1、2 2 通信與通信網技術基礎通信與通信網技術基礎2.1 2.1 信號信號 2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.3 2.3 通信系統概述通信系統概述2.4 2.4 信道信道2.5 2.5 物理層接口物理層接口2.6 2.6 通信網絡概念通信網絡概念2.7 2.7 網絡的分層結構體系網絡的分層結構體系 本章重點：概念本章重點：概念2.1 2.1 信號信號 2.1.1 2.1.1 通信與電通信通信與電通信 2.1.2 2.1.2 數據與信號數據與信號2.1.3 2.1.3 信號強度的分貝度量（重點）信號強度的分貝度量（重點）2.1.4 2.1.4 信號的頻譜信號的頻譜2.1.5 2.1.5 噪聲

2、與信噪比噪聲與信噪比2.1 2.1 信號信號本節學習要求本節學習要求 1 1 了解通信的概念了解通信的概念 2 2 了解數據與信號的概念了解數據與信號的概念3 3 掌握信號強度的分貝度量（重點）掌握信號強度的分貝度量（重點）4 4 了解信號的頻譜的概念了解信號的頻譜的概念5 5 了解噪聲與信噪比的概念了解噪聲與信噪比的概念2.1 2.1 信號信號 通信：互通消息。通信：互通消息。 消息：事物的原始表達，其有效內容為信息。消息：事物的原始表達，其有效內容為信息。 電通信：采用電磁波作為消息的載體的通信方式，簡稱電電通信：采用電磁波作為消息的載體的通信方式，簡稱電信。信。2.1 2.1 信號信號2

3、.1.1 2.1.1 通信與電通信通信與電通信1. 1. 數據數據 承載消息的實體，如數字、字母、符號等。承載消息的實體，如數字、字母、符號等。 適合傳輸、分析和處理。適合傳輸、分析和處理。2. 2. 信號信號 數據的電磁表達形式。數據的電磁表達形式。 模擬信號：幅值連續，時間可連續，也可離散。模擬信號：幅值連續，時間可連續，也可離散。 數字信號：時間上離散，幅值也離散。數字信號：時間上離散，幅值也離散。2.1 2.1 信號信號2.1.2 2.1.2 數據與信號數據與信號 分貝：用對數表示信號電磁參量的相對大小。分貝：用對數表示信號電磁參量的相對大小。 電平：用分貝表示的信號強度。電平：用分貝

4、表示的信號強度。1. 1. 分貝的定義分貝的定義0lg10PPSP其中，其中，S SP P信號的功率電平，信號的功率電平，dBdB； P P被測點的實際信號功率，被測點的實際信號功率，W W。 P P0 0選定的功率參考值，選定的功率參考值，W W。 S SU U信號的電壓電平，信號的電壓電平，dBdB； U U被測點的實際信號電壓，被測點的實際信號電壓，V V。 U U0 0選定的電壓參考值，選定的電壓參考值，V V。0202lg20lg10UUUUSU2.1 2.1 信號信號2.1.3 2.1.3 信號強度的分貝度量信號強度的分貝度量2. 2. 參考值的選取參考值的選取 信號電平的大小取決

5、于參考值的選取。信號電平的大小取決于參考值的選取。 以以1V1V為基準的分貝值記作為基準的分貝值記作dBVdBV，即，即20lg(U/1V)20lg(U/1V)。 例如：信號電壓為例如：信號電壓為1V1V，其電平為，其電平為: : 20lg(1 20lg(110106 6V/1V)=120 dBVV/1V)=120 dBV3. 3. 數量關系數量關系 電壓加倍：電壓加倍： SSU U = 20lg2 = 6dB = 20lg2 = 6dB 電壓翻兩翻：電壓翻兩翻： SSU U = 20lg(2 = 20lg(22) = 12dB2) = 12dB 電壓增為十倍：電壓增為十倍：SSU U = 2

6、0lg10 = 20dB = 20lg10 = 20dB 電壓增為百倍：電壓增為百倍：SSU U = 20lg100 = 40dB = 20lg100 = 40dB 功率加倍：功率加倍： SSP P = 10lg2 = 3dB = 10lg2 = 3dB 2.1 2.1 信號信號2.1.3 2.1.3 信號強度的分貝度量信號強度的分貝度量 根據傅里葉定理，任何一個滿足狄利克雷條件的信號波形，都根據傅里葉定理，任何一個滿足狄利克雷條件的信號波形，都是由不同頻率、不同幅值、不同相位角的正弦波線性疊加構成的是由不同頻率、不同幅值、不同相位角的正弦波線性疊加構成的。)sincos(2)(1110tnb

7、tnaatfnnnTttdttfTa00)(20TttntdtntfTa001cos)(2周期信號：各頻率離散、頻譜離散。周期信號：各頻率離散、頻譜離散。非周期信號：在部分區間各頻率連續，頻譜連續。非周期信號：在部分區間各頻率連續，頻譜連續。TttntdtntfTb001sin)(2T212.1 2.1 信號信號2.1.4 2.1.4 信號的頻譜信號的頻譜1. 1. 噪聲的來源噪聲的來源 內部噪聲：通信系統內載流子的各種運動和變化所產生，又稱內部噪聲：通信系統內載流子的各種運動和變化所產生，又稱為本底噪聲；為本底噪聲； 外部噪聲：通信系統以外的電磁能量，以各種方式耦合到通信外部噪聲：通信系統以

