现代通信技术教学绪论

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1、现代通信技术概论现代通信技术概论教材教材教材：现代通信技术概论教材：现代通信技术概论 第二版，第二版， 崔健双，机械崔健双，机械工业出版社工业出版社参考教材：现代通信导论，易波主编，国防科技大学出版社现代通信原理，曹志刚、钱亚生，清华大学出版社数字通信，沈普兵主编，国防科技大学出版社数字通信原理，董兆鑫、扬述明等编，国防科技大学出版社2学习重点：学习重点：1.掌握基本概念掌握基本概念2.掌握基本原理和结果，一般不要求数学推导的掌握基本原理和结果，一般不要求数学推导的过程过程3.注意流程图的掌握注意流程图的掌握3第第1章章 绪论绪论 通信是人类文明发展史中永恒的话题，它是把通信是人类文明发展史中

2、永恒的话题，它是把消息从信源传送到信宿的一个过程。消息从信源传送到信宿的一个过程。 本章将在简要回顾国内外通信发展史的基础上本章将在简要回顾国内外通信发展史的基础上，对与通信系统技术相关的一些经典的基础知，对与通信系统技术相关的一些经典的基础知识进行介绍。主要内容包括通信信号、系统模识进行介绍。主要内容包括通信信号、系统模型与指标、系统的分类、系统传输方式、信道型与指标、系统的分类、系统传输方式、信道特性和调制解调等基本概念。通过本章的学习特性和调制解调等基本概念。通过本章的学习，将在整体上初步建立起关于通信的一些基本，将在整体上初步建立起关于通信的一些基本概念。概念。45第第1章章 绪论绪论

3、1.1 通信发展简史通信发展简史1.2 信号与通信信号与通信1.3 通信系统的模型与指标通信系统的模型与指标1.4 通信系统的分类通信系统的分类1.5 通信系统的传输方式通信系统的传输方式1.6 通信信道通信信道1.7 调制与解调调制与解调61.1 通信发展简史通信发展简史 现代通信源于西方科技的发展与进步，通信发现代通信源于西方科技的发展与进步，通信发展史也是一部人类科技进步史。展史也是一部人类科技进步史。 我国通信事业经历了从早期非常落后到后来跨我国通信事业经历了从早期非常落后到后来跨越式发展的变化历程，目前已经处于世界先进国越式发展的变化历程，目前已经处于世界先进国家行列。家行列。 了解

4、通信发展史将有助于我们更深入地认识过了解通信发展史将有助于我们更深入地认识过去、把握现状、展望未来。去、把握现状、展望未来。71.1.1 国际通信发展简史国际通信发展简史 19世纪中叶以后，由于电报、电话的发明以及世纪中叶以后，由于电报、电话的发明以及电磁波的发现，人类的通信手段发生了根本性的电磁波的发现，人类的通信手段发生了根本性的变革，开创了电气通信新时代。随着科技水平的变革，开创了电气通信新时代。随着科技水平的不断提高，相继出现了无线电、固定电话、移动不断提高，相继出现了无线电、固定电话、移动电话、互联网等各种通信手段，真正让神话传说电话、互联网等各种通信手段，真正让神话传说中的中的“千

5、里眼千里眼”、“顺风耳顺风耳”变成了现实。变成了现实。我国古代最早的通信方式是烽火狼烟。 文字发明后，利用驿站传递文书。 1837年莫尔斯电报发报收报传输线克服距离上的障碍，迅速而准确的传送信息是通信的主要任务。克服距离上的障碍，迅速而准确的传送信息是通信的主要任务。通信方式的演变通信方式的演变9电、电报、电话机的发明电、电报、电话机的发明u1831年，法拉第发现了磁生电现象。年，法拉第发现了磁生电现象。u1837年，莫尔斯发明了电报机。年，莫尔斯发明了电报机。u1864年，麦克斯韦预言电磁波的存在。年，麦克斯韦预言电磁波的存在。u1875年，贝尔发明电话机。年，贝尔发明电话机。1906190

6、6年德弗雷斯特发明了电子管年德弗雷斯特发明了电子管18951895年意大利的马可尼和俄国的波波年意大利的马可尼和俄国的波波夫把电磁波应用到无线电报通信中夫把电磁波应用到无线电报通信中11计算机、光通信和互联网的发明计算机、光通信和互联网的发明u 1946年，世界上第一台电子计算机诞生。年，世界上第一台电子计算机诞生。u 1947年，贝尔实验室发明蜂窝移动通信。年，贝尔实验室发明蜂窝移动通信。u 1966年，英籍华人高锟提出光通信的设想。年，英籍华人高锟提出光通信的设想。u 1969年，年，ARPA网形成互联网雏形。网形成互联网雏形。u 1993年，美国政府提出了建设国家年，美国政府提出了建设国

