SnS-第5章抽样、调制与解调2

1、信号与系统多媒体教学课件(第5章 Part 2)08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课2第5章抽样、调制与与解调5.0引言5.1抽样定理理5.2内插公式式5.3模拟调制制5.4模拟信号号的解调调5.5频分复用用和时分分复用08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课35.3模拟调制制调制的概概念在各各种工程程系统中中起着重重要的作作用，尤尤其在通通信系统统中调制制是核心心。本节节着重分分析调制制信号的的频谱。调制的实实质就是是把各种种信号的的频谱进进行搬移移，使它它们互不不重叠地地占据不不同的频频率范围围，即将将信号分分别托附附于不同同频率的的载波上上。08二二月2020信号

2、与系系统第第5章第第2次课课45.3.1调制的分分类调制：由由携带信信息且需需要传送送的调制制信号g(t)(有时又称称为基带信号号)去控制不不含信息息的高频频载波信号号c(t)的某一个个或某几几个参数数，使这这些参数数按照信信号g(t)的规律而而变化，从而形形成具有有高频频频谱的窄窄带信号号s(t)，s(t)称为已调调制信号号。简单地说说，调制制就是通通过某种种方式将将低频信信号的频频谱搬移移到高频频信号的的频谱上上去。08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课55.3.1调制的分分类根据调制制信号g(t)的不同，可以将将调制分分为：模拟调制制和数字调制制模拟调制制是指调调制信号号g(

3、t)为模拟信信号的一一种调制制方式，数字调调制是指指调制信信号g(t)为数字信信号的一一种调制制方式。模拟调制制也可以以称为连连续时间间信号的的调制，按照调调制器类类型的不不同模拟拟调制可可以分为为幅度调制制、频率调制制和相位调制制三种类型型。08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课65.3.1调制的分分类模拟调制制的三种种类型幅度调制制：调制信信号g(t)改变载波波信号c(t)的幅度参参数。例例如常规规的调幅幅(AM)、抑制载载波调幅幅(SC-AM)及脉冲调调幅(PAM)。频率调制制：调制信信号g(t)改变载波波信号c(t)的频率参参数。例例如调频频(FM)。相位调制制：调制信信号

4、g(t)改变载波波信号c(t)的相位参参数。例例如调相相(PM)。08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课75.3.1调制的分分类模拟信号号的幅度度调制是是通信系系统中一一种常用用的调制制方式，第一类类幅度调调制是载载波信号号是正弦弦波的幅幅度调制制，按照照调制后后的信号号频谱是是否包含含载波信信号分为为含载波波信号的的调幅(常规的AM调幅)、抑制载载波的调调幅(SC-AM)、单边带带调制(SSB)、残留边边带调制制(VSB)等，另一一类重要要的幅度度调制是是脉冲幅幅度调制制(PAM)，其载波波信号一一般为周周期矩形形脉冲。08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课85.3.

5、2正弦振幅幅调制正弦振幅幅调制通通常有两两种形式式取初相位位qc=0，正弦载波波信号的的频谱为为c称为载波波频率调制后的的输出信信号s(t)频谱为08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课95.3.2正弦振幅幅调制【例5-2】求三角脉脉冲调幅幅信号的的傅里叶叶变换，其中02。解：三角角脉冲信信号的傅傅里叶变变换(例3-6)08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课105.3.2正弦振幅幅调制抑制载波波的幅度度调制(SC-AM)含载波的的幅度调调制(AM)08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课115.3.2正弦振幅幅调制抑制载波波的幅度度调制(SC-AM)不含直流流分

6、量的的调制信信号g(t)的频谱及及被调制制后的谱谱下边带，上边带带08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课125.3.2正弦振幅幅调制含载波的的幅度调调制(AM)也称为常常规调幅幅、AM调幅数学表达达g(t)=A0+f(t)08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课135.3.2正弦振幅幅调制含载波的的幅度调调制(AM)图形表达达08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课145.3.3脉冲幅度度调制(PAM)载波信号号是周期期矩形脉脉冲的幅幅度调制制称为脉脉冲幅度度调制(PulseAmplitude Modulation, PAM)数学表达达08二二月2020信号与系

