語音通信-換乘交通工具調(diào)制（現(xiàn)代通信技術(shù)課件）

換乘交通工具——調(diào)制模擬調(diào)制與解調(diào)教學(xué)目標

掌握模擬調(diào)制解調(diào)的基本原理。掌握二進制數(shù)字調(diào)制技術(shù)的調(diào)制、解調(diào)方法理解二進制數(shù)字調(diào)制技術(shù)的帶寬。了解現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)。教學(xué)重難點

重點：數(shù)字調(diào)制技術(shù)的調(diào)制、解調(diào)方法難點：二進制數(shù)字調(diào)制技術(shù)的帶寬4.1模擬調(diào)制與解調(diào)基帶信號不能在大多數(shù)信道中直接傳輸，因為大多數(shù)信道具有帶通特性。因此，基帶信號在通信系統(tǒng)的發(fā)送端需要進行調(diào)制，再送入信道傳輸，在接收端則進行相反的變換，即解調(diào)。圖4-2模擬調(diào)制系統(tǒng)模型4.1模擬調(diào)制與解調(diào)一、什么是調(diào)制？

把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程（即把基帶信號攜帶的信息轉(zhuǎn)載到高頻信號上的處理過程）。

基帶信號：如話音信號，300～3400赫茲。

高頻信號：如電磁波，300K赫茲以上。二、為什么要調(diào)制？

1、適合信道的需要，變換頻率便于輻射。

2、進行頻率分配，實現(xiàn)多路復(fù)用，提高信道利用率。

3、改善信噪比，提高系統(tǒng)抗噪聲性能。三、怎樣調(diào)制？基帶信號（調(diào)制信號）m(t);

高頻載波信號為c(t)=Acos(

ct+

)；m(t)c(t)讓它的三個基本參量分別按基帶信號變化：

1、AA(t)=A0+kAm(t)；稱為調(diào)幅-----線性調(diào)制。

2、

c(t)=0+kFm(t)；稱為調(diào)頻-----角度調(diào)制。

3、

(t)=0+kPm(t)；稱為調(diào)相-----角度調(diào)制。得到三種基本調(diào)制方式。調(diào)制的分類調(diào)制信號：m(t)載波信號：c(t)已調(diào)信號：sm(t)1、根據(jù)m(t)的不同分：模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制；2、根據(jù)c(t)不同分：連續(xù)載波調(diào)制和脈沖載波調(diào)制；3、根據(jù)c(t)被調(diào)制的參數(shù)不同：幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制。4、按頻譜特性分：線性和非線性調(diào)制。m(t)sm(t)c(t)調(diào)制器H(ω)幅度調(diào)制（線性調(diào)制）原理

已調(diào)信號sm(t)的頻譜和輸入基帶信號m(t)的頻譜之間滿足線性搬移的關(guān)系。幅度調(diào)制屬于線性調(diào)制，頻率調(diào)制和相位調(diào)制屬于非線性調(diào)制。幅度調(diào)制又分為四種具體的調(diào)制方法：

1、調(diào)幅（AM）

2、雙邊帶調(diào)制（DSB）

3、單邊帶調(diào)制（SSB）

4、殘留邊帶調(diào)制（VSB）一、調(diào)幅（常規(guī)雙邊帶調(diào)制）：

AM-AmplitudeModulation1、調(diào)制方法：(1)抬高基帶信號m(t)的電平，使m(t)+A0恒為正，即要求A0

|m(t)|max（即疊加一個直流偏量A0

）(2)產(chǎn)生高頻等幅載波c(t)=cos

ct//cos(

ct+

)(3)相乘：SAM(t)=[A0+m(t)]cos

ct

要求A0

<

|m(t)|max的過調(diào)制情況，應(yīng)避免。思考題：如果發(fā)生過調(diào)制，會造成什么問題？AM調(diào)制信號的時域表達和波形：

SAM(t)=[A0+m(t)]cos

ctm(t)c(t)A0-A0SAM(t)若基帶信號最高頻率

H=2fH，則AM調(diào)制信號帶寬為：BAM=2fHSAM(t)=A0cos

ct+m(t)cos

ct

，作傅立葉變換：3、AM調(diào)制信號的頻譜和帶寬：

M(ω)1

-ωH0ωHωSAM(ω)USBLSBLSBπA0USB

?-ωC0ωCω2ωH

上下下上解調(diào)原理：

（包絡(luò)檢波法—非相干解調(diào)）半波整流器低通濾波隔直

(1）半波整流器（二極管單向?qū)ㄐ裕?）低通濾波（除去高頻成分）（3）隔斷直流（恢復(fù)基帶波形）過調(diào)制的解調(diào)產(chǎn)生失真：

