学习辅导-1-第2讲-456

1、1数字通信数字通信东南大学继续教育主讲教师：张锡宁主讲教师：张锡宁 第第 02 讲讲225-2 参考教材（1） 参考辅导书325-3参考教材（2）4l特点：l剖析难点，解感疑点，强化重点，典型例题，整理知识，归纳结论。l考题类型：l附录A 本科期末考试试题与参考答案（三套）l附录B 硕士研究生入学考试试题与参考答案 （三套）通信原理(第6版)学习辅导与考研指导(第2版)5图1-5 数字通信系统模型数字通信系统模型图1-4 模拟通信系统模型模拟通信系统模型6数字通信数字通信l第第1章章 绪论绪论l第第2章章 确知信号确知信号l第第3章章 随机过程随机过程l第第4章章 信道信道l第第5章章 模拟调

2、制系统模拟调制系统l第第6章章 数字基带传输系统数字基带传输系统l第第7章章 数字带通传输系统数字带通传输系统l第第8章章 新型数字带通调制技术新型数字带通调制技术l第第9章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输l第第10章章 数字信号的最佳接收数字信号的最佳接收l第第11章章 差错控制编码差错控制编码l第第12章章 正交编码与伪随机序列正交编码与伪随机序列l第第13章章 同步原理同步原理7第第4章章 信信 道道 学习目标学习目标l信道的定义、分类和模型信道的定义、分类和模型l恒参信道的特性及其对信号传输的影响恒参信道的特性及其对信号传输的影响l随参信道的特性及其对信号传输的影响随参信道的特

3、性及其对信号传输的影响l信道噪声的统计特性信道噪声的统计特性l信道容量和香农公式信道容量和香农公式8第第4章章 信信 道道l4.1 无线信道无线信道l4.2 有线信道有线信道l4.3 信道的数学模型信道的数学模型l4.4 信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响l4.5 信道中的噪声信道中的噪声l4.6 信道容量信道容量 9第第4章章 信信 道道l4.1 无线信道无线信道 l4.2 有线信道有线信道 l4.3 信道的数学模型信道的数学模型n信道模型的分类：u调制信道u编码信道编码信道编码信道调制信道调制信道信信息息源源信信源源编编码码信信道道译译码码信信道道编编码码信信 道道数数字字调

4、调制制加加密密数数字字解解调调解解密密信信源源译译码码受受信信者者噪声源噪声源10第第4章章 信信 道道l4.4 信道特性对信号传输的影响信道特性对信号传输的影响n恒参信道的影响u恒参信道 非时变线性网络 信号通过线性系统的分析方法。线性系统中无失真条件：线性系统中无失真条件：p振幅频率特性：为水平直线时无失真 左图为典型电话信道特性 用插入损耗便于测量(a) 插入损耗频率特性11第第4章章 信信 道道p相位频率特性：要求其为通过原点的直线，即群时延为常数时无失真群时延定义：频率(kHz)（ms）群延迟(b) 群延迟频率特性dd)(0相位频率特性12第第4章章 信信 道道u频率失真：振幅频率特

5、性不良引起的p频率失真 波形畸变 码间串扰p解决办法：线性网络补偿u相位失真：相位频率特性不良引起的p对语音影响不大，对数字信号影响大p解决办法：同上13第第4章章 信信 道道n变参信道的影响u变参信道：又称时变信道，信道参数随时间而变。u变参信道的特性：p衰减随时间变化p时延随时间变化p多径效应多径效应：信号经过几条路径到达接收端，而且每条路径的长度（时延）和衰减都随时间而变，即存在多径传播现象。 14第第4章章 信信 道道 接收信号可以看作是一个包络和相位随机缓慢变化的窄带信号：结论：发射信号为单频恒幅正弦波时，接收信号因多径效应变成包络起伏的窄带信号。 这种包络起伏包络起伏称为快衰落快衰

6、落 衰落周期和码元周期可以相比。 另外一种衰落：慢衰落 由传播条件引起的。 快衰落快衰落15图4-18 多径效应第第4章章 信信 道道定义：相关带宽相关带宽1/ 实际情况：有多条路径。设m 多径中最大的相对时延差 定义：相关带宽相关带宽1/ m多径效应的影响： 多径效应会使数字信号的码间串扰增大。为了减小码间串扰的影响，通常要降低码元传输速率。因为，若码元速率降低，则信号带宽也将随之减小，多径效应的影响也随之减轻。相关带宽相关带宽：相邻传输零点的频率间隔16第第4章章 信信 道道l4.5 信道中的噪声信道中的噪声n噪声u信道中存在的不需要的电信号。u又称加性干扰。17第第4章章 信信 道道l4