8、外的電磁能量，以各種方式耦合到通信系統中所產生。系統中所產生。2. 2. 噪聲的危害噪聲的危害 A. A. 使接收者誤解原始信號，甚至完全不能理解原始信號；使接收者誤解原始信號，甚至完全不能理解原始信號； B. B. 使接收電路不能正常工作；使接收電路不能正常工作； C. C. 導致通信系統效率降低。導致通信系統效率降低。2.1 2.1 信號信號2.1.5 2.1.5 噪聲與信噪比噪聲與信噪比3. 3. 信噪比信噪比 反映噪聲對信號影響程度的參數，也是衡量信號質量反映噪聲對信號影響程度的參數，也是衡量信號質量的指標之一。的指標之一。NSNSSSPPSNRlg10其中，其中，SNRSNR信噪比，

9、信噪比，dBdB； P PS S信號功率，信號功率，W W。 P PN N噪聲功率，噪聲功率，W W。 S SS S信號電平，信號電平，dBdB； S SN N噪聲電平，噪聲電平，dBdB。2.1 2.1 信號信號2.1.5 2.1.5 噪聲與信噪比噪聲與信噪比 2.2 2.2 信號的調制信號的調制 2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 1 1 常規調幅常規調幅 2 2 雙邊帶調制雙邊帶調制 3 3 單邊帶調制單邊帶調制 4 4 殘留邊帶調制殘留邊帶調制 2.2.2 2.2.2 模擬信號的脈沖編碼調制模擬信號的脈沖編碼調制 1 1 抽樣抽樣 2 2 量化量化

10、 3 3 編碼編碼2.2 2.2 信號的調制信號的調制本節學習要求本節學習要求 本節是本章的重點本節是本章的重點 1 1 掌握調制的概念；掌握調制的概念；2 2 掌握模擬線性調制及解調模型；掌握模擬線性調制及解調模型；3 3 了解調制及解調信號波形；了解調制及解調信號波形；4 4 掌握模擬信號的脈沖編碼調制過程掌握模擬信號的脈沖編碼調制過程5 5 了解各種調制方式的用途了解各種調制方式的用途2.2 2.2 信號的調制信號的調制1. 1. 調制的概念調制的概念(1) (1) 調制調制 把基帶信號的頻譜搬移到一較高的頻率范圍以適應信把基帶信號的頻譜搬移到一較高的頻率范圍以適應信道的頻率傳輸特性的過

11、程。道的頻率傳輸特性的過程。 基帶信號：基帶信號：信息源發出的沒有經過調制的原始電信號，信息源發出的沒有經過調制的原始電信號，其特點是頻率較低，信號頻譜從零頻附近開始，具有低通其特點是頻率較低，信號頻譜從零頻附近開始，具有低通形式。形式。 (2) (2) 頻帶信號頻帶信號 調制后的信號。調制后的信號。(3) (3) 解調解調 從頻帶信號中恢復出原來基帶信號的過程。從頻帶信號中恢復出原來基帶信號的過程。 2.2 2.2 信號的調制信號的調制1. 1. 調制的概念調制的概念2. 2. 調制的目的調制的目的 A. A. 信道傳輸頻率特性的需要；信道傳輸頻率特性的需要； B. B. 實現信道復用；實現

12、信道復用； C. C. 通過調制來改善系統的抗噪聲性能；通過調制來改善系統的抗噪聲性能； D. D. 通過調制來提高系統的頻帶利用率。通過調制來提高系統的頻帶利用率。 2.2 2.2 信號的調制信號的調制2. 2. 調制的目的調制的目的 3. 3. 模擬調制模型模擬調制模型 設調制信號為設調制信號為m(tm(t) )，載波信號為，載波信號為c(tc(t) )，即：，即： c(t) = Acos(c(t) = Acos(c ct +t +c c) ) 其中，其中，A A載波的幅度；載波的幅度； c c載波的角頻率；載波的角頻率； c c載波的初相位。載波的初相位。 調制后的信號一般可以表示為調制

13、后的信號一般可以表示為 ： s(t) = A(t)coss(t) = A(t)cosc ct t +(t)+ +(t)+c c 其中，其中，A(t)A(t)載波的瞬時幅度；載波的瞬時幅度； (t(t) )載波的相位偏移；載波的相位偏移；調制調制m(t)m(t)s(t)s(t)c(t)c(t)模擬調制模型模擬調制模型 2.2 2.2 信號的調制信號的調制3. 3. 模擬調制的模型模擬調制的模型)()()()()()()(FMPMVSBSSBDSBAM頻率調制頻率調制相位調制相位調制角度調制角度調制非線性調制非線性調制殘留邊帶調制殘留邊帶調制單邊帶調制單邊帶調制雙邊帶調制雙邊帶調制常規調幅常規調幅

