脉冲间必有零电位区域存在 因此， 因此，在接收端根据接收波形归于零电平便知 比特信息已收毕， 1比特信息已收毕，以准备下一比特信息的接 收。可以认为正负脉冲的前沿起了启动信号的 作用，后沿起了终止信号的作用。因此， 作用，后沿起了终止信号的作用。因此，可以 经常保持正确的比特同步。 经常保持正确的比特同步。即收发之间无须特 别的定时，且各符号独立的构成起止方式， 别的定时，且各符号独立的构成起止方式，属 于自同步方式。 于自同步方式。
华理通信原理、第五章(线性调制)
2
1 A
2 2 0
( AM )max 50%
m (t )
1
单音调制： ( AM )max 33.3%
DSB 100%
23
4.2.3 单边带调制（SSB）
m( t)
hSSB（t）
HSSB（）
sSSB(t)
cos(ct)
滤波法
sssb t mt cosct hssb t
sP (t ) 2sVSB (t )cos ct
S P ( ) SVSB ( c ) SVSB ( c )
Sd ( )
1 1 M ( 2 ) M ( ) H ( ) M ( 2c ) M () H ( c ) c c 2 2
5
5.1 幅度调制原理
线性调制器的原理模型
m(t)
×
sm(t)
s ( t) h ( t)
sm (t ) Am(t ) cosct 0
A S m [ M ( c ) M ( c )] 2
6
A cosct
mt M f mt A cos c t S m f
相移法中各点频谱
35
残留边带调制（VSB）
36
残留边带调制（VSB）
VSB信号的产生 m(t)
×
cos ct
sDSB(t)
H(w)
sVSB (t)
VSB信号的相干解调
sVSB(t) sp(t) LPF s d( t )
2cos(ct)
37
残留边带调制（VSB）
SVSB ( ) S DSB ( ) H ( ) 1 M ( c ) M ( c )H ( ) 2
《通信原理》樊昌信,国防工业出版社,第五版)第五章总结
精品行业资料，仅供参考，需要可下载并修改后使用！第五章 总结节1 数字基带信号数字基带传输系统框图组成：信道信号形成器、编码信道、接收滤波器、抽样判决器。
一、时域形式：基带信号：单极性、双极性；归零、不归零。
二、频谱结构：1.稳态波v(t)的功率谱密度P v (ω)：2.交变波u(t)的功率谱密度P u (ω)：3.基带信号S(t)的功率谱密度P s (ω)=P v (ω)+P u (ω) 三、常用码型：对传输码的码型结构要求：① 能从相应的基带信号中获取定时信息。
( 减少连0，连1的可能 ） ② 相应的基带信号无直流成份和只有很小的低频成份。
③ 适应性强，不受信息源统计特性[P 、1-P]的影响。
④ 尽可能提高传输速率（传输效率）。
1.AMI 码（传号交替反转码）：编码规则、AMI 码特点。
1B / 1T 码型 基本码()()∑+∞-∞==n n t s t s ()()()⎩⎨⎧---=pnT t g p nT t g t s s s n 121概率概率()()s m m v mf f C f P -=∑+∞-∞=δ2()()()()s m s s s mf f mf G p mf pG f --+=∑+∞-∞=δ22121()()[]()()()()2212112limf G f G p p f T N U E P ssT N u --=+=∴∞→ωω2.HDB3码（三阶高密度双极性码）：编码规则、HDB3码特点。
1B / 1T 码型 改进码节2 性能分析一、数字基带传输系统模型：发送滤波器、恒参信道、噪声叠加、接收滤波器、抽样判决器。
二、码间串扰无噪分析 1．时域无码间串扰条件：2．频域无码间串扰条件：3．频带利用率=码元速率/传输带宽 有效性指标 最高2波特/Hz 4．理想特性的逼近——“滚降”特性优点：“尾巴”衰减振荡幅度小，对定时信号的要求可降低。
缺点：无码间串扰的最高频带利用率较低。
通信原理 第五章 基带数字信号的表示和传输
HDB3码
通信原理
【例】1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1
AMI码
HDB3码 【例】2 HDB3码
+ 0 0 0 - + - 0 0 + + 0 0 0 - + - 0 0 + -
1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 + 0 0 0 V+ - 0 + - 0 0 0 V- 0 +
电子工业出版社
主要内容
通信原理
5.1
概 述
5.2 字符的编码
5.3 数字基带信号波形 5.4 基带传输的常用码型 5.5 基带数字信号的频率特性 5.6 基带数字信号传输与码间串扰 5.7 眼图 5.8 时域均衡
