數(shù)字通信原理課程說明：

《數(shù)字通信原理》是電子信息類專業(yè)一門重要的主干專業(yè)課程，主要介紹通信的基本概念、理論與技術(shù)、通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成與性能分析方法、通信系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)思想和優(yōu)化方法、通信系統(tǒng)的模擬仿真方法、通信新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。先修課程：

電子電路基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、信號(hào)與系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)選用教材：

數(shù)字通信原理（第3版），周冬梅

主編，電子工業(yè)出版社，2025主要參考教材：1.通信原理（第7版），樊昌信曹麗娜編，國防工業(yè)出版社，20152.精通LabVIEW信號(hào)處理（第2版），周鵬編，清華大學(xué)出版社，20183.基于MATLAB的通信系統(tǒng)高級(jí)仿真，藏國珍編，西安電子科技大學(xué)出版社，201941.1通信系統(tǒng)的組成1.2通信系統(tǒng)的分類及通信方式1.3信息及其度量1.4通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)第1章

緒論第1章

緒論6一、通信的定義

通信的目的是傳遞消息,包括傳輸和交換。

通信——由一方向另一方進(jìn)行消息的有效傳遞。電信——利用“電”來傳遞消息的方法稱為電信。1.1通信系統(tǒng)的組成通信——利用電子等技術(shù)手段，借助電信號(hào)（含光信號(hào)）實(shí)現(xiàn)從一地向另一地進(jìn)行消息的有效傳遞和交換稱為通信。第1章

緒論7古代烽火臺(tái)電話短信微波通信塔交通燈衛(wèi)星通信第1章

緒論8第1章

緒論二、消息、信號(hào)、信號(hào)的概念消息：通信系統(tǒng)傳輸?shù)膶?duì)象，有連續(xù)消息（語言、溫度、圖像等）和離散消息（數(shù)據(jù)、文字、符號(hào)等）。信號(hào)：消息的電表示形式/傳輸載體。有模擬信號(hào)（信號(hào)參量取值連續(xù)）和數(shù)字信號(hào)（信號(hào)參量取值離散）。信息：消息中蘊(yùn)含的有效內(nèi)容。9第1章

緒論三者關(guān)系信號(hào)消息信息傳輸載體模擬信號(hào)

數(shù)字信號(hào)表現(xiàn)形式內(nèi)涵10三、通信系統(tǒng)的一般模型第1章

緒論11作用——把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)。定義——產(chǎn)生消息的來源。類型——電話機(jī)、攝像機(jī)、電傳機(jī)、計(jì)算機(jī)等分類———模擬信源、數(shù)字信源第1章

緒論信源12第1章

緒論發(fā)送設(shè)備信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)使信源和信道匹配。發(fā)送設(shè)備的變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場(chǎng)合，調(diào)制是最常見的變換方式。對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)，發(fā)送設(shè)備常常又包括編碼器與調(diào)制器。13第1章

緒論信道信道是指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理媒質(zhì)。無線信道中，信道可以是大氣（自由空間）。有線信道中，信道可以是明線、電纜或光纖。14第1章

緒論接收設(shè)備功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始基帶信號(hào)來，對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路。收信者（信宿）信宿是傳輸信息的歸宿點(diǎn)，其作用是將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。15第1章

緒論噪聲源（干擾源）干擾源源是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的，并且是人們所不希望的。干擾的來源是多樣的，它可分為內(nèi)部干擾和外部干擾，而且外部干擾往往是從信道引入的，因此，為了分析方便，把干擾源視為各處干擾的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道----加性噪聲。

16通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng)調(diào)制傳輸系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng)調(diào)制傳輸系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)第1章

緒論17

模擬通信系統(tǒng)模型如下:第1章

緒論18

第1章

緒論基帶和頻帶傳輸：系統(tǒng)中有無調(diào)制解調(diào)設(shè)備。信源發(fā)出的是基帶信號(hào)，具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸。把基帶信號(hào)變換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)，并可在接收端進(jìn)行反變換，是用調(diào)制器和解調(diào)器實(shí)現(xiàn)的。模擬通信系統(tǒng)模型中的發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備主要是調(diào)制器和解調(diào)器。調(diào)制：把信息寄托到載波上解調(diào)：從已調(diào)信號(hào)中卸載信息19數(shù)字通信系統(tǒng)模型如下:第1章

緒論20第1章

緒論信源編碼與譯碼信源編碼的作用：1.信息源給出的是模擬語音信號(hào)時(shí)，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。2.設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說的數(shù)據(jù)壓縮。碼元速率將直接影響傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬又直接反映了通信的有效性。信源譯碼是信源編碼的逆過程。

21第1章

緒論加密與解密在需要實(shí)現(xiàn)保密通信的場(chǎng)合，為了保證所傳信息的安全，人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，即加上密碼，這種處理過程叫加密。在接收端利用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對(duì)收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密，恢復(fù)原來信息，叫解密。22第1章

緒論信道編碼與譯碼為了減少差錯(cuò)，信道編碼器對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成所謂“抗干擾編碼”。接收端的信道譯碼器按一定規(guī)則進(jìn)行解碼，從解碼過程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤，從而提高通信系統(tǒng)抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)可靠通信。23第1章

緒論數(shù)字調(diào)制與解調(diào)數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到載頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號(hào)。基本的數(shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、絕對(duì)相移鍵控PSK、相對(duì)（差分）相移鍵控DPSK。對(duì)這些信號(hào)可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原為數(shù)字基帶信號(hào)。數(shù)字調(diào)制是本課程的重點(diǎn)內(nèi)容之一。24四、數(shù)字通信的主要特點(diǎn)1.主要優(yōu)點(diǎn)(1)抗噪聲性能好:信號(hào)的取值只有兩個(gè),容易判別和處理.(2)差錯(cuò)可控:通信中出現(xiàn)的差錯(cuò)可通過糾錯(cuò)編碼技術(shù)來控制(3)保密性好:與模擬信號(hào)相比更容易加密和解密(4)易于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合。目前的終端接口均是數(shù)字信號(hào)第1章

緒論252.主要缺點(diǎn)

(1)頻帶利用率不高。數(shù)字信號(hào)占用的頻帶寬。以電話為例，一路數(shù)字電話一般要占據(jù)約20-60kHz的帶寬，而一路模擬電話僅占用約4kHz帶寬。

(2)需要嚴(yán)格的同步系統(tǒng)。故設(shè)備復(fù)雜、成本高、體積較大。第1章

緒論261.2通信系統(tǒng)的分類及通信方式一、通信系統(tǒng)的分類第1章

緒論按信道信號(hào)特征分類按傳輸媒質(zhì)分類按傳輸方式分類按信號(hào)復(fù)用方式分類按工作波段分類模擬通信數(shù)字通信有線通信無線通信基帶傳輸頻帶傳輸頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用、

長波、中波、短波、微波、紅外以及激光通信等27二、通信方式1.按消息傳送的方向與時(shí)間分單工通信半雙工通信全雙工通信第1章

緒論282.按數(shù)字信號(hào)排序方式分（a）串行通信（b）并行通信第1章

緒論293.按通信網(wǎng)絡(luò)的形式分通信的網(wǎng)絡(luò)形式可分為：兩點(diǎn)間直通、分支和交換方式。第1章

緒論30思考通信系統(tǒng)通過傳輸信號(hào)而傳遞了消息，其傳輸能力該如何度量？第1章

緒論31第1章

緒論1.3信息及其度量通信系統(tǒng)傳輸?shù)木唧w對(duì)象是消息，其最終的目的在于通過消息的傳送使收信者獲知信息。信息:消息中包含的有意義的內(nèi)容。信息與消息的關(guān)系：消息是具體的，而信息是抽象的。為了對(duì)通信系統(tǒng)的傳輸能力進(jìn)行定量的分析和衡量，就必須對(duì)信息進(jìn)行定量的描述。不同的消息含有不同數(shù)量的信息。同一個(gè)消息對(duì)不同的接收對(duì)象來說信息的多少也不同。對(duì)信息的度量應(yīng)當(dāng)是客觀的。32信息量：衡量信息多少的物理量為信息量。關(guān)于信息量的理解：1、信息量的大小與消息所描述事件的出現(xiàn)概率有關(guān)。信息量應(yīng)該是消息出現(xiàn)概率的單調(diào)遞減函數(shù)。2、如果收到的不是一個(gè)消息，而是若干個(gè)互相獨(dú)立的消息，則總的信息量應(yīng)該是每個(gè)消息的信息量之和。第1章

緒論一、信息量的定義33若xi出現(xiàn)的概率為，則其信息量為：

單位比特（bit，簡寫為b）單位奈特（nit，簡寫為n）單位哈特萊（Hartly）第1章

緒論34

例1.1設(shè)二進(jìn)制離散信源，數(shù)字0或1以相等概率出現(xiàn)，試計(jì)算每個(gè)符號(hào)的信息量。

bit解：二進(jìn)制等概時(shí)第1章

緒論35對(duì)離散信源，若M個(gè)符號(hào)等概出現(xiàn)，且每一個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)獨(dú)立，則每個(gè)符號(hào)的信息量相等，為bit第1章

