§ 5.7调制与解调
*调制的功能和目的,
实现信道的复用
进行频率变换,以利于信号的发送和信道中的传输
提高通信系统的抗干扰性能
*.信号与系统频域分析的应用 -调制与解调
双边带调幅 (DSB AMSC)
同步解调
单边带调幅 (SSB AMSC)
频分复用
时分复用
码分复用调制:
相乘)(tg
t0c o s?
ttg 0co s)(?
0?0
m?m
ttgtf 0co s)()(
)]()([
2
1
)]()([*)(
2
1
)(
00
00




GG
GF
)(?G
解调,(乘积或同步)
相乘ttg 0co s)(?
t0c o s?
低通)(0 tg )(tg
ttgtg
ttg
tttgtg
0
0
000
2c o s)(
2
1
)(
2
1
)2c o s1)((
2
1
c o s]c o s)([)(



)]2()2([41)(21)( 000 GGGG
m?m
0?0
)( 0)( 0
0?0
2 02?
0
21
21
41 41
m?m
)(?G
0?0
不需本地载波信号的发射
优点是简化接受机的结构:只需用包络检波即可(二极管、电阻、电容组成)
发送端的发射信号中加入一定强度的载波信号,即合成发射信号为
。如果 A足够大,对于全部的 t,A+g(t) > 0,已调制信号的包络就是 A+g(t)。可以恢复出 g(t).
技术简单,价格低,常用于民用通讯设备
tA 0co s?
ttgA 0c o s)]([
调幅,抑制载波的调幅及其解调波形时域相乘时域相乘
2
移相
)(?jH
)(tg
)(ty
t0c o s?接入
t0sin
)(?G
m?m
1
2
3
4
P312.5-18
证明,设图中所标 1,2,3,4各点信号的频谱分别为 G1,G2,G3,G4,
)()1 jGjG?(则
)()s g n ()()()(2 GjHGG
)(2?G
)]()([
2
1]c o s)([)(
0003 GGttgFG
)(?V
)(3?G
2
1
0 0
)(
4?G
0?0
0?0
)]()([
2
)s in)(([)( 0202024 GGjttgFG
)]s g n ()()s g n ()([
2
1
0000 GG
)]}s g n (1)[()]s g n (1)[({
2
1
)(
0000
43



GG
GGV
)()()()()( 0000 uGuGV
)s g n (1 0
0
0
.,,0
.,,2


)s g n (1 0
0.,,2
0...0
P312.5.17
)(1?F
0?0
m0m0
)( 0 m
0
0 m?m 02?02
).(
2
)
,
2
)]()([*)()(:
c o s)()(
c o s
)(
0
0
001
01
0
1


G
FF
ttftf
t
tf
mc
信号频谱单边带信号就得到了原的滤出载波为利用一低通滤波器(
的单边带信号和一载波为它包括了原信号的频谱
:从卷积结果中可以看到频域中在时域中乘上单边带信号证明:同步解调就是使

§ 5.8带通滤波器系统的运用一,调幅信号作用于带通系统
( p289,例 5- 4)
tttv
tttv
100c o s)45c o s (
2
2
1[)(
100c o s)1001c o s ()(
0
2
1


区别。
波形的主要与的波形图,并指出粗略画出达式)用一些近似条件简化表
,可利态频率响应特性表达式(提示:先求出正弦 稳求稳态响应若激励信号求冲激响应函数为已知带通滤波器的转移
)()()(.3
)(,100c o s)c o s1()(.2
) ],([)(.1
100)1(
2
)(
)(
)(
122
21
1
22
1
2
tvtvtv
tvtttv
sHLth
s
s
sv
sv
sH



)100s in100[ c o s2
]
100)1(
100
100)1(
100
[2
]
100)1(
2
[)(.1
2222
1
22
1
tte
ss
s
L
s
s
Lth
t




解:
2222
1
1
1002)(
2
100)1(
2
)(
)99c o s (
2
1
)101c o s (
2
1
)100c o s ()(
)(.2




jj
j
j
j
jH
ttttv
tv 的表达式可展开为:
)100)(100(
2
2

j
附近=围仅在考虑到所研究的频率范 1 0 0?
)1 0 0(1
1
)(
21 0 0


j
jH;于是有+取近似条件
0
0
45
45
2
2
)99(
2
2
)1 0 1(
1)1 0 0(
j
j
eH
eH
H
)4599c o s (2 2)451 0 1c o s (2 2[21)1 0 0c o s ()( 002 ttttv
tt
ttt
100c o s)45c o s (
2
2
1[
)45c o s ()100c o s (
2
2
)100c o s (
0
0