电子工业出版社
5.3 数字基带信号波形
通信原理
1
数字基带信号
2
基带信号的波形的形成
电子工业出版社
电子工业出版社
最常见的基带信号波形
通信原理
单极性不归零脉冲 双极性不归零脉冲 单极性归零脉冲 双极性归零脉冲 差分码（相对码） 多电平脉冲
电子工业出版社
多电平脉冲
通信原理
这种信号多于一个二进制符号对应于一个 脉冲的基带信号这种波形统称为多值波形 或多电平波形。 例如，令两个二进制符号00对应+3E，01对 应+E，10对应-E，11对应-3E，则所得波形 为4值波形或4电平波形。
5.3 数字基带信号的波形
通信原理
1
数字基带信号
2
基带信号的波形的形成
电子工业出版社
基带信号的波形形成
通信原理
单极性脉冲与单极性归零脉冲间的变换 绝对码与相对码之间变换
通信原理-第5章 振幅调制、解调及混频 63页 2.5M PPT版
载 波 分(量 c ):不 含 传 输 信 息
上边频分量 c :含传输信息 下边频分量 c :含传输信息
调制信号
Ω
载波
调幅波
U
ωc
c
下边频
1 2 m aU c
1 2
m
aU
c
上边频
ωc - Ω ωc +Ω
(2) 限带信号的调幅波
5.3 .2 高电平调幅电路 1. 集电极调幅电路 2. 基极调幅电路
返回
5.3 振幅调制电路
A信 M:u 号 AM U c(1m co ts)co cts 纯调幅 DS 信 B :u 号 DSB k U U cco tsco cts 调,调 幅相 SS 信 B:u 号 SS BU (c otcso ctssi n tsi n ct) 调,调 幅频
n
Uncosc(n)t
5.2.2双边带( double sideband DSB)调幅信号 2. 波形与频谱
休息1 休息2 返回
调制信号
下边频
载波
c 上边频
(1) DSB信号的包络正比于调制信号 Uco s t
仿真
(2) DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周 时，已调波高频与原载波反相。因此严格地说，DSB信号已非单纯的振 幅调制信号，而是既调幅又调相的信号。
返回
（则1那）有么设u 调A ：幅M 载U 信波c号信1（ 号 n 已 ：1m 调un cc 波U ）o c可n cts 表o (达n sc)t为c：调 o u 制cA t信sM 其号中：U u ：m m ( tn )U c cko aoU cs sttn
通信原理 第五章
－3fs －2 .5s －2fs f
s ( )
－3fs
－2fs
－fs
O (b) Ms ( )
fs
2fs
3fs
f
－3fs
－2fs
－fs
O (c)
fs
2fs
3fs
f
图 5–8
fH=nB时带通信号的抽样频谱
例题:
解:
已知f L =100.5 MHZ , f H =100.9 MHZ , 求f S 的值。 B = f H － f L =0.4MHZ f H = nB + kB =252B +0.25B f S = 2B (1+k/n) =2×0.4(1+0.25/252) ≈800.8kHZ
7Ts
t
量化的物理过程
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。 量化误差: mq(kTs)与m(kTs)之间的误差。 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，通常用均方误 差来度量。
把输入信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化。在均匀量化中，每个量化区 数。若量化范围为（-V，+V）, 量化电平数为L，则均匀量化时的量化间隔为
Dk = D = 2V L k = 1, 2,..., L
间的量化电平均取在各区间的中点。 其量化间隔Δi取决于输入信号的变化范围和量化电平
qi是第i个量化区间的量化电平，可表示为
M () T M s ()G2H ()
m(t ) T ms (t ) H S a ( H t ) ms (t ) S a ( H t )
通信原理第5章(樊昌信第七版)
s p t sVSB t 2 cos ct
sVSB t
sp t
LPF
sd t
S p S VSB c S VSB c
S VSB
c(t ) 2 cos c t
1 M c M c H 2
SSB信号的特点
优点之一是频带利用率高。传输带宽为AM/DSB的一半：
BSSB BAM / 2 f H
因此，在频谱拥挤的通信场合获得了广泛应用，尤其在 短波通信和多路载波电话中占有重要的地位。
