SnS抽樣調(diào)制與解調(diào)總結(jié)

信號(hào)與系統(tǒng)——多媒體教學(xué)課件(第5章Part2)02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課2第5章抽樣、調(diào)制與解調(diào)5.0引言5.1抽樣定理5.2內(nèi)插公式5.3模擬調(diào)制5.4模擬信號(hào)的解調(diào)5.5頻分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課3§5.3模擬調(diào)制調(diào)制的概念在各種工程系統(tǒng)中起著重要的作用，尤其在通信系統(tǒng)中調(diào)制是核心。本節(jié)著重分析調(diào)制信號(hào)的頻譜。調(diào)制的實(shí)質(zhì)就是把各種信號(hào)的頻譜進(jìn)展搬移，使它們互不重疊地占據(jù)不同的頻率范圍，立刻信號(hào)分別托附于不同頻率的載波上。02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課4§5.3.1調(diào)制的分類調(diào)制：由攜帶信息且需要傳送的調(diào)制信號(hào)g(t)(有時(shí)又稱為基帶信號(hào))去把握不含信息的高頻載波信號(hào)c(t)的某一個(gè)或某幾個(gè)參數(shù)，使這些參數(shù)依據(jù)信號(hào)g(t)的規(guī)律而變化，從而形成具有高頻頻譜的窄帶信號(hào)s(t)，s(t)稱為已調(diào)制信號(hào)。簡潔地說，調(diào)制就是通過某種方式將低頻信號(hào)的頻譜搬移到高頻信號(hào)的頻譜上去。02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課5§5.3.1調(diào)制的分類依據(jù)調(diào)制信號(hào)g(t)的不同，可以將調(diào)制分為：模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制模擬調(diào)制是指調(diào)制信號(hào)g(t)為模擬信號(hào)的一種調(diào)制方式，數(shù)字調(diào)制是指調(diào)制信號(hào)g(t)為數(shù)字信號(hào)的一種調(diào)制方式。模擬調(diào)制也可以稱為連續(xù)時(shí)間信號(hào)的調(diào)制，依據(jù)調(diào)制器類型的不同模擬調(diào)制可以分為幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制三種類型。02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課6§5.3.1調(diào)制的分類模擬調(diào)制的三種類型幅度調(diào)制：調(diào)制信號(hào)g(t)轉(zhuǎn)變載波信號(hào)c(t)的幅度參數(shù)。例如常規(guī)的調(diào)幅(AM)、抑制載波調(diào)幅(SC-AM)及脈沖調(diào)幅(PAM)。頻率調(diào)制：調(diào)制信號(hào)g(t)轉(zhuǎn)變載波信號(hào)c(t)的頻率參數(shù)。例如調(diào)頻(FM)。相位調(diào)制：調(diào)制信號(hào)g(t)轉(zhuǎn)變載波信號(hào)c(t)的相位參數(shù)。例如調(diào)相(PM)。02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課7§5.3.1調(diào)制的分類模擬信號(hào)的幅度調(diào)制是通信系統(tǒng)中一種常用的調(diào)制方式，第一類幅度調(diào)制是載波信號(hào)是正弦波的幅度調(diào)制，依據(jù)調(diào)制后的信號(hào)頻譜是否包含載波信號(hào)分為含載波信號(hào)的調(diào)幅(常規(guī)的AM調(diào)幅)、抑制載波的調(diào)幅(SC-AM)、單邊帶調(diào)制(SSB)、殘留邊帶調(diào)制(VSB)等，另一類重要的幅度調(diào)制是脈沖幅度調(diào)制(PAM)，其載波信號(hào)一般為周期矩形脈沖。02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課8§5.3.2正弦振幅調(diào)制正弦振幅調(diào)制通常有兩種形式取初相位qc=0

，正弦載波信號(hào)的頻譜為ωc稱為載波頻率

調(diào)制后的輸出信號(hào)s(t)頻譜為02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課9§5.3.2正弦振幅調(diào)制【例5-2】求三角脈沖調(diào)幅信號(hào)的傅里葉變換，其中ω0τ>>2π。解：三角脈沖信號(hào)的傅里葉變換(例3-6)02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課10§5.3.2正弦振幅調(diào)制抑制載波的幅度調(diào)制(SC-AM)含載波的幅度調(diào)制(AM)02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課11§5.3.2正弦振幅調(diào)制抑制載波的幅度調(diào)制(SC-AM)不含直流重量的調(diào)制信號(hào)g(t)的頻譜及被調(diào)制后的譜下邊帶，上邊帶02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課12§5.3.2正弦振幅調(diào)制含載波的幅度調(diào)制(AM)也稱為常規(guī)調(diào)幅、AM調(diào)幅數(shù)學(xué)表達(dá)g(t)=A0+f(t)02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課13§5.3.2正弦振幅調(diào)制含載波的幅度調(diào)制(AM)圖形表達(dá)02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課14§5.3.3脈沖幅度調(diào)制(PAM)載波信號(hào)是周期矩形脈沖的幅度調(diào)制稱為脈沖幅度調(diào)制(PulseAmplitudeModulation,PAM)數(shù)學(xué)表達(dá)02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課15§5.3.3脈沖幅度調(diào)制(PAM)PAM的圖形表達(dá)02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課16§5.4模擬信號(hào)的解調(diào)調(diào)制信號(hào)g(t)經(jīng)幅度調(diào)制產(chǎn)生的已調(diào)信號(hào)通過信道傳輸后，在接收端可以得到已調(diào)信號(hào)s(t)，從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)調(diào)制信號(hào)g(t)的過程稱為解調(diào)。