信号与线性系统管致中第章通信系统

第8章通信系统CommunicationSystems

本章主要内容

作为傅立叶分析在工程实际中的应用，本章将讨论通信系统中的某些基本技术及其分析方法。1.正弦幅度调制——DSB调制与AM调制。2.同步解调与包络解调；频分复用（FDM）。3.单边带（SSB）幅度调制。4.脉冲串载波调制与时分复用（TDM）。5.脉冲幅度调制(PAM)与脉冲编码调制(PCM)。6.离散时间正弦幅度调制。8.0引言(Introduction)一般的通信系统总是由以下环节组成:在通信系统中调制与解调是一种基本的技术。

调制是指用一个信号去控制另一个信号的某一个参量的过程。被控制的信号称为载波(CarrierWave)。变换器发送系统信道接收系统变换器消息信号信号消息调制解调在通信系统中广泛采用调制技术是因为:

1.任何信道都有它自己的传输特性;2.信道的带宽往往比一路信号的带宽要大得多;3.若信号以电磁波形式发送到信道，当发射天线的尺寸大约为信号波长的1/10或更大一些时，天线的辐射效率最高。控制信号称为调制信号(ModulationSignal)，也称为基带信号。通常采用的调制方式:一.正弦载波的情况:根据被控制的参量分为:

AM------AmplitudeModulationFM------FrequencyModulationPM------PhaseModulation角度调制在正弦幅度调制中，又有带载波和抑制载波的:AM/wc----AM/withcarrierAM/sc-----AM/suppressedcarrier在抑制载波的正弦幅度调制中有双边带、单边带、残留边带：

DSB------Doubleside-band双边带SSB------Singleside-band单边带VSB------Vestigialside-band残留边带对正弦载波的情况，若调制信号是脉冲信号，则称为：

ASK------幅度键控(AmplitudeShiftKeying)FSK------频率键控(FrequencyShiftKeying)PSK------相位键控(PhaseShiftKeying)二.脉冲载波的情况:根据被控制的参量可分为:脉冲幅度调制、脉冲宽度调制、脉冲周期（位置）调制。PAM------PulseAmplitudeModulationPWM-----PulseWidthModulationPPM------PulsePeriodic(Position)Modulation当调制信号是脉冲编码信号时，称为脉冲编码调制或PCM调制。PCM------PulseCodeModulation8.1正弦幅度调制(DSB)其中为调制信号(基带信号)，为载波，为已调信号。幅度调制的数学模型是乘法器。当时称为正弦幅度调制。若暂时不考虑载波的相位，即已调信号的频谱为：由于此时载波的频谱为：上边带下边带表明:对基带信号进行正弦幅度调制，就等于在频域将基带信号的频谱搬移到载频的位置。为此，应满足：

1.必须带限于。2.

为了在接收端能从恢复成,要求在频谱搬移的过程中不能发生频谱重叠。8.2正弦AM的解调将再次与同频载波相乘，有:一.同步解调:(Synchronousdemodulation)DemodulationforSinusoidalAM

显然，只要滤掉第二项即可实现对的恢复。技术关键：所用理想低通滤波器的截止频率要满足:解调端所用的载波必须与调制时的载波完全同频。此时，可采用如下系统实现解调：载波相位的影响:

假定调制时的载波解调时的载波,则

是一个常数。此时，可以通过前面讨论的解调系统实现解调。

当不随时间变化，而且时,

可见，必须要求调制和解调时所使用的载波不仅要严格同频，而且要相位同步(以保证相位差与时间无关)。因此这种解调方法称为同步解调(SynchronousDemodulation)。当时，由于不能实现解调。技术实现的关键:

采用频率合成技术以保证频率准确度和频率稳定度，采用锁相技术以保证相位同步。说明:由于在已调信号的频谱中同时保留了基带信号的上、下两个边带，故称其为双边带(DSB)调制。这种调制方式只适合于点对点的通信。二.非同步解调(包络解调)：

(EnvelopeDemodulation)

要想从已调信号的包络解调出原基带信号，必须要求已调信号的包络完全保留基带信号的形状，即要求调制信号始终非负。为此，要在DSB调制方案中加入足够大的载波分量。当时,即可保证已调信号的包络将会保留的形状。

此时只需通过简单的包络检波器即可实现从已调信号中解调出。这种调制方式被称为标准的AM调制。包络解调眼付出的代熔价是发送静功率的浪雅费。因为鞋加入的载简波并不携径带任何有江用信息，膜这部分功梢率的发射脸对有用信观息的传输妻是无益的自。

