数字与数据通信技术 教学课件 作者 周英第5章.ppt

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1、本章学习的目标：1．掌握抑制载频的双边带ASK信号和它们的功率谱密度。2．掌握二相和四相PSK信号、DPSK信号和它们功率谱密度。3．理解FSK的信号调制解调和MSK信号。4．理解正交调幅QAM的基本原理、矢量表示法和星座表示法和频带利用率。5．了解数字调幅调相的概念。第5章数字信号的频带传输本章的重点：1．2ASK的产生及解调和功率谱。2．2PSK、2DPSK的调制与解调。3．2FSK的产生及解调和MSK信号4．QAM的信号和MDPSK信号的矢量表示。本章的难点：1．2ASK信号、2FSK信号、2PSK信号和2DPAK信号的解调。2．2DPSK和MDPSK信号调制波形。3．QAM信

2、号的调制与解调。课前预习相关的内容：低通滤波电路、带通滤波电路、半波和全波整流电路、差分信号、频带利用率5.1模拟信号的调制与解调基带信号适合具有低通特性的信道传输和在近距离直接传输。但实际信道中，许多信道具有带通特性，数字基带信号不能直接在此种信道传输。为了满足信号在带通信道传输，将信号进行调制，使其频谱搬移，达到能适合带通信道传输目的。所谓“调制”就是使信号采用某种方式去控制载波的某一个参数，使这个参数按照信号的规律变化的过程。而载波通常是一种用来搭载原始信号（信息）的高频信号，它本身不含有任何有用信息。载波可以是正弦波也可以是脉冲波形。通常载波频率比调制信号（基带信号）的最高频

3、率要高很多。比如中波收音机频段的最低频率（载波频率）为535kHz，比音频最高频率20kHz高25余倍。以正弦型信号作载波的调制称为连续波调制。5.1.1概述对于载波为正弦型的信号由振幅、频率和相位三个参数构成，所以对应的基本调制有幅度调制（调幅）、频率调制（调频）和相位调制（调相）。调频和调相都是使载波的角度改变，因此将二者统称为角度调制（调角）。调制后的信号称为已调信号。已调信号具有两个基本特性：一是携带有消息，二是适合于信道传输调制的基本作用是实现频谱的搬移，其功能是实现下列一个或多个目标。（1）提高频率便于辐射。利用无线电通信时，需满足一个基本条件，即欲发射信号的波长（两个相

4、邻波峰或波谷之间的距离）必须能与发射天线的几何尺寸可比拟（通常认为天线尺寸应大于信号波长的1/10），该信号才能通过天线有效地发射出去。而音频信号的频率范围是20Hz～20kHz，最小的波长为1.5×104m，如果将音频信号直接用天线发射出去，其天线几何尺寸即使按波长的1/100取也要150米高（不包括天线底座或塔座）。因此，要想把音频信号通过可接受的天线尺寸发射出去，就需要想办法提高欲发射信号的频率。那么，经过调制可将信号频谱搬移到任何需要的频率范围，使其易于以电磁波的形式辐射出去。（2）改变信号所占带宽，实现与信道特性匹配。在通信系统中传输的音频、视频等信号的频谱占有的频带很宽。

5、通过调制后，是一个窄带带通信号。在比较窄的频带内，传输特性变化就不会太大，便于与信道特性匹配。（3）实现信道复用。一个信道只传输一个信号是很浪费资源，如果一个信道同时传输一个以上的信号，信号之间将会引起干扰。通过调制将要同时传输的信号频谱搬移到不同的高频载波处且使相互之间不重叠，这样可以实现在一个信道内时传输一个以上的信号（称为频分复用），实现信道的复用。（4）实现频率分配。随着科学技术的发展，通信、电视、广播等业务发展十分迅速，空间频率资源越来越紧张。为了充分有效利用有限频率资源，对频谱的分配和使用必须服从国际和国家的统一管理。因此，通过调制将不同类的业务信号的频谱搬移到国家无线电

6、委员会规定的频谱位置，相互之间不会干扰。（5）改善系统性能。从香农公式知宽带通信系统一般有较好的抗干扰性能，所以，信号通过调制能占据较大的带宽，将具有较强的抗干扰性。这就是在现代通信中扩频技术获得迅速发展原因。1.普通幅度调制（AM）幅度调制（调幅）是指用u(t)信号去控制uc(t)载波信号的振幅，使已调波的包络按照u(t)信号的规律线性变化的过程。这种调制在中短波广播及通信中应用。假设调制信号为u(t)，载波信号uC(t)=UcmcosωCt，则已调信号为uAM(t)=[Ucm+u(t)]cosωCt（5.1）根据式(5.1)可以画出形成普通调幅波的框图，如图5.1所示。普通调幅波

7、时域波形如5.2所示。由图可见，已调波振幅变化的包络与调制信号的变化规律相同，这就说明调制信号已被寄载在已调波的幅度上了。5.1.2幅度调制∑×UCMu(t)cosωCtuAM(t)图5.1调幅的数学模型从图5.2中可看出几点：（1）调幅过程是原始信号频谱搬移了±ωC，且频谱包含载波分量和边带分量两部分。（2）调幅波的幅度谱是对称的。对于正频率而言，高于ωC的频谱部分称为上边带（USB），低于ωC的频谱部分称为下边带(LSB)。（3）调幅波占用的带宽为2ω