緒論

2、平均信息量設(shè)N種信息源中第i種信息出現(xiàn)次，且其出現(xiàn)的概率為，則整個(gè)消息的信息量為：

統(tǒng)計(jì)平均信息量(熵）為：通過平均信息量計(jì)算總信息量，利用下式：信息源中各種符號(hào)等概出現(xiàn)信息量最大，即：第1章

緒論例：一信息源由4個(gè)符號(hào)0、1、2、3組成，它們出現(xiàn)概率分別為3/8、1/4、1/4、1/8，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求信源的平均信息量；(2)當(dāng)四種符號(hào)等概出現(xiàn)時(shí)，求信源的平均信息量。解(1)不等概時(shí)信源的平均信息量為(bit/符號(hào))(bit/符號(hào))(bit/符號(hào))(2)等概時(shí)信源的平均信息量為最大值，即第1章

緒論381.4通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)第1章

緒論一、一般通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)(1)有效性。指通信系統(tǒng)傳輸消息的“速率”問題，即快慢問題。(2)可靠性。指通信系統(tǒng)傳輸消息的“質(zhì)量”問題，即好壞問題。(3)適應(yīng)性。指通信系統(tǒng)使用時(shí)的環(huán)境條件。(4)經(jīng)濟(jì)性。指系統(tǒng)的成本問題。(5)保密性。指系統(tǒng)對(duì)所傳信號(hào)的加密措施.(6)標(biāo)準(zhǔn)性。指系統(tǒng)的接口、各種結(jié)構(gòu)及協(xié)議是否合乎國家、國際標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)的有效性和可靠性，對(duì)模擬通信系統(tǒng)，用系統(tǒng)頻帶利用率和輸出信噪比衡量；對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)，用傳輸速率和差錯(cuò)率衡量。39有效性用傳輸速率來衡量碼元速率（波特率）RB,單位波特（B）

單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)目信息速率（比特率）Rb，單位比特/秒(bit/s)

單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘看a元速率與信息速率間關(guān)系

Rb=

RBlog2NN—為N進(jìn)制碼元二進(jìn)制中，在數(shù)值上Rb2=

RB2二、有效性指標(biāo)的具體表述第1章

緒論40三、

可靠性指標(biāo)的具體表述

可靠性用差錯(cuò)率來衡量碼元差錯(cuò)率(誤碼率)Pe

Pe=錯(cuò)誤接收碼元數(shù)/傳輸總碼元數(shù)信息差錯(cuò)率(誤比特率或誤信率)Peb Peb=錯(cuò)誤接收比特?cái)?shù)/傳輸總比特?cái)?shù)在二進(jìn)制中Peb=Pe第1章

緒論小結(jié)1.了解通信系統(tǒng)的一般模型和組成；2.理解數(shù)字基本通信模式1.理解信息度量方法；2.重點(diǎn)掌握信息熵的計(jì)算1.理解通信中的性能指標(biāo)；2.重點(diǎn)掌握有效性和可靠性指標(biāo)的計(jì)算。第1章

緒論理解信息、通信及數(shù)字通信的基本概念；了解通信的不同分類方式42第2章

通信信道2.1信道的定義及分類

2.2信道的模型2.3信道帶寬2.4信道容量2.5有線通信信道2.6無線通信信道

第2章

通信信道44第2章

通信信道2.1信道的定義及分類1.信道的定義

信道是指把攜有信息的信號(hào)從發(fā)送端傳遞到接收端的通道。

一般情況

物理信道邏輯信道

按傳輸介質(zhì)分

有線信道無線信道

按傳輸信道類型

模擬信道數(shù)字信道

45調(diào)制信道和編碼信道2.2信道的模型第2章

通信信道461）調(diào)制信道的模型時(shí)變

線性

網(wǎng)絡(luò)ei（t）eO（t）……時(shí)變

線性

網(wǎng)絡(luò)ei1（t）ei2（t）ei3（t）eim（t）eO1（t）eO2（t）eO3（t）eOn（t）二對(duì)端調(diào)制信道模型多對(duì)端調(diào)制信道模型第2章

通信信道1.調(diào)制信道472）對(duì)于二對(duì)端調(diào)制信道模型來說，其輸入和輸出之間的關(guān)系式可表示成式中，ei(t)——輸入的已調(diào)信號(hào)；

eo(t)——信道輸出波形；

n(t)——信道噪聲(或稱信道干擾)；

k(t)——表示信道對(duì)信號(hào)影響(變換)的某種函數(shù)關(guān)系。第2章

通信信道48特點(diǎn)：有一對(duì)（或多對(duì)）輸入端和輸出端；絕大多數(shù)的信道都是線性的，即滿足線性疊加原理；信號(hào)通過信道具有固定的或時(shí)變的延遲時(shí)間和損耗；即使沒有信號(hào)輸入，輸出端有一定的輸出（噪聲）。第2章

通信信道49調(diào)制信道按傳輸函數(shù)k(t)是否恒定分恒參信道：傳輸函數(shù)k(t)不隨時(shí)間變化(或變化緩慢)隨參信道：傳輸函數(shù)k(t)隨時(shí)間隨機(jī)變化第2章

通信信道50特點(diǎn)：編碼信道編碼信號(hào)（數(shù)字序列）譯碼器輸出（另一種序列）分類：

信道中碼元的差錯(cuò)發(fā)生是否獨(dú)立無記憶編碼信道有記憶編碼信道第2章

通信信道2.編碼信道51二進(jìn)制無記憶編碼信道模型二進(jìn)制無記憶編碼信道模型2）編碼信道模型第2章

通信信道52在上述模型中，把P(0/0)、P(1/0)、P(0/1)、P(1/1)稱為信道轉(zhuǎn)移概率。根據(jù)概率性質(zhì)可知：

P(0/0)和P(1/1)——————正確轉(zhuǎn)移概率

P(1/0)和P(0/1)——————錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率 根據(jù)概率性質(zhì)可知第2章

通信信道53第2章

通信信道多進(jìn)制無記憶編碼信道模型多進(jìn)制無記憶編碼信道模型542.3信道帶寬第2章

通信信道1.信號(hào)帶寬表達(dá)式式中，f1是信道能通過的最低頻率；f2是信道能通過的最高頻率。兩者都是由信道的物理特性決定的。55

1）信號(hào)帶寬與信道帶寬從通信系統(tǒng)中信號(hào)傳輸過程來說,實(shí)際上遇到兩種不同含義的帶寬:信號(hào)(包括噪聲)的帶寬：這是由信號(hào)(或噪聲)能量譜密度G(ω)或功率譜密度P(ω)在頻域的分布規(guī)律確定的,也就是本節(jié)要定義的帶寬;信道的帶寬：這是由傳輸電路的傳輸特性決定的。信號(hào)帶寬和信道帶寬的符號(hào)都用B表示,單位為Hz。第2章

通信信道56一般信號(hào)雖然頻譜很寬,但絕大部分實(shí)用信號(hào)的主要能量(功率)都是集中在某一個(gè)頻率范圍以內(nèi)的,因此通常根據(jù)信號(hào)能量(功率)集中的情況,恰當(dāng)?shù)囟x信號(hào)的帶寬。常用的定義有以下三種。

(1)以集中一定百分比的能量(功率)來定義。帶寬B是指正頻率區(qū)域，不計(jì)負(fù)頻率區(qū)域的，如果信號(hào)是低頻信號(hào)，那么能量集中在低頻區(qū)域是0->B頻率范圍內(nèi)。第2章

通信信道

拓展：信號(hào)帶寬的定義57(2)以能量譜(功率譜)密度下降3dB時(shí)的頻率間隔作為帶寬。對(duì)于頻率軸上具有明顯的單峰形狀(或者一個(gè)明顯的主峰)的能量譜(功率譜)密度的信號(hào),且峰值位于f=0處,則信號(hào)帶寬為正頻率軸上G(ω)(或P(ω))下降到3dB(半功率點(diǎn))處的相應(yīng)頻率間隔。3dB帶寬第2章

通信信道58(3)等效矩形帶寬。用一個(gè)矩形的頻譜代替信號(hào)的頻譜,矩形頻譜具有的能量與信號(hào)的能量相等,矩形頻譜的幅度為信號(hào)頻譜f=0時(shí)的幅度,如下圖所示。或

得

第2章

通信信道59等效矩形帶寬第2章

通信信道601）信道容量的含義2.4信道容量第2章

通信信道信道容量是用來衡量物理信道能夠傳輸數(shù)據(jù)的最大能力的基本標(biāo)準(zhǔn)，通常以單位時(shí)間內(nèi)信道中無差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲笮畔⒘縼肀硎觥Ｐ诺廊萘坑袝r(shí)也表示為單位時(shí)間內(nèi)可傳輸?shù)亩M(jìn)制位的位數(shù)（即信道的數(shù)據(jù)傳輸速率，位速率），以位/秒（b/s）予以表示，簡記為bps。61第2章

通信信道1.數(shù)字信道的信道容量數(shù)字信道（離散信道）的信道容量一般用轉(zhuǎn)移概率來描述。在有噪聲的信道中，假設(shè)發(fā)送符號(hào)為xi，接收符號(hào)為yi，所獲信息量為對(duì)xi，yi取統(tǒng)計(jì)平均得平均信息量/符號(hào)