7、家“信息高信息高速公路速公路”的建设计划，从此进入互联网时代。的建设计划，从此进入互联网时代。 光通信、移动电话、互联网是现代通信的重要光通信、移动电话、互联网是现代通信的重要标志，计算机技术在通信领域的广泛应用使得二标志，计算机技术在通信领域的广泛应用使得二者密不可分。者密不可分。电视电子管晶体管集成电路大规模可编程器件收音机计算机网络通信电视长途电话卫星通信卫星地面站移动通信基站基站基站15卫星通信微波通信161.1.2.国内通信发展简史国内通信发展简史 1980年代以前，国内通信水平十分落后。年代以前，国内通信水平十分落后。 改革开放之后，随着人们对通信需求的日益膨胀，改革开放之后，随着

8、人们对通信需求的日益膨胀，我国通信业务以超常规、成倍数、跳跃式的发展速度我国通信业务以超常规、成倍数、跳跃式的发展速度和发展规模，取得了令世人瞩目的成就。和发展规模，取得了令世人瞩目的成就。17鼓励引进、消化与吸收鼓励引进、消化与吸收1982年，福州开通了第一套万门程控交换机。年，福州开通了第一套万门程控交换机。1984年，东方红二号同步通信卫星发射成功。年，东方红二号同步通信卫星发射成功。1986年，国家对通信技术设备进口减免年，国家对通信技术设备进口减免10年关税。年关税。1991年，以年，以“巨大中华巨大中华”（巨龙通信、大唐电信、（巨龙通信、大唐电信、中兴通讯、华为技术）为代表的民族通

9、信制造业实现中兴通讯、华为技术）为代表的民族通信制造业实现了群体突破。了群体突破。1993年，公用分组交换网（年，公用分组交换网（CHINAPAC）开通。）开通。1994年，广东开通年，广东开通GSM数字蜂窝移动电话网。数字蜂窝移动电话网。1998年，年，TD-SCDMA标准成为第一个具有自主知标准成为第一个具有自主知识产权的无线通信国际标准识产权的无线通信国际标准18形成良性竞争，争取自有知识产权形成良性竞争，争取自有知识产权2002年，中国移动推出年，中国移动推出GPRS（通用分组无线服务技术通用分组无线服务技术，General Packet Radio Service)，迈入迈入2.5G

10、时代。时代。2006年，年，TD-SCDMA成为国家通信行业标准。成为国家通信行业标准。2009年初，年初，3G牌照正式发放，标志牌照正式发放，标志3G普及阶段到来。普及阶段到来。2013年底，年底，4G牌照发放，中国移动、中国电信和中国牌照发放，中国移动、中国电信和中国联通均获得联通均获得TD-LTE牌照，牌照，FDD-LTE未发放。未发放。截止截止2014年年1月，移动和固话用户总数合计突破月，移动和固话用户总数合计突破15亿。亿。互联网用户总数超过超互联网用户总数超过超8亿。亿。191.2 信号与通信信号与通信 通信系统传送的是消息，而通信系统传送的是消息，而消息消息只有附着在某只有附着

11、在某种物理形式的种物理形式的“载体载体”上才能够得以传送。这类上才能够得以传送。这类物理形式的物理形式的“载体载体”，通常表现为，通常表现为电信号电信号或或光信光信号号的形式。的形式。 通信通信过程可以理解为变化的消息信号对过程可以理解为变化的消息信号对“载体载体”信号施加信号施加“影响影响”并让接收端能够并让接收端能够“感知到感知到”这这个影响，从而检测并获得消息。个影响，从而检测并获得消息。201.2.1 模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号 信号的分类方法有很多种，信号的分类方法有很多种，按照按照信号的描述信号的描述：确定信号和非确定信号；：确定信号和非确定信号；按照信号的按照信号的幅值

12、和能量幅值和能量：功率信号和能量信号；：功率信号和能量信号；按照按照分析域分析域：时域信号和频域信号：时域信号和频域信号按照按照时间连续性时间连续性：连续时间信号和离散时间信号：连续时间信号和离散时间信号按照信号的按照信号的形成机理形成机理：光信号和电信号；：光信号和电信号；按照按照幅度和时间上的连续性幅度和时间上的连续性：模拟信号与数字信：模拟信号与数字信号。号。 21模拟信号模拟信号 幅度在某一范围内可以连续取值的信号，称为幅度在某一范围内可以连续取值的信号，称为模拟信号。典型的模拟信号如下：模拟信号。典型的模拟信号如下： 22数字信号数字信号 幅度仅能够取有限个离散值的信号称为数字信幅度

13、仅能够取有限个离散值的信号称为数字信号。典型的数字信号如下：号。典型的数字信号如下：231.2.2 信号的时域和频域特性信号的时域和频域特性 信号的时域特性和频域特性是分别从时间和频信号的时域特性和频域特性是分别从时间和频率两个角度对同一个信号的描述。率两个角度对同一个信号的描述。在频域和变换域中，表示的信号是同一个信号，在频域和变换域中，表示的信号是同一个信号，是一一对应的关系，只是表现的形式不同是一一对应的关系，只是表现的形式不同傅里叶变换傅里叶变换FT拉普拉斯变换拉普拉斯变换LTz 变换变换ZT离散傅里叶变换离散傅里叶变换DFT离散沃尔什变换离散沃尔什变换DWT24周期正弦信号周期正弦信