7、.6 信道容量信道容量n信道容量 指信道能够传输的最大平均信息速率。n 4.6.1 离散信道容量离散信道容量u两种不同的度量单位：pC 每个符号能够传输的平均信息量最大值pCt 单位时间（秒）内能够传输的平均信息量最大值p两者之间可以互换： 如果知道每秒能够传输多少个符号，则可以从 第一种转换成第二种表示。18第第4章章 信信 道道n 4.6.2 连续信道容量连续信道容量香农公式式中 S 信号平均功率 （W）； N 噪声功率（W）； B 带宽（Hz）。 设噪声单边功率谱密度为n0，则N = n0B；故上式可以改写成：由上式可见，连续信道的容量连续信道的容量Ct和信道带宽和信道带宽B、信号功、信

8、号功率率S及噪声功率谱密度及噪声功率谱密度n0三个因素有关三个因素有关。 )/(1log2sbNSBCt)/(1log02sbBnSBCt19第第4章章 信信 道道 上式表明，当给定S / n0时，若带宽B趋于无穷大，信道容量不会趋于无限大，而只是S / n0的1.44倍。这是因为当带宽B增大时，噪声功率也随之增大。 Ct和带宽B的关系曲线：02044. 1loglimnSenSCtB图4-24 信道容量和带宽关系S/n0S/n0BCt1.44(S/n0)20第第4章章 信信 道道上式还可以改写成如下形式：式中Eb 每比特能量；Tb = 1/B 每比特持续时间。 上式表明，为了得到给定的信道容

9、量Ct，可以增大带宽B以换取Eb的减小；另一方面，在接收功率受限的情况下，由于Eb = STb，可以增大Tb以减小S来保持Eb和Ct不变。 0202021log/1log1lognEBBnTEBBnSBCbbbt)/(1log02sbBnSBCt21第第4章章 信道信道 （重点（重点考点）考点）l1.概念概念l信道的分类和特征；恒参和随参信道举例；调制信道和信道的分类和特征；恒参和随参信道举例；调制信道和编码信道的定义范围及其关系；恒参信道的无失真传输编码信道的定义范围及其关系；恒参信道的无失真传输条件，两种线性失真及其影响；随参信道的条件，两种线性失真及其影响；随参信道的3个特点，个特点，多

10、径传播及其影响；信道噪声及其通过带通滤波器的结多径传播及其影响；信道噪声及其通过带通滤波器的结果；香农公式的含义和结论果；香农公式的含义和结论l2.计算计算l恒参信道的幅频特性恒参信道的幅频特性 、相频特性、相频特性 和群时延特和群时延特性性 的计算和传输失真情况的判断；减小频率选择的计算和传输失真情况的判断；减小频率选择性衰落的方法和计算；信道容量的计算。性衰落的方法和计算；信道容量的计算。)(H)()(22第第4章章 信道信道 典型例题典型例题l例例4-1 设一恒参信道的幅频特性和相频特性分别为设一恒参信道的幅频特性和相频特性分别为 l 其中，其中，K和和Td都是常数。都是常数。试确定信号

11、试确定信号s(t)通过该信道后的输出信号的时域表示式。通过该信道后的输出信号的时域表示式。解：该信道的传输函数 冲激响应 输出信号评注：该恒参信道满足无失真条件，故信号在传输过程中无失真。dtKH)()(dtjjKeeHH)()()()()(dttKth)()()()(dttKsthtsty23第第4章章 信道信道 典型例题典型例题l例例4-2 两个恒参信道的等效模型如图。试求它们的幅两个恒参信道的等效模型如图。试求它们的幅频特性和相频特性，并分析信号频特性和相频特性，并分析信号s(t)通过这两个信道通过这两个信道时有无群迟延失真。时有无群迟延失真。l解：解： (a) (b)l 传输函数传输函

12、数l 幅频特性幅频特性l 相频特性相频特性l 群迟延特性群迟延特性RCjHRRRHba11)()(212， R1 R2 R C2212)(11)()(RCHRRRHba，)arctan(-)(0)(RC ，2)(10)()(RCRCdd）（，24第第4章章 信道信道 典型例题典型例题l例例4-3 设某随参信道的最大多径时延差等于设某随参信道的最大多径时延差等于3ms，为，为了避免发生选择性衰落，试估算该信道的相关带宽了避免发生选择性衰落，试估算该信道的相关带宽和在该信道上传输的数字信号码元的脉冲宽度。和在该信道上传输的数字信号码元的脉冲宽度。l解：信道相关带宽解：信道相关带宽l根据工程经验，信

13、号带宽为根据工程经验，信号带宽为l故码元宽度故码元宽度)(311kHzfmfBs)5131(msTms)159()53(25第第4章章 信道信道 典型例题典型例题l例例4-4 已知彩色电视图像由已知彩色电视图像由5105个像素组成。设每个个像素组成。设每个像素有像素有64种彩色度，每种彩色有种彩色度，每种彩色有16个亮度等级。如果所个亮度等级。如果所有彩色度和亮度等级组合机会均等，并统计独立。有彩色度和亮度等级组合机会均等，并统计独立。l（1）试计算每秒传送）试计算每秒传送100个画面所需的信道容量；个画面所需的信道容量；l（2）如果接收机信噪比为）如果接收机信噪比为30dB，为了传送彩色图像