式中，H(X)為發(fā)送每個(gè)符號(hào)的平均信息量；H(X|Y)為發(fā)送符號(hào)在有噪聲的信道中傳輸平均丟失的信息量。此處的信息傳送速率是指信道在單位時(shí)間傳輸?shù)钠骄畔⒘浚丛O(shè)單位時(shí)間傳送的符號(hào)數(shù)為r，則有對(duì)于一切可能的信息源概率分布來說，信道傳輸信息的速率R的最大值稱為信道容量，記為C，此處的C的表達(dá)式為：62設(shè)連續(xù)信道(或調(diào)制信道)的輸入端加入單邊功率譜密度為n0(W/Hz)的加性高斯白噪聲，信道的帶寬為B(Hz)，信號(hào)功率為S(W)，則通過這種信道無差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲笮畔⑺俾蔆為式中，C值就稱為信道容量，上式就是著名的香農(nóng)信道容量公式，簡稱香農(nóng)公式。因?yàn)閚0B就是噪聲的功率，令N=n0B，故上式也可寫為第2章

通信信道2.模擬信道的信道容量其中，S/N為平均信號(hào)/噪聲功率比，B為信道帶寬，C為信道容量，噪聲為正態(tài)分布的加性白噪聲。63(1)任何一個(gè)連續(xù)信道都有信道容量。在給定B、S/N的情況下，信道的極限傳輸能力為C，如果信源的信息速率R小于或等于信道容量C，那么在理論上存在一種方法使信源的輸出能以任意小的差錯(cuò)概率通過信道傳輸；如果R大于C，則無差錯(cuò)傳輸在理論上是不可能的。因此，實(shí)際傳輸速率(一般地)要求不能大于信道容量，除非允許存在一定的差錯(cuò)率。根據(jù)香農(nóng)公式可以得出以下重要結(jié)論：第2章

通信信道64(2)增大信號(hào)功率S可以增加信道容量C。若信號(hào)功率S趨于無窮大時(shí)，則信道容量C也趨于無窮大，即減小噪聲功率N(N=n0B)，相當(dāng)減小噪聲功率譜密度n0)也可以增加信道容量C。若噪聲功率N趨于零(或n0趨于零)，則信道容量趨于無窮大，即第2章

通信信道65增大信道帶寬B可以增加信道容量C，但不能使信道容量C無限制增大。當(dāng)信道帶寬B趨于無窮大時(shí)，信道容量C的極限值為由此可見，當(dāng)S和n0一定時(shí)，雖然信道容量C隨帶寬B增大而增大，然而當(dāng)B→∞時(shí)，C不會(huì)趨于無窮大，而是趨于常數(shù)1.44S/n0。第2章

通信信道66(3)當(dāng)信道容量保持不變時(shí)，信道帶寬B、信號(hào)噪聲功率比S/N及傳輸時(shí)間三者是可以互換的。若增加信道帶寬，可以換來信號(hào)噪聲功率比的降低，反之亦然。如果信號(hào)噪聲功率比不變，那么增加信道帶寬可以換取傳輸時(shí)間的減少，反之亦然。當(dāng)信道容量C給定時(shí)，B1、S1/N1和B2、S2/N2分別表示互換前后的帶寬和信號(hào)噪聲比，則有第2章

通信信道67當(dāng)維持同樣大小的信號(hào)噪聲功率比S/N時(shí)，給定的信息量為I=TBlb(1+S/N)(C=I/T，T為傳輸時(shí)間)可以用不同帶寬B和傳輸時(shí)間T來互換。若T1、B1和T2、B2分別表示互換前后的傳輸時(shí)間和帶寬，則有通常把實(shí)現(xiàn)了極限信息速率傳輸(即達(dá)到信道容量值)且能做到任意小差錯(cuò)率的通信系統(tǒng)稱為理想通信系統(tǒng)。第2章

通信信道68第2章

通信信道2.5有線通信信道1）金屬電纜傳輸特性雙絞線：由兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線并排放在一起，然后用規(guī)則的方法扭絞而構(gòu)成的，是早期通信階段最古老、最常用的傳輸媒體。它在傳輸距離、信道寬度和數(shù)據(jù)傳輸速度等方面均受到一定限制，且容易引入電器噪聲。同軸電纜：是一種非對(duì)稱傳輸線，電流的去向和回向?qū)w軸是相互重合的。在中心內(nèi)導(dǎo)體外包圍一定厚度的絕緣介質(zhì)，介質(zhì)外是管狀外導(dǎo)體，外導(dǎo)體表面再用絕緣塑料保護(hù)。同軸電纜常用于設(shè)備與設(shè)備之間的連接，或應(yīng)用在總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲小Ｅc雙絞線相比，同軸電纜的抗干擾能力強(qiáng)、屏蔽性能好、傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定、價(jià)格也便宜，而且它不用連接在集線器或交換機(jī)上即可使用。1.有線通信信道的傳輸特性69恒參信道及其對(duì)所傳信號(hào)的影響第2章

通信信道2）光纖傳輸特性光纖通信利用光導(dǎo)纖維（簡稱光纖）作為傳輸媒體來傳遞光脈沖，進(jìn)而運(yùn)載信號(hào)進(jìn)行傳輸。光纖通信系統(tǒng)的傳輸帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前其他各種傳輸媒體的帶寬。但由于制造光纖的基本材料是石英（SiO2），光波在光纖中傳輸會(huì)產(chǎn)生損耗，使光的功率逐漸下降。光纖損耗通常可分為固有損耗和附加損耗。在光纖通信過程中，常常采取積極措施減少損耗。70理想恒參信道等效的線性網(wǎng)絡(luò)傳輸特性為

其中K0為傳輸系數(shù)，td為時(shí)間延遲，它們都是與頻率無關(guān)的常數(shù)。幅頻特性:相頻特性:群遲延-頻率特性：第2章

通信信道2.恒參信道及其特性71理想信道的幅頻特性、相頻特性和群遲延-頻率特性第2章

通信信道3）理想恒參信道模型：72拓展：理想恒參信道舉例有線信道常用的有線信道傳輸媒介有:雙絞線、同軸電纜、架空明線、多芯電纜和光釬。無線信道常用的無線信道包括：無線電視距傳播、衛(wèi)星中繼信道第2章

通信信道731.幅度—頻率畸變典型音頻電話信道的總衰耗-頻率特性第2章

通信信道3）恒參信道的實(shí)際傳輸74幅度-頻率失真是由實(shí)際信道的幅度頻率特性的不理想所引起的，這種失真又稱為頻率失真，屬于線性失真。它會(huì)使通過它的信號(hào)波形產(chǎn)生失真，若在這種信道中傳輸數(shù)字信號(hào)，則會(huì)引起相鄰數(shù)字信號(hào)波形之間在時(shí)間上的相互重疊，造成碼間干擾。第2章

通信信道1.幅度—頻率畸變75典型電話信道的群遲延特性

第2章

通信信道2.相位—頻率畸變（群遲延畸變）76所謂相位—頻率畸變，是指信道的相位—頻率特性偏離線性關(guān)系所引起的畸變。電話信道的相位—頻率畸變主要來源于信道中的各種濾波器及可能有的加感線圈，尤其在信道頻帶的邊緣，相頻畸變就更嚴(yán)重。相頻畸變對(duì)模擬話音通道影響并不顯著，這是因?yàn)槿硕鷮?duì)相頻畸變不太靈敏；但對(duì)數(shù)字信號(hào)傳輸卻不然，尤其當(dāng)傳輸速率比較高時(shí)，相頻畸變將會(huì)引起嚴(yán)重的碼間串?dāng)_，給通信帶來很大損害。第2章

通信信道2.相位—頻率畸變（群遲延畸變）77相移失真前后的波形比較

第2章

通信信道2.相位—頻率畸變（群遲延畸變）78減小畸變的措施

幅度—頻率特性畸變通常采用幅—頻均衡措施來改善，均衡的方式有時(shí)域和頻域均衡兩種措施，相位—頻率特性畸變通常采用相位均衡措施來改善。第2章

通信信道79第2章

通信信道2.6無線通信信道1.無線電波無線電波是指在自由空間（包括空氣和真空）傳播的射頻頻段的電磁波。無線電波是一種能量的傳播形式，也可將其認(rèn)為是一種頻率相對(duì)較低的電磁波，其波長大于1mm，頻率小于300GHz。對(duì)頻率或波長進(jìn)行分段，分別稱為頻段或波段。不同頻段信號(hào)的產(chǎn)生、放大和接收的方法不同，傳播的能力和方式也不同，因而它們的分析方法和應(yīng)用范圍也不同。根據(jù)工作頻段或傳輸方式分類，可將無線通信分為中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信和衛(wèi)星通信等。80第2章

通信信道2.電離層電波傳播電離層電波傳播是指在地球上空55～1000km、受弱等離子體制約的無線電波傳播，包括在這個(gè)區(qū)域內(nèi)和透過這個(gè)區(qū)域的電波傳播。電離層對(duì)超長波至微波頻段的電波均有影響，只是影響程度不同，傳播效應(yīng)各異。電離層電波傳播方式主要有以下幾種。透射傳播。散射傳播。反射傳播。波導(dǎo)傳播。81隨參信道傳輸媒介的特點(diǎn)：對(duì)信號(hào)的衰耗隨時(shí)間的變化而變化；傳輸時(shí)延隨時(shí)間也發(fā)生變化；具有多徑傳播(多徑效應(yīng))。第2章

