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1、第3章调制和解调第1页，本讲稿共20页1.调制的概念领会：调制的目的和作用调制：把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义调制：基带调制，带通调制（载波调制）无线通信和其它大多数字场合：指载波调制载波调制：用基带信号去控制载波的参数，使其按照基带信号的规律变化。从频域上说：把基带信号的频谱移至较高的载频附近基带信号（调制信号，信息信号）；载波：周期高频振荡信号，受调制后称为已调信号（带通信号），含有基带信号的全部特征。解调：将已调信号中的基带信号恢复出来第2页，本讲稿共20页1.调制的概念领会：调制的目的和作用1.缩短天线长度：无线传输中，天线长度一般应大于2.实现多路复用3.扩展带宽
2、，提高系统带宽，提高系统抗干扰能力和抗衰落能力调制分类：模拟调制（幅度调制：AM，DSB，SSB，VSB；角度调制：FM，PM），数字调制；连续波调制，脉冲调制调幅，调频，调相第3页，本讲稿共20页2.幅度调制识记：幅度调制的定义和分类，AM、DSB、SSB、VSB的特点与应用，AM、DSB、SSB、VSB信号的带宽领会：AM、DSB、SSB、VSB的调制原理，相干解调与包络解调的原理幅度调制：用基带信号去控制高频正弦波的振幅，使其随基带信号的规律作线性变化。（线性调制）AM的特点及应用：1.当满足条件 时，AM的波的包络与基带信号m(t)的形状完全一样，故可采用简单的包络检波进行解调。2.A
3、M的频谱由载频分量和上、下对称的两个边带组成，因此AM信号是含有载波的双边带信号，BAM=2fH3.AM的优点在于解调简单。中短波调幅广播4.AM的缺点是调制效率低。载波分量不携带信息，占用一半以上功率信号。第4页，本讲稿共20页2.幅度调制双边带调制（DSB）抑制载波特点与应用：1.DSB信号的包络不与m(t)成正比，故不能采用简单的包络检波，而需要采用相干解调。2.DSB信号带宽与AM相同BDSB=BAM=2fH3.调制效率高4.应用场合少，调频立体声广播中的差信号调制，彩色电视系统色差信号调制。第5页，本讲稿共20页2.幅度调制单边带调制（SSB）滤波法（理想高通，滤掉下边带，输出上边带
4、；理想低通，滤掉上连带，输出下边带）；相移法特点与应用：1.对频谱资源有效利用 ，短波通信，频分复用系统 2.节省功率3.带宽节省以增加复杂性为代价4.不能采用包络检波，采用相干解调。第6页，本讲稿共20页2.幅度调制残留边带调制（VSB）解决制作滤波器的难题，残留边带滤波器特性，应在载频两边具有互补对称（奇对称）特性。特点与应用1 克服了DSB信号占用频带宽的问题，以解决了SSB信号实现上的难题。2 fHBVSB2fH，调制效率100%3 VSB比SSB所需求的带宽仅有很小的增加，但却换来了电路实现的简化。4 VSB在商业电视广播中的电视信号传输中得到广泛应用。第7页，本讲稿共20页2.幅度
5、调制相干解调与包络检波1.相干解调（同步检波），适用于所有幅度调制信号关键是接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（相干载波）。否则，解调后将会使原始基带信号衰减，甚至会带来严重失真。2.包络检波包络检波器是从已调波的幅度中直接提取原基带信号，它属于非相干解调，不需要相干载波，因而电路简单。AM信号第8页，本讲稿共20页3.角度调制识记：调频信号的带宽（卡森公式），频率调制的特点与应用领会：调频和调相的概念FM：载波的频率随基带信号而变化PM：载波的相伴随基带信号而变化频率和相位的变化都表现为载波角度的变化，故把调频和调相统称为角度调制。频率和相位之间存在微分与积分的
6、关系，所以FM与PM之间是可以相互转换的。将调制信号先微分，再调频，得到调相波，间接调相；将调制信号先积分，再调相，得到调频波，间接调频。第9页，本讲稿共20页3.角度调制调频信号带宽公式（卡森公式）BFM=2(mf+1)fm=2(f+fm)f=mffmfm是基带信号的调制频率，f是最大频偏，mf是调频指数。MfDSB/SSB/VSBAM功率利用率：FMDSB/SSB/VSBAM频谱利用率：SSBVSBDSB/AMFM设备复杂度：AMDSB/FMVSBSSB第10页，本讲稿共20页4.二进制数字调制识记：二进制数字调制信号的传输带宽领会：二进制数字调制的基本原理应用：会2ASK、2PSK、2D