14、所，为了传送彩色图像所需信道带宽为多少？需信道带宽为多少？提示：log2X=3.32lgX。l解：（1）信息量/每个像素=log2（6416）=10(bit)l信息量/每幅图=10-bit5105=5106(bit)l信息速率 Rb=1005106=5108(b/s)l信道容量Ct CtRb=5108(b/s)l(2)信噪比10lg(S/N)=30dB,S/N=1000,由香农公式可得)(501001lg32. 3105)1lg(32. 3)1 (log82minMHzNSCNSCBtt26第第4章章 信道信道 The end 27图1-5 数字通信系统模型数字通信系统模型图1-4 模拟通信系

15、统模型模拟通信系统模型28数字通信数字通信l第第1章章 绪论绪论l第第2章章 确知信号确知信号l第第3章章 随机过程随机过程l第第4章章 信道信道l第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统l第第6章章 数字基带传输系统数字基带传输系统l第第7章章 数字带通传输系统数字带通传输系统l第第8章章 新型数字带通调制技术新型数字带通调制技术l第第9章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输l第第10章章 数字信号的最佳接收数字信号的最佳接收l第第11章章 差错控制编码差错控制编码l第第12章章 正交编码与伪随机序列正交编码与伪随机序列l第第13章章 同步原理同步原理29第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统

16、 学习目标学习目标l调制的定义、功能和分类；调制的定义、功能和分类；l线性调制线性调制(AM、DSB、SSB和和VSB)原理原理(表示式、频谱、表示式、频谱、带宽、产生和解调带宽、产生和解调);l线性调制系统的抗噪声性能，门限效应；线性调制系统的抗噪声性能，门限效应；l调频（调频（FM）、调相（）、调相（PM）的基本概念；）的基本概念；l单频调制时宽带调频信号时域表示；单频调制时宽带调频信号时域表示；l调频信号频带宽度的计算调频信号频带宽度的计算卡森公式；卡森公式；l预加重和去加重的概念；预加重和去加重的概念；lFM、DSB、SSB、VSB、AM的性能比较；的性能比较；l频分复用的概念。频分复

17、用的概念。30第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统l5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理l5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能l5.3 非线性调制（角度调制）原理非线性调制（角度调制）原理l5.4 调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能l5.5 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较l5.6 频分复用和调频立体声频分复用和调频立体声31第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统l基本概念基本概念n调制 n调制信号n载波 n已调信号n解调（检波）n调制的目的n常见的模拟调制u幅度调制：调幅、双边带、单边带和残留边带u角度调制：频率调制、相位调制 32

18、第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统l5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理n一般原理u载波信号u基带调制信号 m(t)u幅度调制信号（已调信号）一般可表示成u频谱设调制信号m(t)的频谱为M()，则已调信号的频谱为0( )coscc tAt( )( )cosmcstAm tt()()2mccASMM33第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统n5.1.1 调幅（调幅（AM）u时域表示式u频谱：若m(t)为确知信号，则AM信号的频谱为u调制器模型00( )( )coscos( )cosAMcccstAm ttAtm tt01( ) ()()()()2AMccccSAMM 34

19、第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u调幅(AM)波形图 频谱图载频分量载频分量载频分量载频分量上边带上边带上边带上边带下边带下边带下边带下边带35第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统uAM信号的特性p带宽：它是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信号带宽 fH 的两倍：p功率:p调制效率HAMfB2ScAMPPtmAP2)(2220 2220SAMAMmtPPAmt36第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统n5.1.2 双边带调制（双边带调制（DSB）u时域表示式：无直流分量A0u频谱：无载频分量 u曲线：ttmtscDSBcos)()()()(21)(ccDSBMMS37第第5章章 模拟调制

20、系统模拟调制系统n5.1.3 单边带调制（单边带调制（SSB）u原理：p双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱M()的所有频谱成分，因此仅传输其中一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为单边带调制。p产生SSB信号的方法有两种：滤波法和相移法。 38第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u滤波法及SSB信号的频域表示p滤波法的原理方框图 用边带滤波器1,( )( )0,cUSBcHH1,( )( )0,cLSBcHH39第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统pSSB信号的频谱p上边带频谱图: ( )( )SSBDSBSSH40第第5章章 模拟调制系统模拟调制

21、系统uSSB信号的解调 SSB信号的解调和DSB一样，不能采用简单的包络检波，因为SSB信号也是抑制载波的已调信号，它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以仍需采用相干解调。uSSB信号的性能SSB信号信号的实现比AM、DSB要复杂，但SSB调制方式在传输信息时，不仅可节省发射功率，而且它所占用的频带宽度比AM、DSB减少了一半。它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式短波通信中一种重要的调制方式。41第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统l5.1.4 残留边带（残留边带（VSB）调制）调制n介于SSB与DSB之间的一种折衷方式n它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现的困难