14、線性調制（幅度調制）線性調制（幅度調制）模擬調制模擬調制2.2 2.2 信號的調制信號的調制3. 3. 模擬調制的模型模擬調制的模型1. 1. 常規調幅常規調幅(Amplitude Modulation(Amplitude Modulation，AM)AM)(1) (1) 定義定義 如果調制信號為如果調制信號為m(t)m(t)，它的平均值為，它的平均值為0 0，m(t)m(t)加上一個直流分量加上一個直流分量m m0 0后對載波的幅度進行調制，得到的已調信號稱為后對載波的幅度進行調制，得到的已調信號稱為常規調幅信號常規調幅信號，又稱，又稱完全調幅信號或標準調幅信號。完全調幅信號或標準調幅信號。

15、 已調信號的表達式為：已調信號的表達式為：s sAMAM(t(t) = m) = m0 0 + m(t)cos( + m(t)cos(c ct t + +c c) ) 其中，其中，c c載波信號的角頻率；載波信號的角頻率； c c載波信號的初始相位；載波信號的初始相位； s sAMAM(t(t) )常規調幅信號。常規調幅信號。2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 1. 1. 常規調幅常規調幅(2) (2) 調制信號波形調制信號波形A. A. 時域波形時域波形 已調信號的包絡與調制已調信號的包絡與調制信號成正比。信號成正比。

16、 此時采用包絡檢波的方此時采用包絡檢波的方法就可以很好地恢復出原始法就可以很好地恢復出原始的調制信號。的調制信號。 時當max0)(tmm a.a.2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 1. 1. 常規調幅常規調幅 會出現過調現象，已會出現過調現象，已調信號的包絡與調制信號調信號的包絡與調制信號不再成正比，此時采用包不再成正比，此時采用包絡檢波的方法解調就會出絡檢波的方法解調就會出現失真?，F失真。 可見，可見，m m0 0與與m(t)m(t)的關系的關系是常規調幅信號的重要特是常規調幅信號的重要特征。征。 時當max0)(

17、tmm b.b.2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 1. 1. 常規調幅常規調幅B. B. 單頻余弦函數調制信號單頻余弦函數調制信號 當當m(t) = mcos(m(t) = mcos(m mt+t+m m) ) 時，即調制信號為單頻余弦函數時，時，即調制信號為單頻余弦函數時，調幅信號則為：調幅信號則為： 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-調幅系數調幅系數( (調制度調制度) )其中，其中，2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 1. 1. 常規調幅常規調幅對于一般的調制信號對于一般的調制信號m(t)m(t)，調幅系數為：，調幅系數為： 0max)(mtmAM 當當AMAM 1 1 1 時，稱為過調幅。時，稱為過調幅。 考慮器件的線性范圍，通常取考慮器件的線性范圍，通常取AMAM =30% =30%60%60%。 0mmAM2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制

19、模擬信號的正弦波幅度調制 1. 1. 常規調幅常規調幅0.50.5 m m0 0 s sAMAM( () ) -c c0 0 c c 常規調幅信號的頻譜常規調幅信號的頻譜 C. C. 頻域波形頻域波形 令令c c=0=0，m(t)m(t)的頻譜為的頻譜為M()M()，由傅立葉變換得：，由傅立葉變換得： 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 調制信號的頻譜調制信號的頻譜 1 12.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調

20、制模擬信號的正弦波幅度調制 1. 1. 常規調幅常規調幅 結論：結論：a. a. 已調信號的頻譜和調制信號的頻譜已調信號的頻譜和調制信號的頻譜在形狀上完全一樣，其區別在于沿頻在形狀上完全一樣，其區別在于沿頻率軸的位置不同。率軸的位置不同。b. b. 在載波頻率在載波頻率c c處有沖激函數，處有沖激函數，表示已調信號的頻譜中有載波分量存表示已調信號的頻譜中有載波分量存在。在。0.50.5 m m0 0 s sAMAM( () ) -c c0 0 c c 常規調幅信號的頻譜常規調幅信號的頻譜 M()M() 0 0 調制信號的頻譜調制信號的頻譜 1 12.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1

21、2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 1. 1. 常規調幅常規調幅c. c. 在在c c的兩側有兩個對稱的邊帶，通常稱外側的邊帶為的兩側有兩個對稱的邊帶，通常稱外側的邊帶為上邊帶上邊帶，內，內側的邊帶為側的邊帶為下邊帶下邊帶。 d. d. 常規調幅信號是雙邊帶信號，已調信號的頻帶寬度是調制信號最高常規調幅信號是雙邊帶信號，已調信號的頻帶寬度是調制信號最高頻率頻率f fH H的兩倍。即：的兩倍。即：B BAMAM=2W=2WM()M() 0 0 調制信號的頻譜調制信號的頻譜 1 10.50.5 m m0 0 s sAMAM( () ) -c c0 0 c c 常規調幅信號