14、号 周期正弦信号周期正弦信号u(t)=A sin（2ft+）是一种频率单）是一种频率单一、幅值固定的模拟信号，三个参量一、幅值固定的模拟信号，三个参量A、f、（幅度、幅度、频率、相位频率、相位）常被用作）常被用作“携带携带”（载波）消息。（载波）消息。25周期脉冲信号周期脉冲信号 周期脉冲数字信号是一种幅度为周期脉冲数字信号是一种幅度为A、周期为、周期为T、宽度为宽度为的重复出现的矩形波。的重复出现的矩形波。A(-+,)( )=22n Ttn Tnut0其 它 时 间26信号的时域特性信号的时域特性 时域特性表达的是信号幅度和相位随时间变化时域特性表达的是信号幅度和相位随时间变化的规律，简称为

15、幅时特性。的规律，简称为幅时特性。27信号的频域特性信号的频域特性 信号的频域特性表达的是信号幅度和相位随频信号的频域特性表达的是信号幅度和相位随频率变化的规律。率变化的规律。高数里面的傅里叶级数展开28周期脉冲信号的频谱分析周期脉冲信号的频谱分析 根据傅立叶级数理论，任意周期函数根据傅立叶级数理论，任意周期函数u(t)均可分均可分解为直流分量和无限多个正弦及余弦分量之和。解为直流分量和无限多个正弦及余弦分量之和。正弦信号谐波分量叠加逼近矩形波信号291.2.3 信号的带宽信号的带宽 把一个信号所包含谐波的最高频率把一个信号所包含谐波的最高频率fh与最低频率与最低频率fl之差，即该信号所拥有的

16、频率范围，定义为该信号之差，即该信号所拥有的频率范围，定义为该信号的的带宽带宽。 例如，单一频率的正弦波带宽为例如，单一频率的正弦波带宽为0，而周期脉冲，而周期脉冲方波带宽是最高次谐波与最低次谐波之差。方波带宽是最高次谐波与最低次谐波之差。 数字通信传输近似周期方波信号，因此分析其带数字通信传输近似周期方波信号，因此分析其带宽具有重要现实意义。宽具有重要现实意义。30周期脉冲方波信号频谱周期脉冲方波信号频谱x=n/T= nf31周期脉冲方波带宽分析周期脉冲方波带宽分析1）频谱是离散的）频谱是离散的 n次谐波分量的叠加，谱线间隔次谐波分量的叠加，谱线间隔为为；2）各次谐波分量正比于）各次谐波分量

17、正比于A和和，反比于，反比于T，受包络线受包络线 sinx/x的限制；的限制；3）当）当x时，谱线摆动时，谱线摆动于正负值之间于正负值之间0；4）随谐波次数的增高，幅度）随谐波次数的增高，幅度越来越小，可近似认为信号绝大部分能量都集中越来越小，可近似认为信号绝大部分能量都集中在第一个过零点在第一个过零点f=1/（x=）左侧的频率范围内。）左侧的频率范围内。1A2sin2( )=cosnAxtu txTTx32周期脉冲方波信号带宽分析周期脉冲方波信号带宽分析 通常把第一个过零点左侧的频率范围称为有效通常把第一个过零点左侧的频率范围称为有效带宽：带宽：B=1/ 重要结论：信号带宽与方波宽度成反比。

18、即方重要结论：信号带宽与方波宽度成反比。即方波越窄所占用的带宽就越宽。波越窄所占用的带宽就越宽。331.2.4 信号的衰耗与增益信号的衰耗与增益 信号在传输过程中若输出端功率小于输入端功信号在传输过程中若输出端功率小于输入端功率，则称信号受到了率，则称信号受到了衰耗衰耗（减）；若输出端功率（减）；若输出端功率大于输入端功率，则称信号得到了大于输入端功率，则称信号得到了增益增益，定义为：，定义为：10 lg()dBinoutPdP 例如，把例如，把10mW功率信号加到输入端并在输出功率信号加到输入端并在输出端测得功率端测得功率5mW，得衰耗约为，得衰耗约为3dB。（分贝）341.2.5 噪声与失

19、真噪声与失真 叠加在有用信号之上并对其产生有害影响的成叠加在有用信号之上并对其产生有害影响的成分，称为分，称为噪声噪声。 经过传输后的信号，由于受到各种因素的影响经过传输后的信号，由于受到各种因素的影响可能会发生畸变，称为信号可能会发生畸变，称为信号失真失真。 未导致系统产生新的谐波频率的失真称为线性未导致系统产生新的谐波频率的失真称为线性失真，否则称为非线性失真。失真，否则称为非线性失真。35噪声叠加导致信号幅度失真噪声叠加导致信号幅度失真361.3 通信系统的模型与指标通信系统的模型与指标通信系统的一般模型：通信系统的一般模型：37通信系统的指标通信系统的指标 一个通信系统质量如何，通常由

