通信原理I第14次課教案

PAGE94.6.2大輸入信噪比時(shí)的解調(diào)增益4.單頻調(diào)制下的系統(tǒng)抗噪聲性能(1)輸出信噪比單頻調(diào)制時(shí)，即，輸出信噪比可表示為(4.6.式(4.6.11)表明，當(dāng)解調(diào)輸入信噪比高時(shí)，調(diào)頻的解調(diào)輸出信噪比與調(diào)制指數(shù)的平方成正比。顯然，增大值（或）可增加輸出信噪比，提高系統(tǒng)的抗噪聲性能式(4.6.(4.6.可見，在保持一定的輸出信噪比條件下，以增加調(diào)頻信號帶寬（通過增大），來換取發(fā)射功率的減少（相當(dāng)于減少式(4.6.12)(2)調(diào)制制度增益式(4.6(4.6.于是得單頻調(diào)制下，F(xiàn)M系統(tǒng)的調(diào)制制度增益為(4.6.(3)與AM系統(tǒng)的比較在大信噪比情況下，AM信號包絡(luò)檢波器的輸出信噪比為若AM信號為100%調(diào)制（即有），則，而由式(4.6因此，有(4.6.在看信號帶寬當(dāng)時(shí)，上式簡化為(4.6.在上述條件下，得到下列關(guān)系式(4.6.由此可見，寬帶調(diào)頻相對于標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅，輸出信噪比的改善將與其傳輸帶寬的平方成正比。對于調(diào)頻系統(tǒng)來說，增加傳輸帶寬就可以改善抗噪聲性能，但這是以犧牲系統(tǒng)有效性為代價(jià)，來換取可靠性的提高的。4.如果，即是小輸入信噪比情況，此時(shí)得到鑒頻器輸入混合波形的矢量合成圖如圖4.6.圖4.由上圖可得(4.6.式(4.6.18)表明，這時(shí)中沒有單獨(dú)存在的有用信號項(xiàng)，解調(diào)器輸出完全由噪聲決定。也就是說，調(diào)頻系統(tǒng)的解調(diào)器也存在門限效應(yīng)，如圖4.門限效應(yīng)的出現(xiàn)限制了調(diào)頻系統(tǒng)在帶寬與發(fā)射功率之間的互換，實(shí)際上是限制了調(diào)制指數(shù)值（越大，門限值越高）。圖4.6.4.7各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較1.傳輸帶寬在調(diào)制信號帶寬相同情況下，F(xiàn)M占用的頻帶最寬；AM和DSB次之，占用的頻帶；VSB占用的頻帶較??；而SSB占用的頻帶最窄，系統(tǒng)有效性指標(biāo)最高。2.輸出信噪比假設(shè)所有系統(tǒng)在接收機(jī)輸入端具有相等的信號功率，且加性噪聲都是均值為零、雙邊功率譜密度為的高斯白噪聲（信道噪聲也相同），則AM、DSB、SSB及FM調(diào)制系統(tǒng)的性能曲線如圖4.7.1所示。圖中，為調(diào)制信號帶寬，圓點(diǎn)表示出現(xiàn)門限效應(yīng)時(shí)的曲線拐點(diǎn)。在門限值以上，DSB和SSB的信噪比優(yōu)越AM4.7以上；而FM的信噪比比AM優(yōu)越22。由此可見，當(dāng)輸入信噪比較高時(shí)，采用FM方式可以得到更大好處。AMAMDSBSSB0圖4.4.8.1頻分復(fù)用（FDM）·復(fù)用就是解決如何利用一條信道同時(shí)傳輸多路信號的技術(shù)。其目的是為了充分利用信道的頻帶或時(shí)間資源，提高信道的利用率?！ゎl分復(fù)用是一種按頻率來劃分信道的復(fù)用方式，頻分復(fù)用系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖4.8.1所示。·接收端通過濾波器分離各路所需信息。圖4.例4.8.1有60路模擬話音信號采用頻分復(fù)用方式傳輸。已知每路話音信號頻率范圍為0～4（含防護(hù)頻帶），副載波采用SSB調(diào)制，主載波采用FM調(diào)制，調(diào)制指數(shù)(1)試計(jì)算副載波調(diào)制合成信號帶寬；(2)試求信道傳輸信號帶寬。解：這是一個(gè)采用兩級調(diào)制方式的頻分多路系統(tǒng)。按題意對每一路語音信號先采用SSB調(diào)制方式，將60路模擬話音信號頻分復(fù)用成一個(gè)復(fù)合信號；對這個(gè)復(fù)合信號再進(jìn)行一次FM調(diào)制，形成信道傳輸信號，如圖所示。(1)假定在的話音信號頻率范圍內(nèi)，防護(hù)頻帶占，則副載波調(diào)制合成信號的頻譜可表示成：所以，副載波調(diào)制合成信號帶寬為=3.3×60+0.7×59=239.3(2)主載波采用FM調(diào)制，調(diào)頻波的總帶寬為例4.8.2載波正交多路復(fù)用。