tttv 100c o s)1001()(1
调幅,抑制载波调幅及其解调波形包络产生延时。的相对强度减小,而且调幅波包络地表达式可知和由,)()( 21 tvtv
P311.3-10
0?0

c0c0
)(?jH

)( j
)( 0 )( 0
换的定义得出解:此题由傅立叶反变

dejHth tj

)(
2
1)(
)()()( 0101 HHH
tjtj etheth
HHFth


)()(
)]()([)(
11
0101
1


)(1?H
C?C
)(1
0t
)]([)]([)( 0111 ttSaHFth cC
tttSath cc 00 c o s2)]([)(

不是物理可实现的。
二,频率窗函数的应用
P292.例题 5- 5说明了频窗函数的概念,我们现在讨论 p313.习题 5- 22
a
t
j
e
a
F
a
tatfFp
tXtx
0
)(
1
)]([:129
)()()()(
0



由解:
dttb
a
tx
a
dt
a
bt
txbaWT
x
)](
1
[)(
1
)()(
2
1
),(



)]()([);()(1
a
t
a
t
a
ttx
a

FT FT
)(1?X
a
)( aa?


deaX
a
daaX
a
baWT
bj
x
)()(
2
)()(
1
2
1
),(


内积与卷积*


dtxttx
dtttxttx
)()()()(
)()()(),(


卷积:
内积:
首尾对调。即区别:
)(
)]([)()(
t
ttt


deaX
a
baWT
dt
a
bt
tx
a
baWT
jb
x
x
)()(
2
),(
)()(
1
),(


含义的解释:ba,
或 远 离 。
镜 头 向 目 标 推 进的 作 用 相 当 于行 移 动 。
相 对 于 目 标 平相 当 于 使 镜 头
a
b
*.时频分析入门:
恒定的特点。
中心频率之比)
带宽(带宽与因数:即相对滤波器品质*
匹配滤波器
P314,5-23(短实傅立叶变换)
dtetgtxX
dtetgtxX
tj
tj






)()(),(
)()(),(
2
1
向左移动。
表示窗函数不动,信号窗函数向右移动;
表示信号不动,表示时窗函数的移动。
2
1
X
X?
*小波和音乐乐谱可看作时频谱
(一 ).由抽样信号恢复原连续信号
)(?F
取主频带,
时域卷积定理:
)()()( HFF s?
)]([)(
)(*)()(
scs
n
c
s
nTtSanTf
thtftf


)()( tSath cc?
)()()(


n
sss nTtnTftf?
§ 5.9从抽样信号恢复原连续时间信号
Ts
fs(t)
t
Ts
h(t)
Ts
f(t)
卷积
Fs(w)
wm ws
1
wc
H(w)
相乘
F(w)
wm
(二)零阶抽样保持冲激抽样的困难:时宽窄,幅度大,只是一种理想的波形,硬件电路无法实现。因此实际上常采用零阶保持抽样。 零阶抽样保持
)(tf )(0 tfs
)(tp
定义:用这个内插器时,
每个样本值将在采样周期中保持到收到下一个样本值为止,用阶梯信号近似表示连续函数。
数学分析,如何恢复到
)(0 tfs )(tf




n
s
s
s
n
ss
nF
T
F
nTttftf
)(
1
)(
)()()(

由于又由于
)(0 tfs
可以由
)(tf 通过具有冲激响应为
)()()(0 sTtututh 的线性时不变系统得到,则
)()()( 00 thtftf ss )(
0 th
sT
)(tfs )(0 tfs
其中 的傅立叶变换为:
)(0 th
20 )
2
()(
sTj
s
s e
TSaTthF
则:




n
T
j
s
s
ss
s
e
T
SanF
thFFF
2
00
)
2
()(
)()()(


特征:
( 1) 的频谱仍然是 频谱以 为周期重复)(
0 tfs )(?F s?
( 2)要乘以 和延时因子
)
2
( sTSa? 2
sTj
e

( 3)接收端不应用理想低通滤波器,而是应用具有以下补偿特征的低通滤波器:
2
0
2
)
2
(
)(
2
0
s
s
s
T
j
r
T
Sa
e
jH
s
其幅频和相频曲线如图:
(三)一阶抽样保持 )(
1 tfs 用这个方法时,
相邻的两个样本值之间用直线连接,用折线信号近似表示连续函数。
由于 )(
1 tfs
可以由 )(tf 通过具有冲激响应为的线性时不变系统得到,则 )()()(
10 thtftf ss



