《現(xiàn)代通信技術(shù)》課件-9 換乘交通工具-調(diào)制

課前回顧HDB3碼的編碼規(guī)則是什么？藍墨云班課課后練習題：

已知消息代碼為101000000001100011，請確定相應的AMI碼和HDB3碼，并分別畫出它們的波形（設該序列前面一個V碼為V-，其后到第一位1碼間有偶數(shù)個傳號）。換乘交通工具——調(diào)制模擬調(diào)制與解調(diào)教學目標

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)制效率包絡檢波導致過調(diào)失真，應當改用相干解調(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：34(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