22、。不像SSB那样完全抑制DSB信号的一个边带，而是使其残留一小部分。42第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u调制方法：用滤波法实现残留边带调制的原理框图与滤波法SBB调制器相同。uVSB信号解调器方框图u对残留边带滤波器特性的要求u残留边带信号的频谱为 ( )VSBDSBSSH1()( )2ccMMH()()ccHHH常数，43 l 使用滤波法产生残留边带信号：残留上边带信号残留上边带信号残留下边带信号残留下边带信号第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统44 常数)()(cVSBcVSBHHH只要等式左侧两只要等式左侧两个函数在个函数在=0=0处处具有互补对称具有互补对称（奇对称）特性，（奇对

23、称）特性，解调就不失真。解调就不失真。45第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统n5.1.5 线性调制的一般模型线性调制的一般模型u滤波法线性调制一般模型输出信号时域表示式为：输出信号频域表示式为：式中，适当选择H()，可以得到各种幅度调制信号。)(cos)()(thttmtscm)()()(21)(HMMSccm)()(thH46第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u移相法模型将上式展开，则可得到另一种形式的时域表示式，即式中上式表明，sm(t)可等效为两个互为正交调制分量的合成。由此可以得到移相法线性调制的一般模型如下： )(cos)()(thttmtscm( )( )cos( ) inmI

24、cQcsts ttst st( )( )( )IIs th tm t( )( )cosIch th tt( )( )( )QQsthtm t( )( )sinQchth tt47第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统它同样适用于所有线性调制。( )( )cos( ) inmIcQcsts ttst st48第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统n5.1.6 相干解调与包络检波相干解调与包络检波u相干解调p相干解调器的一般模型 u包络检波p适用条件：AM信号，且要求|m(t)|max A0 。49第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统l5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能n5.2.

25、1 分析模型图中 sm (t) 已调信号 n(t) 信道加性高斯白噪声 ni (t) 带通滤波后的噪声 m(t) 输出有用信号 no(t) 输出噪声50第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u解调器输出信噪比定义u制度增益定义u输入信噪比Si /Ni 的定义2oo2oo( )( )Sm tNn t解调器输出有用信号的平均功率解调器输出噪声的平均功率iiNSNSG/00)()(22tntsNSimii功率解调器输入噪声的平均平均功率解调器输入已调信号的51第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统n5.2.2 DSB调制系统的性能uDSB相干解调抗噪声性能分析模型 由于是线性系统，可以分别计算解调器输出

26、的信号功率和噪声功率。 ( )ms t LPF BPF )(tn ( )ms t )(tni )(tno o( )m t cosct 52第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u噪声功率计算设解调器输入信号为与相干载波cosct相乘后，得经低通滤波器后，输出信号为因此，解调器输出端的有用信号功率为ttmtscmcos)()(ttmtmttmcc2cos)(21)(21cos)(2o1( )( )2m tm t22oo1( )( )4Sm tm t53第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统解调器输入端的窄带噪声可表示为它与相干载波相乘后，得经低通滤波器后，解调器最终的输出噪声为故输出噪声功率为或写成

27、ttnttntncsccisin)(cos)( )(tttnttnttnccscccicossin)(cos)(cos)(2sin)(2cos)(21)(21ttnttntncsccco1( )( )2cn tn t22oo1( )( )4cNn tn t2o0111( )444iiNn tNn B54第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u信号功率计算解调器输入信号平均功率为u信噪比计算p输入信噪比 输出信噪比u制度增益)(21cos)()(222tmttmtsScmiBntmNSii02)(2122oo01( )( )414im tSm tNn BNoo/2/DSBiiSNGSN55第第5章

28、章 模拟调制系统模拟调制系统nSSB调制系统的性能u信号功率SSB信号与相干载波相乘后，再经低通滤波可得解调器输出信号因此，输出信号平均功率u噪声功率B = fH 为SSB 信号的带通滤波器的带宽。o01144iNNn Bttmttmtsccmsin)(21cos)(21)(o1( )( )4mtm t22oo1( )( )16Sm tm t56第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统输入信号平均功率为u单边带解调器信噪比p输入信噪比 输出信噪比u制度增益22oo001( )( )16144m tSm tNn Bn B )(21)(2141)(222tmtmtsSmi( )( )m tm t因与的

29、幅度相同，所以具有相同的平均功率，故上式)(412tmSiBntmBntmNSii02024)()(41oo/1/SSBiiSNGSN57第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统n5.2.4 AM包络检波的性能u1. 门限效应门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起的。 u2. 用相干解调的方法解调各种线性调制信号时不存在门限效应。原因是信号与噪声可分别进行解调，解调器输出端总是单独存在有用信号项。u3. 在大信噪比情况下，AM信号包络检波器的性能几乎与相干解调法相同。但当输入信噪比低于门限值时，将会出现门限效应，这时解调器的输出信噪比将急剧恶化，系统无法正常工作。58线性调制/解调的一般模型已

