通信原理总结

第五章模拟调制系统一、概述本章对模拟调制系统进行了详细的解述，简单介绍了调制和解调的基本概念，讨论了线性调制（调幅）及非线性调制（调频）的原理并分析了各自的抗噪声性能。并了解在相同条件下各种模拟调制系统的优劣。调频调相非线性调制）信号残留边带（）信号单边带（）信号双边带（）信号标准调幅（线性调制（幅度调制）模拟调制系统VSBSSBDSBAM二、知识点归纳1.调制的原因、定义及分类(1)调制的原因因为从信息变换过来的原始信号具有频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中不适宜直接传输。所以在通信系统的发送端就需要调制，在接收端解调。(2)调制的定义所谓调制是指按调制信号（基带信号）的变化规律改变载波的某些参数的过程，其实质就是将调制信号频谱从某个频率的位置搬到另一个频率的位置上。(3)调制的作用通过调制，可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所期望的位置上，从而将调制信号转换成适合信道传输或便于信道多路复用的已调信号。(4)调制的分类调制可分为模拟调制和数字调制两种方式。模拟调制：调制信号的取值是连续的。数字调制：调制信号的取值是离散的。调制的载波可以分为用正弦信号作为载波或脉冲串或一组数字信号作为载波。本章主要研究模拟调制，正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。幅度调制（线性调制）：A(t)与m(t)成比例变化。从频谱上来说，已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构相同，只是频率发生搬移，因此也称线性调制。角度调制（非线性调制）：)(t或dttd)(随m(t)成比例变化，前者称为相位调制，后者称为频率调制。从频谱上来说，已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构不同，出现了新的频率分量，因此也称非线性调制。2.幅度调制的原理(1)标准调幅（AM）信号模型图mtmstccost0A图2.1表达式tmtAtmASAMcoscoscos][00其中对应载波项，对应边带项。为了防止过调制，要求调幅系数1)(0maxmtmAM信号的特点播。，广泛用于中短调广泛的优优势在于接收机简AM2B宽的两倍：传输带宽是调制信号带AM边带和下边带组成。的频频谱由载频分量、AM，故可采用包络m(t)号波的包络的包络正比于AM时Am(t)AMAM0maxHf检波；，信号的特点缺点利用率低。m=1（满调幅）时，AM调制的最大利用率仅为1/3。(2)双边带（DSB）信号模型图mtmstccost0A图2.2表达式时域ttmtscDSBcos)()(频域)]()([2/1ccDSBMMS波形及频谱tAcos0tmcos图2.3DSB信号的特点；；；；信号的特点，即功率利用率高100%调制效率2B宽的两倍：传输带宽是调制信号带边带上、下无载载频分量，只波，需相干解调转，故不能采用包络检改变变符号时载波相位m(t)成正比；当m(t)包络络不再DSBAMHf(3)单边带（SSB）信号滤波法产生单边带信号mtDSBstctSSBHSSBst图2.4原理是先形成DSB信号在通过滤波器边带滤波得到上边带or下边带信号，但要求滤波器的SSBH在载频处有陡峭性质。相移法产生SSB信号SSB信号其本质是由DSB信号滤出一个边带得到的，因此上边带推导如下：同理可得下边带信号的时域表达式为：SSB移相法原理框图：图2.5相移法原理图SSB信号的特点实现，需相干解调；缺点是设备较复杂，难低功耗特性；用；多路载波电话中广泛应的一半，在短波通信和及带宽仅是频带利用率高，其传输信号的特点DSBAMSSB(4)残留边带（VSB）信号是一种介于单边带和双边带之间的线性调制方式。综合了单、双边带，它既克服了双边带调制信号占用频带宽的缺点，又解决了单边带信号实现上的难题。表达式时域)(*cos)(thttmscVSB频域)()]()([2/1)(VSBccVSBHMMS3.幅度调制的抗噪声性能信道中存在的噪声为高斯白噪声，所以调制系统的抗噪声性能就是利用解调器的抗噪声能力来衡量。(1)解调器性能的模型omt带通滤波器mst解调器ontmstintnt图2.6其中)(smt指的已调信号，n(t)指的高斯白噪声。输出信噪比202000nmNS2i2iiinmNS制度增益iiNSNSG//00(2)各种幅度调制系统的抗噪声性能DSB调制系统的性能DSB解调器为同步解调器，由相乘器和低通滤波器构成，所以解调时输入信号和噪声可以分别单独解调。()cos()mcmtstt22c2i()()c1()2osmstmttSmto1()2()mtmto2o2()1()4tmtSm222ocioi11()(4414)=()ntntNntN2DSBG即ii002NSNS对于DSB而言，调制制度增益为2，即DSB信号的调制器使信噪比改善了一倍。这是因为采用同步解调，使输入信号中的一个正交分量n(t)被消除的缘故。SSB调制系统的性能SSB解调器为相干解调器。()cos()mcmtstt22c2i()()c1()2osmstmttSmt11cosiˆsn22ccmmtttmtst2i1()4Smto1()2()mtmto2o2()1()4tmtSm2i1()4Smti0NnB2o116Smtoi14NN所以ooSSBii/1/SNGSNoioiSSNN即可见双边带调制器的调制制度增益为单边带调制器的两倍。