22、的頻譜常規調幅信號的頻譜 上邊帶上邊帶上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 1. 1. 常規調幅常規調幅(3) (3) 調制功率與調制效率調制功率與調制效率A. A. 調制功率調制功率 設信號作用在設信號作用在11電阻上的平均功率為電阻上的平均功率為P PAMAM，P PAMAM為已調信號的均方為已調信號的均方值，即：值，即： )(2tsPAMAM其中：其中：P Pc c = m= m0 02 2/2 /2 載波功率，與調制信號無關；載波功率，與調制信號無關；2)(2tmPm邊帶功率，與調制信號有關

23、。邊帶功率，與調制信號有關。 0)(tm因為：因為：mcAMPPtmmP2)(2220ttmmttmtmccc2022220cos)(2cos)(cos2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 1. 1. 常規調幅常規調幅B. B. 調制效率調制效率)()(2202tmmtmPPPPPmcmAMmAM對于單頻余弦的調制信號，有對于單頻余弦的調制信號，有 2,25 . 0)(mtm此時：此時： 222,202,22AMAMAMmmma. a. 在滿調幅的臨界狀態時在滿調幅的臨界狀態時AMAM =1 =1，此時調制效率的最大值為，

24、此時調制效率的最大值為1/31/3。常規調幅信號的調制效率很低，這是因為載波分量沒有攜帶信息但占常規調幅信號的調制效率很低，這是因為載波分量沒有攜帶信息但占據大部分功率。據大部分功率。b. b. 載波分量對于傳輸信息來說毫無意義，但載波分量的存在使得解載波分量對于傳輸信息來說毫無意義，但載波分量的存在使得解調可以采用包絡檢波，不僅電路簡單，而且解調后的信號比相干解調調可以采用包絡檢波，不僅電路簡單，而且解調后的信號比相干解調時幅度大時幅度大1 1倍。倍。 2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 1. 1. 常規調幅常規調幅(

25、4) (4) 常規調幅調制與解調常規調幅調制與解調A. A. 調制調制 AM AM調制是調制信號與正調制是調制信號與正( (余余) )弦載波信號相乘的過程。弦載波信號相乘的過程。m(t) m(t) m m0 0 coscosc ct t s sAMAM(t(t) ) 常規調幅調制模型常規調幅調制模型 2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 1. 1. 常規調幅常規調幅0.50.5 m m0 0 s sAMAM( () ) -c c0 0 c c 常規調幅信號的頻譜常規調幅信號的頻譜 M()M() 0 0 調制信號的頻譜調制信

26、號的頻譜 1 1 根據調制定根據調制定理，調制過程中理，調制過程中頻譜的變化過程頻譜的變化過程就是一個頻譜搬就是一個頻譜搬移過程，而幅度移過程，而幅度降為降為1/21/2。2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 1. 1. 常規調幅常規調幅B. B. 解調解調a. a. 調幅信號的解調是從已調幅調幅信號的解調是從已調幅信號中取出調制信號，通常稱信號中取出調制信號，通常稱這種解調為這種解調為檢波檢波。b. b. 檢波電路的功能是從調制信檢波電路的功能是從調制信號中不失真地恢復出原調制信號中不失真地恢復出原調制信號。號。c. c

27、. 包絡檢波包絡檢波 指檢波器的輸出電壓直接指檢波器的輸出電壓直接反映輸入高頻調幅波包絡變化反映輸入高頻調幅波包絡變化規律的一種檢波方式。規律的一種檢波方式。2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 1. 1. 常規調幅常規調幅d. d. 常規調幅的解調通常采用常規調幅的解調通常采用非相干解調非相干解調方式。方式。e. e. 非相干解調方式的解調器有包絡檢波器、平方律檢波器等。非相干解調方式的解調器有包絡檢波器、平方律檢波器等。f. f. 包絡檢波器只適用于含有載波分量的常規調幅信號。包絡檢波器只適用于含有載波分量的常規調幅信

28、號。(5) (5) 應用應用 常規調幅主要應用于廣播。常規調幅主要應用于廣播。 2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 1. 1. 常規調幅常規調幅2. 2. 抑制載波雙邊帶調幅抑制載波雙邊帶調幅 Double Side Band-Suppressed Carrier waveDouble Side Band-Suppressed Carrier wave，DSB-SCDSB-SC(1) (1) 定義定義 如果調制信號如果調制信號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)調制載波的幅

29、度，調制載波的幅度，得到的已調信號將無載波分量，這種調幅稱為得到的已調信號將無載波分量，這種調幅稱為抑制載波雙邊帶調幅抑制載波雙邊帶調幅，已調信號簡稱為雙邊帶信號。已調信號簡稱為雙邊帶信號。 抑制載波雙邊帶調幅信號為抑制載波雙邊帶調幅信號為 s sDSBDSB(t)= m(t)cos(t)= m(t)cosc ct t 已調信號的頻譜為已調信號的頻譜為 s sDSBDSB()=0.5M(-)=0.5M(-c c)+0.5M(+)+0.5M(+c c) ) 2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 2. 2. 抑制載波雙邊帶調幅