30、调信号经过信道已调信号经过信道59幅度解调模型 ( )mst LPF BPF )(tn ( )mst )(tni )(tno o( )mt cosct ( )mst BPF )(tn ( )mst )(tni )(tno o( )mt 包络检波 60第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统l5.3 非线性调制（角度调制）的原理非线性调制（角度调制）的原理n前言u频率调制简称调频(FM)，相位调制简称调相(PM)。u这两种调制中，载波的幅度都保持恒定，而频率和相位的变化都表现为载波瞬时相位的变化。u角度调制：频率调制和相位调制的总称。u已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，已调信号频谱不再是原

31、调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为新的频率成分，故又称为非线性调制非线性调制。u与幅度调制技术相比，角度调制最突出的优势是其较高的抗噪声性能。 61第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统n5.3.1角度调制的基本概念 u角度调制信号的一般表达式为式中，A 载波的恒定振幅； ct +(t) (t) 信号的瞬时相位； (t) 瞬时相位偏移。pdct +(t)/dt = (t) 称为瞬时角频率pd(t)/dt 称为瞬时频偏。)(cos)(ttAtscm62第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u相位调制相

32、位调制(PM)：瞬时相位偏移随调制信号作线性变化，即式中Kp 调相灵敏度，含义是单位调制信号幅度引起PM信号的相位偏移量，单位是rad/V。将上式代入一般表达式 得到PM信号表达式信号表达式)()(tmKtp)(cos)(tmKtAtspcPM)(cos)(ttAtscm63第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u频率调制频率调制(FM)：瞬时频率偏移随调制信号成比例变化，即式中 Kf 调频灵敏度，单位是rad/sV。 这时相位偏移为将其代入一般表达式得到FM信号表达式信号表达式)()(tmKdttdf( )( )ftKmd( )cos( )FMcfstAtKmd)(cos)(ttAtscm64

33、第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统uPM与与 FM的区别的区别p比较上两式可见， PM是相位偏移随调制信号m(t)线性变化，FM是相位偏移随m(t)的积分呈线性变化。p如果预先不知道调制信号m(t)的具体形式，则无法判断已调信号是调相信号还是调频信号。)(cos)(tmKtAtspcPM( )cos( )FMcfstAtKmd65第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u单音调制单音调制FM与与PM设调制信号为单一频率的正弦波，即 用它对载波进行相位调制时，将上式代入 式中，mp = Kp Am 调相指数，表示最大的相位偏移。( )coscos2mmmmm tAtAf t)(cos)(tmKtA

34、tspcPMPM( )coscoscpmmstAtK AtcosscpmAtm cot66第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 单音调制单音调制FM 代入得到FM信号的表达式 调频指数,表示最大的相位偏移 最大角频偏 最大频偏。 ( )coscos2mmmmm tAtAf tFM( )coscoscfmmstAtK Ad ( )cos( )FMcfstAtKmdcosncfmAtm sitfmfmmmK AfmffmK Afmfmf 67第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统)(cos)(tmKtAtspcPMFM( )coscoscfmmstAtK Ad (a) PM 信号波形 (b) FM

35、信号波形 cosncfmAtm sit)()()(tmKdttdtpc)()(tmKtFc68第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u调频信号的带宽调频信号的带宽（卡森（卡森（Carson）公式）公式。 ）u调频信号的平均功率)( 2) 1( 2mmfFMfffmB22FMcAPP69第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统n5.4.3 小信噪比时的门限效应u当当(Si /Ni)低于一定数值时，解调器的输出信噪比低于一定数值时，解调器的输出信噪比 (So /No)急剧恶化，这种现象称为调频信号解调的急剧恶化，这种现象称为调频信号解调的 门限效应门限效应。 u门限值 出现门限效应时所对应的输入信噪比值

36、称为门限值，记为(Si /Ni) b。70第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统n5.4.4 预加重和去加重u目的：p为了改善调频解调器的输出信噪比，在调频系统中广泛采用了加重技术，包括“预加重”和“去加重”措施。p“预加重预加重”和和“去加重去加重”的设计思想的设计思想是保持输出信号不变，有效降低输出噪声，以达到提高输出信噪比的目的。 u方框图：加有预加重和去加重的调频系统71调制调制方式方式传输带宽传输带宽设备复杂程度主要应用AM2fm简单中短波无线电广播DSB2fm中等应用较少 SSBfm复杂短波无线电广播、话音频分复用、载波通信、数据传输VSB 略大于fm 近似SSB复杂电视广播、数据传