如果，定义为调制指数，显然。特例

当调制信号是单音正弦时，在的情况下，已调信号的频谱如下：此时，已珠调信号的室平均功率梯是载波功响率的1.5倍，而这滚些功率中馋真正用于态传输有用吧信息的边针带功率只沫是载波功嘴率的1/2拒，只占整个绪已调信号些总功率的1/3。已调信鲁号的最脊大峰值疯等于载痰波峰值洗的2留倍。这区就要求瘦发射机穿的峰值祸功率容卧限是载早波功率差的4扒倍，榨发射机趁的效率但是很低蹲的。

从功率利用的角度,越大越好；从包络检波的效果来看，越小越好。因此，在包络解调中，通常折衷地取。Freq荣uenc猪yDi喂visi棒onM歪ulti断plex细ing信道具谨有相应哲的频率纪特性，粘不同信餐道对不蛾同频段单的信号斥具有最浊佳传输升特性。信道具镰有比信雄号带宽短大得多钱的频带腥。8.3闸频分多路候复用(华FDM谷)在前面的地讨论中已吓经提到：频分复用吓可以大大烛提高信道频率资源的利唤用率。如果在好一个信粗道中只赠能传输汇一路信是号，显茅然对有阔限的信盛道频率吃资源是洋一种浪抗费。频分复用对频分那多路复度用信号恳解调时禁，首先叠要解复用：从复用尽信号的仅频谱中扭利用带忧通滤波绳器滤出绝所需的苦一路信磨号，然皆后对该朽路信号青进行解流调。频分多路观复用信号嗓的解调8.4验单边带正好弦幅度调衔制(SS析B)SSB森信号的僵产生:1.滤惰波法:利用边筋带滤波授器，滤给除一个边边带。Sing届le-S歌ideb充and降Sinu扒soid奏alA润mpli律tiud维eMo银dula侧tion(1)(2)(3)(4)+(5)2.树移相法:其中：(1)(5)(2)(3)(4)8.5展脉腊冲串作勒载波的鞋幅度调塌制一.脉残冲串载佩波调制矩:当幅度伐调制的下载波信贤号是脉影冲串时填，称为脉冲串石载波调劲制。Amp姥lit男ude灯Mo照dul众ati默on甚wit岁ha侧Pu丧lse拳-Tr咱ain刊Ca沿rri勾er在频域分串析：其中：脉冲串载波调制时能否解调出，与脉宽无关。从时域角度，在一个周期内可以为每一路信号分配一个时隙，依次传送多路信号。只要的最高频率满足，即可保证在中不发生频谱的重叠，可以用理想低通滤波器从已调信号中解调出。低通的截止频率要满足。时分复用春的思想:二.梨时分多小路复用巾TDM:(Ti胜me-触Div仅isi感on构Mu晒lti搁ple涌xin尺g)在脉冲串曲载波的每租一个周期稻里，依次挨为各路信匪号分配一漆个相应的按时隙，在呢该时隙内快传送这一联路信号。扭只要各路矩信号的时行隙彼此不门重叠，就浸可以实现凑多路信号浮的同时传叠送。在接虑收端通过循徊检盒测实现解复拐用。时分多罪路复用萝的实现菠：时分多重路复用时分多这路复用涨的实现

PAM调制就是用在各时隙的样本值去调制载波脉冲的幅度。8.6杯脉冲乓幅度调制凝（PAM灵）一.P存AM调制

以脉冲串作载波的幅度调制，在载波的宽度内是以调制信号的原始波形为传送对象的。由于此时满足Nyquist采样率，因此,在时隙内只需要传送的一个样本值即可。Puls秒e-Am伙plit厦ude彻Modu闷lati劫on二.剑PAM错系统中柳的码间构干扰对时分桨复用的遥PAM借信号冒，在理衬想情况旁下，各践路信号龙在传输问过程中浩不发生淹波形失艰真，在贴接收端者只要通检过采样悉判决就橡可以实刘现对每劫路信号岸的解复卷用。但是，在钓工程实际蒸中，由于透信道的非济理想频率贸特性及加刻性噪声的利引入，总那会造成PAM信号的波宋形发生失扣真。从而横会产生码间干扰，使采样谅判决时刻械得到的样会本值并非洽是该路信怖号应该有宰的样本值冶。39产生码踏间干扰廊的原因邪:1.信道带宽掏有限使脉絮冲的前后遮沿变缓;2.非线性相缘瑞位使群时帅延非恒定旗而产生相译位弥散。消除码间淹干扰的方辅法:针对由于骡信道带宽程有限而产图生的码间齿干扰，应础该在形成办PAM外信号时遭，使用一飘种非矩形梨的脉冲作傻为载波。舅这种脉冲存在所有采以样判决时决刻都过零其点，而且糟是带限的秤，其最高腊频率在信雨道的通带两内。例如设采用如下事脉冲:当以这构样的脉律冲作为当PAM绞调制的修载波时土，就不粮会造成削采样判架决时的锯码间干纹扰。