优点之二是低功耗特性，因为不需传送载波和另一个边 带而节省了功率。这一点对于移动通信系统尤为重要。
m
m(t ) max A0
m<1 正常调幅 m>1 过调幅
m=1 临界状态，满调幅（100）
A m(t )
A
0
A m(t )
A m(t )
A
A
t
0
t
0
t
sAM (t )
sAM (t )
sAM (t )
0
t
t
t
m 1
m 1
m 1
高调幅度的重要性！
AM
Ps m 2 (t ) PAM A02 m 2 (t )
幅度调制 频率调制 相位调制
m(t )
调制器
sm (t )
按载波信号 c(t)的类型分
连续波调制 脉冲调制
c(t )
7
本章研究的模拟调制方式：
——是以正弦信号 c(t ) A cos(c t ) 作为载波的
通信原理(第五章)模拟调制系统
n i =1
mi cos wit
有 m ˆ (t ) = å
n i =1
mi sin wit
二、幅度调制的原理（6）(VSB）
残留边带(VSB) ：信号带宽B介于单边带(SSB)信号和双边带 (DSB)信号之间。 如何确定残留边带滤波器的特性H(ω )？ 先考虑如何解调，即如何从接收信号中来恢复原基带信号？ 设采用同步解调法进行解调，其组成方框图如图5-8 输入信号为 Sm(w) = 1 [ M (w - wc) + M (w +wc)] H (w)
2 (5.1 - 24)
载波为：
s(t ) = cos wct ? S (w) p [d (w +wc) +d (w - wc)]
1 1 [ Sm(w) * S (w)] = [ M (w + 2wc) + M (w)] H (w + wc) 2p 4 1 + [ M (w) + M (w - 2wc )] H (w - wc ) (5.1 - 26) 4
max max
- [ m(t )] min +[ m(t )] min
二、幅度调制的原理（5）(SSB）
SSB信号：
在DSB调制信号的基础上，仅保留一个边带。 将图5-4中的带通滤波器设计成如图5-5b所示的传输特 性。将产生上边带信号，相应的频谱如图5-5c所示。 信号带宽B=fx，其中fx是信号的最高频率)。 如何描述？产生下边带SSB信号的理想低通滤波器可表 示为： ì 1 t >0 ï 1
sm(t ) = A0 cos wct + m(t )cos wct
Sm(w) = p A0[d (w - wc) +d (w +wc)] +
通信原理第五章xin
第五章 模拟调制系统
2、DSB信号的产生
m (t )
×
S DSB (t ) m(t ) cos c t
cos c t
第五章 模拟调制系统
例题5.1 已知载波电压uc=UCsinωCt，调制信号如图所示， fC>>1/TΩ。分别画出m=0.5及m=1两种情况下所对应 的AM波波形以及DSB波波形。
1 0 1 0
sgn( )
观察 H SSB下 ( )与 sgn( )的关系 , 可发现 1 H SSB下 ( ) [sgn( c ) sgn( c )] 2
第五章 模拟调制系统
根据希尔伯特变换的定 义
ˆ m (t )
H ( ) M ( ) j sgn( ) M ( )
属于频带信号 B 2 H
S AM ( ) m 0 [ ( c ) ( c )] 1 2 [ M ( c ) M ( c )]
第五章 模拟调制系统
2、AM信号的产生
m (t )
+
×
S AM (t ) [ m(t ) m0 ] cos c t
HSSB(ω)
c
S DSB ( )
cos c t
c
( H SSB下 )
c
c
H SSB上 ( )
第五章 模拟调制系统
以下边带滤波器为例
预备知识：希尔伯特变 换
ˆ 时域上： f (t )的希尔伯特变换记为 f (t )
H SSB下 ( )
频域上：希尔伯特变换 的转移函数 H ( ) j sgn( ) 其中 sgn( )
通过画图可知
通信原理（第七版）-樊昌信-第五章-模拟通信系统-重要知识点
通信原理（第七版）-樊昌信-第五章-模拟通信系统-重要知识点1.调制的⽬的：（1）将信号转换为适合在信道中传输的已调信号；（2）实现多路复⽤，提⾼信道利⽤率；（3）改善系统抗噪声性能；2.