解調(diào)的方法:同步解調(diào)非同步解調(diào)02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課17§5.4.1同步解調(diào)同步解調(diào)也稱為相干解調(diào)本地載波信號(hào)cos(wct)，要求與調(diào)制端的載波信號(hào)同步，即同頻同相H(jw)是幅度為2，截止頻率為wm低通濾波器02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課18§5.4.1同步解調(diào)抱負(fù)濾波器抱負(fù)低通濾波器是物理不行實(shí)現(xiàn)的，但有關(guān)抱負(fù)濾波器的爭論并不因其無法實(shí)現(xiàn)而失去價(jià)值，實(shí)際濾波器的分析與設(shè)計(jì)往往需要抱負(fù)濾波器的理論指導(dǎo)。02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課19§5.4.1同步解調(diào)【例5-6】設(shè)一個(gè)物理可實(shí)現(xiàn)的低通濾波器如圖5-17所示，元件參數(shù)滿足求該濾波器的H(jw)，并畫出其幅度譜和相位譜求該濾波器的沖激響應(yīng)h(t)

圖5-17物理可實(shí)現(xiàn)的低通濾波器02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課20§5.4.1同步解調(diào)【例5-6】(續(xù))02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課21§5.4.1同步解調(diào)【例5-6】(續(xù))02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課22§5.4.1同步解調(diào)【例5-6】(續(xù))02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課23§5.4.1同步解調(diào)【例5-8】一個(gè)抱負(fù)低通濾波器H(jw)的幅頻和相頻特性如圖5-15所示，利用SC-AM調(diào)制來獲得一個(gè)如圖5-19的抱負(fù)帶通濾波器，并求出抱負(fù)帶通濾波器的沖激響應(yīng)hd(t)。圖5-19抱負(fù)帶通濾波器的特性圖5-15抱負(fù)低通濾波器的特性02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課24§5.4.1同步解調(diào)【例5-8】(續(xù))解：圖5-19抱負(fù)帶通濾波器的頻譜是把圖5-15抱負(fù)低通濾波器的頻譜中心搬移到w0處，只是幅度與原來的一樣。因此抱負(fù)帶通濾波器的沖激響應(yīng)hd(t)可以理解為抱負(fù)低通濾波器的沖激響應(yīng)h(t)與2cosw0t相乘所得的信號(hào)，即抱負(fù)帶通濾波器的沖激響應(yīng)hd(t)是一個(gè)以等效低通濾波器的沖激響應(yīng)為包絡(luò)的正弦調(diào)幅信號(hào)02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課25§5.4.1同步解調(diào)正弦振幅調(diào)制的同步解調(diào)抑制載波幅度調(diào)制(SC-AM)的同步解調(diào)含載波的幅度調(diào)制(AM)的同步解調(diào)02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課26§5.4.1同步解調(diào)正弦振幅調(diào)制的同步解調(diào)數(shù)學(xué)公式表達(dá)02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課27§5.4.1同步解調(diào)正弦振幅調(diào)制的同步解調(diào)圖形表達(dá)wm<wM<2wc-wmwc≥wm02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課28§5.4.1同步解調(diào)抑制載波幅度調(diào)制(SC-AM)的同步解調(diào)時(shí)域分析02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課29§5.4.1同步解調(diào)抑制載波幅度調(diào)制(SC-AM)的同步解調(diào)圖形表達(dá)wm<wM<2wc-wmwc≥wm02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課30§5.4.1同步解調(diào)含載波的幅度調(diào)制(AM)的同步解調(diào)時(shí)域分析02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課31§5.4.1同步解調(diào)抑制載波幅度調(diào)制(SC-AM)的同步解調(diào)圖形表達(dá)wc≥wmwm<wM<2wc-wm為了從g(t)中得到信號(hào)f(t)，需要將g(t)再通過一個(gè)隔直流電路以去除直流重量A0.02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課32§5.4.2非同步解調(diào)不需本地載波信號(hào)的放射優(yōu)點(diǎn)是簡化接收機(jī)的構(gòu)造：只需用包絡(luò)檢波即可(二極管、電阻、電容組成)發(fā)送端的放射信號(hào)中參與確定強(qiáng)度的載波信號(hào)Acosw0t，即合成放射信號(hào)為[A+g(t)]cosw0t。假設(shè)A足夠大，對(duì)于全部的t，A+g(t)>0,已調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)就是A+g(t)，從而可以恢復(fù)出g(t)。