现代通信学习.pptx

课程主要内容第1章 现代通信概论第2章 模拟通信第3章 数字通信第4章 移动通信系统第5章 无线通信系统第6章 通信新技术和发展趋势第1页/共87页2023/3/262第2章 模拟通信(Chapter 2 Analog Communication Systems)第2页/共87页2023/3/263本章内容 讲述模拟通信的原理，包括：模拟通信的概念与模拟通信系统的模型模拟信号的传输方式载波通信的一般原理幅度调制和角调制超外差接收机频分多路复用第3页/共87页2023/3/2642.1 模拟通信系统（Analog Communication Systems）第4页/共87页2023/3/2652.1.1 模拟通信的概念和系统模型收信机电/非电变换解调器发信机调制器非电/电变换信息源(发信者)信道信宿(收信者)噪声源 （1）模拟通信的概念：将基带模拟信号直接送往信道传输或经载波调制之后再送往信道传输的通信方式。（2）模拟通信系统的模型：第5页/共87页2023/3/266模拟信号的传输方式有三种：模拟信号的基带传输；模拟信号的调制传输；模拟信号的数字化传输。2.1.2 模拟信号的传输方式第6页/共87页2023/3/267 （1）什么叫模拟信号的基带传输？所谓模拟信号的基带传输，指发信机将模拟信源的消息经过非电电变换之后的模拟基带电信号直接送往有线信道传输的通信方式。它所需的收、发信终端设备相对来说很简单，发信机主要完成非电电变换，收信机主要完成电非电变换。当今最普及的市内有线电话就是最典型的模拟信号基带传输方式。2.1.2.1 模拟信号的基带传输（Baseband Transmission）第7页/共87页2023/3/268 （2）模拟电话通信网：本地交换机本地交换机本地交换机本地交换机本地交换机本地交换机本地交换机.长途交换机市话汇接交换机市话汇接交换机市话汇接交换机第8页/共87页2023/3/269 模拟电话通信原理：基本原理：（发）声-电变换，在信道传输电信号，交换，（收）电-声变换 电话通信网。电话机由手持机和座机组成。手持机由拾音器和扬声器组成。座机包括二/四线变换电路，拨号电路和键盘，音频滤波和放大电路。第9页/共87页2023/3/2610 拨号方式1脉冲拨号：脉冲（Pulse）拨号：用电脉冲的个数代表09十个阿拉伯数字。1230第10页/共87页2023/3/2611 拨号方式2双音频拨号：双音频（DoubleTone）拨号：以8选2的方式从8个单音频中分别选择两个不同的单音频代表09十个阿拉伯数字。高频群低频群12091336147716332ABCD5810369#47*697770852941P/T开关。第11页/共87页2023/3/26122.1.2.2 模拟信号的载波传输（Modulation Transmission）进行调制的目的：调制是有效辐射电磁波的唯一手段；无相互干扰地同时传送多路信号的手段之一就是利用调制技术实现的频分多路复用；选择适当的调制形式可以抑制不希望的信号的影响，改善通信系统的性能。收信机电/非电变换解调器发信机调制器非电/电变换信息源(发信者)信道信宿(收信者)噪声源第12页/共87页2023/3/26132.1.2.3 模拟信号的数字化传输（Digitalization Transmission）信源编码(A/D变换)模拟信号m(t)预滤波抽样量化编码重建模拟信号数字传输系统译码低通滤波第13页/共87页2023/3/26142.2 载波通信的一般原理第14页/共87页2023/3/2615已调信号：正弦载波：调制信号：幅度频率初相位第15页/共87页2023/3/2616振幅调制分量：相位调制分量：调制分量：同相调制分量：正交调制分量：第16页/共87页2023/3/2622 模拟通信中的调制类型：连续波模拟调制幅度调制角调制AMDSBSSBVSBFMPM第22页/共87页2023/3/26232.3 幅度调制(Amplitude Modulation)第23页/共87页2023/3/2624 幅度调制是正弦型载波的幅度随调制信号线性变化的过程，幅度已调信号的频谱为调制信号的频谱的平移及线性变换，一般又称为线性调制。AMDSBSSBVSB幅度调制 幅度调制有标准AM、DSB、SSB和VSB四种形式。第24页/共87页2023/3/2625（1）AM标准调幅信号的时域和频域表示式：2.3.1 标准调幅（AM）第25页/共87页2023/3/2626（2）AM标准调幅信号的波形和频谱示意图：m(t)的带宽为fMAM信号的频谱宽度为m(t)带宽fM的二倍第26页/共87页2023/3/2627 （3）AM信号的产生与解调方法:Ac AM信号的产生方法。