第5章 信道與線性調(diào)制

第5章信道與線性調(diào)制信道基本概念編碼與調(diào)制

幅度調(diào)制的原理及抗噪聲性能頻分多路復(fù)用及線性調(diào)制應(yīng)用舉例非線性調(diào)制原理調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能采用加重/去加重技術(shù)改善信噪比

信道是通信系統(tǒng)必不可少的組成部分，信道的特性將直接影響到系統(tǒng)的總特性。

5.1.1信道的定義及分類5.1信道調(diào)制信道與編碼信道

5.1.2

信道數(shù)學(xué)模型

一、調(diào)制信道

調(diào)制信道的共性有一對(duì)(或多對(duì))輸入端和一對(duì)(或多對(duì))輸出端；絕大多數(shù)的信道都是線性的，即滿足疊加原理；信號(hào)通過信道具有一定的遲延時(shí)間，而且它還會(huì)受到(固定的或時(shí)變的)損耗；即使沒有信號(hào)輸入，在信道的輸出端仍有一定的功率輸出(噪聲)。調(diào)制信道的模型二對(duì)端網(wǎng)絡(luò)多對(duì)端網(wǎng)絡(luò)對(duì)于二對(duì)端的信道模型，其輸出與輸入的關(guān)系應(yīng)該有其中，為輸入的已調(diào)信號(hào)；為信道總輸出波形；為加性噪聲/干擾，且與相互獨(dú)立。表示已調(diào)信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)所發(fā)生的(時(shí)變)線性變換。若設(shè)，則有加性干擾乘性干擾通常乘性干擾是一個(gè)復(fù)雜的函數(shù)，包括各種線性畸變、非線性畸變，同時(shí)由于信道的遲延特性和損耗特性隨時(shí)間作隨機(jī)變化，往往用隨機(jī)過程來表述。

在分析乘性干擾時(shí)，可以把信道粗略分為兩大類：恒參信道：不隨時(shí)間變化或基本不變化；隨參信道：是隨機(jī)快變化的。調(diào)制信道對(duì)信號(hào)的影響對(duì)信號(hào)的影響是一種數(shù)字序列的變換，即把一種數(shù)字序列變成另一種數(shù)字序列；一般把編碼信道則看成是一種數(shù)字信道；編碼信道模型可以用數(shù)字的轉(zhuǎn)移概率來描述；可分為有記憶編碼信道和無記憶編碼信道。二、編碼信道編碼信道的轉(zhuǎn)移概率模型中，把P(0/0)、P(1/0)、P(0/1)、P(1/1)稱為信道轉(zhuǎn)移概率。以P(1/0)為例，其含義是“經(jīng)信道傳輸，把0轉(zhuǎn)移為1的概率”。恒參信道：對(duì)信號(hào)的影響是固定的或變化極為緩慢的；架空明線和電纜、中長(zhǎng)波地波傳播、超短波及微波視距傳播、人造衛(wèi)星中繼、光導(dǎo)纖維以及光波視距傳播等信道是恒參信道。1、有線電信道及其特性明線：平行而相互絕緣的架空裸線線路。傳輸損耗低；易受氣候和天氣的影響；對(duì)外界噪聲干擾敏感。對(duì)稱電纜：同一保護(hù)套內(nèi)有許多對(duì)相互絕緣的雙導(dǎo)線的傳輸媒質(zhì)；導(dǎo)線材料是鋁或銅，直徑為0.4～1.4mm；為減小各線對(duì)之間的相互干擾，每一對(duì)線都擰成扭絞狀；由于這些結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，電纜的傳輸損耗比明線大得多，但其傳輸特性比較穩(wěn)定。明線對(duì)稱電纜（雙絞線）5.1.3

恒參信道舉例同軸電纜：由同軸的兩個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成，外導(dǎo)體是一個(gè)圓柱形的空管(金屬絲網(wǎng))，內(nèi)導(dǎo)體是金屬線(芯線)，中間填充著介質(zhì)；外導(dǎo)體接地，起屏蔽作用，外界噪聲很少進(jìn)入其內(nèi)部。2、光纖信道及其基本特性