调制⽅法：2.1 滤波法：Sm（t）= [ m（t）· coswc·t ] * h（t）；2.2 移像法：Sm（t）= Si（t）· coswc·t + Sq（t） · sinwc·t；其中：Si（t） = m（t） * hi（t）；Sq（t） = m（t） * hq（t）；hi（t） = h（t）· coswc·t；hq（t） = h（t）·sinwct；3.AM（hi（t） = 1；hq（t） = 0）：3.1 调制框图：3.2 表达式：为了将原始信号的波形通过包络描述出来，必须将其移动到x轴之上，即：A0 >= |m（t）max| or 调幅指数：m = |m（t）max| / A <= 13.3 因为调制将信号搬移到远处，⼜因为信号频谱本⾝就有x轴左右对称，那么其已调信号带宽为：B = 2*fH3.4 看3.2得到前半部分的功率是（注意：开始m（t）功率为Pm）：后半部分类推得AM信号的平均功率：3.5 那么其调制效率或者功率利⽤率：3.6 噪声：Nt = n0/2 *2Bbpf = n0 * Bbpf = 2*n0*fm3.7 解调器输⼊噪声⽐：Si / Ni = (Ps+ Pc)/2*no*fm3.8 解调器输出：3.8.1 噪声与信号：噪声：经过低通，去直流之后，N0 = 1/4 * Ni（因为n0（t） = 1/2 * nc（t））信号：经过低通，去直流之后，S0 = 1/4 * Pm = 1/2 * Ps（因为：m0（t） = 1/2 * m（t））3.8.2 输出信噪⽐：So/No = （ 1/2 * Ps ）/（1/4 * Ni）3.9 调制增益：GAm = （So/No ）/（Si / Ni ） = 2*ps/（Pc + Ps）100%调制时候即A = |m（t）|max ：调制效率 = （A0²/2） / （A0²/2 + A0²） = 1/3调制增益 GAm = 2/3（观察3.5与3.9）3.10 门限效应：⾮相⼲解调器（包络检波）的⾮线性解调作⽤引起的，使⽤⾮相⼲解调时候，⼩信噪⽐，使得输出信噪⽐不是随着输⼊信噪⽐减⼩⽽减⼩，⽽是急剧恶化的现象；3.11 优缺点：缺点：功率利⽤率低；优点：包络检波电路简单，解调器输出信号为有⽤信号的2倍；应⽤：中短波调幅⼴播；4.DSB-SC将AM的A0给去掉，就没Pc了；4.1 信号：4.2 带宽：2*fm4.3 输⼊信噪⽐：Si / Ni = = Ps / 2*no*fm = Ps / Ni4.4 输出信噪⽐：So/No = （ 1/2 * Ps ）/（1/4 * Ni）（相⼲解调，⾳译包络不能反应m（t）了）4.5 调制增益GDsb = 24.6 调制效率：14.7 优缺点：缺点：相⼲解调电路复杂；优点：调制效率⾼；应⽤：作为SSB、VSB信号的基础；5.SSB：⽤滤波器滤出⼀个边带；5.1 信号：5.2 带宽：B = fm（因为是单边带）5.3 输⼊信噪⽐：Si / Ni = = Ps / 2*no*fm = Ps / Ni5.4 输出信噪⽐：So/No = （ 1/4 * Ps ）/（1/4 * Ni）（因为是单边带，功率减半）5.5 调制增益 GSsb = 15.6 调制效率：15.7 优缺点：优点：带宽减少了⼀半，节省发射功率；缺点：都相移pi/2很困难；6.VSB： 介于SSB与DSB的折中（哈哈，⼈⽣的⼤道理啊）6.1 信号（我们由解调器我们的解调⽅式及我们需要的信号波形，逆推出H（w）满⾜的关系式）：Svsb（w） = H（w）* SDsb（w）6.⾓度调制：6.1 ⼀般表达式：6.2 单⾳调频： 将m（t）信号表达式带⼊其FM信号的定义式⼦中去得： Δf = Kf * Am / 2pi 最⼤频偏6.2.1 带宽：6.2.2 G：（⼤信噪⽐）（⼩信噪⽐）6.2.3 预加重与去加重：预加重：因为上图，在信道噪声介⼊之前，⼈为提⾼信号的⾼频分量，使得信噪⽐上升；去加重：将⾼频噪声衰减，增强低频信号分量（因为调频⼴播中⾳乐、语⾳在低频）7.补充：。
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由以上表达式可见：幅度调制后的已调信号，在时间波形 上，波的幅度随调制信号成线性变化；在频谱结构上，频谱已从
A Sm w M w wc M w wc 2
基带域搬移到其他一个频域，而且他的频谱结构完全是基带信号
频谱在频域内的简单的搬移，由于这种搬移是线性的, 因此幅度 调制又称线性调制，但应注意，线性调制并不是线性变换，而是
1）AM调制数学模型
由标准调幅的定义可以得出实现标准调幅的模型，如图所示。
AM调制模型 上一页
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5.1.1 调幅
2）数学表达式
通信原理 Tongxin
由实现标准调幅的模型可以得出标准调幅信号的时域表示
s AM t A0 m t cos wct
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1
通信原理 Tongxin
由信源产生的的原始信号一般不能在大多数信道内直接传输， 因此需要经过调制将他变换成适于在信道内传输的信号．
调制的定义：把输入信号变换为适合于通过信道传输的波形，这