A0正常調(diào)制的解調(diào)波形：A0分析和討論：

常規(guī)調(diào)幅方式效率很低，原因在于直流成分A0在已調(diào)信號中成為“空載波”，浪費的能量超過了有用信號。如果沒有直流成分A0，效率將會達到百分之百。

然而沒有直流成分A0，解調(diào)后信號會發(fā)生嚴重的失真。只要有辦法解決解調(diào)后信號的失真問題，就能大大提高調(diào)制效率。這就引出了相干解調(diào)與雙邊帶調(diào)制。2、DSB調(diào)制信號時域表達與波形：

SDSB(t)=m(t)cos

ct載波反相點雙邊帶調(diào)制（抑制載波雙邊帶調(diào)制）

1、調(diào)制方法：不加直流電壓，直接調(diào)制。

DSB調(diào)制信號的頻譜和帶寬M(

)

-ωH0ωHωSDSB(ω)USBLSBLSBUSB

-ωCωCω雙邊帶調(diào)制信號帶寬仍然為BDSB=2fH除了沒有沖擊譜線之外，與AM完全相同。上下下上功率和效率DSB信號的平均功率DSB信號的調(diào)制效率包絡(luò)檢波導(dǎo)致過調(diào)失真，應(yīng)當改用相干解調(diào):（1）提取同步信息，在接收端產(chǎn)生本地載波，要求與發(fā)端同頻同相：c′(t)=cos

ct;（2）本地載波乘以接收的DSB調(diào)制波：

sp(t)=sDSB(t)·c′(t)=m(t)cos2

ct=m(t)(1+cos2

ct)/2;（3）低通濾波，除去cos(2

ct）的高頻項,

得到解調(diào)輸出信號sd(t)=m(t)/2。DSB信號解調(diào)方法：sp(t)sDSB(t)sd(t)單邊帶調(diào)幅：SingleSideBand(SSB)濾波法及單邊帶信號的頻域表示：雙邊帶調(diào)制比常規(guī)調(diào)幅節(jié)省了能量，提高了效率。然而帶寬仍然是2fH，占用了較多的信道資源。我們看到雙邊帶的兩邊帶實際是完全相同的，傳輸一個邊帶就可以得到完整的信息。由此產(chǎn)生了單邊帶調(diào)制。F(ω)ωωmωm0SSSB(ω)ωωcωc0SSSB(ω)ωωcωc0SDSB(ω)ω-ωcωc02ωmUSBUSBLSBLSB---(a)基帶信號(b)DSB信號(c)SSB信號(USB)(d)SSB信號(LSB)單邊帶信號的產(chǎn)生：（1）濾波法產(chǎn)生SSB信號讓雙邊帶信號通過一個邊帶濾波器，保留所需要的一個邊帶，濾除不要的邊帶。-f0HL(f)特性上邊帶(b)上邊帶濾波器特性和信號頻譜f00f單邊帶信號的頻譜上邊帶S

(f)上邊帶下邊帶HH(f)特性HH(f)特性(a)濾波前信號頻譜(c)下邊帶濾波器特性和信號頻譜S(f)S(f)-f00f-f0f0f下邊帶f0上邊帶

濾波器實現(xiàn)的技術(shù)難點：

（1）濾波特性很難做到具有陡峭的截止特性。（2）可以采用多級（一般采用兩級）DSB調(diào)制及邊帶濾波的方法。

（1）SSB信號僅含一個邊帶（上邊帶或下邊帶），它所占用的頻帶寬度為BSSB=fH，只有AM、DSB的一半。（2）由于僅發(fā)送一個邊帶，因此SSB信號的功率為DSB信號的一半即：（3）因SSB信號不含載波成分，其調(diào)制效率也為100%。SSB信號的帶寬、功率和調(diào)制效率殘留邊帶調(diào)幅：VestigialSideBand（VSB）單邊帶調(diào)制需要理想的低通（或高通）濾波器，使截取的上、下兩邊帶都十分完整，這在實際中是難以實現(xiàn)的。如果上、下兩邊帶雖然都不是那么完整，但可以互補，合起來仍然能夠得到完整的信息。從雙邊帶出發(fā)，巧妙地設(shè)計濾波器，使上、下兩塊不那么完整的邊帶互補，這樣的調(diào)制方法稱為殘留邊帶調(diào)制。

殘留邊帶調(diào)制是介于SSB與DSB之間的一種折中方式，它既克服了DSB信號占用頻帶寬的缺點，又解決了SSB信號實現(xiàn)中的困難。在這種調(diào)制方式中，不像SSB那樣完全抑制DSB信號的一個邊帶，而是逐漸切割，使其殘留—小部分，如下圖所示：33(a)殘留部分上邊帶的濾波器特性重要概念：HVSB(ω)在±ωc處必須具有互補對稱（奇對稱）特性，這樣，采用相干解調(diào)法解調(diào)殘留邊帶信號就能夠準確地恢復(fù)所需的基帶信號。（b）殘留部分下邊帶的濾波器特性

