通信技术概论 2.1模拟信号的调制与传输 在第一章中已指出：模拟信号是指电信号的某一参量的取值范围是连续的 因此可有无限多个取值的信号，而在信道中传送模拟信号的通信系统就称为 模拟通信系统。 由模拟信号源变换来的电信号（称为模拟基带信号），具有较低的频谱， 般来说，这种信号不适于在信道中传输，有人也称为这种信号对信道不匹配， 需要将这种低频的模拟基带信号搬移到适于信道传输的高频段去发送。这种 频谱搬移过程就称为调制，经调制后的信号称为己调信号。己调信号通过信 道传输到接收端后，则需要将收到的已调信号再搬移到低频的原始基带频谱 上，以恢复原始信号，这一搬移过程称为解调。模拟调制和解调是模拟传输 系统的重要组成部分。 严格地说，调制就是按被传输的基带信号（称为调制信号）的变化规律去改 变被调载波的某一参数，如幅度、频率和相位等。其调制方式因载波不同分 为用正弦高频信号作载波的正弦型调制和用脉冲串作载波的脉冲调制。 目前常见的正弦模拟调制方式有幅度调制和角度调制两种。幅度调制又分为 振幅调制(AM)、双边带载波抑制调制(DSB)、单边带调制(SSB)和残余边带调 制(VSB)等。频率调制(FM)则是一种应用非常广泛的角度调制方式。脉冲调 制则是使被调脉冲串的幅度、脉冲宽度或位置随基带信号的变化而变化，从 而形成了脉幅调制、脉宽调制和脉位调制。下面仅对常用调制方式的调制原 理作简要介绍 2.1.1线性调制（幅度调制 幅度调制是指使高频正弦型载波的幅度随调制信号（即基带信号）变化作线 性变化，所以幅度调制是属于线性调制。 从波型上看，己调信号的幅度随调制信号幅度的变化而变化。从频谱上看， 信号已从基带频谱搬移到某个高频段，而且它的频谱结构完全是基带频谱结 构在频域上的简单搬移。由于这种搬移是线性的，因此又称为线性调制。线 性调制又分为双边带载波抑制调制、单边带调制(SSB)和残余边带调制 (VSB)等，这主要是靠适当的选择带通滤波器的特性来实现的
通 信 技 术 概 论 2.1 ó{ò=µ÷îß ¢÷ ø{wùúûüý¢ ÁÂÕþ8ÀKúû » H=-e « ¤ · &'Pß *1 +!þ¨ôõ{ çßö| ¬Ã¸ H=-.þ¥| H¬B6 Ëæ|ô1 FFêø H-.¢gôde¤| õFFW«7SÈ7Sv µ7 ¤µ7 H-.ê3gfvÊËægêµ7 hFFêôZm1õ ïÖz Zm {FFWp7¤7Sp7¢-. Ð ¤ ÷ø9ö7S«¢¦-.1 *7S +'Ñôù '7<ø{w ./0LE¤7SpqÁ<¬ò rú¢ Ô<rú7S ûü½Ô<ûü7S¤ ¡Grú7Spqþ./7Sý/7Sö|¤./7SÔ þ.7S$ 1<S7S$ º17S$ Ï17 S$) ¤07S$* Ê¢{| ý/7Spq¤ûü7 SÊ¢±7ûü½./ûü/(E7ì1 '»' »Þû.7Sû7SûE7S¤Þ:ª 7Spq7SZ [Ô >¤ 2.1.1 ! ./7S¢÷±¢rú<./ì7S *Ý1 +'Ô# ¿'Ö./7S¢¸#¿7S¤ <ïݵ7 ./ì7S ./'»'¤õïÝ µ1õFFêøK¢g» õ()ñQ¢1õ( )ï ºFF¤·¸|FF¢#¿ÁÂÔ#¿7S¤# ¿7SÔ 1<S7Sº17S*+Ï17S *)+¢¿Ã}c1 <jK¿ßà¤