一变换过程称为调制。调制实现了信源的频谱与信道的频带匹配。
基带信号：通常把原始信号称为调制信号，也称基带信号。 载波：未受调制的周期性振荡信号称为载波，他可以是正弦
（第六版） 樊昌信
国防工业出版社
通信原理 Tongxin 本章目录
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教学要求
5.1 幅度调制（线性调制）的原理 5.2 线性调制的抗噪声性能 5.3 非线性调制（角度调制）原理 5.4 调频系统的抗噪声性能
内容简介
重点难点 本章小结
5.5 各种模拟调制系统的比较
5.6 频分复用和调频立体声
通信原理 Tongxin
AM信号频谱
从调制后的频谱可见,源信号的频谱经过AM调制后形状未变，仅 仅是幅度下降为一半，位置发生了变换，搬移到了±ωc。带宽由原始 消息信号的ωm变为2ωm。在这个频谱搬移过程中没有出现新的频率分 量，因此，该调制为线性调制。 通常AM已调信号的频谱中，高于ωc部分称为上边带 （USB:Upper signal sideband），低于ωc部分称为下边带 （LSB:Lower side-band）。事实上，任何一个边带足以表达消息信 号的全部信息，显然AM传输有些浪费。解决办法是采用单边带调制。
S AM w A0 w wc w wc 1 M w wc M w wc 2
据此，我们可得。
(5.1 5)
连续
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5.1.1 调幅
假设源信号频谱M(w)为左图，则AM信号的频谱如右图。
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5.1.1 调幅
通信原理 Tongxin
载波和调制有密切的关系，在这里可以把信号比做纸，载波比做石头， 不管用多大的力量很难把一张纸扔很远，但是如果用纸包住石头，这样， 纸就可以扔的很远。在图中的AM调制传输系统中，基带信号通过调制载 波信号，即基带信号依附在载波信号上面，这样基带信号就可以实现远距 离的传输。 上面仅仅是定性地分析了调制、解调过程，定量分析包含以下几个方 面的内容。 （1）信号的时间表达式和时间波形； （2）频谱表达式和频谱图； （3）功率分配； （4）解调方式； （5）抗噪声性能。
m t max
通信原理 Tongxin
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5.1.1 调幅
2、AM信号的频域表示及频谱图
复习概念 通信原理 Tongxin 信号频谱：就是指时 域信号的傅式变换
讨论频域的原因： （1）系统的有效性就是系统所需的传输带宽，而传输带宽只能在 频域中体现。 （2）有时在频域中分析问题较在时域更为方便。 设m(t)为确知信号，则AM信号的频谱为： 离散
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通信原理 Tongxin
1846年,即在人类用电线传送信号的初期,开始敷设一条海底电缆, 施工之前设计者已经预计到,信号经过电缆时，由于信道衰减会变得弱 一些，导线越长,这种衰减就越大。因此，加大发射功率，提高接收机 的灵敏度就可以解决这个问题。但是完工之后，接收机的工作完全不 象人们预想得那样，接收到的是和发送信号完全不相关的波形，这个 问题当时对人们来说,确实是一个谜。 10年之后，也就是1856年，凯尔文(Kelven)用微分方程解决了这 个问题，他阐明了这实际上是一个频率特性的问题。频率较低的成分 可以通过信道，而频率高的成分则被衰减掉了。从此,人们开始认识到， 信道具有一定的频率特性，并不是信号中所有的频率成分都能通过信 道进行传输，而且这时人们也将注意力转移到了怎样才能有效地在信 道中传输信号而不导致出现频率失真，同时也提出问题，就是怎样才 能节约信道,这就导致了调制技术的出现。
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5.1.1 调幅
4）线性调幅的条件
由波形图知AM信号有以下特点：
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（1）幅度调制：AM信号的包络是随着信号呈线性关系变化的。 （2）频率未变：已调波的波形疏密程度相同，也就是说载波仅仅是 幅度受到了调制，频率没有发生变化。 （3）调幅条件： 如果A0不够大，已调信号的包络不一定与m(t)成正 比，将出现这样无法采用包络检波的方法检出其包络（但是可以采用其他 解调方式，如同步检波），无法无失真地恢复消息信号m(t)。此时已调信 号的包络与调制信号之间已无线性关系变化可言，包络与调制信号相比， 出现了严重的失真，标准调幅中我们不希望出现这种现象，通常我们称这 种现象为过调。保证不过调的条件为：