各種線性調(diào)制方法的比較：USB信號LSB信號

信號時域頻域帶寬基帶信號m(t)M(ω)fH載波信號cosωctπ[δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)]0AM信號[A0+m(t)]cosωctπA0[δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)]+[M(ω+ωc)+M(ω-ωc)]/22fHDSB信號m(t)cosωct[M(ω+ωc)+M(ω-ωc)]/22fH[M(ω+ωc)+M(ω-ωc)]·HU(ω)/2fH

[M(ω+ωc)+M(ω-ωc)]·HL(ω)/2fHVSB信號

[M(ω+ωc)+M(ω-ωc)]·HV(ω)/2fH<B<2fH

兩種解調(diào)方法的比較：（1）非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）（2）相干解調(diào)包絡(luò)檢波低通濾波隔直

乘法器

本地載波

cos

ct同步濾波器sm(t)sm(t)m(t)m(t)相干、非相干解調(diào)的優(yōu)缺點

思考題：

設(shè)基帶信號頻譜如右圖所示，以下模擬調(diào)制后的頻譜中抑制載波的雙邊帶調(diào)幅(DSB)是（

）。思考題：設(shè)基帶信號頻譜如右圖所示，以下模擬調(diào)制后的頻譜中屬于殘留邊帶調(diào)幅（VSB）的是（

）。思考題：若基帶信號的頻譜如圖所示，載波頻率為64kHz，取下邊帶（濾波為理想），請畫出已調(diào)信號的頻譜？用開關(guān)控制數(shù)字調(diào)制解調(diào)（2ASK）教學(xué)目標

掌握模擬調(diào)制解調(diào)的基本原理。掌握二進制數(shù)字調(diào)制技術(shù)的調(diào)制、解調(diào)方法理解二進制數(shù)字調(diào)制技術(shù)的帶寬。了解現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)。教學(xué)重難點

重點：數(shù)字調(diào)制技術(shù)的調(diào)制、解調(diào)方法難點：二進制數(shù)字調(diào)制技術(shù)的帶寬4.1模擬調(diào)制與解調(diào)一、什么是調(diào)制？

把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程（即把基帶信號攜帶的信息轉(zhuǎn)載到高頻信號上的處理過程）。

基帶信號：如話音信號，300～3400赫茲。

高頻信號：如電磁波，300K赫茲以上。二、為什么要調(diào)制？

1、適合信道的需要，變換頻率便于輻射。

2、進行頻率分配，實現(xiàn)多路復(fù)用，提高信道利用率。

3、改善信噪比，提高系統(tǒng)抗噪聲性能。49調(diào)制有哪些分類？調(diào)制正弦波調(diào)制脈沖調(diào)制t模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制t50為什么要進行數(shù)字頻帶傳輸？數(shù)字基帶信號不能直接送到帶通信道上傳輸必須經(jīng)過所謂的調(diào)制器變換成帶通型信號頻率規(guī)劃基帶傳輸與頻帶傳輸數(shù)字調(diào)制三種方式幅度調(diào)制，稱為幅度鍵控（也稱幅移鍵控），記為ASK（AmplitudeShiftKeying）頻率調(diào)制，稱為頻率鍵控（也稱頻移鍵控），記為FSK（FrequencyShiftKeying）相位調(diào)制，稱為相位鍵控（也稱相移鍵控），記為PSK（PhaseShiftKeying）。