20、两个指标来衡一个通信系统质量如何，通常由两个指标来衡量，即系统的量，即系统的有效性有效性和和可靠性可靠性。 有效性指的是单位时间内系统能够传输消息量有效性指的是单位时间内系统能够传输消息量的多少，以信道带宽（的多少，以信道带宽（Hz）或传输速率（）或传输速率（bit/s）为单位。在相同条件下，带宽或传输速率越高越为单位。在相同条件下，带宽或传输速率越高越好。好。 可靠性指的是消息传输的准确程度，以不出差可靠性指的是消息传输的准确程度，以不出差错或差错越少越好。错或差错越少越好。38模拟通信系统的指标模拟通信系统的指标 在模拟通信系统中，系统的频带越宽其有效性在模拟通信系统中，系统的频带越宽其有

21、效性越高，而其可靠性常用信噪比来衡量，信噪比越越高，而其可靠性常用信噪比来衡量，信噪比越大其可靠性越高。大其可靠性越高。通信系统中某点的信噪比定义通信系统中某点的信噪比定义为该点的信号功率为该点的信号功率Ps与噪声功率与噪声功率PN之比的对数：之比的对数：1 0 l g ()SNPS N Rd BP39数字通信系统的指标数字通信系统的指标u 传输速率（衡量系统的有效性）传输速率（衡量系统的有效性）u 差错率（衡量系统的可靠性）差错率（衡量系统的可靠性） u 频带利用率（衡量系统的利用率）频带利用率（衡量系统的利用率）传输过程中出现错误的单位数量差错率总的传输单位数量=bit/s Hz)系统最大

22、传输比特率频带利用率（系统拥有的频带宽度401.4 通信系统的分类通信系统的分类 从不同的角度出发，可以把通信系统进行不同从不同的角度出发，可以把通信系统进行不同的分类。的分类。411.4.1按照传输媒介分按照传输媒介分u有线通信系统有线通信系统：利用传导体对信号进行导向性：利用传导体对信号进行导向性传输，有较强的封闭性和安全性，信号传输质量传输，有较强的封闭性和安全性，信号传输质量好，容量可以无限制地增大。但敷设、维护成本好，容量可以无限制地增大。但敷设、维护成本较高。较高。(电话线、双绞线、电缆、光纤电话线、双绞线、电缆、光纤)u无线通信系统无线通信系统：利用非导向性传输媒体在自由：利用非

23、导向性传输媒体在自由空间传播信号，具有优良的可移动性和低廉的扩空间传播信号，具有优良的可移动性和低廉的扩张成本，但易受到外界的干扰，频率资源有限，张成本，但易受到外界的干扰，频率资源有限，传输速率也受限。（大气、真空环境、水等）传输速率也受限。（大气、真空环境、水等）421.4.2 按照传输信号的特性分按照传输信号的特性分u模拟通信系统模拟通信系统：优点是简单直观；缺点是抗干：优点是简单直观；缺点是抗干扰能力弱，噪声积累无法彻底消除。扰能力弱，噪声积累无法彻底消除。u数字通信系统数字通信系统：431.4.3 按照业务功能分按照业务功能分441.5 通信系统的传输方式通信系统的传输方式 通信系统

24、的传输方式是指通信双方所共同遵守通信系统的传输方式是指通信双方所共同遵守的传输规则。从不同的角度观察，可以有不同传的传输规则。从不同的角度观察，可以有不同传输方式。输方式。451.5.1 按照传输方向：按照传输方向：单工与双工传输方式单工与双工传输方式ABABAB461.5.2 按照信息排列方式：按照信息排列方式：串行与并行传输方式串行与并行传输方式471.5.3 按照时钟控制方式：按照时钟控制方式：同步与异步传输方式同步与异步传输方式u异步传输方式：收发双方的时钟节拍各自独立异步传输方式：收发双方的时钟节拍各自独立并允许有一定的误差。为了达到双方同步目的，并允许有一定的误差。为了达到双方同步

25、目的，需要在每个字符的头、尾各附加一个比特的起始需要在每个字符的头、尾各附加一个比特的起始位和终止位，用来指示一个字符的开始和结束。位和终止位，用来指示一个字符的开始和结束。u同步传输方式：要求双方时钟严格一致。为求同步传输方式：要求双方时钟严格一致。为求一致，发送方的编码中隐含着供接收方提取的同一致，发送方的编码中隐含着供接收方提取的同步时钟频率。收发以数据帧为单位，帧头包含帧步时钟频率。收发以数据帧为单位，帧头包含帧同步码，中间是信息码，帧尾是帧结束码。同步码，中间是信息码，帧尾是帧结束码。481.6 通信信道通信信道 信道是信号传输的通路，其传输特性描述的是信道是信号传输的通路，其传输特