7、系统第第5章第第2次课课155.3.3脉冲幅度度调制(PAM)PAM的图形表表达08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课165.4模拟信号号的解调调调制信号号g(t)经幅度调调制产生生的已调调信号通通过信道道传输后后，在接接收端可可以得到到已调信信号s(t)，从已调调信号中中恢复调调制信号号g(t)的过程称称为解调调。解调的方方法:同步解调调非同步解解调08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课175.4.1同步解调调同步解调调也称为为相干解解调本地载波波信号cos(wct)，要求与与调制端端的载波波信号同同步，即即同频同同相H(jw)是幅度为为2，截止频频率为wm低通滤波波

8、器08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课185.4.1同步解调调理想滤波波器理想低通通滤波器器是物理理不可实实现的，但有关关理想滤滤波器的的研究并并不因其其无法实实现而失失去价值值，实际际滤波器器的分析析与设计计往往需需要理想想滤波器器的理论论指导。08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课195.4.1同步解调调【例5-6】设一个物物理可实实现的低低通滤波波器如图图5-17所示，元元件参数数满足求该滤波波器的H(jw)，并画出出其幅度度谱和相相位谱求该滤波波器的冲冲激响应应h(t)图5-17物理可实实现的低低通滤波波器08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课20

9、5.4.1同步解调调【例5-6】(续)08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课215.4.1同步解调调【例5-6】(续)08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课225.4.1同步解调调【例5-6】(续)08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课235.4.1同步解调调【例5-8】一个理想想低通滤滤波器H(jw)的幅频和和相频特特性如图图5-15所示，利利用SC-AM调制来获获得一个个如图5-19的理想带带通滤波波器，并并求出理理想带通通滤波器器的冲激激响应hd(t)。图5-19理想带通通滤波器器的特性性图5-15理想低通通滤波器器的特性性08二二月2020信号与系系

10、统第第5章第第2次课课245.4.1同步解调调【例5-8】(续)解：图5-19理想带通通滤波器器的频谱谱是把图图5-15理想低通通滤波器器的频谱谱中心搬搬移到w0处，只是是幅度与与原来的的一样。因此理想想带通滤滤波器的的冲激响响应hd(t)可以理解解为理想想低通滤滤波器的的冲激响响应h(t)与2cosw0t相乘所得得的信号号，即理想带通通滤波器器的冲激激响应hd(t)是一个以以等效低低通滤波波器的冲冲激响应应为包络络的正弦弦调幅信信号08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课255.4.1同步解调调正弦振幅幅调制的的同步解解调抑制载波波幅度调调制(SC-AM)的同步解解调含载波的的幅度

11、调调制(AM)的同步解解调08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课265.4.1同步解调调正弦振幅幅调制的的同步解解调数学公式式表达08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课275.4.1同步解调调正弦振幅幅调制的的同步解解调图形表达达wmwM2wc-wmwcwm08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课285.4.1同步解调调抑制载波波幅度调调制(SC-AM)的同步解解调时域分析析08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课295.4.1同步解调调抑制载波波幅度调调制(SC-AM)的同步解解调图形表达达wmwM2wc-wmwcwm08二二月2020信号与系系统

12、第第5章第第2次课课305.4.1同步解调调含载波的的幅度调调制(AM)的同步解解调时域分析析08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课315.4.1同步解调调抑制载波波幅度调调制(SC-AM)的同步解解调图形表达达wcwmwmwM0,已调制信信号的包包络就是是A+g(t)，从而可可以恢复复出g(t)。技术简单单，价格格低，常常用于民民用通讯讯设备08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课335.4.2非同步解解调不需本地地载波信信号的发发射(续)08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课345.4.3脉幅调制制的解调调脉幅调制制信号的的频谱被被搬移了了无数次次，搬移移