s
s
s
Tt
Tt
T
t
th
0
1
)(1
其中 的傅立叶变换为:
)(1 th
)
2
()( 21 ss TSaTthF则:




n
s
s
ss
T
SanF
thFFF
)
2
()(
)()()(
2
10


特征:
( 1) 的频谱仍然是 频谱以 为周期重复)(
1 tfs )(?F s?
( 2)要乘以
)
2
(2 sTSa?
( 3)接收端不应用理想低通滤波器,而是应用具有以下补偿特征的低通滤波器:
2
0
2
)
2
(
1
)(
2
0
s
s
s
r
T
Sa
jH
需注意的是:冲激响应为 的系统是非因果系统 (三角波形在负时间就出现 ),但是如果引入时延特性,在线性相移的条件下,最终仍可无失真重建,只是时间上相对于原信号有一定延时。
)(1 th
)(tf
§ 5.10 脉冲编码调制 (PCM)
PAM:利用脉冲序列对连续信号进行抽样产生的信号。
PCM:把连续的信号换成数字编码信号进行传输或处理。(对模拟信号进行量化的一种方法)
PCM( Pulse Code Modulation)
量化与编码原理
PCM的特征:
( 1)不能无失真传输信号。因为量化与重建过程中会产生量化误差。合理设计 A/D和 D/A变换器可将量化噪声限制在相当微弱的范围之内,
保证 PCM系统具有足够满意的传输质量。
( 2)中继过程中噪声不会累加。不像模拟信号噪声会累加,信号传输时每段路程的 PCM信号判决误差都可以很小,且不会累加。
( 3)组合多种信源传输时具有很好的灵活性。
信号经过 PCM编码后可成为统一形式的二进制数字码流,实现时分复用等交织传输。
( 4)易于实现数字信号处理和加密功能。
( 5) PCM所需更多带宽。例子见 P302
Hz)3 4 0 03 0 0( -如语音信号频率范围:
模拟传输时)每个话路带宽约 (4 kH z
数字传输时)(6488 kH zkH z
§ 5.11 频分复用与时分复用
*多路复用:在同一个传输信道内,同时传输多路不同信号的概念和方法。
频分复用 (FDM)
时分复用( TDM)
正交多路复用 (QDM)
码分复用( CDM)
波分复用 (WDM)
t3c o s?
t2c o s?
t1c o s?
)(1 tx
)(2 tx
)(3 tx
理想信道
y y
)(1?H
)(2?H
)(3?H
t3c o s?
t2c o s?
t1c o s?
HL
HL
HL
付载频调制 复用 解复用同步解调利用正弦幅度调制的频分多路复用和解复用的原理图频分复用?
理论依据:抽样定理。抽样空闲时间可以传输其他多路信号。在接收端,抽样值由适当的同步检测器分离。下面是两路信号一个信道的时分复用波形。
时分复用.?
*与频分复用比较:
( 1)频分复用的每一信号占用不同的频率区间,相同的时间区间;时分复用的每一信号占用不同的时间区间,相同的频率区间;频分复用保留了频谱的个性,时分复用保留了波形的个性。
( 2)从硬件上看,频分复用的每一信号产生不同的载波,
系统复杂;而时分复用则简单,易于大规模集成。
( 3)时分复用不会产生信号间的串话,而频分复用由于有谐波失真,易于产生信号间的串话。
但时分复用容易产生码间串扰。
(4)PCM信号具备的各种优点在时分复用系统都有体现。
*码速与带宽的关系实际上不采取 p304图 5- 32的原因:间隙太大,
频谱浪费太多。
合理设计码字脉冲的波形可使频带得到充分利用并且防止码间串扰。
上图 b是矩形归零码,c是矩形不归零码。为了节省带宽,我们使用矩形不归零码,其宽度 T
正好等于抽样时钟周期,则脉码传输速率为 f=
1/T。但是我们忽略了矩形波频谱第一零点外的高频成分,这些高频成分较小时,在接收端对应抽样点不会产生误判;当失真较严重时,可能出现误判,引起码间干扰。
解决办法:不使用宽度为 T的矩形脉冲,使用频率成分相对集中的波形,例如升余弦码,Sa
函数等,使得第一零点以外的高频成分较少,
也即干扰较少。
Sa函数码型示例在相同码速下,Sa函数所占带宽是(矩形、升余弦)的一半,节省了带宽,但是硬件产生 Sa函数比较困难,常用窄脉冲叠加近似形成 Sa函数。