第3章-调制和解调

1.调制的概念领会：调制的目的和作用调制：把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义调制：基带调制，带通调制（载波调制）无线通信和其它大多数字场合：指载波调制载波调制：用基带信号去控制载波的参数，使其按照基带信号的规律变化。从频域上说：把基带信号的频谱移至较高的载频附近基带信号（调制信号，信息信号）；载波：周期高频振荡信号，受调制后称为已调信号（带通信号），含有基带信号的全部特征。解调：将已调信号中的基带信号恢复出来1.调制的概念领会：调制的目的和作用1.缩短天线长度：无线传输中，天线长度一般应大于2.实现多路复用3.扩展带宽，提高系统带宽，提高系统抗干扰能力和抗衰落能力调制分类：模拟调制（幅度调制：AM，DSB，SSB，VSB；角度调制：FM，PM），数字调制；连续波调制，脉冲调制调幅，调频，调相4/2.幅度调制识记：幅度调制的定义和分类，AM、DSB、SSB、VSB的特点与应用，AM、DSB、SSB、VSB信号的带宽领会：AM、DSB、SSB、VSB的调制原理，相干解调与包络解调的原理幅度调制：用基带信号去控制高频正弦波的振幅，使其随基带信号的规律作线性变化。（线性调制）AM的特点及应用：1.当满足条件时，AM的波的包络与基带信号m(t)的形状完全一样，故可采用简单的包络检波进行解调。2.AM的频谱由载频分量和上、下对称的两个边带组成，因此AM信号是含有载波的双边带信号，BAM=2fH3.AM的优点在于解调简单。中短波调幅广播4.AM的缺点是调制效率低。载波分量不携带信息，占用一半以上功率信号。0max)(Atm2.幅度调制双边带调制（DSB）抑制载波特点与应用：1.DSB信号的包络不与m(t)成正比，故不能采用简单的包络检波，而需要采用相干解调。2.DSB信号带宽与AM相同BDSB=BAM=2fH3.调制效率高4.应用场合少，调频立体声广播中的差信号调制，彩色电视系统色差信号调制。2.幅度调制单边带调制（SSB）滤波法（理想高通，滤掉下边带，输出上边带；理想低通，滤掉上连带，输出下边带）；相移法特点与应用：1.对频谱资源有效利用，短波通信，频分复用系统2.节省功率3.带宽节省以增加复杂性为代价4.不能采用包络检波，采用相干解调。HDSBSSBfBB212.幅度调制残留边带调制（VSB）解决制作滤波器的难题，残留边带滤波器特性，应在载频两边具有互补对称（奇对称）特性。特点与应用1克服了DSB信号占用频带宽的问题，以解决了SSB信号实现上的难题。2fHBVSB2fH，调制效率100%3VSB比SSB所需求的带宽仅有很小的增加，但却换来了电路实现的简化。4VSB在商业电视广播中的电视信号传输中得到广泛应用。2.幅度调制相干解调与包络检波1.相干解调（同步检波），适用于所有幅度调制信号关键是接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（相干载波）。否则，解调后将会使原始基带信号衰减，甚至会带来严重失真。2.包络检波包络检波器是从已调波的幅度中直接提取原基带信号，它属于非相干解调，不需要相干载波，因而电路简单。AM信号3.角度调制识记：调频信号的带宽（卡森公式），频率调制的特点与应用领会：调频和调相的概念FM：载波的频率随基带信号而变化PM：载波的相伴随基带信号而变化频率和相位的变化都表现为载波角度的变化，故把调频和调相统称为角度调制。频率和相位之间存在微分与积分的关系，所以FM与PM之间是可以相互转换的。将调制信号先微分，再调频，得到调相波，间接调相；将调制信号先积分，再调相，得到调频波，间接调频。3.角度调制调频信号带宽公式（卡森公式）BFM=2(mf+1)fm=2(△f+fm)△f=mffmfm是基带信号的调制频率，△f是最大频偏，mf是调频指数。Mf1，窄带调频（NBFM）BFM≈2fm；宽带调频（WBFM）非线性与幅度调制相比，频率调制最突出的优势是具有较高的抗噪声性能，但代价是占用比幅度调制更宽的带宽。FM方式广泛用于要求高质量或信道噪声大的场合。抗干扰性能：FMDSB/SSB/VSBAM功率利用率：FMDSB/SSB/VSBAM频谱利用率：SSBVSBDSB/AMFM设备复杂度：AMDSB/FMVSBSSB4.二进制数字调制识记：二进制数字调制信号的传输带宽领会：二进制数字调制的基本原理应用：会2ASK、2PSK、2DPSK信号的调制器，会画二进制数字调制信号的时域波形，比较2PSK、2DPSK、2FSK、2ASK的有效性和可靠性。数字调制：把数字基本信号变换为数字带通信号的过程。