第27页/共87页2023/3/2628 包络检测器（envelope detector）:RCD充电放电第28页/共87页2023/3/2629 （4）上边带和下边带 已调信号频谱中正频率高于+c 和负频率低于 c 的频谱合称为上边带（USB），正频率低于+c 和负频率高于c的频谱合称为下边带（LSB）。上、下边带都包含了调制信号的全部信息。第29页/共87页2023/3/2631AM调制的优缺点：Advantage：调制解调方法简单，易于实现，适合于广播式大众通信。Disadvantage：功率利用率低；带宽利用率低。第31页/共87页2023/3/2632 2.3.2 抑制载波双边带调幅（DSB）(Double-sideband suppressed carrier AM)如果抑制标准调幅AM信号中载波分量的传送，既不影响信息的传输，而且还会提高功率利用率，这种调制方式就是双边带抑制载波调幅，简称双边带调幅，记作DSB。第32页/共87页2023/3/2633 （1）DSB信号的时域和频域表示式：第33页/共87页2023/3/2634（2）DSB信号的波形和频谱示意图：DSB信 号 的 包络与|m(t)|成比例变化，其波形在 m(t)改变符号时恰好载波也改变符号，出现反相点。第34页/共87页2023/3/2635 DSB信号的频谱中不包含载频分量，与调制信号的频谱呈线性对应关系，相当于将基带信号频谱搬移到载频处重现，只是幅度减半。因此，DSB信号的带宽为：调制效率为：第35页/共87页2023/3/2636 （3）DSB信号的产生与解调：低通滤波器第36页/共87页2023/3/2637 相干解调器低通滤波器 相干解调器由乘法器和低通滤波器组成。相干解调要求接收端提供一个与发送端载波信号完全同频同相的相干载波（或称为同步载波）。第37页/共87页2023/3/2638AMDSBSSBVSB幅度调制 幅度调制有标准AM、DSB、SSB和VSB四种形式。幅度调制第38页/共87页2023/3/26392.3.3 单边带调幅（SSB）(Single sideband AM)（1）单边带调幅的概念：只传送双边带信号中其中一个边带的调制方式，称为单边带调幅（SSB）。SSB分为上边带调制（USB）和下边带调制（LSB）。第39页/共87页2023/3/2640 （2）单边带调幅信号的时域和频域表示式：第40页/共87页2023/3/2644（4）单边带信号的解调：低通滤波器 单边带信号的解调要用相干解调法。第44页/共87页2023/3/2645AMDSBSSBVSB幅度调制 幅度调制有标准AM、DSB、SSB和VSB四种形式。幅度调制第45页/共87页2023/3/26462.3.4 残留边带调幅（VSB）（Vestigil-sideband AM）第46页/共87页2023/3/2647（1）残留边带调幅（VSB）的概念：如果既不是同时传输两个边带，也不是只传送一个边带，而是以传输一个边带的大部分为主，同时传输另一个边带靠近载频附件的一小部分残余为辅，这种调制方式称为残留边带调幅，记作VSB。第47页/共87页2023/3/2649各种调制方式的应用调制方式调制方式用途举例用途举例连连续续波波模模拟拟调调制制 线性调制线性调制(幅度调制幅度调制)标准幅度调制标准幅度调制AM 广播广播单边带调制单边带调制SSB载波通信、短波无线电载波通信、短波无线电话通信话通信双边带调制双边带调制DSB立体声广播立体声广播残留边带调制残留边带调制VSB 电视广播、传真电视广播、传真非线性调制非线性调制（角调制）（角调制）频率调制频率调制FM微波中继、卫星通信、微波中继、卫星通信、广播广播相位调制相位调制PM中间调制方式中间调制方式第49页/共87页2023/3/2650 幅度调制小结：幅度调制AMDSBSSBVSB 要求掌握：如何用载波的幅度传输信息信号；AM 和DSB的表达式和特点；实际应用情况。第50页/共87页2023/3/26512.4 角调制（Angle Modulation）第51页/共87页2023/3/2652 在连续波调制中，若已调波的幅度保持不变，相角按调制信号的某种规律变化，称为角调制。角调制信号可一般地表示为：角调制的概念：第52页/共87页2023/3/2653与角调制有关的术语：瞬时相位偏移：瞬时（角）频率偏移：瞬时（角）频率：瞬时相位或总相位：第53页/共87页2023/3/26542.4.1 调频和调相（Frequency Modulation and Phase Modulation）（1）定义：第54页/共87页2023/3/2655瞬时相位偏移：瞬时（角）频率偏移：波形表示式：FM：第55页/共87页2023/3/2656PM：瞬时相位偏移：瞬时（角）频率偏移：波形表示式：第56页/共87页2023/3/2657 （2）调频和调相的关系：对调频和调相信号进行比较可以看出，除了调频信号的瞬时频率偏移正比于调制信号，而瞬时相位偏移正比于调制信号的积分，调相信号的瞬时频率偏移正比于调制信号的微分而瞬时相位偏移正比于调制信号外，频率调制和相位调制在本质上没有多大的区别。