通信信道3.隨參信道82自由空間衰落原理；陰影衰落；快衰落（瑞利衰落、頻率選擇性衰落）。第2章

通信信道4.無線信道空間傳輸損耗83多徑傳播示意圖

第2章

通信信道5.多徑衰落1）

多徑傳播84結(jié)論:多徑傳播使單一頻率的正弦信號(hào)變成了包絡(luò)和相位受調(diào)制的窄帶信號(hào)，這種信號(hào)稱為衰落信號(hào)，即多徑傳播使信號(hào)產(chǎn)生瑞利型衰落，屬于慢衰落；從頻譜上看，多徑傳播使單一譜線變成了窄帶頻譜，即多徑傳播引起了頻率彌散。第2章

通信信道85假定只有兩條傳輸路徑，且認(rèn)為接收端的幅度與發(fā)端一樣，只是在到達(dá)時(shí)間上差一個(gè)時(shí)延τ。若發(fā)送信號(hào)為f(t)，它的頻譜為F(ω)，則合成信道的傳輸函數(shù)為H(ω)的幅頻特性為第2章

通信信道2）多徑衰落的數(shù)學(xué)表述與頻率彌散86兩條路徑傳播時(shí)選擇性衰落特性

第2章

通信信道2）多徑衰落的數(shù)學(xué)表述與頻率彌散87對(duì)于信號(hào)不同的頻率成分，信道將有不同的衰減。當(dāng)失真隨時(shí)間隨機(jī)變化時(shí)就形成頻率選擇性衰落。特別是當(dāng)信號(hào)的頻譜寬于1/τ時(shí)，某些頻率分量會(huì)被信道衰減到零，造成嚴(yán)重的頻率選擇性衰落。對(duì)于一般的多徑傳播，信道的傳輸特性將復(fù)雜得多，但同樣存在頻率選擇性衰落現(xiàn)象。設(shè)信道最大多徑時(shí)延差為τm，則定義多徑傳播信道的相關(guān)帶寬為1/τm。第2章

通信信道2）多徑衰落的數(shù)學(xué)表述與頻率彌散88常采用變參信道特性的改善措施有抗衰落性能好的調(diào)制解調(diào)技術(shù)、擴(kuò)頻技術(shù)、功率控制技術(shù)、與交織結(jié)合的差錯(cuò)控制技術(shù)、分集接收技術(shù)等。其中分集接收技術(shù)是一種有效的抗衰落技術(shù)，已在短波通信、移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。常用的分集接收方式有如下幾種：空間分集（極化分集、角度分集）；頻率分集；時(shí)間分集。第2章

通信信道6.信道特性的改善1）分集接收原理分集兩字的含義是，分散得到幾個(gè)合成信號(hào)，而后集中（合并）處理這些信號(hào)。理論和實(shí)踐證明，只要被分集的幾個(gè)合成信號(hào)之間是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，那么經(jīng)適當(dāng)?shù)暮喜⒑缶湍苁瓜到y(tǒng)性能大為改善。2）分集方式89空間分集空間分集是接收端在不同的位置上接收同一個(gè)信號(hào)，只要各位置間的距離大到一定程度，則所收到信號(hào)的衰落是相互獨(dú)立的。因此，空間分集的接收機(jī)至少需要兩副間隔一定距離的天線。為了使接收到的多個(gè)信號(hào)相互獨(dú)立，接收端各接收天線之間的間距應(yīng)滿足d≥100λ，d為接收端各接收天線之間的間距，λ為工作頻率的波長。通常，分集天線數(shù)(分集重?cái)?shù))越多，性能改善越好。但當(dāng)分集重?cái)?shù)多到一定數(shù)時(shí)，分集重?cái)?shù)繼續(xù)增多，性能改善量將逐步減小。因此，分集重?cái)?shù)在2~4重比較合適。第2章

通信信道90頻率分集頻率分集是將待發(fā)送的信息分別調(diào)制到不同的載波頻率上發(fā)送，只要載波頻率之間的間隔大到一定程度，則接收端所接收到信號(hào)的衰落是相互獨(dú)立的。在實(shí)際中，當(dāng)載波頻率間隔大于相關(guān)帶寬時(shí)，則可認(rèn)為接收到信號(hào)的衰落是相互獨(dú)立的。因此，載波頻率的間隔應(yīng)滿足

Δf≥Bc=

τm式中，Δf為載波頻率間隔，Bc為相關(guān)帶寬，τm為最大多徑時(shí)延差。

第2章

通信信道91時(shí)間分集時(shí)間分集是將同一信號(hào)在不同的時(shí)間區(qū)間多次重發(fā)，只要各次發(fā)送的時(shí)間間隔足夠大，則各次發(fā)送信號(hào)所出現(xiàn)的衰落將是相互獨(dú)立的。時(shí)間分集主要用于在衰落信道中傳輸數(shù)字信號(hào)。在移動(dòng)通信中，多普勒頻移的擴(kuò)散區(qū)間與移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度及工作頻率有關(guān)。因此，為了保證重復(fù)發(fā)送的數(shù)字信號(hào)具有獨(dú)立的衰落特性，重復(fù)發(fā)送的時(shí)間間隔應(yīng)滿足第2章

通信信道92各分散的合成信號(hào)進(jìn)行合并的方法通常有：最佳選擇式：選擇其中信噪比最大的那一路信號(hào)作為合并器的輸出；等增益相加式：將幾個(gè)分散信號(hào)以相同的支路增益進(jìn)行直接相加，相加后的信號(hào)作為接收信號(hào)；最大比值相加式：控制各支路增益，使它們分別與本支路的信噪比成正比，然后再相加獲得接收信號(hào)。第2章

通信信道3）合并技術(shù)93第2章

通信信道小結(jié)040302011.了解信道的分類；2.理解信道模型1.了解信號(hào)在實(shí)際傳輸中會(huì)出現(xiàn)失真或損失。2.理解均衡措施的原理1.了解無線信號(hào)在實(shí)際傳輸中會(huì)出多徑傳輸現(xiàn)象。2.理解分集接收和合并接收原理1.了解信道帶寬的定義；2.掌握信道容量的內(nèi)涵及計(jì)算方法、3.1信號(hào)及其分類

3.2隨機(jī)過程94第3章

隨機(jī)信號(hào)分析第3章

隨機(jī)信號(hào)分析確定性信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)連續(xù)信號(hào)與離散信號(hào)周期信號(hào)與非周期信號(hào)能量信號(hào)與功率信號(hào)

能量信號(hào)

功率信號(hào)96第3章

隨機(jī)信號(hào)分析3.1信號(hào)及其分類1.信號(hào)分類97第3章

隨機(jī)信號(hào)分析2.相關(guān)函數(shù)1）自相關(guān)表達(dá)式可見，自相關(guān)函數(shù)反映了一個(gè)信號(hào)與其延遲秒后的信號(hào)間的相關(guān)程度。自相關(guān)函數(shù)只與時(shí)間差有關(guān)，而與時(shí)間t無關(guān)。通常，我們會(huì)利用自相關(guān)函數(shù)來檢測(cè)和識(shí)別淹沒在隨機(jī)噪聲中的有效周期信號(hào)。性質(zhì)：自相關(guān)函數(shù)是偶函數(shù)，即；自相關(guān)函數(shù)在時(shí)可以獲得最大值，并等于該隨機(jī)信號(hào)的均方值；自相關(guān)函數(shù)在時(shí)可以獲得最小值，并等于該隨機(jī)信號(hào)的均值m的平方；若隨機(jī)信號(hào)中含有常值分量，則含有常值分量；若均值為零且不含周期成分的“純”隨機(jī)信號(hào)，當(dāng)夠大時(shí)，趨于零；如果隨機(jī)信號(hào)含有周期分量，則自相關(guān)函數(shù)中必含同頻率的周期分量。98第3章

隨機(jī)信號(hào)分析2）互相關(guān)表達(dá)式可見，互相關(guān)函數(shù)描述了一個(gè)信號(hào)與延遲秒后的另一個(gè)信號(hào)間的依賴程度。同樣，互相關(guān)函數(shù)只與兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間差有關(guān)，而與時(shí)間t無關(guān)。但互相關(guān)函數(shù)與兩個(gè)信號(hào)的前后次序有關(guān)。性質(zhì)：互相關(guān)函數(shù)既非偶也非奇函數(shù)；只有當(dāng)兩個(gè)周期信號(hào)具有相同的頻率時(shí)，才存在互相關(guān)函數(shù)，即兩個(gè)非同頻的周期信號(hào)不相關(guān)；兩個(gè)信號(hào)錯(cuò)開一個(gè)時(shí)間間隔處相關(guān)程度有可能最高，它反映兩信號(hào)、之間主傳輸通道的滯后時(shí)間。周期信號(hào)周期信號(hào)的傅氏三角級(jí)數(shù)表示周期信號(hào)的傅氏指數(shù)級(jí)數(shù)表示99第3章

隨機(jī)信號(hào)分析3.頻譜密度（預(yù)備知識(shí)）信號(hào)的傅里葉變換一個(gè)非周期信號(hào)可以看成一個(gè)周期信號(hào)。傅氏正變換傅氏反變換100第3章