定義：光導(dǎo)纖維(簡(jiǎn)稱光纖)為傳輸媒質(zhì)、光波為載波的光纖信道；特點(diǎn)：損耗低、頻帶寬、線徑細(xì)、重量輕、可彎曲半徑小、不怕腐蝕、節(jié)省有色金屬以及不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)；組成：光源、光纖線路及光電探測(cè)器等三個(gè)部分光源是光載波發(fā)生器，廣泛應(yīng)用半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD)做光源；在接收端是一個(gè)直接檢波式的光探測(cè)器，常用PIN光電二極管或雪崩光電二極管(APD管)來實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)度的檢測(cè)；中繼器有兩種類型：直接中繼器和間接中繼器。在數(shù)字光纖信道中，為了減小失真以及防止噪聲的積累，每隔一定距離需加入再生中繼器。單模光纖：當(dāng)光纖中只能傳輸一種光波的模式；由于光波波長(zhǎng)極短，傳光特性較好；但是光纖的芯徑極小、截面尺寸小，在制造、耦合和連接上都比較困難；多模光纖：光纖中能傳輸?shù)哪Ｊ讲恢挂粋€(gè)；多模光纖的截面尺寸較大，在制造、耦合和連接上都比單模光纖容易。分類光纖信道的技術(shù)參數(shù)：

損耗（是光纖能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)那疤幔?/p>

色散（是指信號(hào)的群速度隨頻率或模式不同而引起的信號(hào)失真這種物理現(xiàn)象）。光纖信道的簡(jiǎn)化方框圖

3、無線電視距中繼信道

定義：工作頻率在超短波和微波波段時(shí)，電磁波基本上沿視線傳播，通信距離依靠中繼方式延伸的無線電線路；相鄰中繼站間距離一般在40～50km；適用場(chǎng)合：長(zhǎng)途干線、移動(dòng)通信網(wǎng)及某些數(shù)據(jù)收集(如水文、氣象數(shù)據(jù)的測(cè)報(bào))系統(tǒng)中；組成：終端站、中繼站及各站間的電波傳播路徑；特點(diǎn)：傳輸容量大、發(fā)射功率小、通信穩(wěn)定可靠，以及和同軸電纜相比，可以節(jié)省有色金屬等優(yōu)點(diǎn)。無線電中繼信道的構(gòu)成

4、衛(wèi)星中繼信道及其基本特性

定義：無線電中繼信道的一種特殊形式；同步通信衛(wèi)星：軌道在赤道平面上的人造衛(wèi)星，當(dāng)它離地面高度為35860km時(shí)，繞地球運(yùn)行一周的時(shí)間恰為24小時(shí)，采用三個(gè)適當(dāng)配置的同步衛(wèi)星中繼站就可以覆蓋全球(除兩極盲區(qū)外)；具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋地域廣、傳播穩(wěn)定可靠、傳輸容量大等突出的優(yōu)點(diǎn)；組成：由通信衛(wèi)星、地球站、上行線路及下行線路構(gòu)成；上行與下行線路是地球站至衛(wèi)星及衛(wèi)星至地球站的電波傳播路徑，而信道設(shè)備集中于地球站與衛(wèi)星中繼站中。衛(wèi)星中繼信道的概貌

5.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基本概念信道傳輸媒體編碼5.2.1基本概念數(shù)據(jù)(Data)：傳遞（攜帶）信息的實(shí)體，信息(Information)則是數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。

--模擬(Analog)數(shù)據(jù)與數(shù)字(Digital)數(shù)據(jù)信號(hào)(Signal)：數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號(hào)的形式傳播。

--模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)

--基帶(Baseband)與寬帶(Broadband)信號(hào)●一些術(shù)語信道(Channel)：傳送信息的線路（或通路）。比特率(BitRate)：數(shù)據(jù)傳輸速率(bps，b/s)。碼元(CodeCell)：時(shí)間軸上的一個(gè)信號(hào)編碼單元t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號(hào)同步脈沖同步脈沖：用于碼元的同步定時(shí)，識(shí)別碼元的開始波特率(Baud)：每秒傳送的碼元數(shù)(即信號(hào)傳送速率)。