第57页/共87页2023/3/2658 增加调制信号的幅度，将增加频偏或相位偏移，从而增加FM或PM信号的带宽，但不影响FM或PM信号的平均功率，它始终是一个常数。相位的变化会引起频率的变化，频率的变化也会引起相位的变化，两者的变化均引起正弦信号的总相位的变化。（3）调角信号的一些特性：第58页/共87页2023/3/2659 如果预先不知道调制信号的形式时，很难区分已调信号是调频信号还是调相信号，所以一般将它们统称为角调制信号。角调制信号是非线性调制，很难写出角调制信号的频谱表示式。根据最大相位偏移的大小，角调制分为窄带角调制和宽带角调制。第59页/共87页2023/3/2660 2.4.2 调频信号的产生与解调：调频信号的产生：产生调频信号通常有两种方法，一种是直接调频法，另一种是间接调频法。直接调频法：可控电抗元件载波振荡器m(t)sFM(t)第60页/共87页2023/3/2661 间接调频法：间接调频法是利用产生窄带调频信号比较容易的特点，先用调制信号产生窄带调频信号，再用倍频器将其变换为宽带调频信号。第61页/共87页2023/3/2662第62页/共87页2023/3/2663 调频信号的解调：鉴频器：BPFsFM(t)放大限幅器微分器包络检测器LPF鉴频器第63页/共87页2023/3/2664 连续波模拟调制小结：连续波模拟调制幅度调制角调制AMDSBSSBVSBFMPM第64页/共87页2023/3/2665 接收机分类：零中频接收机；超外差接收机。2.5 超外差接收机 Superheterodyne Receiver第65页/共87页2023/3/2666 （1）超外差接收机的一般模型：超 外 差 接 收 技 术 是 美 国 电 气 工 程 师Edward H.Armstrong在1918年提出并完善的。射频滤波放大器混频器中频滤波放大器检测器低频功放扬声器或监视器本机振荡器第66页/共87页2023/3/2667（2）混频（变频）一般原理：中频滤波器第67页/共87页2023/3/2668 （3）中频滤波放大器功能：选频放大。典型中频频率：AM接收机：465kHz;FM接收机：10.7MHz、465kHz;第68页/共87页2023/3/2669 （4）检测器（Detector）：包络检测器；相干检测器；正交相干检测器；鉴频器 ；鉴相器第69页/共87页2023/3/2670 （5）超外差接收机的典型例子：AM超外差接收机。射频滤波放大器fc混频器中频滤波放大器fIF=465kHz包络检测器音频功放扬声器本机振荡器fLo=fc+465kHz第70页/共87页2023/3/26722.6 频分多路复用（Frequency-division Multiplexing）第72页/共87页2023/3/26732.6.1 多路复用的理论与技术 （1）多路复用（Multiplexing）：在实际的通信系统中，经常需要在两地之间同时传送多路信号。空分多路复用：利用多条低速物理线路，比如电缆的许多线对，每条线对传递一路信号，以空间上的分割实现多路复用，一般称为空分多路复用。第73页/共87页2023/3/2674 宽带多路复用：现代通信中的多路复用，主要指用同一宽带信道或高速信道同时传送多路基带信息信号或低速信号的技术。频分多路复用（FDM）；时分多路复用（TDM）；码分多路复用（CDM）。第74页/共87页2023/3/26792.6.2 频分多路复用原理 （Frequency-division Multiplexing）第79页/共87页2023/3/2680 频分多路复用是在发送端用不同频率的副载波将不同路信号的频谱并列而互不重叠地搬移在频率轴的不同频带上，以合成一个新的宽带带限信号，让多路复用信号在一个宽带信道上同时传输；在接收端，多路复用信号先经带通滤波器将各路信号分离，再送往各自的解调器恢复出原调制信号。第80页/共87页2023/3/26812.6.3 频分多路复用的典型例子 （1）载波电话系统多路载波电话分群等级第81页/共87页2023/3/2682第82页/共87页2023/3/2683（2）调频立体声广播（FM Stereo）：什么叫 Stereo?今天的调频立体声系统如何与传统的非立体声系统 兼容？第83页/共87页2023/3/2684第84页/共87页2023/3/2685第85页/共87页2023/3/2686本章知识要点小结：模拟通信的概念与模拟通信系统的模型；模拟信号的传输方式；载波通信的一般原理；幅度调制和角调制；超外差接收机；频分多路复用；第86页/共87页感谢您的观看！第87页/共87页