26、性描述的是不同频率的信号通过信道后能量幅度和相位变化不同频率的信号通过信道后能量幅度和相位变化的情况。的情况。 信道带宽信道带宽用以衡量一个信道的传输能力，带宽用以衡量一个信道的传输能力，带宽越大表明传输能力越强。越大表明传输能力越强。 信道容量信道容量则是用来衡量信道所能达到的最大传则是用来衡量信道所能达到的最大传输能力的一个重要指标。输能力的一个重要指标。 信道复用信道复用是利用同一传输媒介同时传送多路信是利用同一传输媒介同时传送多路信号且相互之间不产生干扰的通信技术。号且相互之间不产生干扰的通信技术。491.6.1 传输特性与带宽传输特性与带宽信道的传输特性即信道的频率响应特性，包括幅信

27、道的传输特性即信道的频率响应特性，包括幅频特性和相频特性。频特性和相频特性。50信号带宽与信道带宽的匹配信号带宽与信道带宽的匹配 为了不失真地实现通信信号传输，信号的有效为了不失真地实现通信信号传输，信号的有效带宽必须和信道带宽相匹配。两者匹配最主要考带宽必须和信道带宽相匹配。两者匹配最主要考虑的是频率范围（或频带）的匹配。虑的是频率范围（或频带）的匹配。 信号与信道的关系等价于车与马路的关系。信号与信道的关系等价于车与马路的关系。511.6.2 传输媒介传输媒介有线传输媒介：有线传输媒介：52无线传输媒介无线传输媒介表表1-3 无线电不同频段的划分及用途无线电不同频段的划分及用途频段频段频率

28、范围频率范围波长范围波长范围主要用途主要用途主要传播方式主要传播方式极低频（极低频（ELF）极长）极长波波30-3000 Hz0.1-1000 km远程通信、海上潜艇远程导航远程通信、海上潜艇远程导航地波地波甚低频（甚低频（TLF）超长）超长波波3-30KHz1000-10 km低频（低频（LF）长波）长波30-300KHz10 -1 km中远程、地下通信、无线导航中远程、地下通信、无线导航地波或天波地波或天波中频（中频（MF）中波）中波300-3MHz1000-100 m中波广播、业余无线电中波广播、业余无线电地波或天波地波或天波高频（高频（HF）短波）短波3-30MHz100 -10 m短

29、波通信、短波电台、航海通短波通信、短波电台、航海通信信天波天波甚高频（甚高频（VHF）超短）超短波波30-300MHz10 - 1 m电视、调频广播、电离层下散电视、调频广播、电离层下散射射视距波、散射视距波、散射波波特高频（特高频（UHF）分米）分米波波0.3-3GHz10- 1 dm移动通信、遥测、雷达导航、移动通信、遥测、雷达导航、蓝牙蓝牙视距波、散射视距波、散射波波超高频（超高频（SHF）厘米）厘米波波3-30GHz10 -1 cm微波、卫星通信、雷达探测微波、卫星通信、雷达探测视距波视距波极高频（极高频（EHF）毫米）毫米波波30-300GHz10 -1 nm雷达、微波、射电天文通信

30、雷达、微波、射电天文通信视距波视距波光波（近红外线）光波（近红外线）105 -107 GHz0.3- 310-6 cm光纤通信光纤通信光导纤维光导纤维53光纤通信介质的三个可用窗口光纤通信介质的三个可用窗口541.6.3 信道容量信道容量 信道容量信道容量是指信息在信道中无差错传输的最大速是指信息在信道中无差错传输的最大速率。在信号平均功率受限的高斯白噪声信道中，率。在信号平均功率受限的高斯白噪声信道中，用香农公式计算信道容量用香农公式计算信道容量 （比特（比特/秒）秒） 其中，其中，B为信道带宽，为信道带宽，S为信号平均功率，为信号平均功率，N为噪为噪声平均功率，声平均功率，C是该信道理论最

31、大传输速率。是该信道理论最大传输速率。)1(log2NSBC55香农公式的意义香农公式的意义 香农公式表明：当信号与信道加性高斯白噪声的香农公式表明：当信号与信道加性高斯白噪声的平均功率平均功率S与与N给定时，在具有一定频带宽度给定时，在具有一定频带宽度B的的信道上，单位时间内可传输的信息量信道上，单位时间内可传输的信息量C是有限的。是有限的。 当且仅当传输速率当且仅当传输速率C时，总可以找到一种信道时，总可以找到一种信道编码方式，实现无差错传输。换句话说，在允许编码方式，实现无差错传输。换句话说，在允许存在一定的差错率前提下，实际传输速率可以大存在一定的差错率前提下，实际传输速率可以大于信道

32、容量于信道容量C，但此时不能保证无差错传输。，但此时不能保证无差错传输。56香农公式与扩频通信香农公式与扩频通信 按照香农公式：按照香农公式：1）B一定时，一定时，S 或或N 可令可令C ，即通过提高信噪比可提高信道容量；，即通过提高信噪比可提高信道容量；2）S/N一定时，若一定时，若B 则则C 。 结论：结论：C、B和和S/N可以通过相互提升或降低取可以通过相互提升或降低取得平衡。在扩频通信技术中，令得平衡。在扩频通信技术中，令B （很大），（很大），S/N可以很小。可以很小。 例如，信道带宽例如，信道带宽3KHz，最大信息速率为，最大信息速率为10000bit/s。为。为了保证这些信息能够

