5.2-PAM调制

5.2脉冲振幅调制(PAM)信号的调制载波调制脉冲调制PAM、PDM、PPM等正弦信号作为载波脉冲调制:就是以时间上离散的脉冲串作为载波，用模拟基带信号m(t)去控制脉冲串的某参数，使其按m(t)的规律变化的调制方式。通常，按基带信号改变脉冲参量(幅度、宽度和位置)的不同，把脉冲调制又分为:1)脉幅调制(PAM)2)脉宽调制(PDM)3)脉位调制(PPM)1.定义(PAM:PulseAmplitudeModulation)图5.2-1PAM、PDM、PPM信号波形x(t)Ot假设信号波形OtPAM波形脉冲高度在变化tPDM波形脉冲位置不变宽度变化OO脉冲宽变不变脉冲位置在变化tPPM波形图5.2-1-1抽样过程的时间函数及对应频谱图m(t)tM()O－HHT(t)tT()T2tms(t)OMs()HHT2(a)(b)(c)(d)(e)(f)取样信号是理想PAM信号脉冲振幅调制(PAM)是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。若脉冲载波是冲激脉冲序列，则前面讨论的抽样定理就是脉冲振幅调制的原理。也就是说，按抽样定理进行抽样得到的信号ms(t)就是一个PAM信号。但是，用冲激脉冲序列进行抽样是一种理想抽样的情况，是不可能实现的。即使能获得，由于抽样后信号的频谱为无穷大，对有限带宽的信道而言也无法传递。因此，在实际中通常采用脉冲宽度相对于抽样周期很窄的窄脉冲序列近似代替冲激脉冲序列。这里介绍实际抽样的两种脉冲振幅调制方式：自然抽样的脉冲调幅和平顶抽样的脉冲调幅。1.自然抽样的脉冲调幅自然抽样又称曲顶抽样，它是指抽样后的脉冲幅度（顶部）随被抽样信号m(t)变化，或者说保持了m(t)的变化规律。图5.2-2自然抽样的PAM原理框图理想低通m(t)s(t)ms(t)m(t)1自然抽样抽样脉冲：傅立叶展开抽样信号抽样信号频谱()()sCtPtnT()sjntnCtce()()()sxtxtCt()()snsnxcXn图5.2-3自然抽样的PAM波形及频谱m(t)t(a)H－HOM()s(t)ATt(b)O|S()|2－－2H2H2tms(t)|Ms()|2－O2－2H2H(c)(d))()()(tstmtms(５.2-1)PAM信号nHHsnnSaTS)2()(2)((５.2-2)s(t)的频谱信号此频谱与理想抽样的频谱非常相似，也是由无限多个间隔为ωs=2ωH的M(ω)频谱之和组成。其中,n=0的成分是(τ/Ts)M(ω)，与原信号谱M(ω)只差一个比例常数(τ/Ts)，因而也可用低通滤波器从Ms(ω)中滤出M(ω)，从而恢复出基带信号m(t)。)2()()()(21)(nHHSSnMnSaTASMM(５.2-3)比较上两式，可以发现它们的不同之处是:理想抽样的频谱被常数1/Ts加权，因而信号带宽为无穷大；自然抽样频谱的包络按Sa函数随频率增高而下降，因而带宽是有限的，且带宽与脉宽τ有关。τ越大，带宽越小，这有利于信号的传输，但τ大会导致时分复用的路数减小，显然τ的大小要兼顾带宽和复用路数这两个互相矛盾的要求。nsssnMTM)(1)((５.1-6))2()()(nHHSSnMnSaTAM(５.2-3)2.平顶抽样的脉冲调幅平顶抽样又叫瞬时抽样，它与自然抽样的不同之处在于它的抽样后信号中的脉冲均具有相同的形状——顶部平坦的矩形脉冲，矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样值。原理框图中的脉冲形成电路的作用就是把冲激脉冲变为矩形脉冲。图5.2-4平顶抽样信号及其产生原理框图mq(t)OTt×m(t)ms(t)T(t)(a)脉冲形成电路mq(t)(b)Q()实际抽样---平顶抽样时域表达频域表达()()()()sfTxtxttht||()0Athtothers()()()sin(/2)()/2sfsssxxHAxnT1--0(a)(b)(c)-(d)图５.２-５平顶取样nsssnTtnTmtm)()()((５.1-4))2()(1)2()(1)()()(nHSnHssqnMQTnMQTQMM(５.2-6)nssqnTtqnTmtm)()()((５.2-4))()(),()(qqMtmQtq平顶抽样的PAM信号频谱Mq(ω)是由Q(ω)加权后的周期性重复的M(ω)所组成，由于Q(ω)是ω的函数，如果直接用低通滤波器恢复，得到的是Q(ω)M(ω)/Ts，它必然存在失真（孔径失真）。图５.２-６平顶抽样PAM信号的解调原理框图1/Q()Mq()Ms()低通滤波器M()为了从mq(t)中恢复原基带信号m(t)。要在滤波之前先用特性为1/Q(ω)频谱校正网络加以修正，则低通滤波器便能无失真地恢复原基带信号m(t)。在实际应用中，平顶抽样信号采用抽样保持电路来实现，得到的脉冲为矩形脉冲。在后面将讲到的PCM系统的编码中，编码器的输入就是经抽样保持电路得到的平顶抽样脉冲。在实际应用中，恢复信号的低通滤波器也不可能是理想的，因此考虑到实际滤波器可能实现的特性，抽样速率fs要比2fH选的大一些，一般fs=（2.5~3）fH。例如语音信号频率一般为300~3400Hz，抽样速率fs一般取8000Hz。以上按自然抽样和平顶抽样均能构成PAM通信系统，也就是说可以在信道中直接传输抽样后的信号，但由于它们抗干扰能力差，目前很少实用。它已被性能良好的脉冲编码调制(PCM)所取代。本节结束作业：P1345-5