技術(shù)簡潔，價(jià)格低，常用于民用通訊設(shè)備02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課33§5.4.2非同步解調(diào)不需本地載波信號(hào)的放射(續(xù))02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課34§5.4.3脈幅調(diào)制的解調(diào)脈幅調(diào)制信號(hào)的頻譜被搬移了很屢次，搬移后的頻譜位置在處，并保存了在低頻處的原調(diào)制信號(hào)頻譜，因此可以通過一個(gè)截止頻率大于m而小于0-m的低通濾波器，恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)g(t)。在脈沖幅度調(diào)制時(shí)，假設(shè)調(diào)制信號(hào)的g(t)幅度恒大于零，調(diào)制后的信號(hào)包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)g(t)也呈線性關(guān)系，因此也可以承受包絡(luò)檢波器來恢復(fù)原來的調(diào)制信號(hào)g(t)。02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課35§5.5頻分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用在一個(gè)信道上要同時(shí)傳送多路信號(hào)，即承受復(fù)用的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)在一條信道上同時(shí)傳輸信息。常用的復(fù)用技術(shù)一般是頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用及波分復(fù)用。02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課36§5.5.1頻分復(fù)用所謂頻分復(fù)用(FrequencyDivisionMultiplex,FDM)，就是以頻段分割的方法在一個(gè)信道內(nèi)實(shí)現(xiàn)多路通信的傳輸體制。02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課37§5.5.1頻分復(fù)用頻分復(fù)用的頻譜表達(dá)02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課38§5.5.1頻分復(fù)用頻分復(fù)用解調(diào)02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課39§5.5.2時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用(TimeDivisionMultiplex,TDM)是把一個(gè)傳輸通道進(jìn)展時(shí)間分割以傳送假設(shè)干話路的信息，把N個(gè)話路設(shè)備接到一條公共的通道上，按確定的次序輪番的給各個(gè)設(shè)備安排一段使用通道的時(shí)間。02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課40§5.5.2時(shí)分復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用的原理02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課41§5.5.2時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用周期脈沖信號(hào)pi(t)的時(shí)序02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課42§5.5.3TDM與FDM的比較FDM是用頻率來區(qū)分同一信道上同時(shí)傳輸?shù)男盘?hào)，各信號(hào)在頻域上是分開的，而在時(shí)域上是混疊在一起的；TDM是在時(shí)間上區(qū)分同一信道上傳輸?shù)男盘?hào)，各信號(hào)在時(shí)域上是分開的，而在頻域上是混疊在一起的。02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課43§5.6小結(jié)抽樣定理對(duì)于頻率有限信號(hào)或時(shí)域有限信號(hào)f(t)，分別存在時(shí)域抽樣定理或頻域抽樣定理。通常把時(shí)域抽樣定理所確定的最低抽樣頻率fs稱為奈奎斯特頻率，相對(duì)應(yīng)的最大允許抽樣時(shí)間間隔稱為奈奎斯特間隔。在滿足時(shí)域抽樣定理的條件下，將抱負(fù)抽樣信號(hào)fs(t)輸入具有適宜帶寬和增益的抱負(fù)低通濾波器(5-9)后，濾波器的輸出信號(hào)將完全恢復(fù)原始信號(hào)，式(5-10)稱為抽樣信號(hào)恢復(fù)原信號(hào)的內(nèi)插公式。依據(jù)時(shí)域和頻域?qū)ΨQ性，頻域抽樣的內(nèi)插公式為(5-13).02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課44§5.6小結(jié)調(diào)制與解調(diào)正弦振幅調(diào)制的概念在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中占有重要的地位。用攜帶信息的低頻調(diào)制信號(hào)g(t)去調(diào)制高頻正弦載波信號(hào)c(t)后就得到正弦振幅調(diào)制信號(hào)s(t)。假設(shè)記信號(hào)g(t)、s(t)的頻譜分別為G(jw)、S(jw)，則將調(diào)制信號(hào)g(t)的頻譜G(jw)幅度衰減一半后再分別向左、向右移動(dòng)到以-wc和wc為中心，就得到了輸出信號(hào)s(t)的頻譜S(jw)，其中wc稱為載波頻率。02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課45§5.6小結(jié)調(diào)制與解調(diào)假設(shè)調(diào)制信號(hào)g(t)是帶寬有限的，即存在wm，當(dāng)|wm|>|wm|時(shí)|G(jw)|≡0，則要從s(t)中解調(diào)出g(t)是簡潔實(shí)現(xiàn)的。具體方法是：用信號(hào)s(t)再次調(diào)制一樣的正弦載波c(t)，然后再通過一個(gè)幅度為2、截止頻率為ωM且滿足wm<wM<2wc-wm的抱負(fù)低通濾波器，抱負(fù)低通濾波器的輸出y(t)就是原始調(diào)制信號(hào)g(t)。這種解調(diào)方式稱為同步解調(diào)或相干解調(diào)。02十一月2023信號(hào)與系統(tǒng)第5章第2次課46§5.6小結(jié)調(diào)制與解調(diào)要能正確實(shí)現(xiàn)調(diào)制、同步解調(diào)的