第十三講 通信原理

1、第十二篇第十二篇 通信原理通信原理二、課程內(nèi)容概要二、課程內(nèi)容概要v課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)v與其他課程的聯(lián)系與其他課程的聯(lián)系v課程特點課程特點一、課程介紹一、課程介紹v通信起源及研究的問題通信起源及研究的問題v通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成v模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)v數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)v數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)v模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制v模擬信號的數(shù)字化傳輸（抽樣、量化、編碼）模擬信號的數(shù)字化傳輸（抽樣、量化、編碼）一、課程介紹一、課程介紹 通信原理課程是為通信工程

2、及電子信息工程專業(yè)本科通信原理課程是為通信工程及電子信息工程專業(yè)本科生開設(shè)的一門非常重要的專業(yè)課。本課程的目標(biāo)是為通信、生開設(shè)的一門非常重要的專業(yè)課。本課程的目標(biāo)是為通信、信息、電子類專業(yè)的學(xué)生建立現(xiàn)代通信技術(shù)所必要的基本信息、電子類專業(yè)的學(xué)生建立現(xiàn)代通信技術(shù)所必要的基本知識、基本理論、分析能力和思維方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新知識、基本理論、分析能力和思維方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和研究能力，使學(xué)生掌握各種通信系統(tǒng)的基本原理、能力和研究能力，使學(xué)生掌握各種通信系統(tǒng)的基本原理、概念及對各種通信系統(tǒng)基本性能的分析方法，概念及對各種通信系統(tǒng)基本性能的分析方法， 為將來從為將來從事其特定的專業(yè)工作奠定扎實的基

3、礎(chǔ)。事其特定的專業(yè)工作奠定扎實的基礎(chǔ)。 通信原理運用了高等數(shù)學(xué)等專業(yè)數(shù)學(xué)知識，以及信通信原理運用了高等數(shù)學(xué)等專業(yè)數(shù)學(xué)知識，以及信號與線性系統(tǒng)分析方法，進(jìn)一步為學(xué)生在確知和隨機(jī)信號與線性系統(tǒng)分析方法，進(jìn)一步為學(xué)生在確知和隨機(jī)信號分析方面打下堅實的數(shù)理基礎(chǔ)。通過實驗進(jìn)一步要求號分析方面打下堅實的數(shù)理基礎(chǔ)。通過實驗進(jìn)一步要求學(xué)生掌握模擬和數(shù)字通信系統(tǒng)的基本知識、分析方法和學(xué)生掌握模擬和數(shù)字通信系統(tǒng)的基本知識、分析方法和噪聲性能。通過實驗?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，噪聲性能。通過實驗?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，對所學(xué)的理論知識進(jìn)行實驗驗證，進(jìn)而加深理解并為今對所學(xué)的理論知識進(jìn)行實驗驗證，進(jìn)而加

4、深理解并為今后工作打下堅實的實踐基礎(chǔ)。后工作打下堅實的實踐基礎(chǔ)。 （一）先修課程：（一）先修課程： 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、概率概率論論、信號與線性系統(tǒng)分析信號與線性系統(tǒng)分析、高頻電子線路高頻電子線路等。等。 （二）后續(xù)課程：（二）后續(xù)課程：現(xiàn)代通信技術(shù)現(xiàn)代通信技術(shù)等。等。 （三）與（三）與現(xiàn)代通信技術(shù)現(xiàn)代通信技術(shù)的分工的分工 本課程著重介紹通信系統(tǒng)的基本組成、基本分析方法和工本課程著重介紹通信系統(tǒng)的基本組成、基本分析方法和工作原理。作原理?，F(xiàn)代通信技術(shù)現(xiàn)代通信技術(shù)介紹和分析現(xiàn)代通信系統(tǒng)、通信網(wǎng)介紹和分析現(xiàn)代通信系統(tǒng)、通信網(wǎng)的組成、關(guān)鍵技術(shù)和其發(fā)展

5、。的組成、關(guān)鍵技術(shù)和其發(fā)展。（一）基本概念、工作原理與系統(tǒng)性能的分析并重；（一）基本概念、工作原理與系統(tǒng)性能的分析并重；（二）理論學(xué)習(xí)與工程計算的訓(xùn)練相結(jié)合；（二）理論學(xué)習(xí)與工程計算的訓(xùn)練相結(jié)合；（三）實驗課程是重要的實踐環(huán)節(jié)。（三）實驗課程是重要的實踐環(huán)節(jié)。 驗證性實驗七個驗證性實驗七個 綜合性實驗三個綜合性實驗三個二、課程內(nèi)容概要二、課程內(nèi)容概要v通信起源；通信起源；v通信研究的問題；通信研究的問題；v通信系統(tǒng)的組成；通信系統(tǒng)的組成；v模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)；模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)；v數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)；數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)；v數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)；數(shù)字基帶