1Baud=（log2M）bps

其中M是信號(hào)的編碼級(jí)數(shù)。也可以寫成

Rbit=Rbaud

log2M

例如：4級(jí)編碼（p23圖2.3b）

一個(gè)信號(hào)往往可以攜帶多個(gè)二進(jìn)制位，所以在固定的信息傳輸速率下，比特率往往大于波特率。換句話說，一個(gè)碼元中可以傳送多個(gè)比特（bit）。

帶寬(Bandwidth)：信號(hào)或信道占據(jù)的頻率范圍

信道容量(Channelcapacity)：信道的最大數(shù)據(jù)率

誤碼率(Biterrorrate)：信道傳輸可靠性指標(biāo)

P=錯(cuò)誤的位數(shù)/傳輸?shù)目偽粩?shù) 信息編碼：將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法。數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的規(guī)則。

例如：字母‘A’的ASCII編碼為01000001，其數(shù)據(jù)編碼可能為01000001t●通信系統(tǒng)模型通信的三個(gè)要素：信源、信宿和信道任何一個(gè)通信系統(tǒng)都可以抽象為以下模型：噪聲信源編碼調(diào)制信道解調(diào)解碼信宿編碼器：數(shù)據(jù)

適合傳輸?shù)男盘?hào)——便于識(shí)別、糾錯(cuò)調(diào)制器：信號(hào)

適合傳輸?shù)男问健搭l率、幅度、相位解碼器：傳輸信號(hào)

原始數(shù)據(jù)解調(diào)器：接收波形數(shù)字信號(hào)序列信息→數(shù)據(jù)→信號(hào)→在介質(zhì)上傳輸→信號(hào)→數(shù)據(jù)→信息通信系統(tǒng)的任務(wù)信息通過通信系統(tǒng)傳輸

把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號(hào)形式通過介質(zhì)傳送到目的地。

信息和數(shù)據(jù)（0、1比特）不能直接在介質(zhì)上傳輸?！裢ㄐ畔到y(tǒng)的構(gòu)成◆數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：

1）傳輸線路（包括傳輸介質(zhì)和中繼設(shè)備）

2）傳輸設(shè)備：調(diào)制解調(diào)器、多路復(fù)用器、交換機(jī)、路由器等◆數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：主要是指計(jì)算機(jī)?！裢ㄐ呕具^程—包含兩項(xiàng)內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制建立物理連接→建立邏輯連接→數(shù)據(jù)傳送→斷開邏輯連接→斷開物理連接（對(duì)比：打電話的過程）5.2.2信道及其主要特征1.數(shù)字信道和模擬信道

數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號(hào)）傳輸數(shù)據(jù)的信道。

模擬信道：以連續(xù)模擬信號(hào)形式傳輸數(shù)據(jù)的信道。2.模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)

模擬信號(hào)：時(shí)間上連續(xù)，包含無窮多個(gè)值

數(shù)字信號(hào)：時(shí)間上離散，僅包含有限數(shù)目的預(yù)定值tta)模擬信號(hào)b)數(shù)字信號(hào)3.周期信號(hào)和非周期信號(hào)

周期信號(hào)：信號(hào)由不斷重復(fù)的固定模式組成（如正弦波）

非周期信號(hào)：信號(hào)沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號(hào)），能被分解成無數(shù)個(gè)周期信號(hào)的疊加。ttTTTTTT周期信號(hào)數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)

?抗噪聲（干擾）能力強(qiáng)

?可以控制差錯(cuò)，提高了傳輸質(zhì)量

?便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理

?易于加密、保密性強(qiáng)

?可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活

僅在不得已的情況下，才會(huì)采用模擬通信。如用modem通過撥號(hào)線路傳輸數(shù)字信號(hào)。信道最大數(shù)據(jù)傳輸率

M最大數(shù)據(jù)率

(C)26000bps412000bps818000bps1624000bps3230000bps6436000bpsC=2Wlog2MC=傳輸率，單位b/s或bpsW=帶寬，單位HzM=信號(hào)電平級(jí)數(shù)例如：話音級(jí)線路(3000Hz)的信道容量計(jì)算，如右圖所示。Nyquist公式為估算已知帶寬信道的最高速率提供了依據(jù)。Nyquist公式：用于理想低通信道非理想信道實(shí)際的信道上存在三類損耗：衰減、延遲、噪聲。a）衰減