更一般的情况，从频域考虑，只要使是以奇对称的。例如：其中具有上耀述频谱么的脉冲邀在所有切采样判盯决时刻拒均过零点。刷在工程粥应用中脂,常数常用具挽有升余弦拨滚降特钱性的滤波器挪作为成形滤第波器就是出于婚这样的考历虑,目样的在于消尸除码间干待扰。如果信道纵的频率特成性在通带说内有起伏绘（或不恒蒸定）还需套要进行信道幅谦度均衡；如果信菠道的相位抚特性非线矛性，则需引要进行相位均羊衡。否则，泽码间干扰吊一定会产露生。三.数蛾字脉冲哀幅度调择制与脉奔冲编码底调制押(P刺CM妥)PAM调制中信号的样本往往被量化成数字信号，它可以被认为是一个存储于数字系统中或是由某一数字系统产生的。由于数字系统的有限字长，只能有有限个量化电平，从而造成已调脉冲的幅度只能有有限个可能的幅度值。数字化的PAM量化形式又可以用二进制的电平表示成一组二进制码字。码字中的每一位称为一个比特。例如：话音信号带限于3KHZ，若以8KHZ采样，再用８位二进制码量化编码，则话音信号的数据量是每秒64Kbit。在传输数字脉冲幅度调制信号时，为了传输可靠，防止误码，往往要在传输前将其通过编码变换成另一个二进制序列，这种经编码后的PAM调制就称为PCM调制。8.8萍离散时硬间调制一.离事散时间正膀弦幅度调傲制1.复指数忍载波:

(不一定是周期的)Dis签cre盈te-逮Tim鸽eM久odu区lat河ion在频域

可见：用去调制载波的幅度，就是将的频谱搬移到载频的位置。通过同步解调就可以恢复原基带信号：特例若，，此时就是改变中奇数位各点的正负号。解调时，只需再一次改变奇数位各点的正负号即可。在频域则表现为信号频谱中的高、低频成分相互交换。若将该葬系统中掠的低通横换成高缩慧通，则偿整个系眼统相当袖于一个宁低通滤搜波器。利用这一靠点可以通索过调制及基低通滤波逮器实现一姑个高通滤巴波器，反技之亦然。整个系统孕相当于一铃个高通滤厕波器。2.正弦载波:

要从解调出，必须保证在中不发生频谱的重叠。为此应有：即:此时可以通过同步解调恢复。(教材中图8.43是在的特定情况下绘制的)低通滤波器的截止频率应满足:通带增益为2解调时，中可能会在附近出现频谱混叠(在时会发生重叠)，但这对解调没有影响。

离散时间幅度调制和解调的分析方法与连续时间是相同的。在频域分析时，只要注意到离散时间信号的频谱均以为周期这一差异即可。可以用恼同样的续方法来拢讨论以号脉冲串乒作载波糟时的幅伪度调制烫，会得狮到许多展相同的腥结论。

要把路序列按FDM复用起来，则要求每一路信号所占带宽不大于(即双边带调制时，每路信号必须带限于)。若原来的每路信号都是从连续时间信号以Nyquist率采样得来的，因此有，序列频谱占满了整个信道频带，要复用这些信号就必须通过对原信号增采样，将其频带压缩到之内，才能进行FDM复用。二.娃离散时朝间调制女的转换适:在数字赚通信系裙统中，旧信号往驳往是按FDM或垮TDM复用的。液有时由于乏在发送端币或接收端语有某种不特同限制或堪要求，要作把已经用君某种方式袋复用起来耐的信号，祖重新再次降加以复用映，这就产普生了把TDM复用转刺换成FDM复用，对或者反勾过来的筝情况。这种从档一种复霉用方式闻转变成汁另一种骑复用方勒式的过看程，称昼为调制转换(Tra拼nsmo菌dula授tion蚕)或复用转换(Tra协nsmu霜ltip佳lexi烟ng)。实现复用宏转换的最群直接的方贪法是先对牲复用信号础解复用和