6、傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)；v模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制；模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制； v模擬信號的數(shù)字化傳輸（抽樣、量化、編碼）模擬信號的數(shù)字化傳輸（抽樣、量化、編碼）v數(shù)字信號的最佳接收。數(shù)字信號的最佳接收。v談到通信，我們每個人都不陌生。談到通信，我們每個人都不陌生。 圖圖12.1 通信系統(tǒng)的一種簡化模型通信系統(tǒng)的一種簡化模型 按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，可相應(yīng)地把通信系還是數(shù)字信號，可相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)和和數(shù)字通信系數(shù)字通信系統(tǒng)。統(tǒng)。 模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)。 信源

7、發(fā)出的原始電信號是信源發(fā)出的原始電信號是基帶信號基帶信號，具有較低的頻譜分量，具有較低的頻譜分量，一般不適宜直接傳輸，這就需要把基帶信號變換成適合在信道一般不適宜直接傳輸，這就需要把基帶信號變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?，這種變換稱為中傳輸?shù)男盘枺@種變換稱為調(diào)制調(diào)制，接收端完成相反的變換稱，接收端完成相反的變換稱為為解調(diào)解調(diào)。（1）模擬通信系統(tǒng)）模擬通信系統(tǒng)圖圖12.2 模擬通信系統(tǒng)簡化模型模擬通信系統(tǒng)簡化模型v 調(diào)制變換：調(diào)制變換： 將基帶信號變成頻帶信號，其將基帶信號變成頻帶信號，其實質(zhì)是實質(zhì)是進(jìn)行頻譜的搬移進(jìn)行頻譜的搬移，將低頻信號的頻譜搬，將低頻信號的頻譜搬移到高頻處。移到高頻處。v

8、解調(diào)變換解調(diào)變換： 完成與調(diào)制變換相反的功能。完成與調(diào)制變換相反的功能。（2）數(shù)字通信系統(tǒng)）數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)。信息源信源編碼器信道編碼器數(shù)字調(diào)制器信道數(shù)字解調(diào)器信道譯碼器信源譯碼器受信者噪聲源圖圖12.3 數(shù)字通信系統(tǒng)簡化模型數(shù)字通信系統(tǒng)簡化模型v信源編碼與譯碼信源編碼與譯碼 信源編碼的作用之一是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，即模信源編碼的作用之一是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，即模/數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)轉(zhuǎn)換。 信源編碼的作用之二是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即數(shù)據(jù)壓信源編碼的作用之二是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，

9、即數(shù)據(jù)壓縮縮。v信道編碼與譯碼信道編碼與譯碼 數(shù)字信號在信道傳輸時，由于信道噪聲、衰落以及人為干擾等，數(shù)字信號在信道傳輸時，由于信道噪聲、衰落以及人為干擾等，將會引起差錯。為了減少差錯，信道編碼器對傳輸?shù)男畔⒋a元按一定將會引起差錯。為了減少差錯，信道編碼器對傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成所謂的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成所謂“抗干擾編碼抗干擾編碼”。接收端。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)錯誤或糾正錯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)錯誤或糾正錯誤，從而提高通信系統(tǒng)抗干擾能力，實現(xiàn)可靠通信。誤，從而提高通信系統(tǒng)抗干擾能力，實現(xiàn)可靠

10、通信。v加密與解密加密與解密 為了保證所傳信息的安全，為了保證所傳信息的安全， 人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列（基帶信號）人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列（基帶信號） 擾亂，即加上密碼，這種處理過程叫加密。接收端完成相反過程，叫擾亂，即加上密碼，這種處理過程叫加密。接收端完成相反過程，叫 解密。解密。v數(shù)字調(diào)制與解調(diào)數(shù)字調(diào)制與解調(diào)數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到高頻處，形成適合在數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號。信道中傳輸?shù)念l帶信號。基本的數(shù)字調(diào)制方式有基本的數(shù)字調(diào)制方式有4種：種： 振幅鍵控振幅鍵控ASK； 頻移鍵控頻移鍵控FSK； 絕對相移鍵控絕對相移鍵控P