37、输 FM中等超短波小功率电台（窄带FM）；调频立体声广播等高质量通信（宽带FM）第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统l5.5 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较oo/SNoo0AM13imSSNn foo0DSBimSSNn foo0SSBimSSNn fmffm) 1(22oo0FM32ifmSSmNn f72第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统l5.6 频分复用频分复用(FDM)和调频和调频(FM)立体声立体声n5.6.1 频分复用（FDM）u目的：充分利用信道的频带资源，提高信道利用率u原理73第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 重点重点考考点点l1. 概念概念lAM、DSB

38、、SSB、VSB和和PM、FM的基本概念、特点和的基本概念、特点和应用；产生与解调方法（会画原理框图）；应用；产生与解调方法（会画原理框图）； AM、DSB波形和频谱（会画）；波形和频谱（会画）； VSB边带滤波特性；可靠性比较；边带滤波特性；可靠性比较；有效性比较；门限的概念；有效性比较；门限的概念；FDM的概念。的概念。l2. 计算计算lAM、DSB、SSB、PM、FM的表达式；带宽和功率的计的表达式；带宽和功率的计算；算； AM、DSB、SSB、FM抗噪声性能分析、抗噪声性能分析、Si/Ni、 So/No 、G的计算与比较；单音调频的调频指数、相偏及的计算与比较；单音调频的调频指数、相偏

39、及频偏；卡森公式。频偏；卡森公式。74第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 典型例题典型例题l例例5-1_1已知调制信号已知调制信号m(t)=cos(2000t),载波为载波为2cos104t,分别写出分别写出AM、DSB、USB、LSB信号的表信号的表示式，并画出频谱图。示式，并画出频谱图。l解：解：AM信号信号lDSB信号信号lUSB信号信号lLSB信号信号ttAtSAM4010cos)2000cos(2)()108 .0cos()102 .1cos(10cos)2000cos(2)(444tttttSDSB)1062cos()102 . 1cos()(34tttSUSB)1042cos(

40、)108 . 0cos()(34tttSLSB)1042cos()1062cos()1052cos(23330tttA)108 . 0cos()102 . 1cos(10cos24440tttA75第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 典型例题典型例题l例例5-1_2已知调制信号已知调制信号m(t)=cos(2000t),载波为载波为2cos104t,分别写出分别写出AM、DSB、USB、LSB信号的表信号的表示式，并画出频谱图。示式，并画出频谱图。l解：解：lAMlDSBlUSBlLSB -6 -5 -4 0 4 5 6 f/kHz -6 -4 0 4 6 f/kHz -6 0 6 f/kH

41、z -4 0 4 f/kHz76第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 典型例题典型例题l例例5-2_1 对抑制载波的双边带信号进行相干解调，设对抑制载波的双边带信号进行相干解调，设接收信号功率为接收信号功率为2mW，载波为，载波为100kHz，并设调制信，并设调制信号号m(t)的频带限制在的频带限制在4kHz，信道噪声双边功率谱密度，信道噪声双边功率谱密度Pn(f)=210-3W/Hz。l（1）求该理想带通滤波器的传输特性）求该理想带通滤波器的传输特性H(f);l（2）求解调器输入端的信噪功率比；）求解调器输入端的信噪功率比；l（3）求解调器输出端的信噪功率比；）求解调器输出端的信噪功率比；l

42、（4）求解调器输出端的噪声功率谱密度。）求解调器输出端的噪声功率谱密度。l解解:（1）l（2）其它010496)(kHzfkHzKfHWmWSi31022)(1032108101022)(26363WBfPNni5 .62iiNS77第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 典型例题典型例题l例例5-2_2 对抑制载波的双边带信号进行相干解调，设对抑制载波的双边带信号进行相干解调，设接收信号功率为接收信号功率为2mW，载波为，载波为100kHz，并设调制信，并设调制信号号m(t)的频带限制在的频带限制在4kHz，信道噪声双边功率谱密度，信道噪声双边功率谱密度Pn(f)=210-3W/Hz。l（1）

43、求该理想带通滤波器的传输特性）求该理想带通滤波器的传输特性H();l（2）求解调器输入端的信噪功率比；）求解调器输入端的信噪功率比；l（3）求解调器输出端的信噪功率比；）求解调器输出端的信噪功率比；l（4）求解调器输出端的噪声功率谱密度。）求解调器输出端的噪声功率谱密度。l解解:（3）l （4）2DSBG125iiDSBooNSGNS)(108416WNNio)/(101081082)(336HzWfNfPmono78第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 典型例题典型例题l例例5-3 某角调波为某角调波为 计算其最大相偏、最大频偏和带宽。计算其最大相偏、最大频偏和带宽。l解：解：l该角调波的瞬