数字解调：把数字带通信号还原为数字基带信号的过程。1、利用模拟调制的方法2.通过开关键控制载波，实现数字调制，键控法（ASK、FSK、PSK）4.二进制数字调制2ASK（二进制幅移键控）通-断键控（On-OffKeying，OOK）产生方法：模拟调制法（相乘法）、键控法解调方法：非相干解调（包络检波）、相干解调（同步检测），和模拟信号的接收系统相比，增加“抽样判决器”频谱带宽：B2ASK=2fsS(t)是二进制单极性非归零数字基带信号2FSK（二进制频移键控）2FSK信号可以看成两个不同载频的2ASK信号的叠加抽样判决直接比较两路信号抽样值的大小，不专门设置门限。带宽：B2FSK=|f2-f1|+2fss1(t)是二进制单极性非归零数字基带信号，s2(t)是s1(t)的倒相信号4.二进制数字调制2PSK（二进制相移键控）绝对相移初始相位0表示1，表示0。S(t)为双极性非归零基带信号。解调通常采用相干解调法。如何得到同步同相的相干载波是关键问题2PSK信号在恢复过程中存在180度相位模糊，出现“倒”现象或“反相工作”带宽：B2PSK=2fs，等概率发送时，无离散谱（载波分量）2DPSK（二进制差分相移键控）相位差为0表示0，为表示1也可定义为：相位差为0表示1，为表示0初始相位不同，2DPSK可以不同，2DPSK信号的相位不直接代表基带信号，前后码元的相对相位差才是唯一决定信息符号的因素。4.二进制数字调制2DPSK的调制器由差分编码（码变换）和2PSK调制器组成，差分编码的作用：将绝对码变成相对码。解调1.相干解调和差分译码（码反变换），养分译码的作用：相对码还原为绝对码。2.差分相干解调：延迟码元间隔Ts，不需要差分译码。带宽：B2DPSK=B2PSK=2fs性能比较：误码率（抗噪声性能）：对同一调制方式Pe相干Pe非相干，随r增大，性能相差不大。对相同的调制方式，抗噪声从优到劣：2PSK2DPSK2FSK2ASK误码率相同条件下，对信噪比的要求：2ASK比2FSK高3dB，2FSK比2PSK高3dB。4.二进制数字调制带宽和频带利用率2FSK系统的频带利用率最低，有效性最差。对信道特性变化的敏感性2ASK，P(0)=P(1)时，最佳判决门限为a/2，与接收机输入信号的幅度有关，不适于随参信道2PSK，P(0)=P(1)时，最佳判决门限为02FSK，对信道变化不敏感，适应在随参信道或衰落信道中传输。设备的复杂度非相干方式比相干方式简单目前常用的是2DPSK方式和2FSK方式相干2DPSK主要用于中速数据传输非相干2FSK主要用于中、低速数据传输，尤其适用于随参信道。5.多进制数字调制识记：4PSK信号的相位关系领会：多进制数字调制的目的，4PSK和4DPSK的基本原理应用：会画4PSK和4DPSK信号的波形为了提高频带利用率，最有效的办法是使一个码元传输多个比特的信息。特点：Rb相同时，通过增加M，可以降低码元速率RB（相当于减少信号占用的带宽），从而节约频率资源，提高频带利用率。RB相同时，增大M，可以增大Rb，相同的噪声下，多进制调制系统的抗噪声性能低于二进制调制系统。若要得到相同的误码率，需要更大的发送信号功率。提高频带利用率，以增加信号功率和实现上的复杂性为代价。MASK：恒参信道MFSK：搞衰落能力强，但占用带宽大，速率不高的衰落信道。MPSK、MDPSK：相位关系调制：正交调相法；相伴选择法解调：4PSK可以看做两个正交2PSK信号的叠加，相干解调4DPSK记为QDPSK，双比特差分编码器8PSK：M增大，相邻相位之间的距离减小，误码率增大；设备复杂。QAM（正交振幅调制）正交振幅调制：是一种频谱利用率很高的调制方式。QAM：是一种振幅和相位联合键控体制4QAM与QPSK相同，QPSK是一种最简单的QAM信号。16QAM比16PSK信号的抗干扰能力强带宽：MRBbMQAM2log2MSK（最小频移键控）MSK：是一种包络恒定、调制指数h(h=0.5)最小、相位连续的正交2FSK。占用带宽小（BMSK=1.5/Ts），频带利用率高，在相同带宽下可以获得比2PSK更高的传输速率。正交：相关系数等于零。信号的功率密度谱集中，较少邻道干扰：GMSKMSKQPSKscscTffTff414110OFDM（正交频分复用）OFDM：一种高效调制技术特点：1.为了提高频率利用率，各子路载波的已调信号频谱有部分重叠2.各路已调信号严格正交，以便接收端能完全分离各路信号3.每路子载波的调制是多进制调制4.每路子载波的调制制度可以不同基本原理：将发散数据流分散到许多载波上，使各子载波速率大为降低，从而提高抗多径和抗衰落能力系统性能1.抗脉冲干扰2.抗多径传播与衰落3频率利用率HzTNBsOFDM1