11、SK； 相對（差分）相移鍵控相對（差分）相移鍵控DPSK。對這些已調(diào)信號可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原為數(shù)字基帶對這些已調(diào)信號可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原為數(shù)字基帶信號。對高斯噪聲下的信號檢測，一般用相關(guān)器接收機(jī)或匹配信號。對高斯噪聲下的信號檢測，一般用相關(guān)器接收機(jī)或匹配濾波器實現(xiàn)。濾波器實現(xiàn)。v同步同步同步是指使收、發(fā)兩端的信號在時間上保持步調(diào)一致同步是指使收、發(fā)兩端的信號在時間上保持步調(diào)一致。同步。同步是保證數(shù)字通信系統(tǒng)準(zhǔn)確、有序、可靠工作的不可缺少的是保證數(shù)字通信系統(tǒng)準(zhǔn)確、有序、可靠工作的不可缺少的前提條件。前提條件。在數(shù)字通信中，通常稱節(jié)拍一致為在數(shù)字通信中，通常稱節(jié)拍一致為“位

12、同步位同步”或或“碼元同碼元同步步”。而稱編組的規(guī)律一致為而稱編組的規(guī)律一致為“群同步群同步”或或“幀同步幀同步”或或“碼組同步碼組同步”或或“句同步句同步”。 v數(shù)字復(fù)接數(shù)字復(fù)接數(shù)字復(fù)接就是依據(jù)時分復(fù)用基本原理把若干個低速數(shù)字信號數(shù)字復(fù)接就是依據(jù)時分復(fù)用基本原理把若干個低速數(shù)字信號合并成一個高速的數(shù)字信號，以擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸合并成一個高速的數(shù)字信號，以擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸效率。效率。 需要說明的是，需要說明的是，自從有了數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)之后，這種自從有了數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)之后，這種以信道傳輸信號的種類為標(biāo)準(zhǔn)對通信系統(tǒng)進(jìn)行的分類以信道傳輸信號的種類為標(biāo)準(zhǔn)對通信系統(tǒng)進(jìn)行的分類就顯得不夠嚴(yán)謹(jǐn)，因為就

13、顯得不夠嚴(yán)謹(jǐn)，因為數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的信道可以是傳數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的信道可以是傳輸數(shù)字信號的信道，也可以是傳輸模擬信號的信道，輸數(shù)字信號的信道，也可以是傳輸模擬信號的信道，或者說數(shù)據(jù)通信中的數(shù)據(jù)信號既可以以數(shù)字信號的形或者說數(shù)據(jù)通信中的數(shù)據(jù)信號既可以以數(shù)字信號的形式在數(shù)字信道中傳輸式在數(shù)字信道中傳輸(比如局域網(wǎng)比如局域網(wǎng))，也可以轉(zhuǎn)換成模擬，也可以轉(zhuǎn)換成模擬信號在模擬信道中傳輸信號在模擬信道中傳輸(比如通過比如通過“貓貓”調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)器上網(wǎng)器上網(wǎng))。 根據(jù)通信技術(shù)的現(xiàn)狀，結(jié)合根據(jù)通信技術(shù)的現(xiàn)狀，結(jié)合信源和信宿所處理的信號種信源和信宿所處理的信號種類類對通信系統(tǒng)重新進(jìn)行分類。這樣，我們就把通信系統(tǒng)分為

14、對通信系統(tǒng)重新進(jìn)行分類。這樣，我們就把通信系統(tǒng)分為三種：模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。如圖三種：模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。如圖12.4所示。所示。圖圖12.4 三種通信系統(tǒng)的比較三種通信系統(tǒng)的比較 a) 模擬通信一般指的是模擬通信一般指的是信源發(fā)出的、信宿接收的和信道傳信源發(fā)出的、信宿接收的和信道傳輸?shù)亩际悄M信號輸?shù)亩际悄M信號的通信過程或方式。因此，模擬通信系的通信過程或方式。因此，模擬通信系統(tǒng)可以說是以模擬信道傳輸模擬信號的系統(tǒng)。統(tǒng)可以說是以模擬信道傳輸模擬信號的系統(tǒng)。 b) 數(shù)字通信是指數(shù)字通信是指信源發(fā)出和信宿接收的是模擬信號，而信源發(fā)出和信宿接收的是模擬