13、后的频频谱位置置在处处，并保保留了在在低频处处的原调调制信号号频谱，因此可可以通过过一个截截止频率率大于m而小于0-m的低通滤滤波器，恢复出出调制信信号g(t)。在脉冲幅幅度调制制时，如如果调制制信号的的g(t)幅度恒大大于零，调制后后的信号号包络与与调制信信号g(t)也呈线性性关系，因此也也可以采采用包络络检波器器来恢复复原来的的调制信信号g(t)。08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课355.5频分复用用和时分分复用在一个信信道上要要同时传传送多路路信号，即采用用复用的的技术来来实现多多路信号号在一条条信道上上同时传传输信息息。常用的复复用技术术一般是是频分复复用、时时分复用用

14、、码分分复用及及波分复复用。08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课365.5.1频分复用用所谓频分分复用(Frequency Division Multiplex,FDM)，就是以以频段分分割的方方法在一一个信道道内实现现多路通通信的传传输体制制。08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课375.5.1频分复用用频分复用用的频谱谱表达08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课385.5.1频分复用用频分复用用解调08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课395.5.2时分复用用时分复用用(TimeDivisionMultiplex, TDM)是把一个个传输通

15、通道进行行时间分分割以传传送若干干话路的的信息，把N个话路设设备接到到一条公公共的通通道上，按一定定的次序序轮流的的给各个个设备分分配一段段使用通通道的时时间。08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课405.5.2时分复用用时分多路路复用的的原理08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课415.5.2时分复用用时分复用用周期脉脉冲信号号pi(t)的时序08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课425.5.3TDM与FDM的比较FDM是用频率率来区分分同一信信道上同同时传输输的信号号，各信信号在频频域上是是分开的的，而在在时域上上是混叠叠在一起起的；TDM是在时间间上区

16、分分同一信信道上传传输的信信号，各各信号在在时域上上是分开开的，而而在频域域上是混混叠在一一起的。08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课435.6小结抽样定理理对于频率率有限信信号或时时域有限限信号f(t)，分别存存在时域域抽样定定理或频频域抽样样定理。通常把把时域抽抽样定理理所确定定的最低低抽样频频率fs称为奈奎奎斯特频频率，相相对应的的最大允允许抽样样时间间间隔称称为奈奈奎斯特特间隔。在满足时时域抽样样定理的的条件下下，将理理想抽样样信号fs(t)输入具有有合适带带宽和增增益的理理想低通通滤波器器(5-9)后，滤波波器的输输出信号号将完全全恢复原原始信号号，式(5-10)称为抽

17、样样信号恢恢复原信信号的内内插公式式。根据时域域和频域域对称性性，频域域抽样的的内插公公式为(5-13).08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课445.6小结调制与解解调正弦振幅幅调制的的概念在在现代通通信系统统中占有有重要的的地位。用携带带信息的的低频调调制信号号g(t)去调制高高频正弦弦载波信信号c(t)后就得到到正弦振振幅调制制信号s(t)。如果记记信号g(t)、s(t)的频谱分分别为G(jw)、S(jw)，则将调调制信号号g(t)的频谱G(jw)幅度衰减减一半后后再分别别向左、向右移移动到以以-wc和wc为中心，就得到到了输出出信号s(t)的频谱S(jw)，其中wc称为载波

18、波频率。08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课455.6小结调制与解解调如果调制制信号g(t)是带宽有有限的，即存在在wm，当|wm|wm|时|G(jw)|0，则要从从s(t)中解调出出g(t)是容易实实现的。具体方方法是：用信号号s(t)再次调制制相同的的正弦载载波c(t)，然后再再通过一一个幅度度为2、截止频频率为M且满足wmwM2wc-wm的理想低低通滤波波器，理理想低通通滤波器器的输出出y(t)就是原始始调制信信号g(t)。这种解解调方式式称为同同步解调调或相干干解调。08二二月2020信号与系系统第第5章第第2次课课465.6小结调制与解解调要能正确确实现调调制、同同步解调调的前提提条件是是载波信信号c(t)的频率wc必须不低低于调制制信号g