30、抑制載波雙邊帶調幅(2) (2) 調制信號波形調制信號波形A. A. 時域波形時域波形a. a. 當當m(t)m(t)改變符號時雙邊帶改變符號時雙邊帶信號也改變符號，載波這時信號也改變符號，載波這時出現反相點。出現反相點。 b. b. 已調信號的幅度包絡與已調信號的幅度包絡與m(t)m(t)的形狀不完全相同，的形狀不完全相同，m(t)m(t)的信息并沒有完全攜帶在已的信息并沒有完全攜帶在已調信號的包絡上，包絡檢波調信號的包絡上，包絡檢波并不能恢復出并不能恢復出m(t)m(t)。2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 2. 2

31、. 抑制載波雙邊帶調幅抑制載波雙邊帶調幅B. B. 頻域波形頻域波形 抑制載波雙邊帶調幅抑制載波雙邊帶調幅信號帶寬為調制信號帶寬信號帶寬為調制信號帶寬的的兩兩倍。倍。 調制信號的全部信息調制信號的全部信息都攜帶在上、下兩個完全都攜帶在上、下兩個完全對稱的邊帶上。對稱的邊帶上。 2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 2. 2. 抑制載波雙邊帶調幅抑制載波雙邊帶調幅(3) (3) 調制功率與調制效率調制功率與調制效率A. A. 調制功率調制功率 設信號作用在設信號作用在11電阻上的平均功率為電阻上的平均功率為P PDSBDSB

32、，P PDSBDSB為已為已調信號的均方值，即：調信號的均方值，即：2)()(22tmtsPDSBDSBB. B. 調制效率調制效率 DSBDSB=1=1C. C. 頻帶寬度頻帶寬度 B BDSBDSB=2f=2fH H2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 2. 2. 抑制載波雙邊帶調幅抑制載波雙邊帶調幅(4) (4) 抑制載波雙邊帶調幅調抑制載波雙邊帶調幅調制與解調制與解調A. A. 調制調制m(t) m(t) coscosc ct t s sDSBDSB(t(t) ) 雙邊帶調制模型雙邊帶調制模型 2.2 2.2 信號

33、的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 2. 2. 抑制載波雙邊帶調幅抑制載波雙邊帶調幅B. B. 解調解調a. a. 只能用相干檢波法，不能采只能用相干檢波法，不能采用包絡檢波法解調。用包絡檢波法解調。b. b. 雙邊帶信號的解調可以利用雙邊帶信號的解調可以利用其頻譜與調制信號頻譜間存在其頻譜與調制信號頻譜間存在的沿頻率軸搬移的特點，只要的沿頻率軸搬移的特點，只要將已調信號搬回到調制信號原將已調信號搬回到調制信號原來所在的位置，即可恢復出原來所在的位置，即可恢復出原始信號。始信號。 s sDSBDSB(t(t) )coscosc ct t m

34、 md d(t(t) ) 相干解調原理相干解調原理 LPFLPF 低通濾波器低通濾波器2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 2. 2. 抑制載波雙邊帶調幅抑制載波雙邊帶調幅 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 用低通濾波器濾掉上式中的高頻分量后得到：用低通濾波器濾

35、掉上式中的高頻分量后得到： m md d(t(t) = 0.5m(t) = 0.5m(t) 解調中所用的載波是與發送端的調制載波解調中所用的載波是與發送端的調制載波，即相，即相干載波，這種解調方式稱為干載波，這種解調方式稱為相干解調相干解調。c. c. 相干解調的關鍵是必須產生一個同頻同相的載波。如果該條相干解調的關鍵是必須產生一個同頻同相的載波。如果該條件得不到滿足，將會對原始信號的恢復產生不利的影響。件得不到滿足，將會對原始信號的恢復產生不利的影響。(5) (5) 應用應用 DSBDSB調制主要應用于立體聲廣播。調制主要應用于立體聲廣播。 2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2

36、.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 2. 2. 抑制載波雙邊帶調幅抑制載波雙邊帶調幅2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 2. 2. 抑制載波雙邊帶調幅抑制載波雙邊帶調幅3. 3. 單邊帶調制單邊帶調制(Single Side Band(Single Side Band，SSB)SSB)(1) (1) 定義定義 在雙邊帶信號中兩個邊帶的任何一個都攜帶了信號的全部在雙邊帶信號中兩個邊帶的任何一個都攜帶了信號的全部信息，那么，在接收端只要得到一個邊帶就可以恢復出全部信信息，那么，在接收端只要得到一個邊帶

37、就可以恢復出全部信息。在通信的傳送過程中只要傳送一個邊帶也就足夠了。息。在通信的傳送過程中只要傳送一個邊帶也就足夠了。 只產生一個邊帶的調制方式稱為單邊帶調制。只產生一個邊帶的調制方式稱為單邊帶調制。 只有一個邊帶的已調信號稱為單邊帶信號。只有一個邊帶的已調信號稱為單邊帶信號。 只傳送一個邊帶的通信方式稱為單邊帶通信。只傳送一個邊帶的通信方式稱為單邊帶通信。2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 3. 3. 單邊帶調制單邊帶調制(2) (2) 頻域波形頻域波形2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信