15、信號，而信道傳輸?shù)氖菙?shù)字信號信道傳輸?shù)氖菙?shù)字信號的通信過程或方式。因此，數(shù)字通的通信過程或方式。因此，數(shù)字通信系統(tǒng)可以說是以數(shù)字信號的形式傳輸模擬信號的系統(tǒng)。信系統(tǒng)可以說是以數(shù)字信號的形式傳輸模擬信號的系統(tǒng)。 c) 數(shù)據(jù)通信是隨計算機(jī)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種數(shù)據(jù)通信是隨計算機(jī)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新的通信方式，它是指新的通信方式，它是指信源、信宿處理的都是數(shù)字信號，信源、信宿處理的都是數(shù)字信號，而傳輸信道既可以是數(shù)字信道也可以是模擬信道的通信過而傳輸信道既可以是數(shù)字信道也可以是模擬信道的通信過程程(方式方式)。通常，數(shù)據(jù)通信主要指計算機(jī)。通常，數(shù)據(jù)通信主要指計算機(jī)(或數(shù)字終端或數(shù)

16、字終端)之間之間的通信。的通信。 通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞信息。因此，評價一個通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞信息。因此，評價一個通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標(biāo)是系統(tǒng)的通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標(biāo)是系統(tǒng)的有效性有效性和和可靠性可靠性。有效性是指在給定時間內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，是傳輸?shù)挠行允侵冈诮o定時間內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，是傳輸?shù)摹八俣人俣取眴栴}；問題； 可靠性是指接可靠性是指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)氖招畔⒌臏?zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量質(zhì)量”問題。問題。 模擬通信系統(tǒng)有效性模擬通信系統(tǒng)有效性：用：用有效傳輸頻帶有效傳輸頻帶來度量來度量; 模擬通信系統(tǒng)可靠性模擬通信系統(tǒng)可靠性：用：用

17、接收端最終輸出信噪比接收端最終輸出信噪比來度量；來度量；數(shù)字通信系統(tǒng)有效性數(shù)字通信系統(tǒng)有效性：用：用傳輸速率傳輸速率來度量；來度量；數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性：用：用差錯率差錯率來度量。來度量。（1）傳輸速率）傳輸速率a. 碼元傳輸速率碼元傳輸速率RB簡稱傳碼率，又稱符號速率等。它表示簡稱傳碼率，又稱符號速率等。它表示單位時間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目單位時間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位是波特（單位是波特（Baud），記為），記為B。數(shù)字信號有多進(jìn)制和二進(jìn)制之分，。數(shù)字信號有多進(jìn)制和二進(jìn)制之分，但碼元速率與進(jìn)制數(shù)無關(guān)，只與傳輸?shù)拇a元長度但碼元速率與進(jìn)制數(shù)無關(guān)，只與傳輸?shù)拇a元長度T有關(guān)：有關(guān)：在保證信

18、息速率不變的情況下，在保證信息速率不變的情況下，M進(jìn)制的碼元速率進(jìn)制的碼元速率RBM與二進(jìn)制的碼與二進(jìn)制的碼元速率元速率RB2之間有以下轉(zhuǎn)換關(guān)系：之間有以下轉(zhuǎn)換關(guān)系： M進(jìn)制的一個碼元可以用進(jìn)制的一個碼元可以用 log2M個二進(jìn)制碼元去表示！個二進(jìn)制碼元去表示！ b. 信息傳輸速率信息傳輸速率Rb 簡稱傳信率，又稱比特率等。它表示簡稱傳信率，又稱比特率等。它表示單位時間內(nèi)傳遞的平均信息量單位時間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特數(shù)或比特數(shù)，單位是比特，單位是比特/秒，可記為秒，可記為bit/s，或，或bps。 每個碼元或符每個碼元或符號通常都含有一定號通常都含有一定bit數(shù)的信息量，因此碼元速率數(shù)的信息

19、量，因此碼元速率RB和信息速率和信息速率Rb有確定的關(guān)系，即：有確定的關(guān)系，即：其中其中H(x)為信源中為信源中每個符號所含的平均信息量（熵）。每個符號所含的平均信息量（熵）。等概傳輸時，熵有最大值等概傳輸時，熵有最大值log2M，信息速率也達(dá)到最大，即：，信息速率也達(dá)到最大，即： c. 頻帶利用率頻帶利用率比較不同通信系統(tǒng)的有效性時，單看它們的傳輸速率是比較不同通信系統(tǒng)的有效性時，單看它們的傳輸速率是不夠的，還應(yīng)看在這樣的傳輸速率下所占的信道的頻不夠的，還應(yīng)看在這樣的傳輸速率下所占的信道的頻帶寬度。所以，真正衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸效率的應(yīng)帶寬度。所以，真正衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸效率的應(yīng)當(dāng)是當(dāng)是單