33、无误传输，要求至少了保证这些信息能够无误传输，要求至少S/N9。 若若10000bit/s不变，但信道带宽变为不变，但信道带宽变为10kHz，信噪比，信噪比S/N就可就可降低为降低为1左右。左右。571.6.4 信道的复用信道的复用 在发送端将若干个独立无关的分支信号合并为在发送端将若干个独立无关的分支信号合并为一个复合信号，然后送入同一个信道内传输，接一个复合信号，然后送入同一个信道内传输，接收端再将复合信号分解开来，恢复原来的各分支收端再将复合信号分解开来，恢复原来的各分支信号，称为多路复用。信号，称为多路复用。 多路复用目的是提高线路利用率。多路复用目的是提高线路利用率。 常用的多路复用

34、技术：常用的多路复用技术：58多路复用原理示意图多路复用原理示意图59FDM原理示意图原理示意图60TDM原理示意图原理示意图频分多址、时分多址、码分多址的比较频分多址、时分多址、码分多址的比较61621.7 调制与解调调制与解调 调制解调是通信技术最重要的概念之一。调制解调是通信技术最重要的概念之一。 “携带携带”消息的信号称为载波信号，而被消息的信号称为载波信号，而被“携携带带”的消息称为调制信号，调制就是让消息被载的消息称为调制信号，调制就是让消息被载波信号波信号“携带携带”，解调就是从载波信号中检测出，解调就是从载波信号中检测出消息。消息。 正弦周期信号和脉冲周期信号常被用作载波信正弦

35、周期信号和脉冲周期信号常被用作载波信号。号。631.7.1 调制的目的调制的目的u 把消息信号调制成适合在信道中传输的信号把消息信号调制成适合在信道中传输的信号 例如，话音频率是例如，话音频率是3003400Hz，而信道频，而信道频带在带在10kHz100kHz之间，利用频率为之间，利用频率为11kHz的载波调制到的载波调制到11.3kHz14.4kHz之间，之间，就可通过信道进行传输。就可通过信道进行传输。 u信道的多路复用信道的多路复用 例如，信道在例如，信道在10kHz100kHz之间，带宽之间，带宽是是90 kHz，按每路话音信号，按每路话音信号4000Hz计算至少计算至少可以同时传输

36、可以同时传输22路话音信号。路话音信号。64调制器的模型：调制器m(t)c(t)Sm (t)m(t)：调制信号：调制信号c(t)：载波：载波Sm(t)：已调信号：已调信号 调制的定义调制的定义：是按原始：是按原始电信号电信号(调制信号）的变调制信号）的变化规律去改变载波某些参化规律去改变载波某些参量的过程。量的过程。 调制的实质：调制的实质：进行频谱搬进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从移到所希望的位置上，从而提高系统信息传输的有而提高系统信息传输的有效性和可靠性。效性和可靠性。651.7.2 调制的分类调制的分类表表1-4调制类型说明调制类型说明 调制

37、信号调制信号载波信号载波信号模拟信号模拟信号数字信号数字信号正弦载波正弦载波Uccos（ct+）调幅（调幅（AM）、单边带、）、单边带、调频（调频（FM）、调相）、调相（PM）幅移键控（幅移键控（ASK） 、频移键控、频移键控（FSK） 、相移键控（、相移键控（PSK）、）、脉冲载波脉冲载波脉冲编码调制脉冲编码调制（PCM）、脉冲增量）、脉冲增量调制（调制（M）、）、DPCM、脉冲调幅（脉冲调幅（PAM）、脉冲调相）、脉冲调相（PPM）、脉冲调宽）、脉冲调宽 （PWM）661.7.3 模拟信号调制正弦波模拟信号调制正弦波 用模拟信号对正弦载波信号进行调制称为模拟用模拟信号对正弦载波信号进行调制

38、称为模拟调制。根据调制参数的不同分别有模拟振幅调制调制。根据调制参数的不同分别有模拟振幅调制（AM）、频率调制（）、频率调制（FM）和相位调制（）和相位调制（PM）三种形式，后两种形式又称为三种形式，后两种形式又称为角度调制角度调制。2022-1-1567常规双边带调幅（常规双边带调幅（AM） AM信号的表达式、频谱及带宽信号的表达式、频谱及带宽 若假设滤波器为全通网络：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，必须满足为了保证包络检波时不发生失真，必须满足 tccos)(tm)(tsAM图3-2 AM调制器模型0A)(cos)()(cos)(cos)()(00ttmtAttmAt