第二辛信号的传输与交换 2.1.2非线性调制（角度调制） 非线性调制如同线性调制一样，也要进行频谱搬移，但是它搬移后的频谱不 再保持原基带信号的频谱结构，也就是说，己调信号的频谱与基带信号频谱 之间存在非线性变换关系。这种非线性调制信号的特点就是载波的振幅不 变，而载波的频率或相位随基带信号变化，因频率或相位的变化均可看作载 波的角度变化，所以这两种调制系统称为角度调制。 所谓频率调制（下M)是指己调信号的解时频率偏移随基带信号成比例变化。 用于解调FM信号的电路或部件常称为鉴频器，它的输出电压与输入信号的 频偏成正比。鉴频器实际上由一个起微分作用的微分器和一个包络检波器组 成。 2.1.3频分复用(FDM) 可以把基带信号通过各种不同的调制方法搬移到较高的频段上去。通常一般 的信道带宽都大大地大于基带信号的带宽，因此在通信系统中，在信道上只 传输一个基带信号是很不经济的，所以实际的通信系统都是要进行复用的。 频率复用是模拟通信系统中常用的一种方法，频分复用就是借助于频谱搬移 技术实现多路信号在同一信道中同时传输。 若我们要传输路信号，每个信号的频谱均限制在W(Hz)以下，现在我们 将这n路信号分别以SSB方式（其它调制方式也可以）调制到W1、W2、. W频段上，为了使各个信号的频谱在信道上不重叠，应使各个相邻载波之 间的间隔至少要为W(),然后把各占据不同颜率位置的几个己调信号组 合在一起（即相加），再送入信道，显然这样组合的已调信号至少要占据W (H2)的带宽。这种组合信号到达接收端后，用几个中心频率为W1、W2、. W,带宽为W(Hz)的带通滤波器将组合信号进行滤波分离，分离后的各 个SSB信号，再通过各自的解调器恢复出相应的基带信号
第二章 信号的传输与交换 2.1.2 " # ! #¿7Sò#¿7S{!¨©õFF¢ FFvõ¬ hN Z1 õ()«¢öµ7 õC1 õ t#¿'P¹¤|#¿7S K «¢<þ.¬ '»<0(LEì1 'Á0(LE'ÅÕÝÔ <ý/'Öö|7Sý/7S¤ 07S** +¢÷µ7 0 Fì1 §:'¤ ¸p7 * (Vj .îC.4 r§¤jàáï·{KÎ; Ô ; j{KHIÒ<j ¤ 2.1.3 $%&(FDM) ÕÖõ1 ó|¬ò7Sp|FFꨢgïô¤{ç H1Unn9n¸1 1Á = HïÕ -.{K1 ¢8¬ÈÉÖàá U¢¨© ¤ 0 ¢ = {|p| «¢®¸õFF ÑÒàÀ ò{ H=ò-.¤ Ì´¹-. + K õÅS ,*-+ÖÞ´¹ æ + Ö pq* 7SpqÕÖ+7Sê ,, ,+ gï±óK õ Hï¬Ð±óKL< ï ,*-+évõóäÛ¬ò0E7Kµ7 u{Î*ÝLj+he4 Hìé!uµ7 ïäÛ +, *-+1¤|u êI3gfv K=0 ,, ,+1 ,*-+1 <jæu ¨© < vó K hófp7jz îL1 ¤
通信技术概论 带通泛被 带通滤波器 () 0.3-3.4z 制器 ↑2 0.3-3.42 ■3(t) 调制器 è ，调制器 amd 发送端 2.315.416319.4203234 。11 033.4 0534 接收 b) 图2.1三路电话信号的频分复用系线
通 信 技 术 概 论 % ³ ` Æ./0
第二辛俗号的传输与交换 由于话音信号频*为0.3~3.4(kHz),再考虑到保护频*的间隔，所以，每 路载波采用1、fc2、f3的间隔均为4(kH),即分别为12(kHz)、16(kHz) 和20(kHz)。 2.2模拟信号的数字化一脉冲编码调制(PCM) 数字通信系统替代模拟通信系统是因为数字通信系统具有模拟通信系统不可 比拟的优点。 2.2.1模拟信号数字化的方法 语音信号是连续变化的模拟信号，在第一章中已指出这种信号通常是时间的 连续函数，所以要使这种信号数字化必须经过三个过程，即抽样、量化和编 码。 1.抽样 首先要把语音信号变为在时间轴上离散的信号，这一步骤就叫做信号抽样。 经过抽样以后就成为一系列的离散样值，为使这些离散的样值能完全代替原 来的模拟信号，必须按照一定的规律抽样，这个规律就是常说的奈奎斯特抽 样定律。 抽样定理表明，对于频带限制在0~「(H2)的低频信号来说，在信号的最高 频率分量的每一个周期内起码抽样两次，也就是说，抽样速率s≥2(Hz), 就可以用抽样所得的离散信号完全代替原来的信号。对于0.3一3.4(kz)的 语音信号，若抽样频率6≥8(kHz),就能用这些离散的样值取代原来连续 的语音信号。 经过抽样后的样值信号就成为一种脉冲幅度调制(PAM)的信号。如图2.2 所示
