第 4 章传输技术

第4章传输技术 4.1 模拟调制技术 4.2 模拟信号的数字传输 4.3 数字基带传输技术 4.4 数字频带传输技术

掌握调制的目的、定义和分类；掌握调幅的时域和频域表示；幅度调制与解调的方法；了解角度调制数学表达式的含义；掌握模拟信号数字化的过程即 PAM 调制过程；了解数字基带传输系统；掌握常用数字基带波形；了解 AMI 码、 HDB3 码、双相码的编码原理和主要优缺点；掌握无码间干扰的基带传输特性；掌握基带传输系统的二电平和多电平误码计算方法；了解眼图波形；了解无码间干扰的基带系统之抗噪声性能；理解部分响应系统、时域均衡原理和横向滤波器的结构。 • 掌握二进制数字调制解调原理；掌握 2ASK 、 2FSK 、 2PSK 、 2DPSK 系统的调制解调方法；了解二进制数字调制系统的性能比较；一般了解多进制调制的概念和 MASK 、 MFSK 、和 QAM 调制方式。

4.1 模拟调制技术 • 幅度调制 • 角度调制（非线性调制）

调制的定义：是按原始电信号的变化规律去改变载波某些参量的过程。 调制的方式：模拟调制和数字调制；正弦波和脉冲调制。调制的目的：进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而提高系统信息传输的有效性和可靠性。调制的种类： AM 、 DSB-SC、 SSB 、 VSB 、FM和PM。

4.1.1 幅度调制（线性调制） 幅度调制的一般模型定义：用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。

常规双边带调幅（AM） 若假设滤波器为全通网络：为了保证包络检波时不发生失真，必须满足

AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍，即AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍，即

AM信号的解调 • 调制的逆过程叫做解调。AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。

相干解调 • 用一个低通滤波器，就无失真的恢复出原始的调制信号：

包络检波法

包络检波法 • 电路由二极管D、电阻R和电容C组成。RC满足条件： • 这时，包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近，即：

抑制载波的双边带调幅

DSB信号不能进行包络检波，需采用相干解调； • 除不含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱由上下对称的两个边带组成。 • 故DSB信号是不带载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍。

DSB信号的解调 DSB信号只能采用相干解调，则乘法器输出为：经低通滤波器滤除高次项，得

单边带调制（SSB） 由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携带了调制信号的全部信息，因此，从信息传输的角度来考虑，仅传输其中一个边带就够了。

单边带调制（SSB） SSB信号的产生滤波法

SSB信号的解调 • SSB信号的解调也不能采用简单的包络检波，需采用相干解调，

乘法器输出为： 经低通滤波后的解调输出为

残留边带调制（VSB） • 残留边带调制是介于单边带调制与双边带调制之间的一种调制方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的问题，又解决了单边带滤波器不易实现的难题。 • 在残留边带调制中，除了传送一个边带外，还保留了另外一个边带的一部分。

残留边带信号的解调

4.1.2 角度调制（非线性调制） 线性调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。角度调制可分为频率调制（FM）和相位调制（PM）。即载波的幅度保持不变，而载波的频率或相位随基带信号变化。

角度调制的基本概念 角度调制信号的一般表达式为瞬时相位；瞬时相位偏移；瞬时频率；瞬时频偏。所谓相位调制，是指

调相信号可表示为： 所谓频率调制，是指瞬时频率偏移随基带信号而线性变化，即则可得调频信号为

可见，FM和PM非常相似，如果预先不知道调制信号的具体形式，则无法判断已调信号是调频信号还是调相信号。可见，FM和PM非常相似，如果预先不知道调制信号的具体形式，则无法判断已调信号是调频信号还是调相信号。 • 如果将调制信号先微分，再进行调频，则可得到调相信号；如果将调制信号先积分，再进行调相，则可得到调频信号。

从以上分析可见，调频与调相并无本质区别，两者之间可以互换。从以上分析可见，调频与调相并无本质区别，两者之间可以互换。

4.2 模拟信号的数字传输 • 数字通信系统具有许多优点而成为当今通信的发展方向。 • 然而自然界的许多信息经各种传感器感知后都是模拟量，例如电话、电视等通信业务，其信源输出的消息都是模拟信号。 • 若要利用数字通信系统传输模拟信号，一般需三个步骤： （1）把模拟信号数字化，即模数转换（A/D）；  （2）进行数字方式传输；（3）把数字信号还原为模拟信号，即数模转换（D/A）。