39、scccAM)()(21)()()(0ccccAMMMAS0)(0tmAmax0)(tmA 2022-1-1568 AM信号是带有载波的双边带信号，它的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，即带宽为基带信号带宽的两倍，即HmAMfBB222022-1-1569 3. AM信号的解调信号的解调 调制的逆过程叫做解调。调制的逆过程叫做解调。AM信号的解信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。调方法有两种：相干解调和包络检波解调。 （1）相干解调相干解调 用一个低通滤波器，就无失真的恢复出用一个低通滤波器，就无失真的恢复出原始的调制信号：原始的调制信号： LPF图3-4 相

40、干解调原理框图xtccos)(tsAM)(tmottmAtmAttmAttscccAM2)(21)(21)()(0020coscoscos)(21)(0tmAtmo2022-1-1570（2）包络检波法包络检波法 电路由二极管电路由二极管D、电阻、电阻R和电容和电容C组成。组成。RC满足条件：满足条件： 这时这时，包络检波器的输出与输入信号的，包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近，即：包络十分相近，即： HcRC11)()(0tmAtmo2022-1-1571抑制载波的双边带调幅（抑制载波的双边带调幅（DSB-SC） DSB信号的表达式、频谱及带宽信号的表达式、频谱及带宽 tccos)(t

41、m)(tsDSB图3-7 DSB调制器模型ttmtscDSBcos)()()()(21)(ccDSBMMS2022-1-1572DSB信号的解调信号的解调 DSB信号只能采用相干解调，则乘法信号只能采用相干解调，则乘法器输出为：器输出为：经低通滤波器滤除高次项，得经低通滤波器滤除高次项，得 ttmtmttmttscccDSB2)(21)(21)()(2coscoscos)(21)(tmtmo73 DSB信号不能进行包络检波，需采用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，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。信号的频谱由上下对称的两

42、个边带组成。故故DSB信号是不带载波的双边带信号，它的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。带宽为基带信号带宽的两倍。HmAMDSBfBBB222022-1-1574单边带调制（单边带调制（SSB） 由于由于DSB信号的上、下两个边带是完全信号的上、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，仅传输其中此，从信息传输的角度来考虑，仅传输其中一个边带就够了。一个边带就够了。2022-1-157576模拟频率调制（调频）模拟频率调制（调频）载波频率载波频率fc随调制信号的瞬时幅值呈线性变化，随调制信号的

43、瞬时幅值呈线性变化，即即载波的幅度保持不变载波的幅度保持不变。调频与解调示意图)(cos)(dmKtAtstFcFM77模拟相位调制（调相）模拟相位调制（调相） 载波瞬时相位载波瞬时相位(t) 随调制信号瞬时幅值呈线性变随调制信号瞬时幅值呈线性变化。化。 把平面化的正弦载波立体化，即在三维空间中把平面化的正弦载波立体化，即在三维空间中观察其变化过程。当一个振幅为观察其变化过程。当一个振幅为A，频率为，频率为fc，初，初始相位为始相位为的正弦载波的正弦载波Asin(2fct+) 随时间变化时，随时间变化时，其其x轴代表时间，轴代表时间，y轴代表幅度，轴代表幅度，z轴代表的就是相轴代表的就是相位。

44、载波信号的幅度和相位随时都在变化，利用位。载波信号的幅度和相位随时都在变化，利用每一个周期的初始相位不同可以实现对相位的调每一个周期的初始相位不同可以实现对相位的调制。制。)(cos)(tmKtAtsPcPM2022-1-1578 如果将调制信号先微分，再进行调频，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，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。再进行调相，则可得到调频信号。可见，调频与调相并无本质区别，两者之间可见，调频与调相并无本质区别，两者之间可以互换。可以互换。 79调频信号的解调调频信号的解调 （1）非相干解调非相干解调

45、最简单的解调器是具有频率最简单的解调器是具有频率- -电压转换作电压转换作用的鉴频器。用的鉴频器。 理想鉴频器可看成是微分器与包络检波理想鉴频器可看成是微分器与包络检波器的级联。则微分器输出器的级联。则微分器输出 用包络检波器取出其包络，并滤去直流用包络检波器取出其包络，并滤去直流后输出：后输出： Kd称为鉴频器灵敏度。称为鉴频器灵敏度。 （2）相干解调相干解调 )(sin)()(dmKttmKAtstFcFcd)()(tmKKtmFdoBPF)(tsi)(tmoLPF)(tc相干解调)(tNBFMs微分)(tsp)(tsd81设窄带调频信号为设窄带调频信号为 ：相干载波：相干载波： 则乘法器

46、输出为：则乘法器输出为：经低通滤波器滤除高频分量，得经低通滤波器滤除高频分量，得 再经微分，得输出信号再经微分，得输出信号 tdmKAtAtsctFcNBFMsin)(cos)(ttccsin)()2cos1 ( )(22sin2)(tdmKAtAtsctFcPtFddmKAts)(2)()(2)(tmKAtmFo821.7.4 数字信号调制正弦波数字信号调制正弦波 用数字信号调制正弦载波信号称为载波键控，用数字信号调制正弦载波信号称为载波键控，包括幅移键控、频移键控和相移键控。包括幅移键控、频移键控和相移键控。 83二进制幅移键控（二进制幅移键控（2ASK）（通断键控）（通断键控）利用二进制