7、PSK信号的调制器，会画二进制数字调制信号的时域波形，比较2PSK、2DPSK、2FSK、2ASK的有效性和可靠性。数字调制：把数字基本信号变换为数字带通信号的过程。数字解调：把数字带通信号还原为数字基带信号的过程。1、利用模拟调制的方法2.通过开关键控制载波，实现数字调制，键控法（ASK、FSK、PSK）第11页，本讲稿共20页4.二进制数字调制2ASK（二进制幅移键控）通-断键控（On-Off Keying，OOK）产生方法：模拟调制法（相乘法）、键控法解调方法：非相干解调（包络检波）、相干解调（同步检测），和模拟信号的接收系统相比，增加“抽样判决器”频谱带宽：B2ASK=2fs S(t)
8、是二进制单极性非归零数字基带信号2FSK（二进制频移键控）2FSK信号可以看成两个不同载频的2ASK信号的叠加抽样判决直接比较两路信号抽样值的大小，不专门设置门限。带宽：B2FSK=|f2-f1|+2fss1(t)是二进制单极性非归零数字基带信号，s2(t)是s1(t)的倒相信号第12页，本讲稿共20页4.二进制数字调制2PSK（二进制相移键控）绝对相移初始相位0表示1，表示0。S(t)为双极性非归零基带信号。解调通常采用相干解调法。如何得到同步同相的相干载波是关键问题2PSK信号在恢复过程中存在180 度相位模糊，出现“倒 ”现象或“反相工作”带宽：B2PSK=2fs，等概率发送时，无离散谱
9、（载波分量）2DPSK（二进制差分相移键控）相位差 为0表示0，为 表示 1也可定义为：相位差 为0表示1，为 表示 0初始相位不同，2DPSK可以不同，2DPSK信号的相位不直接代表基带信号，前后码元的相对相位差才是唯一决定信息符号的因素。第13页，本讲稿共20页4.二进制数字调制2DPSK的调制器由差分编码（码变换）和2PSK调制器组成，差分编码的作用：将绝对码变成相对码。解调1.相干解调和差分译码（码反变换），养分译码的作用：相对码还原为绝对码。2.差分相干解调：延迟码元间隔Ts，不需要差分译码。带宽：B2DPSK=B2PSK=2fs性能比较：误码率（抗噪声性能）：对同一调制方式Pe相干
10、2DPSK2FSK2ASK误码率相同条件下，对信噪比的要求：2ASK比2FSK高3dB，2FSK比2PSK高3dB。第14页，本讲稿共20页4.二进制数字调制带宽和频带利用率2FSK系统的频带利用率最低，有效性最差。对信道特性变化的敏感性2ASK，P(0)=P(1)时，最佳判决门限为a/2，与接收 机输入信号的幅度有关，不适于随参信道2PSK，P(0)=P(1)时，最佳判决门限为02FSK，对信道变化不敏感，适应在随参信道或衰落信道中传输。设备的复杂度非相干方式比相干方式简单目前常用的是2DPSK方式和2FSK方式相干2DPSK主要用于中速数据传输非相干2FSK主要用于中、低速数据传输，尤其适
11、用于随参信道。第15页，本讲稿共20页5.多进制数字调制识记：4PSK信号的相位关系领会：多进制数字调制的目的，4PSK和4DPSK的基本原理应用：会画4PSK和4DPSK信号的波形为了提高频带利用率，最有效的办法是使一个码元传输多个比特的信息。特点：Rb相同时，通过增加M，可以降低码元速率RB（相当于减少信号占用的带宽），从而节约频率资源，提高频带利用率。RB相同时，增大M，可以增大Rb，相同的噪声下，多进制调制系统的抗噪声性能低于二进制调制系统。若要得到相同的误码率，需要更大的发送信号功率。提高频带利用率，以增加信号功率和实现上的复杂性为代价。第16页，本讲稿共20页MASK：恒参信道MF
12、SK：搞衰落能力强，但占用带宽大，速率不高的衰落信道。MPSK、MDPSK：相位关系调制：正交调相法；相伴选择法解调：4PSK可以看做两个正交2PSK信号的叠加，相干解调4DPSK记为QDPSK，双比特差分编码器8PSK：M增大，相邻相位之间的距离减小，误码率增大；设备复杂。第17页，本讲稿共20页QAM（正交振幅调制）正交振幅调制：是一种频谱利用率很高的调制方式。QAM：是一种振幅和相位联合键控体制4QAM与QPSK相同，QPSK是一种最简单的QAM信号。16QAM比16PSK信号的抗干扰能力强带宽：第18页，本讲稿共20页MSK（最小频移键控）MSK：是一种包络恒定、调制指数h(h=0.5
13、)最小、相位连续的正交2FSK。占用带宽小（BMSK=1.5/Ts），频带利用率高，在相同带宽下可以获得比2PSK更高的传输速率。正交：相关系数等于零。信号的功率密度谱集中，较少邻道干扰：GMSKMSKQPSK第19页，本讲稿共20页OFDM（正交频分复用）OFDM：一种高效调制技术特点：1.为了提高频率利用率，各子路载波的已调信号频谱有部分重叠2.各路已调信号严格正交，以便接收端能完全分离各路信号3.每路子载波的调制是多进制调制4.每路子载波的调制制度可以不同基本原理：将发散数据流分散到许多载波上，使各子载波速率大为降低，从而提高抗多径和抗衰落能力系统性能1.抗脉冲干扰2.抗多径传播与衰落3 频率利用率第20页，本讲稿共20页