1、 第 8章 通信系统 Communication Systems 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
2、的某一个参量的过程。 被控制的信号称为 载波 ( Carrier Wave )。 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 ( Modulation Signal )，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-Amplitude Mod
3、ulation FM-Frequency Modulation PM-Phase Modulation 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/with carrier AM/sc-AM/suppressed carrier 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-Double side-band 双边带 SSB-Single side-band 单边带 VSB-Vestigial side-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 (Amplitude Shift Keying) FS
4、K-频率键控 (Frequency Shift Keying) PSK-相位键控 (Phase Shift Keying) 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-Pulse Amplitude Modulation PWM-Pulse Width Modulation PPM-Pulse Periodic(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-Pulse Code Modulation 8.1 正弦幅度调制 ( DSB ) 其中 为调制信号
5、(基带信号 )， 为载 波， 为已调信号。 ()xt ()ct( ) ( ) ( )y t x t c t幅度调制的数学模型是乘法器。 ( ) c o s ( )ccc t t当 时称为 正弦幅度调制 。 ()xtcos( )cct)(tx ()yt()ct若暂时不考虑载波的相位，即 ( ) ( ) c o s cy t x t t已调信号的频谱为： 11( ) ( ) ( ) ( ) ( )22 ccY j X j C j X j X j ( ) ( ) ( )ccCj 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
6、。 为此，应满足： 1. 必须带限于 。 2. ()xt M cM()yt ()xt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 : ()yt2( ) ( ) c o s ( ) c o s11( ) ( ) c o s 222cccw t y t t x t tx t x t t一 . 同步解调 :(Synchronous demodulation) Demodulation for Sinusoidal AM 显然，只要滤掉第二项即可实现对 的恢复。 ()xt技术关键： 所用理想低通滤波器的截止频率要满足
7、 : 2M c MW 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 1 ( ) c o s ( ) ,ccc t t2 ( ) c o s ( )ccc t t( ) ( ) c o s ( ) c o s ( )11( ) c o s ( ) ( ) c o s ( 2 )22c c c cc c c c cw t x t t tx t x t t 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 , cc 2cc c o s ( )cc可见，必须要求 调制和解调时
8、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 (Synchronous Demodulation)。 cc当 时，由于 不能实现解调。 2cc c o s ( ) 0cc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 )： (Envelope Demodulation) 要想从已调信号的包络解调出原基带信号，必
9、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。 ( ) ( ) c os ,cy t A x t t当 时 , m a x()A x t即可保证 已调信号的包络将会保留 的形状。 ( ) 0 ,A x t()xt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 。 ()xt11cMRCff这种调制方式被称为 标准的 AM调制。 包络解调付出的代价是发送功率的浪费。因为加入的载波并不携带任何有用信息，这部分功率的发射对有用信息的传输是无益的。 如果 ，定义 为 调制指数 ， 显然 。 max()x t K/KA0
10、1mm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： 1m c c0AA2A 2AA此时，已调信号的平均功率是载波功率的 1.5 倍，而这些功率中真正用于传输有用信息的边带功率只是载波功率的 1/2， 只占整个已调信号总功率的 1/3。 已调信号的最大峰值等于载波峰值的 2倍。这就要求发射机的峰值功率容限是载波功率的 4 倍，发射机的效率是很低的。 m a x1.5 3 37.5%48ccPP 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 。 mm0 .5 0 .8m Frequency Division Multiple
11、xing 信道具有相应的频率特性，不同信道对不同频段的信号具有最佳传输特性。 信道具有比信号带宽大得多的频带。 8.3 频分多路复用 ( FDM ) 在前面的讨论中已经提到： 频分复用可以大大提高信道 频率 资源的利用率。 如果在一个信道中只能传输一路信号，显然对有限的信道频率资源是一种浪费。 频分复用 对频分多路复用信号解调时，首先要 解复用 ： 从复用信号的频谱中利用带通滤波器滤出所需的一路信号，然后对该路信号进行解调。 频分多路复用信号的解调 8.4 单边带正弦幅度调制 (SSB) SSB信号的产生 : 1 .滤波法 : 利用边带滤波器，滤除一个边带。 Single-Sideband Sinusoidal Amplitiude Modulation (1) (2) (3) (4) + (5) SSBSSB 下上2 . 移相法 : s in ( ) ( )c c ct j 其中： 0()j()jcc()Xj1M M0(1) ()Yj10c c(5) 1/20c c(2) 1()Yj(3) jjM M0()pXj1/20c c1/2(4) 2()Yj