20、位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率，即：，即：（2）差錯率）差錯率誤碼率誤碼率(碼元差錯率碼元差錯率)Pe，是指，是指發(fā)生差錯的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所發(fā)生差錯的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例占的比例。更確切的說，誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概。更確切的說，誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，即：率，即： 誤信率誤信率(信息差錯率信息差錯率)Pb，是指，是指發(fā)生差錯的比特數(shù)占傳輸總比特數(shù)發(fā)生差錯的比特數(shù)占傳輸總比特數(shù)中所占的比例中所占的比例，即：，即： 在二進(jìn)制中，有在二進(jìn)制中，有：Pe = Pb。 數(shù)字信號有兩種傳輸方式，一種是基帶傳輸方式，另一種是調(diào)制數(shù)字信號有兩種傳輸

21、方式，一種是基帶傳輸方式，另一種是調(diào)制傳輸或稱為頻帶傳輸方式。傳輸或稱為頻帶傳輸方式。數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸是指數(shù)字基帶信號是指數(shù)字基帶信號不經(jīng)過調(diào)制與解調(diào)不經(jīng)過調(diào)制與解調(diào)而直接在信道中傳輸?shù)亩苯釉谛诺乐袀鬏數(shù)姆绞?。方式?然而，實際通信中，不少信道都不能直接傳送基帶信號然而，實際通信中，不少信道都不能直接傳送基帶信號,這時為了這時為了使數(shù)字信號能在使數(shù)字信號能在帶通型信道帶通型信道中傳輸，必須經(jīng)過載波調(diào)制，中傳輸，必須經(jīng)過載波調(diào)制，把數(shù)字基帶把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到高頻處信號的頻譜搬移到高頻處，將數(shù)字基帶信號變成適合在信道中傳輸?shù)模瑢?shù)字基帶信號變成適合在信道中傳輸?shù)囊颜{(diào)信號，這種方式

22、我們稱為數(shù)字頻帶傳輸方式。已調(diào)信號，這種方式我們稱為數(shù)字頻帶傳輸方式。 數(shù)字頻帶傳輸數(shù)字頻帶傳輸是指是指經(jīng)過載波調(diào)制與解調(diào)傳輸已調(diào)信號經(jīng)過載波調(diào)制與解調(diào)傳輸已調(diào)信號的方式。的方式。 調(diào)制的調(diào)制的實質(zhì)是進(jìn)行頻譜搬移實質(zhì)是進(jìn)行頻譜搬移，其作用和目的是：，其作用和目的是： 將調(diào)制信號（基帶信號）的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號（基帶信號）的頻譜搬移到所希望的位置上，從而 將調(diào)制信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)男盘枺粚⒄{(diào)制信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)男盘枺?便于信道多路復(fù)用的已調(diào)信號（頻帶信號），提高信道利用率；便于信道多路復(fù)用的已調(diào)信號（頻帶信號），提高信道利用率； 對系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸可

23、靠性有著很大的影響，如減少干對系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸可靠性有著很大的影響，如減少干 擾，提高系統(tǒng)抗干擾能力；擾，提高系統(tǒng)抗干擾能力； 實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。 所謂載波調(diào)制，就是所謂載波調(diào)制，就是按調(diào)制信號（基帶信號）的變化規(guī)按調(diào)制信號（基帶信號）的變化規(guī)律去改變載波某些參數(shù)的過程律去改變載波某些參數(shù)的過程，或者說是載波某些參數(shù)隨，或者說是載波某些參數(shù)隨基帶信號的變化規(guī)律而變化的過程?；鶐盘柕淖兓?guī)律而變化的過程。 調(diào)制的載波可以分為兩類：調(diào)制的載波可以分為兩類： 一類是用正弦型信號作為載波；一類是用正弦型信號作為載波； 一類是用脈沖串或者一組數(shù)字信號