38、號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 3. 3. 單邊帶調制單邊帶調制(3) (3) 單邊帶信號的形成單邊帶信號的形成A. A. 用濾波法形成單邊帶信號用濾波法形成單邊帶信號 對于雙邊帶信號的頻譜，如果采用截止頻率為對于雙邊帶信號的頻譜，如果采用截止頻率為c c的理想高通濾波的理想高通濾波器或理想低通濾波器，保留所需要的邊帶，濾除不必要的邊帶，即可器或理想低通濾波器，保留所需要的邊帶，濾除不必要的邊帶，即可得到上邊帶信號和下邊帶信號。得到上邊帶信號和下邊帶信號。 濾波器傳遞函數為：濾波器傳遞函數為： ccUSBH01ccLSBH10m(t)m(t)c(tc(t) ) s sSSBSSB(

39、t(t) )用濾波法形成用濾波法形成單邊帶信號單邊帶信號 H HSSBSSB( () ) s sDSBDSB(t(t) )2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 3. 3. 單邊帶調制單邊帶調制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濾波法

40、濾波法形成單形成單邊帶信邊帶信號的頻號的頻譜變換譜變換2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 3. 3. 單邊帶調制單邊帶調制B. B. 用相移法形成單邊帶信號用相移法形成單邊帶信號 設：設： 單頻調制信號為：單頻調制信號為：m(t) = mcosm(t) = mcosm mt t 載波信號為：載波信號為： c(t) = cosc(t) = cosc ct t 則雙邊帶信號的時域表達式為：則雙邊帶信號的時域表達式為： 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 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 3. 3. 單邊帶調制單邊帶調制a. a. 若保留上邊帶，單邊帶調制信號為：若保留上邊帶，單邊帶調制信號為： 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. 若保留下邊帶，單邊帶調制信號為：若保留下邊帶，單邊帶調制信號為： 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. 同相分量同相分量為調制信號與載波信號的乘積為調制信號與載波信號的乘積 即：即：0.5mcos0.5mcosm mtcostcosc ct td. d. 正交分量正交分量為調制信號與載波信號分別相移為調制信號與載波信號分別相移-/2-/2后的乘積后的乘積 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 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 3. 3. 單邊帶調制單邊帶調制 上、下兩個支上、下兩個支路，上支路產生同路，上支路產生同相分量，下支路產相分量，下支路產生正交分量。生正交分量。 將同相分量與將同相分量與正交分量相減得到正交分量相減得到上邊帶信號；上邊帶信號； 將同相分量與將同相分量與正交分量正交分量相加得到相加得到下邊帶信號。下邊帶信號。0.5mcosmtcosct0.5msinmtsinct2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波

44、幅度調制 3. 3. 單邊帶調制單邊帶調制(4) (4) 單邊帶信號的解調單邊帶信號的解調 單邊帶信號不僅是抑制載波信號，而且只有一個邊帶，不能從包絡單邊帶信號不僅是抑制載波信號，而且只有一個邊帶，不能從包絡中得到全部的調制信號信息，因此只能采用相干解調。中得到全部的調制信號信息，因此只能采用相干解調。 單邊帶信號的時域表達式為單邊帶信號的時域表達式為ttmttmsccSSBsin)(cos)(乘上相干載波后，得：乘上相干載波后，得：ttstscSSBpcos)()(ttmttmtmcc2sin)(5 . 02cos)(5 . 0)(5 . 0經低通濾波器后的解調輸出為經低通濾波器后的解調輸出

45、為 m md d(t(t)=0.5m(t)=0.5m(t)(5) (5) 應用應用 單邊帶調制主要應用于載波通信、無單邊帶調制主要應用于載波通信、無線電臺等。線電臺等。 s sSSBSSB(t(t) )coscosc ct t m md d(t(t) ) 單邊帶信號單邊帶信號的相干解調的相干解調LPFLPF s sp p(t)(t)2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 3. 3. 單邊帶調制單邊帶調制4. 4. 殘留邊帶調制殘留邊帶調制(Vestige Side Band(Vestige Side Band，VSB) VS

46、B) (1) (1) 定義定義 殘留邊帶調制信號中保留了一個邊帶的絕大部分和殘留邊帶調制信號中保留了一個邊帶的絕大部分和另一個邊帶的一小部分。顯然，降低了對濾波器的要求，另一個邊帶的一小部分。顯然，降低了對濾波器的要求，實現比較容易，而帶寬比單邊帶寬了一些。實現比較容易，而帶寬比單邊帶寬了一些。 2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 4. 4. 殘留邊帶調制殘留邊帶調制(2) (2) 殘留邊帶信號的產生殘留邊帶信號的產生 產生殘留邊帶信號的常用方法是產生殘留邊帶信號的常用方法是濾波法濾波法。 為了相干解調時無失真地得到調制

47、信號，殘留邊帶濾波器的傳遞為了相干解調時無失真地得到調制信號，殘留邊帶濾波器的傳遞函數在載頻分割處必須具有函數在載頻分割處必須具有互補對稱互補對稱特性。特性。 殘留邊帶信號的頻域表達式為：殘留邊帶信號的頻域表達式為： s sVSBVSB()=0.5H)=0.5HVSBVSB()M(-()M(-c c)+M(+)+M(+c c) ) 相應的時域表達式為：相應的時域表達式為： s sVSBVSB(t)= s(t)= sDSBDSB(t) (t) * * h hVSBVSB(t(t) )2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 4.

