通信原理总结

一、概述

本章对模拟调制系统进行了详细的解述，简单介绍了调制和解调的基本概念，讨论了线性调制（调幅）及非线性调制（调频）的原理并分析了各自的抗噪声性能。并了解在相同条件下各种模拟调制系统的优劣。

二、知识点归纳

1. 调制的原因、定义及分类

(1) 调制的原因

>>因为从信息变换过来的原始信号具有频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中不适宜直接传输。所以在通信系统的发送端就需要调制，在接收端解调。

(2) 调制的定义

>>所谓调制是指按调制信号（基带信号）的变化规律改变载波的某些参数的过程，其实质就是将调制信号频谱从某个频率的位置搬到另一个频率的位置上。

(3) 调制的作用

>>通过调制，可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所期望的位置上，从而将调制信号转换成适合信道传输或便于信道多路复用的已调信号。

(4) 调制的分类

调制可分为模拟调制和数字调制两种方式。

>>模拟调制：调制信号的取值是连续的。

>>数字调制：调制信号的取值是离散的。

调制的载波可以分为用正弦信号作为载波或脉冲串或一组数字信号作为载波。本章主要研究模拟调制，正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。

>>幅度调制（线性调制）：

A(t)与m(t)成比例变化。从频谱上来说，已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构相同，只是频率发生搬移，因此也称线性调制。

>>角度调制（非线性调制）：

或随m(t)成比例变化，前者称为相位调制，后者称为频率调制。从频谱上来说，已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构不同，出现了新的频率分量，因此也称非线性调制。

2. 幅度调制的原理

(1) 标准调幅（AM）信号

>>模型图

图 2.1

>>表达式

其中对应载波项，对应边带项。

为了防止过调制，要求调幅系数

>>AM信号的特点

>>缺点

利用率低。

m=1（满调幅）时，AM调制的最大利用率仅为1/3。

(2) 双边带（DSB）信号

>>模型图

图 2.2

>>表达式

时域 

频域 

>>波形及频谱

图2.3

>>DSB信号的特点

(3) 单边带（SSB）信号

>>滤波法产生单边带信号

图 2.4

原理是先形成DSB信号在通过滤波器边带滤波得到上边带or下边带信号，但要求滤波器的

在载频处有陡峭性质。

>>相移法产生SSB信号

  SSB信号其本质是由DSB信号滤出一个边带得到的， 因此上边带推导如下：

同理可得下边带信号的时域表达式为：

SSB移相法原理框图：

 图2.5 相移法原理图

>>SSB信号的特点

(4) 残留边带（VSB）信号

是一种介于单边带和双边带之间的线性调制方式。综合了单、双边带，它既克服了双边带调制信号占用频带宽的缺点，又解决了单边带信号实现上的难题。

>>表达式

时域 

频域 

3. 幅度调制的抗噪声性能

信道中存在的噪声为高斯白噪声，所以调制系统的抗噪声性能就是利用解调器的抗噪声能力来衡量。

(1) 解调器性能的模型

图2.6 

其中指的已调信号，n(t)指的高斯白噪声。

输出信噪比  

制度增益 

(2) 各种幅度调制系统的抗噪声性能

>>DSB调制系统的性能

DSB解调器为同步解调器，由相乘器和低通滤波器构成，所以解调时输入信号和噪声可以分别单独解调。

 即

对于DSB而言，调制制度增益为2，即DSB信号的调制器使信噪比改善了一倍。这是因为采用同步解调，使输入信号中的一个正交分量n(t)被消除的缘故。

>>SSB调制系统的性能

SSB解调器为相干解调器。

所以 

可见双边带调制器的调制制度增益为单边带调制器的两倍。因为单边带信号中的m(t)sinwt分量被调制器滤除了，而它在调制器的输入端却是信号功率的组成部分。

>>AM系统的性能

AM信号可用同步检测和包络检波两种方法进行解调，实际AM信号几乎都采用包络检波器。

他的抗噪声性能从大信噪比和小信噪比来讨论。

①大信噪比：

调制制度增益：    

对于AM调制系统，在大信噪比时，采用包络检波与同步检波性能几乎一模一样。

②小信噪比：

输出信噪比不是按比例随着输入信噪比下降，而是急剧恶化，这种现象称为解调器的门限效应，这是由于包络检波器的非线性解调作用引起的。用相干解调的方法解调各种线性调制信号则不存在门限效应，是因为信号与噪声可以分别进行解调，解调器的输出端总是单独存在有用信号项。

4. 非线性调制

5. 各种模拟调制系统的比较

>>所有系统在“同等条件”下进行比较：

 解调器输入信号功率为 Si 

 信道噪声均值为0，单边功率谱密度为 n0

 基带信号带宽为  fm

 其中AM的调幅度为 100% ，正弦型调制信号

1）抗噪声性能：FM最好，DSB/SSB、

 次之，AM最差；

2）频谱利用率：SSB最高，VSB较高，

 次之，FM最差；

3）功率利用率：FM最高，DSB/SSB、

 次之，AM最差； 

4）设备复杂度：AM最简，DSB/ FM次之，

 较复杂， SSB最复杂。

6.各系统的特点与应用

1）AM：优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差。主要用在中波和短波调幅广播。

2）DSB：优点是功率利用率高，带宽与AM相同。主要用于调频立体声中的差信号调制，彩色TV中的色差信号调制。

3）SSB：优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于AM，而带宽只有AM的一半；缺点是收发设备都复杂。常用于频分多路复用系统中。

4）VSB：抗噪声性能和频带利用率与SSB相当。在电视广播等系统中得到了广泛应用。

5）FM： 抗干扰能力强，广泛应用于长距离高质量的通信系统中。缺点是频带利用率低，存在门限效应。

第六章 数字基带传输系统

一、概述

本章介绍了数字基带传输结构，数字基带及其频谱特性，包括数字基带的各种类型及它们的特点，基带传输常用的码型以及各种码型的特点和适用范围。了解引起码间干扰的原因以及如何减弱码间干扰。

二、知识点归纳

(1) 数字基带系统的组成

(2) 常用的基带信号波形

(3) 基带传输的常用码型

(4) 码间串扰和信道噪声是影响基带传输性能的两个主要因素。因此如何减弱码间串扰和消除噪声是研究两个重点。

（5）眼图

眼图是指听过用示波器观察接收端的基带信号波形从而估计和调整系统性能的一种方法，它为直观评价信号的质量提供了一种有效的实验方法。它可以定性的反映码间串扰和噪声的影响程度，还可以用来指示接收滤波器的调整以减小码间串扰，改善系统的性能。