24、作為載波。一類是用脈沖串或者一組數(shù)字信號作為載波。 調(diào)制信號（基帶信號）一般也有兩類：調(diào)制信號（基帶信號）一般也有兩類： 一類是取值連續(xù)的模擬信號，對應(yīng)的調(diào)制方式稱為一類是取值連續(xù)的模擬信號，對應(yīng)的調(diào)制方式稱為模擬調(diào)制；模擬調(diào)制； 一類是取值離散的數(shù)字信號，對應(yīng)的調(diào)制方式稱為一類是取值離散的數(shù)字信號，對應(yīng)的調(diào)制方式稱為數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制。載波調(diào)制的概念載波調(diào)制的概念 最常用和最重要的模擬調(diào)制方式是用正弦波作為載波的最常用和最重要的模擬調(diào)制方式是用正弦波作為載波的幅度調(diào)幅度調(diào)制和角度調(diào)制制和角度調(diào)制。 幅度調(diào)制幅度調(diào)制是正弦載波的幅度隨調(diào)制信號的變化規(guī)律作線性變化。是正弦載波的幅度隨調(diào)制信號的變

25、化規(guī)律作線性變化。設(shè)正弦載波為：設(shè)正弦載波為： 其中，其中， 為載波角頻率，為載波角頻率， 為載波初始相位，為載波初始相位， 為載波的幅度。則為載波的幅度。則幅度調(diào)制信號幅度調(diào)制信號（已調(diào)信號）一般表示式為：（已調(diào)信號）一般表示式為： （1）模擬調(diào)制方式）模擬調(diào)制方式0( )cos(+)cs tAtwj=cw0jA0( )( )cos(+)mcStAm ttwj=（12.8） 其中其中 為基帶調(diào)制信號為基帶調(diào)制信號。 ( )m t設(shè)調(diào)制信號設(shè)調(diào)制信號m(t)的頻譜為的頻譜為M()，則由上式不難得出已調(diào)信號的頻譜，則由上式不難得出已調(diào)信號的頻譜Sm()： 由上式可以看出，幅度已調(diào)信號由上式可以看

26、出，幅度已調(diào)信號Sm()具有以下特點：具有以下特點： 在波形上，它的幅度隨基帶調(diào)制信號在波形上，它的幅度隨基帶調(diào)制信號m(t)呈正比變化；呈正比變化； 在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜是基帶信號頻譜在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜是基帶信號頻譜M()在頻域范圍內(nèi)的搬移，在頻域范圍內(nèi)的搬移，搬移到搬移到c處；上述搬移是線性的，故幅度調(diào)制又稱為線性調(diào)制。處；上述搬移是線性的，故幅度調(diào)制又稱為線性調(diào)制。 幅度調(diào)制包括調(diào)幅（幅度調(diào)制包括調(diào)幅（AM）、雙邊帶（）、雙邊帶（DSB）、單邊帶（）、單邊帶（SSB）和）和殘留邊帶（殘留邊帶（VSB）調(diào)制等四種形式。其中調(diào)幅）調(diào)制等四種形式。其中調(diào)幅AM信號的波形和頻譜信號的波形和

27、頻譜如圖如圖12.5所示。所示。( )()()2mccASMMwwwww=+-（12.9） 圖圖12.5 AM信號的波形和頻譜信號的波形和頻譜若基帶信號中不含有直流分量若基帶信號中不含有直流分量A0，則得到抑制載波雙邊帶調(diào)制，則得到抑制載波雙邊帶調(diào)制DSB信號。信號。 圖圖12.6 DSB信號的波形和頻譜信號的波形和頻譜圖圖12.7 SSB信號的波形和頻譜信號的波形和頻譜 由此可見，由此可見，SSB調(diào)制不但可節(jié)省載波發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬調(diào)制不但可節(jié)省載波發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度為度為BSSB=fH=BDSB/2。但是單邊帶調(diào)制過程中所用濾波器要求具有陡峭但是單邊帶調(diào)制過程中所

28、用濾波器要求具有陡峭的截止特性，制作較困難的截止特性，制作較困難。留邊帶（。留邊帶（VSB）調(diào)制等四種形式。）調(diào)制等四種形式。殘留邊殘留邊帶調(diào)制帶調(diào)制VSB是介于是介于SSB與與DSB之間的一種調(diào)制方式。之間的一種調(diào)制方式。 圖圖12.8 VSB信號的波形和頻譜信號的波形和頻譜 若調(diào)制信號是數(shù)字基帶信號，則對應(yīng)的調(diào)若調(diào)制信號是數(shù)字基帶信號，則對應(yīng)的調(diào)制方式為數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制是利用數(shù)字脈制方式為數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制是利用數(shù)字脈沖信號去控制載波的參數(shù)（沖信號去控制載波的參數(shù)（幅度、頻率或相幅度、頻率或相位位），或者說是用數(shù)字脈沖信號對載波進(jìn)行），或者說是用數(shù)字脈沖信號對載波進(jìn)行開關(guān)形式的控制而實現(xiàn)