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5.1.1 调幅
3、AM信号的功率分配
通信原理 Tongxin
归一化功率概念：1Ω电阻上所消耗的功率（等于信号的均方值）。 通信系统中的功率均为归一化功率。 则AM信号的功率为：
2 PAM s AM t A0 m t 2cos 2 wct
1 w M w wc M w wc H w 2 4）区分方法： w 的特性。 H
频域： S m
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Hale Waihona Puke 通信原理 Tongxin5.1.1 调幅
AM调制的收音机的原理如下：
AM调制收音机原理框图
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m t max A0
14
(5.1 6)
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5.1.1 调幅
5）调制指数
为了衡量标准调幅的调制程度，定义调制指数为： AM A0 用调制指数来描述标准调幅的调制程度是很方便的， 否则出现过调。两种情况下的已调信号波形如图所示。实际工程 中，一般调制指数取（0.3～0.8）。
一种非线性过程。
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3、 线性调制的分类
1）线性调制模型 由式（5.1-3）可以得出线性调制的一般方法，其模型如图所示。
线性调制模型
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通信原理 Tongxin
2）线性调制方法 利用模型中h(t)的不同特性，可以得到各种幅度调制信号。如 AM，DSB，SSB和VSB等信号。 3）时域和频域波形 为了分析方便，令调制信号的幅度为1，相位为0。这样不仅 使书写表达式变得简捷，而且有不影响已调信号的时域及频域分析。 此时已调信号的时域和频域信号表达式如下。 时域： sm t m t cos wct h t
A0 cos wct m t cos wct
(5.1 4)
3)时域波形
公式（5.1-4）中的第一项代表载波分量，第二项代表边带分
量,，该项为消息信号。由AM信号的时域表达式不难看出，AM 信 号的波形为幅度随变化的余弦波形，如图所示。
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5.1.1 调幅
二、调制的分类
调制器模型如图所示 调制信号
调制系统模型 上一页
载波信号
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3
通信原理 Tongxin
1、 按信号m(t)的不同分： 模拟调制，特点：m(t) 是连续信号。 数字调制，特点：m(t) 是数字信号。 2、按载波信号c(t)不同分： 连续波调制，特点：c(t) 连续，如c(t)=cosωct； 脉冲调制，特点：c(t) 为脉冲，如周期矩形脉冲序列。 3、 按调制器功能的功能分： 幅度调制，特点：用: m(t)改变c(t)的幅度，如AM，DSB，SSB，VSB。 频率调制，特点：用: m(t)改变c(t)的频率，如FM。 相位调制，特点：用: m(t)改变c(t)的相位，如PM。 4、按调制器传输函数来分： 线性调制，特点：调制前、后的频谱呈线性搬移关系。 非线性调制，特点无上述关系，且调制后产生许多新成份。
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本章内容简介
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本章重点与难点
本章的重点是：
各种模拟调制的原理 相干解调和包络检波 线性调制的抗噪声性能 频分复用
本章的难点是：
线性调制的时域、频域表达式，波形和频谱。 非线性调制的时域表达式，波形。 相干解调原理 抗噪声性能的分析 返
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5.1.1 调幅
定义调制效率为有用功率占信号总功率的比例，即：
通信原理 Tongxin
m2 t (5.1 9)
AM
Ps PAM A02 m2 t