48、 4. 殘留邊帶調制殘留邊帶調制(3) (3) 殘留邊帶信號的解調殘留邊帶信號的解調 殘留邊帶信號乘上相干載波后，得：殘留邊帶信號乘上相干載波后，得：ttstscVSBpcos)()(s sVSBVSB(t(t) )coscosc ct t m md d(t(t) ) 殘留邊帶信號殘留邊帶信號的相干解調的相干解調LPFLPF s sp p(t)(t)2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 4. 4. 殘留邊帶調制殘留邊帶調制 在時域里乘上余弦函數等效于在頻域中頻譜函數的頻率搬在時域里乘上余弦函數等效于在頻域中頻譜函數的頻率搬

49、移，所以移，所以s sp p(t)(t)的頻譜的頻譜S Sp p()()為：為： 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) 選擇合適的低通濾波器的截止頻率，濾除高頻成分，得到：選擇合適的低通濾波器的截止頻率，濾除高頻成分，得到： S Sd d() =0.2

50、5M()H) =0.25M()HVSBVSB(-(-c c)+ H)+ HVSBVSB(+(+c c)(4) (4) 應用應用 殘留邊帶調制主要應用于電視廣播和傳真等。殘留邊帶調制主要應用于電視廣播和傳真等。 2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 4. 4. 殘留邊帶調制殘留邊帶調制2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 5. 5. 模擬調制的比較模擬調制的比較調制調制方式方式 傳輸帶寬傳輸帶寬 直流直流響應響應設備復雜性設備復雜性主要應用主要應用 AM

51、 AM 2B2Bb b 無無 較?。赫{制與解調較小：調制與解調( (包絡包絡檢波檢波) )簡單簡單 無線電廣播無線電廣播 DSBDSB2B2Bb b有有中等：要求相干解調，中等：要求相干解調，常與常與DSBDSB信號一起傳輸一信號一起傳輸一個小導頻個小導頻模擬數據傳輸；低模擬數據傳輸；低帶寬信號多路復用帶寬信號多路復用系統系統 SSB SSB B Bb b 無無 較大：要求相干解調，較大：要求相干解調，調制器也較復雜調制器也較復雜話音通信，話音頻話音通信，話音頻分多路復用分多路復用 VSB VSB 略大于略大于B Bb b 有有 較大：要求相干解調，較大：要求相干解調，調制器需要對稱濾波調制器

52、需要對稱濾波 數據傳輸；寬帶數據傳輸；寬帶( (電電視視) )系統系統5. 5. 模擬調制系統的比較模擬調制系統的比較 6. 6. 線性調制系統的抗噪聲性能線性調制系統的抗噪聲性能 在任何通信系統中都存在干擾，一般重點研究的是起伏干擾。在任何通信系統中都存在干擾，一般重點研究的是起伏干擾。它的特點是功率譜密度均勻分布，概率密度函數為高斯分布，一般它的特點是功率譜密度均勻分布，概率密度函數為高斯分布，一般稱為高斯白噪聲，是一種加性噪聲。稱為高斯白噪聲，是一種加性噪聲。 調制信號通過調制、傳輸和解調后，必然攜帶一定的噪聲，通調制信號通過調制、傳輸和解調后，必然攜帶一定的噪聲，通信系統的抗噪聲性能如

53、何，只能用接收端解調器的輸出信號質量來信系統的抗噪聲性能如何，只能用接收端解調器的輸出信號質量來反映。反映。 因此，一般通信系統的抗噪聲性能都是用解調器的抗噪聲性能因此，一般通信系統的抗噪聲性能都是用解調器的抗噪聲性能來衡量的。來衡量的。 2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 6. 6. 線性調制系統的抗噪聲性能線性調制系統的抗噪聲性能(1) (1) 信噪比信噪比A. A. 輸出信噪比輸出信噪比 在模擬通信系統中，用解調器的輸出信噪比來衡量通信系統的質在模擬通信系統中，用解調器的輸出信噪比來衡量通信系統的質量。量。 B.