29、，故稱開關(guān)形式的控制而實現(xiàn)，故稱數(shù)字鍵控。數(shù)字鍵控。 （2）數(shù)字調(diào)制方式）數(shù)字調(diào)制方式 若數(shù)字基帶信號是二進(jìn)制的，則稱為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。二進(jìn)制數(shù)字若數(shù)字基帶信號是二進(jìn)制的，則稱為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制有三種形式：調(diào)制有三種形式：a. 二進(jìn)制振幅鍵控（二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）：）：用數(shù)字消息控制載波的振幅。用數(shù)字消息控制載波的振幅。b. 二進(jìn)制移頻鍵控（二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK）：）：用數(shù)字消息控制載波的頻率。用數(shù)字消息控制載波的頻率。c. 二進(jìn)制移相鍵控（二進(jìn)制移相鍵控（2PSK）：）：用數(shù)字消息控制載波的相位。用數(shù)字消息控制載波的相位。圖圖12.9 三種數(shù)字調(diào)制方式三種數(shù)字調(diào)制方式

30、(a)振幅鍵控振幅鍵控; (b)移頻鍵控移頻鍵控; (c)移相鍵控移相鍵控（a）二進(jìn)制振幅鍵控）二進(jìn)制振幅鍵控2ASK 二進(jìn)制振幅鍵控中最簡單的形式稱為通二進(jìn)制振幅鍵控中最簡單的形式稱為通-斷鍵控（斷鍵控（OOK），即載），即載波在數(shù)字信號波在數(shù)字信號1或或0的控制下來實現(xiàn)通或斷。的控制下來實現(xiàn)通或斷。 產(chǎn)生的方法有兩種：模擬法、鍵控法。產(chǎn)生的方法有兩種：模擬法、鍵控法。圖圖12.10 2ASK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生2ASK信號時域表達(dá)式可表示為一個單極性矩形脈沖序列與正弦型載波的信號時域表達(dá)式可表示為一個單極性矩形脈沖序列與正弦型載波的乘積，即：乘積，即：2ASK信號時間波形：信號時間波形：圖

31、圖12.11 2ASK信號的時間波形信號的時間波形（b）二進(jìn)制移頻鍵控）二進(jìn)制移頻鍵控2FSK 2FSK是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息的。在二進(jìn)制是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息的。在二進(jìn)制情況下，情況下，1對應(yīng)于載波頻率對應(yīng)于載波頻率f1，0對應(yīng)于載波頻率對應(yīng)于載波頻率f2。（。（ f1和和f2是兩個不同的載波頻率，且它們之間的改變是瞬間完成的）。是兩個不同的載波頻率，且它們之間的改變是瞬間完成的）。 產(chǎn)生的方法有兩種：模擬法、鍵控法。產(chǎn)生的方法有兩種：模擬法、鍵控法。圖圖12.12 2FSK信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生2FSK信號的波形如圖信號的波形如圖(a)所示，該波形可分解為圖所示，該波形可分解為圖(b)和圖和圖(c)所示的波形。所示的波形。 圖圖12.13 2FSK信號的時間波形信號的時間波形（c）二進(jìn)制移相鍵控）二進(jìn)制移相鍵控2PSK 二進(jìn)制移相鍵控（二進(jìn)制移相鍵控（2PSK）是用二進(jìn)制數(shù)字信號控制載波的兩個相）是用二進(jìn)制數(shù)字信號控制載波的兩個相位，這兩個相位通常相隔位，這兩個相位通常相隔弧度（反相），例如用相位弧度（反相），例如用相位0和和分別表示分別表示1和和0，所以這種調(diào)制又稱二相移相鍵控（，所以這種調(diào)制又稱二相移相鍵控（BPSK）。）。圖圖12.14 2PSK和和2DPSK信號的時間波形信號的時間波形 模擬信號數(shù)字化傳輸?shù)姆椒ù笾掠袃?/p>