信道的損耗引起信號(hào)強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致信噪比S/N降低。b）延遲信號(hào)中的各種頻率成分在信道上的延遲時(shí)間各不相同，在接收端會(huì)產(chǎn)生信號(hào)畸變。c）噪聲

熱噪聲：由導(dǎo)體內(nèi)的熱擾動(dòng)引起，又稱為白噪聲。

串?dāng)_：信道間產(chǎn)生的不必要的耦合。例：多對(duì)雙絞線

脈沖噪聲：非連續(xù)、隨機(jī)、振幅較大。多由外部電磁干擾造成（閃電、大功率電機(jī)啟動(dòng)等）。噪聲將破壞信號(hào)，產(chǎn)生誤碼。持續(xù)時(shí)間0.01s的干擾可以破壞約560個(gè)比特（56Kbps）。Shannel公式：高斯噪聲干擾信道S/NdB

信噪比（dB分貝）的定義C=Wlog2(1+SN)S/NdB=10log10S/N例：信道帶寬W=3KHz，信噪比為30dB，則

C=3000*log2(1+1000)≈30KbpsC=傳輸率，單位b/sW=帶寬，單位Hz

即：Nyquist公式和Shannel公式的比較●C=2Wlog2M

此公式說明數(shù)據(jù)傳輸率C隨信號(hào)編碼級(jí)數(shù)增加而增加?！馛=Wlog2(1+S/N)

無論采樣頻率多高，信號(hào)編碼分多少級(jí)，此公式給出了信道能達(dá)到的最高傳輸速率。原因：噪聲的存在將使編碼級(jí)數(shù)不可能無限增加。5.2.3傳輸媒體(介質(zhì))磁介質(zhì)

高帶寬、低費(fèi)用、高延時(shí)（小時(shí)）例：7GB/8mm，1000盤/50*50*50cm，24h可送到任何地方?？?cè)萘?7*1000*8Gbits，總時(shí)間=24*60*60=86400s

傳送速率=56000Gb/86400s=648Mb/s金屬導(dǎo)體雙絞線、

同軸電纜(粗、細(xì))光纖無線介質(zhì)無線電、短波、微波、衛(wèi)星、光波●雙絞線內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣箔屏蔽銅屏蔽外套--螺旋絞合的雙導(dǎo)線，

≈1mm--每根4對(duì)、25對(duì)、1800對(duì)--典型連接距離100m（LAN）--RJ45插座、插頭--優(yōu)缺點(diǎn)：成本低密度高、節(jié)省空間安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般連接距離較短屏蔽雙絞線

(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少

干擾和串音3類、5類、6類（16M、155M、1200M）雙絞線外沒有任何附加屏蔽●同軸電纜基帶同軸電纜

一條電纜只用于一個(gè)信道，50

，用于數(shù)字傳輸寬帶同軸電纜

一條電纜同時(shí)傳輸不同頻率的多路模擬信號(hào)，75

，用于模擬傳輸，300—450MHz，100km，需要放大器

銅芯絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層保護(hù)套

細(xì)同軸

--50

，D=1.02cm，10Mbps

--185m、4中繼、5段（925m）

--優(yōu)缺點(diǎn)：價(jià)格低 安裝方便（T型連接器、BNC接頭、Terminator）

抗干擾能力強(qiáng) 距離短 可靠性差粗同軸

--50

，D=2.54cm，10Mbps--500m、4中繼、5段（2500m）

--優(yōu)缺點(diǎn)：價(jià)格稍高 安裝方便（收發(fā)器、收發(fā)器電纜、Terminator）

抗干擾能力強(qiáng) 距離中等

可靠性好

●光纖依靠光波承載信息速率高，通信容量大

僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（＞100Gb/s）傳輸損耗小，適合長(zhǎng)距離傳輸抗干擾性能極好，保密性好輕便光纖傳輸原理——利用了光的反射

光從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角≥臨界值時(shí)產(chǎn)生全反射，不會(huì)泄漏。

光纖：纖芯-折射率高、玻璃包層-折射率低

亮度調(diào)制，有脈沖-1，無脈沖-0

光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測(cè)器 光源:850nm/1300nm/1500nm