由于A/D或D/A变换的过程通常由信源编（译）码器实现， 所以我们把发端的A/D变换称为信源编码，而收端的D/A变换称为信源译码。 • 如语音信号的数字化叫做语音编码。

模拟信号数字化的方法：波形编码和参量编码。模拟信号数字化的方法：波形编码和参量编码。 • 波形编码是直接把时域波形变换为数字代码序列，比特率通常在16 kb/s~64 kb/s范围内，接收端重建信号的质量好。 • 参量编码是利用信号处理技术，提取语音信号的特征参量，再变换成数字代码，其比特率在16 kb/s以下，但接收端重建(恢复)信号的质量不够好。

目前用的最普遍的波形编码方法有脉冲编码调制(PCM)和增量调制（ΔM）。目前用的最普遍的波形编码方法有脉冲编码调制(PCM)和增量调制（ΔM）。 • 采用脉码调制的模拟信号的数字传输系统如图4-8所示，首先对模拟信息源发出的模拟信号进行抽样，使其成为一系列离散的抽样值，然后将这些抽样值进行量化并编码，变换成数字信号。 • 这时信号便可用数字通信方式传输。 • 在接收端，则将接收到的数字信号进行译码和低通滤波，恢复原模拟信号。

图4-8 脉冲编码调制系统

2.2.3 时域抽样信号和抽样定理 • 测控系统（如传感器）能提供的原始信号多是连续信号，必须经过离散化才能交由计算机作进一步处理。 • 时域抽样（采样、取样）指时间上的离散化，也就是每隔一定时间间隔提取原始信号的瞬间值，得到“抽样信号” 。

2.2.3 时域抽样信号和抽样定理 • 抽样是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值的过程。 • 能否由此样值序列重建原信号，是抽样定理要回答的问题。  

2.2.3 时域抽样信号和抽样定理 • 抽样定理的大意是，如果对一个频带有限的时间连续的模拟信号抽样，当抽样速率达到一定数值时，那么根据它的抽样值就能重建原信号。 • 也就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，只需传输按抽样定理得到的抽样值即可。 • 抽样定理是模拟信号数字化的理论依据。 

2.2.3 时域抽样信号和抽样定理 • 根据信号是低通型的还是带通型的，抽样定理分低通抽样定理和带通抽样定理； • 根据用来抽样的脉冲序列是等间隔的还是非等间隔的，又分均匀抽样和非均匀抽样； • 根据抽样的脉冲序列是冲击序列还是非冲击序列，又可分理想抽样和实际抽样。

1.理想抽样 2.实际抽样 3.时域抽样定理

1.理想抽样 可以用一个如图2.10所示的理想模型（冲激抽样、理想抽样）来研究抽样过程。抽样脉冲是脉宽为零的单位冲激信号，其频谱是周期性的。

图2.10 (a)

图2.10 (b)

图2.10 (c)

可以看到，理想抽样信号的频谱是原连续信号频谱的周期性延拓，延拓周期为抽样频率，也就是在周期性冲激函数频谱各条谱线的位置上，按比例对原信号频谱进行复制。可以看到，理想抽样信号的频谱是原连续信号频谱的周期性延拓，延拓周期为抽样频率，也就是在周期性冲激函数频谱各条谱线的位置上，按比例对原信号频谱进行复制。

2.实际抽样 • 实际的抽样过程通常是用电子开关来实现的，如图2.11所示，电子开关每隔一定时间接通一次，每次接通时间为（这个值不可能为零）。图2.11

图2.12示意了这个过程的时域、频域变化。可以看到，抽样信号的频谱也是原信号频谱的“周期性复制”，只是复制受到抽样函数（矩形脉冲的频谱特性）的限制。图2.12示意了这个过程的时域、频域变化。可以看到，抽样信号的频谱也是原信号频谱的“周期性复制”，只是复制受到抽样函数（矩形脉冲的频谱特性）的限制。

图2.12 (a)

图2.12 (b)

图2.12 (c) 注：实际应用中还有其他的抽样形式，如平顶抽样等。

3.时域抽样定理 • 抽样是对原始信号一种常见的处理方式，虽然这样的处理会舍去信号在抽样间隔中的波形，但抽样定律告诉我们：只要满足一定的条件，抽样过程也能保全原信号的所有特征，也就是说，能由抽样信号无失真地恢复原始信号。

低通抽样定理 一个频带限制在内的连续信号，如果抽样频率大于或等于，则可以由抽样序列无失真地重建（恢复）原始信号。

第 4 章 传输技术