因为单边带信号中的m(t)sinwt分量被调制器滤除了，而它在调制器的输入端却是信号功率的组成部分。AM系统的性能AM信号可用同步检测和包络检波两种方法进行解调，实际AM信号几乎都采用包络检波器。他的抗噪声性能从大信噪比和小信噪比来讨论。①大信噪比：调制制度增益：)()(22202tmAtmGAM对于AM调制系统，在大信噪比时，采用包络检波与同步检波性能几乎一模一样。②小信噪比：输出信噪比不是按比例随着输入信噪比下降，而是急剧恶化，这种现象称为解调器的门限效应，这是由于包络检波器的非线性解调作用引起的。用相干解调的方法解调各种线性调制信号则不存在门限效应，是因为信号与噪声可以分别进行解调，解调器的输出端总是单独存在有用信号项。4.非线性调制)](cos[)()](cos[)(s)()(,])(cos[)(s)()]([mttAtstmKtAttmKtdmKtAttmKdttdcmpcpFtcFMFc表达式：小信噪比：门限效应而提高度将随传输带宽的增加系统优越，且其优越程大信噪比：调频比调幅抗噪声性能号成比例变化瞬时相位偏移随基带信相位调制号成比例变化，即瞬时频率偏移随基带信频率调制原理）非线性调制（角度调制5.各种模拟调制系统的比较所有系统在“同等条件”下进行比较：解调器输入信号功率为Si信道噪声均值为0，单边功率谱密度为n0基带信号带宽为fm其中AM的调幅度为100%，正弦型调制信号1）抗噪声性能：FM最好，DSB/SSB、VSB次之，AM最差；2）频谱利用率：SSB最高，VSB较高，DSB/AM次之，FM最差；3）功率利用率：FM最高，DSB/SSB、VSB次之，AM最差；4）设备复杂度：AM最简，DSB/FM次之，SSB较复杂，SSB最复杂。6.各系统的特点与应用1）AM：优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差。主要用在中波和短波调幅广播。2）DSB：优点是功率利用率高，带宽与AM相同。主要用于调频立体声中的差信号调制，彩色TV中的色差信号调制。3）SSB：优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于AM，而带宽只有AM的一半；缺点是收发设备都复杂。常用于频分多路复用系统中。4）VSB：抗噪声性能和频带利用率与SSB相当。在电视广播等系统中得到了广泛应用。5）FM：抗干扰能力强，广泛应用于长距离高质量的通信系统中。缺点是频带利用率低，存在门限效应。第六章数字基带传输系统一、概述本章介绍了数字基带传输结构，数字基带及其频谱特性，包括数字基带的各种类型及它们的特点，基带传输常用的码型以及各种码型的特点和适用范围。了解引起码间干扰的原因以及如何减弱码间干扰。眼图消除码间干扰特性无码间干扰的基带传输；总特性不理想导致干扰码间干扰：由系统传输码双相码码码码基带传输的常用码型多元码波形差分波形双极性归零码波形单极性归零波形双极性波形单极性波形常用的基带信号波形的点波形概念：指的是消息代码数字基带信号数字基带系统组成数字基带传输系统CMIPSTHDBAMI二、知识点归纳(1)数字基带系统的组成接收滤波器信道基带脉冲基带脉冲输入输出同步提取噪声发送滤波器抽样判决器(2)常用的基带信号波形多电平波形的传信率高优点：传码率一定时，多个比特信息特点：一个脉冲可携带多电平波形状态不确定带来的影响优点：可消除设备初始不变表示信息码元的跳变特点：用相邻码元电平）差分波形（相对码波形点具双极性和归零性的特双极性归零码波形：兼定时信号的提取单极性归零波形：方便抗干扰能力强无直流分量（等概）、和二进制码用正、负电平分别表示双极性波形和低频分量极性单一、有直流分量和对应二进制码用正电平和零电平分别单极性波形常用的基带信号波形/0110(3)基带传输的常用码型个，连码个数不超过特点：双极性二电平码”交替；“、”编码原则：“码倍但其带宽比原信码大个连码个数不超过编译码电路鉴定单位定时信息丰富无直流分量极性相反特点”；“”编码原则：“双相码特点：非编码原则码编译码电路简单三电平分少不含直流分量，低频成特点交替编码原则：码基带传输的常用码型301--00011--1CMI1210--101--0信号的提取。个以内，有利于位定时3码限制在0码的特点之外，还将连AMI除保持了要交替码之后的传号码极性也V称为为调节脉冲B。-00V-B或+00V+B更改为0000将，脉冲的极冲的极性相同0?码的极性应与前一个非V（确确保无直流）码的极性必须交替出现V相邻，称为称为破坏脉-V或+V记为0脉脉冲改为为??个4个时时，将3连0个数超过的编编码规则AMI个时时，遵3个数不超过0连HDB1,11,00AMI(4)码间串扰和信道噪声是影响基带传输性能的两个主要因素。因此如何减弱码间串扰和消除噪声是研究两个重点。0220200N1:10B/Hz2ISIf)H(2Ts2/1B)(sin)(0)(kkkkkkssssssyyeyyDTSatTtTthTTTH均方失真峰值失真：度量原则码间串扰的目的。正波形来达到尽量减少衡器进行补偿，直接校原理：（事后）增加均方案四：时域均衡类响应系统差的抗噪声性能要比条件下，部分响应系统缺点：同样输入信噪比敛快波形的尾巴衰减大、收的频带利用率，且传输优点：能实现特点除，并在接收端判决前消码元的抽样时刻引入原理：有控制的在某些方案三：部分响应系统的一半带利用率是最高利用率但其所占用频带最宽