47、数字信号来控制载波振幅利用二进制数字信号来控制载波振幅2sin(2)1( )00mciASKAf tet当数字 时当数字 时842ASK信号的产生方法（模拟法信号的产生方法（模拟法 键控法）键控法） 二进制振幅键控信号调制器原理框图2022-1-1585二进制振幅键控信号解调器原理框图二进制振幅键控信号解调器原理框图（a）非相干解调原理图）非相干解调原理图 （b）相干解调原理图）相干解调原理图 86 2ASK信号非相干解调过程的时间波形87二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK）利用二进制数字信号来控制载波频率利用二进制数字信号来控制载波频率sin(21)1( )sin(22)0Amf ti

48、e tAmfti数字数字2022-1-1588数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图2FSK信号的产生方法（模拟法信号的产生方法（模拟法 键控法）键控法）89”判为“，”判为“，012121vvvv1.包络检波法包络检波法2022-1-1590 2FSK包络检波过程的时间波形 2022-1-15912. 相干检测法相干检测法 2022-1-15923. 过零检测法过零检测法 2FSK信号的信号的过零点数随载频的过零点数随载频的变化而不同变化而不同，因此，检测出，因此，检测出过零点数过零点数就就可以得到载频的差异，从而进一步得到可以得到载频的差异，从而进一步得到调制信号的信息。调制信号的信息。

49、2022-1-15932FSK信号过零检测法原理及各点波形2022-1-15944. 差分检测法差分检测法 角频率频移有两种取值，乘法器输出为：角频率频移有两种取值，乘法器输出为：合理的选取延迟，使得合理的选取延迟，使得 )()(2cos2)cos(2)(cos()cos(22ccccctAAtAtAsinsincoscos2)cos(222cccAAV1sinc2022-1-1595此时此时 输出电压与角频偏呈线性关系，实现输出电压与角频偏呈线性关系，实现近似线性的频幅转换特性，这正是鉴频特性近似线性的频幅转换特性，这正是鉴频特性所要求的。针对的两种取值，经抽样判决器所要求的。针对的两种取值

50、，经抽样判决器可检测出可检测出“1”和和“0”。 2/,2sin22/,2sin22222当当ccAAAAV96二进制相移键控（二进制相移键控（2PSK）利用二进制数字信号来控制载波相位利用二进制数字信号来控制载波相位sin(2)1( )sin(2)0mcimciAf tu tAf t数 字数 字2022-1-1597 2PSK信号的典型波形如图所示：信号的典型波形如图所示： 2PSK信号的调制方框图如图所示：信号的调制方框图如图所示： 98数字调频的相干解调数字调频的相干解调 用本地载波与接收到的载波键控信号相乘，得用本地载波与接收到的载波键控信号相乘，得到基带信号；然后用低通滤波器过滤掉高

51、频信号；到基带信号；然后用低通滤波器过滤掉高频信号；最后对过滤后的基带信号进行采样和判决还原出最后对过滤后的基带信号进行采样和判决还原出原始数字信号。原始数字信号。99数字调频的相干解调示例数字调频的相干解调示例 例如，接收到cos1t （“1”）或cos2t（“0”），与本地载波cos1t 和cos2t同时分别相乘，可得如下三种结果之一：cos1t cos1t= cos21t+ cos0=cos21t +1 =1cos2t cos2t= cos22t+ cos0=cos22t +1=1cos1t cos2t= cos（1+ 2）t+ cos（1-2）t1 其中高频分量21、22以及1+ 2都

52、被滤掉。抽样判决比较两个低通滤波输出电平的大小，上大判为1下大则判为0。2022-1-15100 2PSK信号的解调：信号的解调：不考虑噪声时，带通滤波器输出可表示为：不考虑噪声时，带通滤波器输出可表示为： )cos()(nctty)2cos(21cos21cos)cos()(ncncncttttz时，时，nnntx2/102/1cos21)(101 注意：当恢复的相干载波产生注意：当恢复的相干载波产生180倒相时，解调出的数字基带信号将与发送的倒相时，解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好相反，解调器输出数字基数字基带信号正好相反，解调器输出数字基带信号全部出错。这种现象称为带信号全部出错。这种现象称为“反向工作反向工作”（ “倒相倒相” 现象或者现象或者“倒倒 ”现象）。现象）。所以所以2PSK方式在实际中很少采用。方式在实际中很少采用。 实际使用：差分相位键控实际使用：差分相位键控 信息序列1101 （0）10011变0不变102本章小结和知识点本章小结和知识点u国内外通信发展简史国内外通信发展简史u通信信号的性质与特征通信信号的性质与特征u通信系统的一般模型通信系统的一般模型u可靠性与传输效率可靠性与传输效率u通信系统的传输方式通信系统的传输方式u信道的频率响应特性信道的频率响应特性u信道的容量信道的容量u调制与解调调制与解调