隨機(jī)信號(hào)分析101第3章

隨機(jī)信號(hào)分析1）帕什瓦爾定理若為能量信號(hào)，且其傅里葉變換為，則有如下關(guān)系：式中，--信號(hào)的幅值譜。上式說明時(shí)域內(nèi)能量信號(hào)的總能量等于頻域內(nèi)各個(gè)頻率分量能量的連續(xù)和。帕什瓦爾定理表明：在時(shí)域內(nèi)計(jì)算的信號(hào)總能量，等于在頻域內(nèi)計(jì)算的各個(gè)頻率分量信號(hào)的能量之和。它從能量角度反映時(shí)域和頻域關(guān)系，故又稱為能量恒等式。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)功率信號(hào)無法直接運(yùn)用，研究信號(hào)平均功率更適合。2）能量譜密度能量譜密度描述了信號(hào)的能量在頻域上的分布特性。設(shè)能量信號(hào)的頻譜密度函數(shù)為，利用帕什瓦爾定理，可得到時(shí)域和頻域表示的信號(hào)能量，即：式中，稱為能量譜密度，表示在頻率f處寬度為df頻帶內(nèi)的信號(hào)能量，或能量譜密度描述了單位帶寬上的信號(hào)能量，單位為焦/赫。令G(f)為能量譜密度，即則可得到下式：由于信號(hào)是實(shí)函數(shù)，是頻率的偶函數(shù)，因此正負(fù)頻率部分具有相等的能量，即102第3章

隨機(jī)信號(hào)分析103第3章

隨機(jī)信號(hào)分析2）功率譜密度假設(shè)周期信號(hào)是周期為T的周期信號(hào)，則就是功率信號(hào)。利用實(shí)值周期信號(hào)的帕什瓦爾定理，可得上式中，n是該周期信號(hào)x的傅里葉基數(shù)的系數(shù)；是該周期信號(hào)的基波角頻率，即

是該周期信號(hào)的第n次諧波（角頻率為)的幅值。周期信號(hào)的功率譜密度為P(f)定義為：式中，為單位沖激函數(shù)。信號(hào)的平均功率為104第3章

隨機(jī)信號(hào)分析4.隨機(jī)信號(hào)的數(shù)學(xué)描述隨機(jī)信號(hào)：在不同的條件下受偶然因素的影響，不能用確定的時(shí)間函數(shù)來描述的信號(hào)，具有隨機(jī)性與不確定性（1）幅值描述

均值方差均方值概率密度函數(shù)105第3章

隨機(jī)信號(hào)分析4.隨機(jī)信號(hào)的數(shù)學(xué)描述（2）時(shí)域描述：在時(shí)域，一般不關(guān)心單個(gè)樣本函數(shù)的波形或時(shí)域表達(dá)式，而是討論信號(hào)在不同時(shí)刻瞬時(shí)值的相互依從關(guān)系，即時(shí)域相關(guān)特性（3）頻域描述

自功率譜密度函數(shù)反變換自功率譜密度函數(shù)

是自相關(guān)函數(shù)

的傅里葉變換由上兩式可得：106第3章

隨機(jī)信號(hào)分析4.隨機(jī)信號(hào)的數(shù)學(xué)描述互功率譜密度函數(shù)：若互相關(guān)函數(shù)

滿足傅里葉變換的條件，則定義信號(hào)

和

的互功率譜密度函數(shù)

為互相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換

的反變換

同樣可得概率及隨機(jī)變量概率分布函數(shù)分布函數(shù)屬性

是非降函數(shù)107第3章

隨機(jī)信號(hào)分析3.2隨機(jī)過程1.統(tǒng)計(jì)特性描述隨機(jī)變量的數(shù)字特征數(shù)學(xué)期望方差協(xié)方差108第3章

隨機(jī)信號(hào)分析隨機(jī)過程及其統(tǒng)計(jì)特性隨機(jī)過程的定義隨機(jī)過程是一類隨時(shí)間作隨機(jī)變化的過程，它不能用確切的時(shí)間函數(shù)描述。理解1：對(duì)應(yīng)不同隨機(jī)試驗(yàn)結(jié)果的時(shí)間過程的集合。理解2：看作是在時(shí)間進(jìn)程中處于不同時(shí)刻的隨機(jī)變量的集合。隨機(jī)過程的數(shù)學(xué)期望方差

109第3章

隨機(jī)信號(hào)分析隨機(jī)過程的自協(xié)方差函數(shù)隨機(jī)過程的自相關(guān)函數(shù)110第3章

隨機(jī)信號(hào)分析隨機(jī)過程的互協(xié)方差函數(shù)隨機(jī)過程的互相關(guān)函數(shù)111第3章

隨機(jī)信號(hào)分析定義若一個(gè)隨機(jī)過程

(t)的任意有限維分布函數(shù)與時(shí)間起點(diǎn)無關(guān)，也就是說，對(duì)于任意的正整數(shù)n和所有實(shí)數(shù)

，有

則稱該隨機(jī)過程是平穩(wěn)隨機(jī)過程。該平穩(wěn)稱為嚴(yán)格平穩(wěn)（簡稱為嚴(yán)平穩(wěn)）。這是狹義上的平穩(wěn)。對(duì)比廣義上的平穩(wěn)過程是指若一個(gè)隨機(jī)過程的數(shù)學(xué)期望及方差與時(shí)間無關(guān)，而其相關(guān)函數(shù)僅與τ有關(guān)。通信系統(tǒng)中的信號(hào)及噪聲，大多數(shù)可視為平穩(wěn)的隨機(jī)過程。因此，研究平穩(wěn)隨機(jī)過程有很大的實(shí)際意義。112第3章

隨機(jī)信號(hào)分析2.平穩(wěn)隨機(jī)過程平穩(wěn)過程的自相關(guān)函數(shù)

性質(zhì)各態(tài)歷經(jīng)性113第3章

隨機(jī)信號(hào)分析平穩(wěn)隨機(jī)過程的功率譜密度平穩(wěn)隨機(jī)過程的功率譜密度可以寫為隨機(jī)過程的平均功率可表示為平穩(wěn)隨機(jī)過程的自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度服從維納－辛欽關(guān)系114第3章

隨機(jī)信號(hào)分析3.高斯隨機(jī)過程定義如果隨機(jī)過程

(t)的任意n維（n=1,2,...）分布均服從正態(tài)分布，則稱它為正態(tài)過程或高斯過程。性質(zhì)若高斯過程是廣義平穩(wěn)的，則它也一定是狹義平穩(wěn)的。對(duì)于高斯過程在不同瞬間的值，互不相關(guān)和相互獨(dú)立是等價(jià)的，也就是說，如果高斯過程在不同時(shí)刻的取值是不相關(guān)的，那么它們也是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。高斯過程經(jīng)過線性變換后生成的過程仍是高斯過程。也可以說，若線性系統(tǒng)的輸入為高斯過程，則系統(tǒng)輸出也是高斯過程。115第3章

隨機(jī)信號(hào)分析一維高斯分布高斯過程在任一時(shí)刻上的取值是一個(gè)正態(tài)分布的隨機(jī)變量，也稱高斯隨機(jī)變量，其一維概率密度函數(shù)為

式中：a

－均值

2

－方差116第3章

隨機(jī)信號(hào)分析由圖形可見：①對(duì)稱于均值a；②曲線在a

σ處有拐點(diǎn)即圖形的

寬度與σ成比例。其中，當(dāng)a=0、σ=1時(shí)，則稱為標(biāo)準(zhǔn)高斯（正態(tài)）分布。在通信系統(tǒng)中，通常要計(jì)算高斯隨機(jī)變量X大于某常數(shù)

C的概率P（X>C）

令又由于所以117第3章

隨機(jī)信號(hào)分析Q函數(shù)與誤差函數(shù)的關(guān)系誤差函數(shù)的定義互補(bǔ)誤差函數(shù)的定義互補(bǔ)誤差函數(shù)的近似計(jì)算

118第3章

隨機(jī)信號(hào)分析高斯過程性質(zhì)若高斯過程是寬平穩(wěn)的，則它也是嚴(yán)平穩(wěn)的。若高斯過程在不同時(shí)刻的取值（隨機(jī)變量）是不相關(guān)的，則它們也是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。若干個(gè)高斯過程的代數(shù)和所組成的隨機(jī)過程仍是高斯型。高斯過程經(jīng)過線性變換（或線性系統(tǒng)）后仍是高斯型隨機(jī)過程。119第3章

隨機(jī)信號(hào)分析高斯過程的n維分布完全由n個(gè)隨機(jī)變量的均值、方差和歸一化協(xié)方差決定，且它的均值與時(shí)間無關(guān)，協(xié)方差函數(shù)只與時(shí)間間隔有關(guān)，與時(shí)間起點(diǎn)無關(guān)。因此，它是一個(gè)寬平穩(wěn)隨機(jī)過程。高斯白噪聲定義一維概率密度函數(shù)為

且其功率譜密度在所有頻率上均為常數(shù)的噪聲，即白噪聲的功率譜密度及其自相關(guān)函數(shù)如下圖120第3章

隨機(jī)信號(hào)分析特點(diǎn)說明由于白噪聲的帶寬無限，其平均功率為無窮大，所以，真正“白”的噪聲是不存在的，它只是構(gòu)造的一種理想化的噪聲形式。實(shí)際中，只要噪聲的功率譜均勻分布的頻率范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通信系統(tǒng)的工作頻帶，我們就可以把它視為白噪聲。如果白噪聲取值的概率分布服從高斯分布，則稱之為高斯白噪聲。高斯白噪聲在任意兩個(gè)不同時(shí)刻上的隨機(jī)變量之間，不僅是互不相關(guān)的，而且還是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。121第3章