發(fā)光二極管/激光二極管

介質(zhì):光纖 光檢測(cè)器:光電二極管PIN/雪崩二極管APD

單向傳輸，雙向需兩根光纖●光纖傳送模式：MMF、SMF

多模MMF

輸入電信號(hào)輸出電信號(hào)單模SMF

波長(zhǎng):1300,1550nm波長(zhǎng)

:850,1300nmh2h1芯/封套特性h1h2光纖的直徑減小到一個(gè)光波波長(zhǎng)多束光線以不同的反射角傳播單束光線沿直線傳播●典型的光纜玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯單芯光纜多芯光纜玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼常見規(guī)格：玻璃內(nèi)芯——50um緩變型MMF 62.5um緩變/增強(qiáng)型MMF 8.3um突變型SMF

玻璃包層——125um●高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)芯封套外套加強(qiáng)芯光纖外鞘加強(qiáng)芯光纖束●無線介質(zhì)使用電磁波或光波攜帶信息無需物理連接適用于長(zhǎng)距離或不便布線的場(chǎng)合易受干擾無線電固定終端點(diǎn)（基站）和終端之間是無線鏈路BS基站

用戶計(jì)算機(jī)和終端BS基站覆蓋的無線電區(qū)域F2F3F1F2F3F1F2F3F1F2F2F3F1F1,F2,F3=使用的頻率地面微波接力兩個(gè)地面站之間傳送距離：50-100km地球地面站之間的直視線路

微波傳送塔地球同步衛(wèi)星與地面站相對(duì)固定位置使用3個(gè)衛(wèi)星覆蓋全球傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)22,300公里地球常用傳輸媒體的比較5.2.4數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)：模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)信道：模擬信道、數(shù)字信道不同類型的信號(hào)在不同類型的信道上傳輸有4種組合，每一種相應(yīng)地需要進(jìn)行不同的編碼處理。模擬傳輸和數(shù)字傳輸話音模擬傳輸模擬數(shù)字模擬模擬CODEC數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字編碼數(shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)10101010ModemEncoderDecoderModulatorDemodulator數(shù)字或模擬數(shù)字或模擬數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)g(t)m(t)px(t)s(t)g(t)m(t)數(shù)字或模擬數(shù)字或模擬P—調(diào)制參數(shù)編碼調(diào)制編碼和調(diào)制用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——編碼用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)——調(diào)制5.3幅度調(diào)制的原理

設(shè)正弦型載波為：式中：載波角頻率為；載波的初相位為；載波振幅為

A

幅度調(diào)制信號(hào)的一般表達(dá)式為

幅度調(diào)制：用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振幅，使其振幅隨調(diào)制信號(hào)作線性變化的過程。對(duì)應(yīng)頻譜為線性調(diào)制：已調(diào)信號(hào)的譜結(jié)構(gòu)是基帶調(diào)制信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單平移及線性變換，因此幅度調(diào)制又稱為線性調(diào)制；幅度調(diào)制的模型如下圖所示：由一個(gè)相乘器和一個(gè)沖激響應(yīng)為h(t)的帶通濾波器組成。

根據(jù)濾波器傳輸函數(shù)的不同，模擬幅度調(diào)制分為4類：常規(guī)調(diào)幅AM：為全通網(wǎng)絡(luò)，有直流成分。抑制載波雙邊帶調(diào)制DSB：為全通網(wǎng)絡(luò)，無直流成分。單邊帶調(diào)制SSB：是截止頻率為的高通或低通濾波器。殘留邊帶調(diào)制VSB：是特定的互補(bǔ)特性濾波器。幅度調(diào)制的分類一.抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）原理要求：信號(hào)中不含有直流分量，且是理想帶通濾波器。

已調(diào)信號(hào)頻譜為：其時(shí)域表達(dá)式為：不含有直流分量

DSB信號(hào)的時(shí)域波形及頻譜

二.