2ASK、2FSK、2PSK波形4.2.1二進制幅度調(diào)制2ASK2ASK用二進制數(shù)字基帶信號控制載波的幅度，二進制數(shù)字序列只有“1”、“0”兩種狀態(tài)，則調(diào)制后的載波也只有兩種狀態(tài)：有載波輸出傳送“1”，無載波輸出傳送“0”。55數(shù)字調(diào)制的方法：模擬調(diào)制法實現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制；鍵控法：通過開關(guān)鍵控載波。用什么方法實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制？56模擬調(diào)制法（相乘器法）把s(t)當成模擬信號進行調(diào)幅處理2ASK信號如何產(chǎn)生？57鍵控法用數(shù)字開關(guān)控制載波的通斷2ASK信號產(chǎn)生方法2ASK具體實現(xiàn)及波形圖2ASK調(diào)制示例4.2.1.22ASK信號的帶寬61思考題3，試畫出2ASK信號波形圖4.2.1.32ASK信號的解調(diào)2ASK相干解調(diào)相干解調(diào)也稱為同步檢測法，指的是在接收端用和發(fā)送端同頻同相的載波信號與信道中接收的已調(diào)信號相乘，實現(xiàn)2ASK頻譜的再次搬移，使數(shù)字調(diào)制信號的頻譜搬回到零頻附近。2ASK相干解調(diào)各點波形相干解調(diào)各部分作用（1）帶通濾波器BPFBPF取出已調(diào)信號，濾除接收信號頻帶以外的噪聲干擾，即抑制帶外頻譜分量，保證信號完整地通過。（2）乘法器乘法器實現(xiàn)2ASK頻譜的再次搬移，使數(shù)字調(diào)制信號的頻譜搬回到零頻附近。（3）低通濾波器LPFLPF去除乘法器產(chǎn)生的高頻分量，濾出數(shù)字調(diào)制信號。（4）采樣判決由于噪聲及信道特性的影響，LPF輸出的數(shù)字信號是不標準的，通過對信號再采樣，利用判決器對采樣值進行判決，便可以恢復(fù)原“1”、“0”數(shù)字序列。2ASK非相干解調(diào)將一段時間長度的高頻信號的峰值點連線，就可以得到上方（正的）一條線和下方（負的）一條線，這兩條線就叫包絡(luò)線。包絡(luò)線就是反映高頻信號幅度變化的曲線。2ASK非相干解調(diào)從幅度調(diào)制信號中將低頻信號解調(diào)出來的過程，就叫做包絡(luò)檢波。也就是說，包絡(luò)檢波是幅度檢波，是一種非相干解調(diào)，即不需要和發(fā)送端同頻同相的本地載波。

2ASK非相干解調(diào)各點波形圖

2ASK非相干解調(diào)各部分作用（1）帶通濾波器BPFBPF取出已調(diào)信號，即抑制帶外頻譜分量，保證信號完整地通過。（2）包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波從2ASK信號中將低頻信號解調(diào)出來。（3）低通濾波器LPFLPF去除乘法器產(chǎn)生的高頻分量，濾出數(shù)字調(diào)制信號。（4）采樣判決由于噪聲及信道特性的影響，LPF輸出的數(shù)字信號是不標準的，通過采樣判決恢復(fù)原“1”、“0”數(shù)字序列。70思考題什么是數(shù)字頻帶調(diào)制？數(shù)字調(diào)制有哪些方法？用開關(guān)控制數(shù)字調(diào)制解調(diào)（2FSK）教學(xué)目標

掌握模擬調(diào)制解調(diào)的基本原理。掌握二進制數(shù)字調(diào)制技術(shù)的調(diào)制、解調(diào)方法理解二進制數(shù)字調(diào)制技術(shù)的帶寬。了解現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)。教學(xué)重難點

重點：數(shù)字調(diào)制技術(shù)的調(diào)制、解調(diào)方法難點：二進制數(shù)字調(diào)制技術(shù)的帶寬74振幅鍵控、頻移鍵控、相移鍵控二進制調(diào)制和多進制調(diào)制

振幅鍵控(ASK)頻移鍵控(FSK)相移鍵控(PSK)AmplitudeShiftKeyingFrequencyShiftKeyingPhaseShiftKeying三種鍵控方法75什么是2FSK？用數(shù)字基帶信號控制載波的頻率來傳遞信息。用不同頻率的信號表示數(shù)字基帶信息。調(diào)頻系統(tǒng)比調(diào)幅系統(tǒng)抗干擾性能優(yōu)越設(shè)備簡單、容易實現(xiàn)但是占用帶寬較寬有了2ASK為什么要2FSK？762FSK主要應(yīng)用在哪里？應(yīng)用在無線短波通信中

國際電信聯(lián)盟（ITU）建議在傳輸速率低于1200b/s時采用2FSK體制。2FSK信號的調(diào)制2FSK信號可看作是兩個交錯的ASK信號之和，一個載頻為f1，另一個載頻為f2。2FSK是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息的。2FSK調(diào)制及波形圖2FSK信號分解圖2FSK示例2FSK信號的帶寬2FSK信號的解調(diào)

2FSK解調(diào)思路是將二進制頻率鍵控信號分解成兩路2ASK信號分別進行解調(diào)，有相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方式。2FSK相干解調(diào)v1(t)>v2(t)，判為1v1(t)<v2(t)，判為02FSK非相干解調(diào)v1(t)>v2(t)，判為1v1(t)<v2(t)，判為02FSK非相干解調(diào)各點波形圖2FSK相干解調(diào)仿真2FSK相干解調(diào)仿真各圖符參數(shù)設(shè)置表圖符編號庫/名稱參數(shù)0Source/PNSeqAmp=1v,Offset=0v,Rate=10Hz,Phase=0degNolevels=21、2Function/NonLine