隨機(jī)信號(hào)分析4.窄帶隨機(jī)過程什么是窄帶隨機(jī)過程若隨機(jī)過程X(t)的譜密度集中在中心頻率fc附近相對(duì)窄的頻帶范圍

f內(nèi)，即滿足

f<<fc的條件，且fc遠(yuǎn)離零頻率，則稱該X(t)為窄帶隨機(jī)過程。窄帶隨機(jī)過程的表示式其中稱為同相分量；稱為正交分量。

122第3章

隨機(jī)信號(hào)分析窄帶隨機(jī)過程的自相關(guān)函數(shù)

由于所以功率譜密度為123第3章

隨機(jī)信號(hào)分析124第3章

隨機(jī)信號(hào)分析本章小結(jié)01021.了解信號(hào)及噪聲的基本概念；2.理解信號(hào)分類；3.理解信號(hào)特性、相關(guān)函數(shù)、頻譜密度等概念。1.理解隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特性；2.掌握平穩(wěn)隨機(jī)過程、高斯隨機(jī)過程、窄帶隨機(jī)過程等特性及其應(yīng)用；3.熟悉窄帶噪聲的公式及特性4.1標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅（AM）4.2其他調(diào)幅方式4.3頻率調(diào)制（FM）4.4模擬調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能125第4章

模擬調(diào)制技術(shù)126第四章模擬調(diào)制技術(shù)模擬調(diào)制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅其他調(diào)幅方式頻率調(diào)制模擬調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅的基本原理AM信號(hào)的頻譜抑制載波雙邊帶調(diào)幅單邊帶調(diào)幅殘留邊帶調(diào)幅角度調(diào)制的基本原理調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)調(diào)幅系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)與調(diào)幅系統(tǒng)的比較4.1標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅（AM）

1、

標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅的基本原理AM調(diào)制器模型如圖4-1所示。

圖

4-1AM調(diào)制器模型

127第4章

模擬調(diào)制技術(shù)圖4-2AM信號(hào)的波形和頻譜(a)調(diào)制信號(hào)；

(b)疊加直流的調(diào)制信號(hào)；

(c)載波信號(hào)；

(d)已調(diào)波信號(hào)

128第4章

模擬調(diào)制技術(shù)2、AM信號(hào)的頻譜圖4-2AM信號(hào)的波形和頻譜(a)調(diào)制信號(hào)；

(b)疊加直流的調(diào)制信號(hào)；

(c)載波信號(hào)；

(d)已調(diào)波信號(hào)

129第4章

模擬調(diào)制技術(shù)

結(jié)論：（1）調(diào)幅過程使原始頻譜X(ω)搬移了±ωc，且頻譜中包含載頻分量πA0［δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)］和邊帶分量（1/2）［X(ω+ωc)+X(ω－ωc)］兩部分。（2）AM波的幅度譜|X(ω)|是對(duì)稱的。

（3）AM波占用的帶寬BAM（Hz）應(yīng)是基帶消息信號(hào)帶寬fm（fm=ωm/2π）的兩倍，即BAM=2fm。（4）要使已調(diào)波不失真，必須在時(shí)域和頻域滿足以下條件：在時(shí)域范圍內(nèi)，對(duì)于所有t，必須否則，將會(huì)出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而產(chǎn)生包絡(luò)失真。130第4章

模擬調(diào)制技術(shù)

這就保證了A(t)=A0+x(t)總是正的。這時(shí)，調(diào)制后的載波相位不會(huì)改變，信息只包含在信號(hào)之中，已調(diào)波的包絡(luò)和x(t)的形狀完全相同，用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)。

在頻域范圍內(nèi)，載波頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于x(t)的最高頻譜分量，即

若不滿足此條件，則會(huì)出現(xiàn)頻譜交疊，此時(shí)的包絡(luò)形狀一定會(huì)產(chǎn)生失真。

131第4章

模擬調(diào)制技術(shù)AM信號(hào)的平均功率是由載波功率和邊帶功率組成的，而只有邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有關(guān)。載波功率在AM信號(hào)中占有大部分能量，即使在滿調(diào)制(ma=1)條件下，兩個(gè)邊帶上的有用信號(hào)仍然只占很小能量。因此，從功率上講，AM信號(hào)功率利用率比較低。

已調(diào)波的調(diào)制效率定義為邊帶功率與總平均功率之比，即

對(duì)于調(diào)制信號(hào)為單頻余弦信號(hào)的情況，x(t)=Amcos(ωmt+θm)，x2(t)=A2m/2,此時(shí)“滿調(diào)制”ma=1時(shí)，調(diào)制效率達(dá)到最大值,ηAM=1/3。

132第4章

模擬調(diào)制技術(shù)3、AM信號(hào)的解調(diào)

133第4章

模擬調(diào)制技術(shù)．包絡(luò)檢波法

包絡(luò)檢波法是AM信號(hào)常用的解調(diào)方法，實(shí)現(xiàn)包絡(luò)檢波過程的電路稱為包絡(luò)檢波器。包絡(luò)檢波器根據(jù)所采用的器件不同，可分為二極管包絡(luò)檢波器和三極管包絡(luò)檢波器；根據(jù)信號(hào)大小，又可分為小信號(hào)檢波器和大信號(hào)檢波器。．相干解調(diào)法

相干解調(diào)法（同步檢波法）是在信號(hào)接收端用一個(gè)與載波同頻同相的參考載波和AM信號(hào)相乘（同步檢波因此得名）然后用低通濾波器（LPF）將調(diào)制信號(hào)恢復(fù)。該參考載波也稱相干載波。1、抑制載波雙邊帶調(diào)幅(DSB-SC)

雙邊帶信號(hào)（DSB）與調(diào)幅（AM）的區(qū)別在于：基帶信號(hào)中是否有直流分量。DSB信號(hào)的時(shí)域表示為當(dāng)調(diào)制信號(hào)x(t)為確知信號(hào)時(shí)，DSB信號(hào)的頻譜為

134第4章

模擬調(diào)制技術(shù)4.2其他調(diào)幅方式圖4-3DSB信號(hào)的波形和頻譜(a)調(diào)制信號(hào)；

(b)載波信號(hào)；

(c)已調(diào)波信號(hào)

135第4章

模擬調(diào)制技術(shù)由于DSB頻譜中沒有載波分量，Pc=0。因此，信號(hào)的全部功率都包含在邊帶上，即

這就使得調(diào)制效率達(dá)到１００％，即ηDSB=1。

136第4章

模擬調(diào)制技術(shù)第4章

模擬調(diào)制技術(shù)

由時(shí)間波形可知，DSB信號(hào)的包絡(luò)不再與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡單的包絡(luò)檢波來恢復(fù)調(diào)制信號(hào)，需采用相干解調(diào)(同步檢波)。另外，在調(diào)制信號(hào)m(t)的過零點(diǎn)處，高頻載波相位有180°的突變(倒相）。

DSB信號(hào)雖然節(jié)省了載波功率，功率利用率提高了，但它的頻帶寬度仍是調(diào)制信號(hào)帶寬的兩倍，與AM信號(hào)帶寬相同。由于DSB信號(hào)的上、下兩個(gè)邊帶是完全對(duì)稱的，它們都攜帶了調(diào)制信號(hào)的全部信息，因此僅傳輸其中一個(gè)邊帶即可，這就是單邊帶調(diào)制能解決的問題。

2、單邊帶調(diào)幅(SSB)

138第4章

模擬調(diào)制技術(shù)DSB信號(hào)包含有兩個(gè)邊帶，即上、下邊帶。由于這兩個(gè)邊帶包含的信息相同，因而，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜紤]，傳輸一個(gè)邊帶就夠了。這種只傳輸一個(gè)邊帶的通信方式稱為單邊帶通信。單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生方法通常有濾波法和相移法。

.濾波法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)

圖4-4產(chǎn)生SSB信號(hào)的濾波和頻譜特性（a）

邊帶濾波特性；

(b)頻譜特性

139第4章

模擬調(diào)制技術(shù)

用濾波法產(chǎn)生SSB信號(hào)的原理框圖如圖4-５所示。圖4-5濾波法產(chǎn)生SSB信號(hào)

通常解決高頻段濾波器的辦法是采用多級(jí)調(diào)制濾波，實(shí)現(xiàn)多級(jí)頻率搬移。140第4章

模擬調(diào)制技術(shù).移相法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)單邊帶信號(hào)就可寫成

式中，“－”號(hào)表示上邊帶，“＋”號(hào)表示下邊帶。

單邊帶調(diào)制方式的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)省載波發(fā)射功率，同時(shí)頻帶利用率也高，它所占用的頻帶寬度僅是雙邊帶的一半，和基帶信號(hào)的頻帶寬度相同。單邊帶信號(hào)的解調(diào)和雙邊帶一樣，不能采用簡單的包絡(luò)檢波，因?yàn)樗陌j(luò)不能直接反映調(diào)制信號(hào)的變化，所以仍然需要采用相干解調(diào)。