44、时角频率为该角调波的瞬时角频率为l故最大频偏故最大频偏l调频指数调频指数l最大相偏最大相偏l带宽带宽)2000cos10102cos(10)(6tttSm)(102/200010kHzf)2000cos10102()(6ttttdttdt2000sin200010102)()(61010101033mfffm)(10 radkHzfBkHzfmBmPMmfFM22) 1(222) 1(279第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 The end80数字通信l第第1章章 绪论绪论l第第2章章 确知信号确知信号l第第3章章 随机过程随机过程l第第4章章 信道信道l第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统

45、l第第6章章 数字基带传输系统数字基带传输系统l第第7章章 数字带通传输系统数字带通传输系统l第第8章章 新型数字带通调制技术新型数字带通调制技术l第第9章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输l第第10章章 数字信号的最佳接收数字信号的最佳接收l第第11章章 差错控制编码差错控制编码l第第12章章 正交编码与伪随机序列正交编码与伪随机序列l第第13章章 同步原理同步原理81第6章 数字基带传输系统 学习目标l数字基带传输系统结构及各部件作用；数字基带传输系统结构及各部件作用；l6种基带信号波形和频谱特性；种基带信号波形和频谱特性；l基带传输码型的编译及其特点；基带传输码型的编译及其特点；l

46、码间串扰和奈奎斯特第一准则；码间串扰和奈奎斯特第一准则；l理想低通传输特性和奈奎斯特带宽；理想低通传输特性和奈奎斯特带宽；l余弦滚降特性及余弦滚降特性及-关系；关系；l第第类和第类和第类部分响应系统；类部分响应系统；l无码间串扰基带系统的抗噪声性能；无码间串扰基带系统的抗噪声性能；l眼图和均衡的概念。眼图和均衡的概念。82第6章 数字基带传输系统l6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性l6.2 基带传输的常用码型基带传输的常用码型l6.3 数字基带信号传输与码间干扰数字基带信号传输与码间干扰l6.4 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性l6.5 基带传输系统的抗噪

47、声性能基带传输系统的抗噪声性能l6.6 眼图眼图l6.7 部分响应和时域均衡部分响应和时域均衡83第6章 数字基带传输系统l6.1 数字基带信号及其频谱特性数字基带信号及其频谱特性 n6.1.1 数字基带信号u几种基本的基带信号波形 84第6章 数字基带传输系统us(t)的功率谱密度Ps(f)（双边功率谱密度）us(t)的功率谱密度Ps(f)（单边功率谱密度）221)()()1 ()()()(fGfGPPffPfPfPSvusmSSSSmffmfGPmfPGf)()()1 ()(221221)()()1 ()(fGfGPPffPSS)() 0()1 () 0(2212fGPPGfs0,)()(

48、)1 ()(212212fmffmfGPmfPGfmSSSS85第6章 数字基带传输系统旁瓣旁瓣主瓣主瓣二进制基带信号的功率谱密度86第6章 数字基带传输系统n6.2 几种常用的传输码型几种常用的传输码型uAMI码码：传号交替反转码传号交替反转码p编码规则：将消息码的“1”(传号)交替地变换为“+1”和“-1”，而“0”(空号)保持不变。uHDB3码码：3阶高密度双极性码阶高密度双极性码p它是AMI码的一种改进型，改进目的是为了保持AMI码的优点而克服其缺点，使连“0”个数不超过3个。uCMI码码：CMI码是传号反转码的简称 p编码规则：“1”码交替用“1 1”和“0 0”两位码表示；“0”码

49、固定地用“01”表示。u双相码双相码：又称曼彻斯特（曼彻斯特（Manchester）码）码 p用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”。 p“0”码用“01”两位码表示，“1”码用“10 ”两位码表示。87第6章 数字基带传输系统l6.3 数字基带信号传输与码间串扰数字基带信号传输与码间串扰n6.3.1数字基带信号传输系统的组成u基本结构u码间串扰p两种误码原因：码间串扰 信道加性噪声88第6章 数字基带传输系统n6.3.2 数字基带信号传输的定量分析u数字基带信号传输模型抽样判决89第6章 数字基带传输系统l6.4 无码间串扰的基带传输特性无码间串扰的基带传输特性n6.4

50、.1 消除码间串扰的基本思想n6.4.2 无码间串扰的条件u时域条件（奈奎斯特(Nyquist)第一准则）iSsTTiH)2(ST90第6章 数字基带传输系统n6.4.3 无码间串扰的传输特性的设计u理想低通特性满足奈奎斯特第一准则的H()有很多种，一种极限情况，是H()为理想低通型，即它的冲激响应为ssSTTTH, 0,)()/(sin)(SSSTtSatTtTth91第6章 数字基带传输系统由理想低通特性看出，对于理想低通传输特性：p若输入数据以RB = 1/Ts波特的速率进行传输，则在抽样时刻上不存在码间串扰。p若以高于1/Ts波特的码元速率传送时，将存在码间串扰。p此基带系统能提供的最