常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）要求：基帶信號(hào)

由交流分量

和直流分量A構(gòu)成，

且必須滿足時(shí)域表達(dá)式為：

頻域表達(dá)式為：

常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）信號(hào)的波形圖

常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）信號(hào)的頻譜圖三.單邊帶調(diào)制（SSB）要求：帶通濾波器只允許一個(gè)邊帶通過。利用下圖中的濾波法可以形成單邊帶信號(hào)。產(chǎn)生上邊帶信號(hào)時(shí)產(chǎn)生下邊帶信號(hào)時(shí)單邊帶信號(hào)的頻譜為

SSB信號(hào)頻譜圖單邊帶調(diào)制（SSB）信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式采用上邊帶調(diào)制時(shí)單邊帶信號(hào)時(shí)域表達(dá)式為采用下邊帶調(diào)制時(shí)的單邊帶信號(hào)時(shí)域表達(dá)式為推導(dǎo)過程推導(dǎo)過程四.殘留邊帶調(diào)制（VSB）

殘留邊帶調(diào)制是介于雙邊帶與單邊帶之間的一種線性調(diào)制，即克服了雙邊帶調(diào)制信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了單邊帶信號(hào)要求濾波器截止特性比較陡峭在生產(chǎn)技術(shù)上的難題。

殘留邊帶在頻域的表達(dá)式

要求：

只要?dú)埩暨厧V波器的截止特性在載頻處具有互補(bǔ)對(duì)稱特性，那么采用相干解調(diào)法就能準(zhǔn)確恢復(fù)原有的基帶信號(hào)。殘留邊帶濾波器的衰減特性有很大的選擇自由度，但這并不等于對(duì)濾波器的衰減特性沒有限制。濾波器的衰減特性又稱滾降特性，目前應(yīng)用最多的就是直線滾降和余弦滾降，例如，在電視信號(hào)傳輸和數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸中就分別使用了直線滾降和余弦滾降。殘留邊帶濾波器的幾何解釋帶濾波器：過濾出混在噪聲中的有用信號(hào)，濾除已調(diào)信號(hào)頻帶以外的噪聲。：已調(diào)信號(hào)；：高斯白噪聲；5.4幅度調(diào)制抗噪聲性能分析通信系統(tǒng)的抗噪聲性能用解調(diào)器抗噪聲性能來衡量；對(duì)于模擬通信系統(tǒng)，抗噪聲性能通常用“信噪比”來度量。解調(diào)器抗噪聲性能的模型：帶通型噪聲；：輸出信號(hào)。：輸出噪聲；窄帶的高斯噪聲可表示成以下形式式中

，及均具有相同的平均功率，即若解調(diào)器輸入噪聲具有帶寬高斯白噪聲單邊功率譜密度為，則輸入噪聲平均功率帶通濾波器傳遞函數(shù)帶寬應(yīng)等于已調(diào)信號(hào)的頻帶寬度。1.噪聲表達(dá)式解調(diào)器輸出信號(hào)平均功率為，噪聲平均功率為，則解調(diào)器輸出信噪比表示為調(diào)制制度增益G。一般來講，調(diào)制制度增益越高，解調(diào)器抗噪聲性能越好。2.調(diào)制制度增益一.DSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析解調(diào)方式：相干解調(diào)；輸入信號(hào)與噪聲可以分別單獨(dú)分析。設(shè)輸入信號(hào)為則其平均功率為設(shè)相干載波為，則低通后解調(diào)器輸出信號(hào)為輸出端信號(hào)功率為乘法器輸出的噪聲

經(jīng)低通濾波器后輸出噪聲為則輸出噪聲功率為解調(diào)器輸入信噪比為解調(diào)器輸出信噪比為調(diào)制增益為上式說明DSB信號(hào)的解調(diào)過程使信噪比改善一倍，這是因?yàn)樵谙喔山庹{(diào)中輸出噪聲的一個(gè)正交分量被消去的緣故。解調(diào)方式：相干解調(diào)；二.SSB調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能分析設(shè)SSB信號(hào)為上邊帶調(diào)制：經(jīng)過解調(diào)，解調(diào)器輸出信號(hào)為解調(diào)器的輸入信號(hào)功率輸出信號(hào)功率為輸出噪聲為輸出噪聲功率為SSB解調(diào)器輸入信噪比為SSB解調(diào)器輸出信噪比為調(diào)制制度增益為

造成單邊帶調(diào)制制度增益為1的原因是單邊帶信號(hào)中的分量被解調(diào)器濾除了。三.AM調(diào)制系統(tǒng)的抗噪性能分析解調(diào)方式：包絡(luò)檢波法設(shè)解調(diào)器輸入信號(hào)，式中解調(diào)器輸入信號(hào)功率和噪聲功率分別為檢波器輸入端信號(hào)與噪聲混合波形，即式中大信噪比滿足以下條件