第二章 信号的传输与交换 ·¸× 0 *.-+hxêN0Ö <ä /&/&/& Å *.-+Ý *.-+ *.-+ *.-+¤ 2.2 PCM ¢Á !þ ¬Õ §º ¤ 2.2.1 '()*+,- × ¢' ó{ò=µ÷î| ¢ Ö±| WÈKWÝ !ùR S¤ ! âãõ× '²ï {±«¤¥ !¤ È !Öv«{3 !û±J !ûzñQ Z ß W¦¬{ Ñ !KÑ«¢ö K ! Ѥ ! [° ¸1S /*-+ô ßö Ï¢ 0 ù {K 9ÎS !ö «¢ö !/0 /#!/*-+ «ÕÖ !í ñQ Zß ¤ ¸ *.-+ × Ì !0 /#! *.-+«z J !ûú Zß × ¤ È !v!û «{|ûü./7S* + ¤ $¤
通信技术概论 嬲000a00 nnt一 a 图22对模拟信号的抽样 2.量化 1)量化和非均匀量化 如图2.2所示，连续信号经抽样后，样值的幅度与相应的连续信号幅度相对 应，它是模拟量，具有无穷多个数值，要将这样的样值编成对应的数字码组， 则这一码组的位数就需要有无穷多，这显然是不可能的，因此必须对脉幅调 制信号进行量化。最化就是分级“取整的意思，相当于用“四舍五入"的方法 使抽出来的样值归为某一临近的“整数”。通过对样值进行量化（取整）后， 就可以用有限个值来表示样值的大小。 经过量化的信号当然和原来的信号有些差别，但是只要量化时分级较细，差 别就比较小，因而可用经过量化的信号来代替原来的信号。实际上，为了有 效地进行通信，并不需要传送模拟信号的准确数值，因此在量化时分的等级 是有限的。把幅度连续变化的模拟量变成用有限位二进制数字表示的数字 量，这个过程就叫做量化， 量化后的信号与抽样的信号有一个差值，我们称这个差值为量化误差。这种 误差在接收端表现为噪声，这种由量化误差而引起的噪声称为量化噪声。 量化时分的级数越多则误差越小，量化噪声也就越小。但是量化分的级数越 多，所需的二进制码位数就越多，于是要求的传输速率就越高，频带也就越 宽，不利传输。在实际中，为使量化噪声尽量小而所需的码位数又不太多， 通常采用非均匀量化的方法。 非均匀量化根据幅度的不同区间来确定量化间隔，幅度小的区间量化间隔取 得小，幅度大的区间量化间隔取得大
通 信 技 术 概 论 ³ À"#éê ù ùÅ"ù $ È !v!û./CL ./L ¢ù!þ8#ÀK ûæ!!ûR S Ê{SE «Ëþ8#Àì颬ÕzÁÂW û.7 S ¨©ù¤ù«¢ ~ ú% %$L}¸ Û%+4 p| ± îß!û¾ø{&x % ¤ !û¨©ù*ú%+v «ÕÖ þKûß$!ûnɤ Èù }éZß þJâÕù ~¨'à «§¨ÉÁ»Õ Èù ß Zß ¤àáïþ 9¨© k¬Ë-e (s ûÁÂù ~ ¢þ¤õ./'ù' þE}¨S $ ùKW«¤¥ù¤ ùv C ! þ{KÃû´¹KÃûùÓä| ÓÃ3gfZ½|·ùÓûXÎZ½ùZ½¤ ù ~ )ÀÊÓÃ)ÉùZ½«)ɤ¢ù ~ ) ÀË}¨SSE «)À¸¢A-./0«)¢1«) ¬D-.¤àá=±ùZ½*ùÉ»ËSE Ô¬+À ä Å"ùp|¤ Å"ù,Û./¬ò,ßs ù./É,ùú íÉ./n,ùúín¤