載波正交多路復(fù)用是一種類型完全不同的多路復(fù)用技術(shù)，即利用兩個(gè)正交的載波和，可以在同一載頻上傳送兩路信號?，F(xiàn)假定和是要在信道上發(fā)送的兩個(gè)獨(dú)立的消息信號，信號對載頻進(jìn)行雙邊帶調(diào)幅，信號對載頻進(jìn)行雙邊帶調(diào)幅，兩個(gè)信號相加并在信道上發(fā)送。因此，發(fā)送信號為圖4.圖4.作業(yè)：、4-16、4-17、4-18選作：習(xí)題4-8第5章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)5.1引言1.數(shù)字信號的傳輸方式在通信系統(tǒng)中，信號的傳輸通常有基帶傳輸與頻帶傳輸兩種情形:①數(shù)字基帶傳輸數(shù)字信號在低通型信道中傳輸，稱為數(shù)字信號的基帶傳輸，如電纜和雙絞線等有線信道可采用基帶傳輸，本章討論數(shù)字基帶傳輸問題。②數(shù)字頻帶傳輸若信道是帶通型的，如在無線通信和光通信中的信道，數(shù)字信號的傳輸需要采用載波調(diào)制解調(diào)裝置，則稱為數(shù)字信號的頻帶傳輸。關(guān)于數(shù)字頻帶傳輸將在第6章中介紹。2.數(shù)字基帶傳輸?shù)幕締栴}數(shù)字基帶信號通過信道傳輸，一方面信號被信道中的加性噪聲所迭加，造成信號的隨機(jī)畸變，可能產(chǎn)生誤碼；另一方面，要受到信道特性的影響（如帶限信道等）使信號波形發(fā)生畸變，引起碼間干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)誤碼率的增加。例5.1.1設(shè)單個(gè)矩形脈沖如題圖（a）所示，它可以表示成的頻譜函數(shù)為理想低通濾波器的傳輸函數(shù)為于是，理想低通濾波器輸出頻譜為將上式進(jìn)行傅里葉反變換，便得濾波器輸出波形為式中，稱為正弦積分。000（a）（b）題圖（b）中給出理想低通濾波器截止頻率分別為、和時(shí)的輸出波形。由圖可見，輸出波形已有失真，不再是矩形了。并且，濾波器的通帶寬度越窄，的頂部越彎曲，波形拖尾越大，失真越嚴(yán)重。顯然，當(dāng)一數(shù)字基帶信號經(jīng)過濾波器傳輸時(shí)，脈沖波形之間將會(huì)發(fā)生重疊，引起碼間干擾。3.數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型各組成部分的作用如下：·信道信號形成器（又稱為發(fā)送濾波器）：產(chǎn)生適合于信道傳輸?shù)幕鶐盘枺弧ば诺溃盒盘柕膫鬏斖ǖ?；·接收濾波器：用來接收信號和盡可能排除信道噪聲以及其他干擾；·采樣（抽樣）判決器：在噪聲背景下，用來判定與再生基帶信號；·同步提取電路：從接收到的信號中提取并形成定時(shí)脈沖。5.2數(shù)字基帶信號數(shù)字基帶信號是指消息代碼的電波形，它是用不同的電平或脈沖來表示相應(yīng)的消息代碼。下面就以矩形脈沖為例介紹幾種最常見的基帶信號波形。5.2.1二元碼信號波形幅度取值只有兩種電平的碼型稱為二元碼。圖5.2.1給出了常用的幾種二元碼的波形圖。1.單極性不歸零碼在這種二元碼中用高電平和低電平（常為零電平）分別表示二進(jìn)制代碼的“1”和“0”，在整個(gè)碼元期間電平保持不變。一般記作NRZ（L）,其波形如圖5.2.1(a)所示。AA011101001000110圖5.2.1(a)單極性NRZ碼波形2.雙極性不歸零碼在這種二元碼中用正電平和負(fù)電平分別表示“1”和“0”，與單極性不歸零碼相同的是在整個(gè)碼元期間電平保持不變，因而這種碼型中不存在零電平。波形如圖5.2.1（b）所示。AA11101001000110-A圖5.2.1(b)雙極性NRZ碼波形3.單極性歸零碼與單極性不歸零碼不同，發(fā)送“1”時(shí)在整個(gè)碼元期間高電平只持續(xù)一段時(shí)間，在碼元的其余時(shí)間則返回到零電平。常記作RZ（L）。有電脈沖寬度小于碼元持續(xù)時(shí)間，稱作占空比，一般使用半占空碼，即，其波形如圖5.2.1（c）所示。1110100100011011101001000110圖5.2.1(c)單極性RZ碼波形4.雙極性歸零碼雙極性歸零碼是用正極性的歸零碼表示“1”，用負(fù)極性的歸零碼表示“0”。雖然它存在三種取值，但它用脈沖的正負(fù)極性表示兩種碼的信息，因此仍屬于二元碼。波形如圖5.2.1（d）所示。1110100100011011101001000110圖5.2.1(d)雙極性RZ碼波形5.差分碼這種碼不是用碼元本身的電平表示消息代碼，而是用相鄰碼元的電平的跳變和不變來表示“1”和“0”。圖中，以電平跳變表示1，以電平不變表示0，當(dāng)然上述規(guī)定也可以反過來。若用電平跳變表示“1”，稱為傳號差分碼，若用電平跳