141第4章

模擬調(diào)制技術(shù).SSB信號(hào)的解調(diào)142第4章

模擬調(diào)制技術(shù)

SSB信號(hào)的解調(diào)和DSB信號(hào)一樣不能采用簡單的包絡(luò)檢波法，因?yàn)镾SB信號(hào)也是抑制載波的已調(diào)信號(hào)，它的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號(hào)的變化，所以仍需采用相干解調(diào)。設(shè)輸入解調(diào)器的SSB信號(hào)為則乘法器的輸出為

經(jīng)過低通濾波器后，輸出

3、殘留邊帶調(diào)幅(VSB)當(dāng)調(diào)制信號(hào)x(t)的頻譜具有豐富的低頻分量時(shí)，如電視和電報(bào)信號(hào)，已調(diào)信號(hào)頻譜中的上、下邊帶就很難分離，這時(shí)用單邊帶就不能很好地解決問題。那么，殘留邊帶就是解決這種問題一個(gè)折衷的辦法，它是介于SSB和DSB之間的一種調(diào)制方法，既克服了DSB信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了SSB實(shí)現(xiàn)上的難題。在VSB中，不是對(duì)一個(gè)邊帶完全抑制，而是使它逐漸截止，使其殘留一小部分。圖2-8示出了調(diào)制信號(hào)、DSB、SSB及VSB信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)比較特性。

143第4章

模擬調(diào)制技術(shù)圖

2-8調(diào)制信號(hào)、DSB、SSB和VSB信號(hào)的頻譜

144第4章

模擬調(diào)制技術(shù)圖4-9VSB調(diào)制原理框圖及濾波器特性(a)殘留邊帶調(diào)制器；(b)殘留邊帶濾波器(c)殘留邊帶濾波器的互補(bǔ)對(duì)稱性

濾波法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制的殘留邊帶濾波器的傳輸特性是HVSB(ω)，它的特點(diǎn)是±ωc附近具有滾降特性，而且要求這段特性對(duì)于|ωc|上半幅度點(diǎn)呈現(xiàn)奇對(duì)稱，即互補(bǔ)對(duì)稱特性。在邊帶范圍內(nèi)其他各處的傳輸特性應(yīng)當(dāng)是平坦的。

145第4章

模擬調(diào)制技術(shù)

由于邊帶信號(hào)頻譜具有偶對(duì)稱性，因此，VSB中的互補(bǔ)對(duì)稱性就意味著將HVSB(ω)分別移動(dòng)－ωc和ωc就可以到如圖4

-９(c)所示的HVSB(ω+ωc)和HVSB(ω－ωc)，將兩者疊加，即

|ω|≤ωm

式中，ωm是調(diào)制信號(hào)的最高頻率。

146第4章

模擬調(diào)制技術(shù)4、

模擬線性調(diào)制的一般模型

1.模擬線性調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的一般模型

圖

4-10模擬線性調(diào)制的一般模型

147第4章

模擬調(diào)制技術(shù)

設(shè)調(diào)制信號(hào)x(t)的頻譜為X(ω)，沖激響應(yīng)h(t)的濾波器特性為H(ω)，則其輸出已調(diào)信號(hào)的時(shí)域和頻域表示式為

式中,ωc為載波角頻率，

。

可得到另一種形式的時(shí)域表示式，即

148第4章

模擬調(diào)制技術(shù)式中，

式中第一項(xiàng)是載波為cosωct的雙邊帶調(diào)制信號(hào)，與參考載波同相，稱為同相分量，第二項(xiàng)是以sinωct為載波的雙邊帶調(diào)制，與參考載波cosωct正交，稱為正交分量。sI(t)和sQ(t)分別稱為同相分量幅度和正交分量幅度。

149第4章

模擬調(diào)制技術(shù)相應(yīng)的頻域表示式為

于是，模擬線性調(diào)制的模型可換成另一種形式，即模擬線性調(diào)制相移法的一般模型。這個(gè)模型適用于所有線性調(diào)制。

圖4-11

模擬線性調(diào)制相移法的一般模型150第4章

模擬調(diào)制技術(shù)

.模擬線性調(diào)制相干解調(diào)的一般模型 解調(diào)的原理與調(diào)制的原理是類似的，均可用乘法器予以實(shí)現(xiàn)。 為了不失真地恢復(fù)出原始信號(hào)，要求相干解調(diào)的本地載波和發(fā)送載波必須相干或者同步，即要求本地載波和接收信號(hào)的載波同頻和同相。

圖4-12模擬線性調(diào)制相干解調(diào)的一般模型

151第4章

模擬調(diào)制技術(shù)

相干解調(diào)的輸入信號(hào)應(yīng)是調(diào)制器的輸出信號(hào)，這時(shí)相干解調(diào)的輸入信號(hào)為與同頻同相的本地載波相乘后，得

經(jīng)低通濾波器（LPF）后，

152第4章

模擬調(diào)制技術(shù)5、線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能

1.分析模型在實(shí)際系統(tǒng)中，噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響是在所難免的。最常見的噪聲有加性噪聲，加性噪聲通常指接收到的已調(diào)信號(hào)疊加上一個(gè)干擾，而加性噪聲中的起伏噪聲對(duì)已調(diào)信號(hào)造成連續(xù)的影響，因此，通信系統(tǒng)把信道加性噪聲的這種起伏噪聲作為研究對(duì)象。

圖

4-13解調(diào)器抗噪聲性能的分析模型

153第4章

模擬調(diào)制技術(shù)圖4-13中，xc(t)為已調(diào)信號(hào)，n(t)為信道疊加的高斯白噪聲，經(jīng)過帶通濾波器后到達(dá)解調(diào)器輸入端的有用信號(hào)為si(t)，噪聲為ni(t)，解調(diào)器輸出的有用信號(hào)為so(t)，噪聲為no(t)。帶通濾波器帶寬遠(yuǎn)小于中心頻率ωc時(shí)，可視帶通濾波器為窄帶濾波器，平穩(wěn)高斯白噪聲通過窄帶濾波器后，可得到平穩(wěn)高斯窄帶噪聲。于是ni(t)即為窄帶高斯噪聲，其表示式為

或者

154第4章

模擬調(diào)制技術(shù)其中

V(t)的一維概率密度為瑞利分布，θ(t)的一維概率密度函數(shù)是平均分布。ni(t)、nI(t)和nQ(t)的均值均為零，但平均功率不為零且具有相同值，即

155第4章

模擬調(diào)制技術(shù)式中，Ni為輸入噪聲功率。若白噪聲的雙邊功率譜密度為n0/2,帶通濾波器是高度為1、帶寬為B的理想矩形函數(shù)，則解調(diào)器的輸入噪聲功率為這里的帶寬B通常取已調(diào)信號(hào)的頻帶寬度，目的是使已調(diào)信號(hào)能無失真地進(jìn)入解調(diào)器，同時(shí)又最大限度地抑制噪聲。

156第4章

模擬調(diào)制技術(shù)模擬通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)就是系統(tǒng)的輸出信噪比，其定義為

當(dāng)然，也有對(duì)應(yīng)的輸入信噪比，其定義為

157第4章

模擬調(diào)制技術(shù)

為了便于衡量同類調(diào)制系統(tǒng)采用不同解調(diào)器時(shí)輸入信噪比的影響，還可用輸出信噪比和輸入信噪比的比值G來度量解調(diào)器的抗噪聲信能，比值G稱為調(diào)制制度增益，定義為顯然，調(diào)制制度增益越大，表明解調(diào)器的抗噪聲性能越好。

158第4章

模擬調(diào)制技術(shù).DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能DSB調(diào)制系統(tǒng)中的解調(diào)器是相干解調(diào)器，由乘法器和低通濾波器組成。于是調(diào)制制度增益為

上式說明，DSB調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制制度增益為2，DSB調(diào)制使系統(tǒng)信噪比改善了一倍。159第4章

模擬調(diào)制技術(shù)

.SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能在SSB相干解調(diào)中，與DSB相比較，所不同的是SSB解調(diào)器之前的帶通濾波器的帶寬是DSB帶寬的一半，即B=fm。SSB的調(diào)制制度增益為

這里GSSB=1并不說明DSB抗噪聲性能好于SSB，因?yàn)閮烧叩妮敵鲂旁氡仁窃诓煌妮斎胄盘?hào)功率情況下得到的。如果我們?cè)谙嗤妮斎胄盘?hào)功率、相同輸入噪聲功率譜密度、相同基帶信號(hào)寬帶fm條件下，可以發(fā)現(xiàn)它們的輸出信噪比是相等的。由此我們可以說，DSB和SSB兩者的抗噪聲性能是相同的，但雙邊帶信號(hào)所需的傳輸帶寬是單邊帶的兩倍。

160第4章

模擬調(diào)制技術(shù).AM調(diào)制系統(tǒng)的性能AM信號(hào)可采用相干解調(diào)和包絡(luò)檢波兩種方式。相干解調(diào)時(shí)AM調(diào)制系統(tǒng)的性能分析與前面幾個(gè)的分析方法相同。這里，僅就常用的簡單的包絡(luò)檢波解調(diào)性能作一分析。設(shè)包絡(luò)檢波器的輸入信號(hào)為