再利用近似公式，當(dāng)時(shí)。

1.大信噪比情況包絡(luò)檢測(cè)器輸出有用信號(hào)為，輸出噪聲為。信號(hào)功率及噪聲功率分別為和于是可見，AM信號(hào)的調(diào)制制度增益G與信號(hào)中的直流A有關(guān)；因?yàn)樗訥總是小于1的，這說明解調(diào)器對(duì)輸入信噪比沒有改善。當(dāng)為單頻正弦信號(hào)時(shí)，即，有，此時(shí)。若采用相干檢測(cè)法去解調(diào)AM信號(hào)，其調(diào)制制度增益于包絡(luò)檢波（大信噪比條件下）相同。門限效應(yīng)：當(dāng)解調(diào)器的輸入信噪比降低到一個(gè)特定的數(shù)值后，輸出信噪比出現(xiàn)急劇惡化的一種現(xiàn)象，該特定的輸入信噪比就被稱為“門限”。2.小信噪比情況上式中不存在單獨(dú)的調(diào)制信號(hào)，即信號(hào)與噪聲無法獨(dú)立分開，包絡(luò)檢波器無法恢復(fù)出原來的基帶信號(hào)，這種現(xiàn)象通常稱為“門限效應(yīng)”?！?.5頻分多路復(fù)用

多路復(fù)用是指將若干個(gè)彼此獨(dú)立的信號(hào)合并為一個(gè)可在同一信道上傳輸?shù)膹?fù)合信號(hào)的方法。常見的信道復(fù)用方法有頻分復(fù)用（FDM）、時(shí)分復(fù)用（TDM）和碼分復(fù)用（CDMA）。

頻分復(fù)用，即按頻率分割的復(fù)用方式。

優(yōu)點(diǎn)：信道復(fù)用率高，容許復(fù)用路數(shù)多，分路方便；

缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜，且由于濾波器特性不夠理想或信道的非線性將導(dǎo)致路際干擾。在確保各路載頻間隔使信號(hào)頻譜不重疊外，還應(yīng)留有一定空隙的保護(hù)頻帶，一般要求相鄰載波間隔為，其中為已調(diào)信號(hào)帶寬，為保護(hù)頻帶頻分多路原理方框圖實(shí)例1——載波電話系統(tǒng)在一對(duì)傳輸線上同時(shí)傳輸多路模擬電話為載波電話，采用單邊帶調(diào)制頻分復(fù)用；規(guī)定每路話音信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)帶寬為4KHz。載波電話有一套標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)，下表所示為該標(biāo)準(zhǔn)的主要等級(jí)。形成基群信號(hào)的頻譜搬移特性

實(shí)例2——廣播電視廣播電視：由電視塔發(fā)射的電視節(jié)目。

圖像信號(hào)帶寬為0MHz-6MHz，采用VSB調(diào)制；伴音信號(hào)采用寬帶FM方式。圖象載頻與伴音載頻相距6.5MHz，總信號(hào)帶寬為8MHz；殘留邊帶信號(hào)在載頻附近的互補(bǔ)特性是在接收端形成的，電視接收機(jī)中放的理想頻率響應(yīng)為一斜切特性。彩色電視中彩色信號(hào)由紅、藍(lán)、綠三原色構(gòu)成。在傳送彩色信號(hào)時(shí)除了傳送三原色線性組合的亮度信號(hào)（黑白電視信號(hào)）之外，還需傳送二路色差信號(hào)R-Y和B-Y（其中R-Y代表紅色與亮度之差，B-Y代表藍(lán)色與亮度之差）。我國(guó)彩色電視使用PAL制，這兩路色差信號(hào)對(duì)4.43MHz彩色副載波進(jìn)行正交的抑制載波雙邊帶調(diào)制，即兩路信號(hào)采用相同頻率而相位差90度的兩個(gè)載波分別進(jìn)行抑制載波雙邊帶調(diào)制。彩色電視信號(hào)頻譜實(shí)例3——立體聲廣播