54、B. 輸入信噪比輸入信噪比功功率率解解調調器器輸輸出出噪噪聲聲的的平平均均平平均均功功率率解解調調器器輸輸出出有有用用信信號號的的ooNSiiooNSNSG C. C. 信噪比增益信噪比增益 度量不同調制方式下，解調器的抗噪聲性能。度量不同調制方式下，解調器的抗噪聲性能。功功率率解解調調器器輸輸入入噪噪聲聲的的平平均均平平均均功功率率解解調調器器輸輸入入已已調調信信號號的的iiNS 信噪比越高，解調器的抗噪聲性信噪比越高，解調器的抗噪聲性能越好。能越好。2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 6. 6. 線性調制系統的抗噪聲

55、性能線性調制系統的抗噪聲性能(2) (2) 不同調制方式的信噪比增益不同調制方式的信噪比增益a. a. 單邊帶調制單邊帶調制1iiooSSBNSNSG2iiooDSBNSNSG1)()(22220tmEAtmENSNSGiiooAMb. b. 雙邊帶調制雙邊帶調制c. c. 常規調幅常規調幅大信噪比時：大信噪比時：小信噪比時：小信噪比時：)()()(220tntntmAQI 信號與噪聲無法分開，無法通過包絡檢波恢復出原來的調制信號與噪聲無法分開，無法通過包絡檢波恢復出原來的調制信號，因為調制信號已經被噪聲所擾亂。信號，因為調制信號已經被噪聲所擾亂。2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1

56、 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 6. 6. 線性調制系統的抗噪聲性能線性調制系統的抗噪聲性能(3). (3). 單邊帶調制與雙邊帶調制抗噪聲性能的比較單邊帶調制與雙邊帶調制抗噪聲性能的比較A. A. 在上面的討論中，在上面的討論中，G GSSBSSB=1=1，G GDSBDSB=2=2，是在雙邊帶已調信號的平，是在雙邊帶已調信號的平均功率是單邊帶信號的均功率是單邊帶信號的2 2倍的情況下得到的。倍的情況下得到的。B. B. 如果在相同輸入信號功率如果在相同輸入信號功率S Si i、相同噪聲功率譜密度、相同噪聲功率譜密度n no o、相同、相同調制信號帶寬調制信號

57、帶寬W W情況下，單邊帶調制與雙邊帶調制的輸出信噪比情況下，單邊帶調制與雙邊帶調制的輸出信噪比是相等的，即抗噪聲性能相同，但雙邊帶信號的傳輸帶寬是單是相等的，即抗噪聲性能相同，但雙邊帶信號的傳輸帶寬是單邊帶的邊帶的2 2倍。倍。2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.1 2.2.1 模擬信號的正弦波幅度調制模擬信號的正弦波幅度調制 6. 6. 線性調制系統的抗噪聲性能線性調制系統的抗噪聲性能PCMPCM的基本原理的基本原理模擬信源模擬信源預濾波器預濾波器模擬終端模擬終端低通濾波器低通濾波器數字信道數字信道波形編碼器波形編碼器波形解碼器波形解碼器x(t)x(t)接收端接收端發送端發送端xx(

58、t)(t)PCMPCM原理圖原理圖2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.2 2.2.2 模擬信號的脈沖編碼調制模擬信號的脈沖編碼調制1. 1. 抽樣抽樣(1) (1) 定義定義 將時間上連續的信號處理成時間上離散的信號將時間上連續的信號處理成時間上離散的信號，又稱為采，又稱為采樣樣。(2) (2) 要求要求 用時間離散的采樣序列代替原來時間連續的模擬信號。用時間離散的采樣序列代替原來時間連續的模擬信號。 即要求離散的采樣序列能即要求離散的采樣序列能不失真不失真地恢復出原模擬信號。地恢復出原模擬信號。2.2 2.2 信號的調制信號的調制2.2.2 2.2.2 模擬信號的脈沖編碼調制模擬信號

59、的脈沖編碼調制 1. 1. 抽樣抽樣(3) (3) 奈奎斯特采樣定理奈奎斯特采樣定理 若采樣頻率若采樣頻率f fs s不低于連續信號最高截止頻率不低于連續信號最高截止頻率f fm m的的2 2倍時倍時( (即即f fs s 2f 2fm m) )，采樣得到的信號能完全表達原信號的所有，采樣得到的信號能完全表達原信號的所有信息。信息。 通常采樣頻率選擇為通常采樣頻率選擇為f fs s(2(22.5)f2.5)fm m，以避免失真。，以避免失真。 例如，話音信號頻帶為例如，話音信號頻帶為3003003400Hz3400Hz，而采樣頻率為，而采樣頻率為8000Hz8000Hz。2.2 2.2 信號的

60、調制信號的調制2.2.2 2.2.2 模擬信號的脈沖編碼調制模擬信號的脈沖編碼調制 1. 1. 抽樣抽樣(4) (4) 抽樣對象抽樣對象 連續的模擬信號（時間上連續，幅度上連續）連續的模擬信號（時間上連續，幅度上連續） (5) (5) 抽樣方法抽樣方法 以一定的時間間隔讀取模擬信號的值（稱為樣值），每個樣值以一定的時間間隔讀取模擬信號的值（稱為樣值），每個樣值即為原模擬信號的瞬時值。即為原模擬信號的瞬時值。(6) (6) 抽樣結果抽樣結果 得到一個時間上不連續（離散）得到一個時間上不連續（離散）的信號，該信號稱為原信號的脈沖幅的信號，該信號稱為原信號的脈沖幅度調制度調制 (Pulse Ampl