且假設(shè)x(t)均值為零，A0≥|x(t)|max。

圖2-14AM包絡(luò)檢波抗噪聲性能分析模型161第4章

模擬調(diào)制技術(shù)

包絡(luò)檢波的作用就是輸出A(t)中的有用信號(hào)。實(shí)際上，檢波器輸出的有用信號(hào)與噪聲混合在一起，無法完全分開，因此，計(jì)算輸出信噪比十分困難。這里，考慮兩種特殊情況。

1)大信噪比情況大信噪比指的是輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)大于噪聲幅度。調(diào)制制度增益為

上式表明，AM信號(hào)的調(diào)制制度增益GAM隨A0的減小而增大。由于A0≥|x(t)|max，所以GAM總是小于１，可見包絡(luò)檢波器對(duì)輸入信噪比沒有改善，而是惡化了。對(duì)于100%調(diào)制，x(t)為單頻正弦信號(hào)，GAM最大值為２／３。162第4章

模擬調(diào)制技術(shù)2)小信噪比情況小信噪比指的是輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)小于噪聲幅度。

在小信噪比情況下，信號(hào)不能通過包絡(luò)檢波器恢復(fù)出來。

小信噪比輸入情況下，包絡(luò)檢波器的輸出信噪比基本上與輸入信噪比的平方成正比，即

因此,小信噪比輸入情況下，包絡(luò)檢波器不能正常解調(diào)。存在一個(gè)臨界值，當(dāng)輸入信噪比大于此臨界值時(shí)包絡(luò)檢波器能正常地工作，而小于此臨界值時(shí)，不能正常工作，這個(gè)臨界狀態(tài)的輸入信噪比叫做門限值。163第4章

模擬調(diào)制技術(shù)

門限值的意義表示，當(dāng)Si/Ni降到此值以下時(shí)，So/No惡化的速度比Si/Ni迅速得多。包絡(luò)檢波器存在門限值這一現(xiàn)象叫做門限效應(yīng)。門限效應(yīng)是由包絡(luò)檢波器的非線性解調(diào)作用引起的，因此，所有非相干解調(diào)都存在著門限效應(yīng)。門限效應(yīng)在輸入噪聲功率接近載波功率時(shí)開始明顯。在小信噪比輸入情況下，包絡(luò)檢波器的性能較相干解調(diào)器差，所以在噪聲條件惡劣下常采用相干解調(diào)。

164第4章

模擬調(diào)制技術(shù)角度調(diào)制——頻譜的非線性搬移，非線性調(diào)制

1、

角度調(diào)制的基本原理角度調(diào)制信號(hào)的一般表示式為

式中，A是載波的恒定幅度，［ωct+φ(t)］是信號(hào)的瞬時(shí)相位θ(t),而φ(t)稱為相對(duì)于載波相位ωct的瞬時(shí)相位偏移。而瞬時(shí)相位的導(dǎo)數(shù)d［ωct+φ(t)］/dt就是瞬時(shí)頻率，瞬時(shí)相位偏移的導(dǎo)數(shù)dφ(t)/dt就稱為相對(duì)于載頻ωc的瞬時(shí)頻偏。4.3頻率調(diào)制（FM）165第4章

模擬調(diào)制技術(shù)

所謂相位調(diào)制，就是指瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)m(t)作線性變化，相應(yīng)的已調(diào)信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)，當(dāng)起始相位為零時(shí)，其時(shí)域表示式為

式中，Kp為常數(shù)，稱為相移常數(shù)。

所謂頻率調(diào)制，就是指瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)x(t)作線性變化，相應(yīng)的已調(diào)信號(hào)稱為調(diào)頻信號(hào)，調(diào)頻信號(hào)的域表示式為166第4章

模擬調(diào)制技術(shù)式中，Kf為常數(shù)，稱為頻偏常數(shù)，因?yàn)?/p>

所以

可知，如果將調(diào)制信號(hào)先微分，然后進(jìn)行調(diào)頻，則可得到調(diào)相信號(hào)，這種方法稱為間接調(diào)相法，如圖所示，同樣，也可用相位調(diào)制器來產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)，這時(shí)調(diào)制信號(hào)必須先積分然后送入相位調(diào)制器，這種方法稱為間接調(diào)頻法，如圖所示。167第4章

模擬調(diào)制技術(shù)調(diào)相法

168第4章

模擬調(diào)制技術(shù)調(diào)頻法

169第4章

模擬調(diào)制技術(shù)2、調(diào)頻信號(hào)

.調(diào)頻信號(hào)的表達(dá)式170第4章

模擬調(diào)制技術(shù)設(shè)單音調(diào)制信號(hào)為

則單音調(diào)制FM信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為

式中，

是調(diào)頻波的最大角頻率偏移；

是調(diào)頻波的最大相位偏移（通常稱為調(diào)頻指數(shù)）。.調(diào)頻信號(hào)的帶寬

調(diào)頻波有效帶寬：

調(diào)頻波的頻譜包含無窮多個(gè)分量，從理論上講，它的頻帶寬度為無限寬。實(shí)際上，邊頻幅度Jn（mf)隨著n的增大而逐漸減小，因此只要適當(dāng)選取n值，使得邊頻分量減小到可以忽略的程度，調(diào)頻信號(hào)的帶寬可近似認(rèn)為是有限頻譜。

171第4章

模擬調(diào)制技術(shù)當(dāng)mf≥１時(shí)，取邊頻數(shù)n=mf＋１，這時(shí)n＞mf＋１以上的邊頻幅度Jn（mf)均小于0.1，相應(yīng)產(chǎn)生的功率均在總功率２％以下，可以忽略不計(jì)。這時(shí)調(diào)頻波的帶寬為

上式說明，調(diào)頻信號(hào)的帶寬取決于最大頻偏Δf和調(diào)制信號(hào)的頻率fm。當(dāng)mf<<１時(shí)，BFM≈2fm，這就是前面所討論的窄帶調(diào)頻的帶寬。當(dāng)mf>>１時(shí),BFM≈2Δf，這就是大指數(shù)寬帶調(diào)頻的情況，帶寬由最大頻偏所決定。

172第4章

模擬調(diào)制技術(shù)

在FM中，當(dāng)Δf恒定時(shí)，BFM基本不變，系統(tǒng)可充分利用給定的傳輸信道帶寬；在PM中，當(dāng)Δθ恒定時(shí)，調(diào)制信號(hào)頻率增加，BPM也增加，不能充分利用信道帶寬。因此，當(dāng)調(diào)制信號(hào)m(t)包含許多頻率分量時(shí)，采用FM比較有利，所以，F(xiàn)M比PM應(yīng)用更廣泛。173第4章

模擬調(diào)制技術(shù).調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生

產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的方法通常有兩種：直接法和間接法。

直接法就是用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的頻率，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律線性變化。直接法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以得到較大的頻偏，主要缺點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度不高，因而需要附加穩(wěn)頻措施。

間接法是先對(duì)調(diào)制信號(hào)積分后再對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制，從而產(chǎn)生窄帶調(diào)頻(NBFM)信號(hào)，然后，利用倍頻器把窄帶調(diào)頻(NBFM)信號(hào)變換成寬帶調(diào)頻(WBFM)信號(hào)。

174第4章

模擬調(diào)制技術(shù)直接法

175第4章

模擬調(diào)制技術(shù)原理：調(diào)制電壓控制振蕩器的頻率：優(yōu)點(diǎn)：電路簡單、可獲得較大的頻偏；缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度不高，可采用PLL調(diào)頻器進(jìn)行改進(jìn)。間接調(diào)頻框圖

176第4章

模擬調(diào)制技術(shù)間接法NBFM信號(hào)的產(chǎn)生

177第4章

模擬調(diào)制技術(shù)

由NBFM向WBFM的變換只需用N倍頻器即可實(shí)現(xiàn)。其目的是提高調(diào)頻指數(shù)mf，經(jīng)N次倍頻后可以使調(diào)頻信號(hào)的載頻和調(diào)頻指數(shù)增為N倍。間接法的優(yōu)點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度好，缺點(diǎn)是需要多次倍頻和混頻，因而電路較為復(fù)雜。178第4章

模擬調(diào)制技術(shù)3、調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)1）非相干解調(diào)由于調(diào)頻信號(hào)的特點(diǎn)是瞬時(shí)頻率正比于調(diào)制信號(hào)的幅度，因此，調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)就是要產(chǎn)生一個(gè)與輸入調(diào)頻波的頻率成線性關(guān)系的輸出電壓，完成這個(gè)頻率——電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系的器件就是頻率解調(diào)器，它可以是斜率鑒頻器、鎖相環(huán)鑒頻器、頻率負(fù)反饋解調(diào)器等。圖4-28給出了理想鑒頻特性和鑒頻器的方框圖。理想鑒頻器可看成是帶微分器的包絡(luò)檢波器，微分器輸出為

179第4章

模擬調(diào)制技術(shù)圖4-28

理想鑒頻器特性及其組成框圖(a)理想鑒頻特性；

(b)鑒頻器的方框圖

180第4章

模擬調(diào)制技術(shù)

這是一個(gè)幅度、頻率均被調(diào)制的調(diào)幅調(diào)頻信號(hào)，用包絡(luò)檢波取出其幅度信號(hào)，并濾去直流成分，鑒頻器的輸出so(t)與調(diào)制信號(hào)m(t)成正比例關(guān)系。式中，