立體聲廣播信號(hào)的頻譜立體聲廣播信號(hào)的產(chǎn)生

在廣播電臺(tái)將左、右聲道信號(hào)之和（L+R）作為主信號(hào)，占用15kHz以下的正常音頻信號(hào)頻譜，以便與單聲道FM廣播接收相兼容（在普通調(diào)頻廣播中只發(fā)送0~15kHz的（L+R）信號(hào)）；左、右聲道的差（L-R）信號(hào)用DSB方式移至23~53kHz的范圍內(nèi)，所用調(diào)制載頻為38kHz；19KHz處發(fā)送的是一個(gè)單頻信號(hào)用作立體聲指示，作為在接收端提取同頻同相相干載波使用；另外還有一個(gè)輔助通信專用通道，供電臺(tái)內(nèi)部聯(lián)絡(luò)通信及廣告節(jié)目使用。立體聲廣播接收端結(jié)構(gòu)

調(diào)頻廣播占用頻段為88-108MHz，只能用于視距傳輸，在傳輸過程中由于多徑干擾及建筑物阻擋對(duì)傳輸質(zhì)量影響較大，在一些移動(dòng)物體上接收立體聲調(diào)頻廣播質(zhì)量更不穩(wěn)定。為解決此類問題，近年來開始研究調(diào)幅立體聲廣播，其信噪比低于調(diào)頻立體聲廣播，但受衰落影響小，傳播距離遠(yuǎn)。

左、右聲道分別用相移15度的載波進(jìn)行DSB調(diào)制。每個(gè)聲道的已調(diào)信號(hào)均可以分解為正交分量與同相分量，再與載波分量合成矢量包絡(luò)進(jìn)行常規(guī)調(diào)幅，選擇±15度相移目的是為了減少正交分量所造成的包絡(luò)畸變。調(diào)幅立體聲廣播發(fā)送端

是載波的振幅，為載波角頻率，和均為常數(shù)；是信號(hào)的瞬時(shí)相位；為瞬時(shí)相位偏移；為信號(hào)的瞬時(shí)頻率；為瞬時(shí)頻率偏移。5.5非線性調(diào)制原理非線性調(diào)制：已調(diào)信號(hào)的頻譜是原調(diào)制信號(hào)頻譜的一種非線性變換，產(chǎn)生出與線性調(diào)制頻譜搬移不同的新的頻率分量。頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）都是非線性調(diào)制。角度調(diào)制信號(hào)的一般表達(dá)式為

瞬時(shí)相位偏移可表達(dá)為：式中：稱為相移常數(shù)，代表調(diào)相器的靈敏度，單位為rad/v。相應(yīng)的已調(diào)信號(hào)為其瞬時(shí)相角為瞬時(shí)頻率為相位調(diào)制：當(dāng)幅度和角頻率保持不變，而瞬時(shí)相位偏移是調(diào)制信號(hào)的線性函數(shù)。1.相位調(diào)制的一般原理頻率調(diào)制：載波的瞬時(shí)角頻率是調(diào)制信號(hào)的線性函數(shù)。瞬時(shí)角頻率偏移為式中：為頻偏常數(shù)，代表調(diào)頻器靈敏度，單位為rad/v.s。瞬時(shí)角頻率為瞬時(shí)相角為調(diào)頻信號(hào)表達(dá)式為2.頻率調(diào)制的一般原理

設(shè)調(diào)制信號(hào)為相位調(diào)制信號(hào)為式中：稱為調(diào)相指數(shù)，。頻率調(diào)制信號(hào)為式中：稱為調(diào)頻指數(shù)，為最大角頻率偏移，即為最大頻率偏移。3.頻率調(diào)制和相位調(diào)制的區(qū)別和舉例調(diào)相信號(hào)的相位偏移是隨調(diào)制信號(hào)作線性變化，而調(diào)頻信號(hào)的相位偏移是隨調(diào)制信號(hào)的積分呈線性變化。5.7調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能帶通濾波器：抑制信號(hào)帶寬外的噪聲；噪聲：加性高斯白噪聲；限幅器作用是為了消除接收信號(hào)在幅度上可能出現(xiàn)的畸變。FM信號(hào)的非相干解調(diào)分析模型調(diào)頻信號(hào)為其中解調(diào)器輸入端信噪比為在鑒頻器輸入端加入的是調(diào)頻信號(hào)與窄帶高斯噪聲的疊加，即式中：為調(diào)頻