51、高频带利用率为pB 奈奎斯特带宽奈奎斯特带宽，RB 奈奎斯特速率奈奎斯特速率。 /2(B/Hz)BRB);(21HzTfSN;SNT;2SNTf)(21HzTfBSN92第6章 数字基带传输系统u余弦滚降特性 p为了解决理想低通特性存在的问题，可以使理想低通滤波器特性的边沿缓慢下降，这称为“滚降”。p一种常用的滚降特性是余弦滚降特性：pH()在滚降段中心频率处（与奈奎斯特带宽相对应）呈奇对称的振幅特性，就必然可以满足奈奎斯特第一准则，从而实现无码间串扰传输。 奇对称的余弦滚降特性/Nff93第6章 数字基带传输系统p 按余弦特性滚降的传输函数可表示为 相应的h(t)为 式中， 为滚降系数，用于

52、描述滚降程度为滚降系数，用于描述滚降程度。SSSSSSSSTTTTTTTTH)1 (, 0)1 ()1 (),(2sin1 2)1 (0,)( 2 22sin/cos/14/SSSSt Tt Th tt TtT/Nff94第6章 数字基带传输系统 fN 奈奎斯特带宽， f 超出奈奎斯特带宽的扩展量 p几种滚降特性和冲激响应曲线越大，h(t)的拖尾衰减越快。滚降使带宽增大为 余弦滚降系统余弦滚降系统的的最高频带利用率最高频带利用率为 /Nff(1)NNBfff22Bd/Hz(1)(1)NBNfRBf95第6章 数字基带传输系统l6.5 基带传输系统的抗噪声性能基带传输系统的抗噪声性能l6.6 眼

53、图眼图n在实际应用中需要用简便的实验手段来定性评价系统的性能。眼图是一种有效的实验方法。n眼图是指通过用示波器观察接收端的基带信号波形，从而估计和调整系统性能的一种方法。 n因为在传输二进制信号波形时, 示波器显示的图形很像人的眼睛，故名“眼图”。n眼图模型96第6章 数字基带传输系统l6.7 部分响应和时域均衡部分响应和时域均衡n6.7.1部分响应系统 u人为地在码元的抽样时刻引入码间串扰，并在接人为地在码元的抽样时刻引入码间串扰，并在接收端判决前加以消除，从而可以达到改善频谱特收端判决前加以消除，从而可以达到改善频谱特性、使频带利用率提高到理论最大值、并加速传性、使频带利用率提高到理论最大

54、值、并加速传输波形尾巴的衰减和降低对定时精度要求的目的。输波形尾巴的衰减和降低对定时精度要求的目的。通常把这种波形叫部分响应波形。通常把这种波形叫部分响应波形。 u利用部分响应波形传输的基带系统称为部分响应利用部分响应波形传输的基带系统称为部分响应系统。系统。 97第6章 数字基带传输系统n第类部分响应波形u观察sin x / x波形，相距一个码元间隔的两个sin x / x波形的“拖尾”刚好正负相反，利用这样的波形组合构成“拖尾”衰减很快的脉冲波形。u用两个间隔为一个码元长度Ts的sin x / x的合成波形来代替sin x / x ，如下图所示。98第6章 数字基带传输系统u第类部分响应系

55、统方框图p图(a) 原理方框图p图(b) 实际系统方框图 99第6章 数字基带传输系统n常见的五类部分响应波形 100第6章 数字基带传输系统n6.7.2 时域均衡u什么是均衡器？什么是均衡器？为了减小码间串扰的影响，通常需要在系统中插入一种可调滤波器来校正或补偿系统特性。这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。均衡器。u均衡器的种类：p频域均衡器p时域均衡器u均衡效果的评价准则：p最小峰值失真p最小均方失真101第6章 数字基带传输系统 重点考点l1. 概念概念l数字基带系统原理框图（会画）；单数字基带系统原理框图（会画）；单/双、单归零双、单归零/双归零、双归零、差分、多电平的波形（会画）和主要

56、特点；差分、多电平的波形（会画）和主要特点；AMI码、码、HDB3码、双相码、码、双相码、CMI码的编码的编/译、对应基带波形和主译、对应基带波形和主要特点；码间干扰及其产生原因；眼图；部分响应系统。要特点；码间干扰及其产生原因；眼图；部分响应系统。l2.计算计算l无码间干扰（无码间干扰（ISI）的时域和频域条件，理想低通传输系）的时域和频域条件，理想低通传输系统的奈奎斯特带宽和频带利用率；余弦滚降系统的滚降统的奈奎斯特带宽和频带利用率；余弦滚降系统的滚降系数、传码率、带宽和频带利用率；有无码间串扰的验系数、传码率、带宽和频带利用率；有无码间串扰的验证；二进制单证；二进制单/双极性系统的最佳判决门限和误码率；第双极性系统的最佳判决门限和误码率；第类和第类和第类部分响应系统的预编码、相关编码和模类部分响应系统的预编码、相关编码和模L判决；均衡效