信号波形及频谱课堂PPT.ppt

一、信号波形一、信号波形n远动系统传送的信息可以用多种信号表示信号是远动系统传送的信息可以用多种信号表示信号是消息的携带者，各种信号的频谱不同常见的有：消息的携带者，各种信号的频谱不同常见的有：信号模拟信号数字信号二元数字信号多元数字信号双极性不归零单极性归零双极性归零交替极性码差分码裂相码单极性不归零1一、信号波形一、信号波形n目前远动系统一般都是数字式系统，远动信息以数字信号目前远动系统一般都是数字式系统，远动信息以数字信号方式传送方式传送n多元数字信号相比二元数字信号来说，每一个码元所含的多元数字信号相比二元数字信号来说，每一个码元所含的信息量提高了，都是随着幅度电平数的增加，在同样的峰信息量提高了，都是随着幅度电平数的增加，在同样的峰值下，相邻电平的的差值减小了，受到干扰后容易产生译值下，相邻电平的的差值减小了，受到干扰后容易产生译码错误，使抗干扰性能变差显然，如果信道干扰小，要码错误，使抗干扰性能变差显然，如果信道干扰小，要求信息传送速率较高的场合，采用多元数字信号较为合适求信息传送速率较高的场合，采用多元数字信号较为合适n电力系统中常采用二元数字信号电力系统中常采用二元数字信号。

2一、信号波形一、信号波形n二元数字信号（二进制码）即指码的幅度只取两种不同数值二元数字信号（二进制码）即指码的幅度只取两种不同数值n单极性码：最为简单的就是单极性码：最为简单的就是a a（（- a - a ））,0,,0,两种，称为单极性码两种，称为单极性码缺点：单极性码中含有较多的直流分量缺点：单极性码中含有较多的直流分量t幅度+a1 0 1 1 0 1n双极性码：两个幅值取为对称的双极性码：两个幅值取为对称的a a、、- a - a 两种，优点：不两种，优点：不含有直流分量含有直流分量t幅度+a1 0 1 1 0 13一、信号波形一、信号波形n按照信号电压是否占满整个码元宽度划分：按照信号电压是否占满整个码元宽度划分：n信号电压信号电压占满占满整个码元宽度：不归零码上页）整个码元宽度：不归零码上页）n信号电压占整个码元信号电压占整个码元靠前的一部分靠前的一部分宽度：归零码宽度：归零码t幅度+a+a1 0 1 1 0 1单极性归零码t幅度+a+a1 0 1 1 0 1双极性归零码4交替极性码n码元码元0 0用无脉冲表示。

用无脉冲表示n码元码元1 1交替用正极性与负极性脉冲表示交替用正极性与负极性脉冲表示n优点：直流分量基本为优点：直流分量基本为0.0.t幅度+a+a1 0 1 1 0 1交替极性码5差分码（相对码）n用相邻脉冲的电位变化来表示二元码，如：用电位变化表用相邻脉冲的电位变化来表示二元码，如：用电位变化表示示1 1，用电位不变化表示，用电位不变化表示0.0.显然，前述都是用脉冲的有无显然，前述都是用脉冲的有无或者极性的正负表示数字信号，叫做绝对码或者极性的正负表示数字信号，叫做绝对码差分码t幅度+a+a1 0 1 1 0 16裂相码n又称为曼彻斯特码或者双相码又称为曼彻斯特码或者双相码n裂相：将一个码元分为两个子码元用子马远的组合表示裂相：将一个码元分为两个子码元用子马远的组合表示码元的数字信号码元的数字信号n如：用如：用a a、、- a - a 表示表示1 1，用，用- a - a 、、 a a表示表示0.0.t幅度+a+a1 0 1 1 0 1裂相码n特点：直流分量基本为特点：直流分量基本为0 0，子码元速度为码元速率的两倍。

子码元速度为码元速率的两倍7二频谱分析n对信号可以从时域极性研究，也可以从频域极性研究对信号可以从时域极性研究，也可以从频域极性研究n用傅里叶变换可以把信号分解成许多频率分量，这些频率的用傅里叶变换可以把信号分解成许多频率分量，这些频率的范围形成信号的频谱范围形成信号的频谱n频谱分量的幅值有大有小，其中幅值较大，对通信系统有意频谱分量的幅值有大有小，其中幅值较大，对通信系统有意义的分量构成信号的有效频带，简称信号的带宽义的分量构成信号的有效频带，简称信号的带宽n信号频谱分析的基本点是用傅里叶变换把信号的时域函数转信号频谱分析的基本点是用傅里叶变换把信号的时域函数转换到频域来分析换到频域来分析n作用：作用：1、解释为何可以频分复用（频谱不重叠混淆，解调后、解释为何可以频分复用（频谱不重叠混淆，解调后可以分出各路信号）可以分出各路信号）2、为何需要调制（信道是带通信道，基、为何需要调制（信道是带通信道，基带信号无法传输）带信号无法传输）8常用数字信号的频谱n周期性矩形脉冲的的频谱n设矩形脉冲的周期为T，脉冲宽度为t,tF(t)Tt /2-t/2．．．．．．9傅里叶级数n前提1：函数是周期函数n前提2：在周期内绝对可积（连续或者第一类间断点、有限个极值）n则：周期函数可以展开为傅里叶级数形式10级数个项的系数 抽样函数：11振幅频谱12周期矩形脉冲函数结论n1 1、周期性矩形脉冲频谱是离散的（级数）。

周期性矩形脉冲频谱是离散的（级数）n2 2、其振幅频谱的包络线是抽样函数其振幅频谱的包络线是抽样函数n3 3、对电信号其能量与振幅的平方成正比，信号、对电信号其能量与振幅的平方成正比，信号能量主要集中在第一过零点范围以内，即能量能量主要集中在第一过零点范围以内，即能量集中的频率范围是集中的频率范围是 ，信号的有效频率范，信号的有效频率范围宽度称为信号带宽，记为围宽度称为信号带宽，记为B B对于周期矩形脉对于周期矩形脉冲，冲，B=1/B=1/ττ( (赫兹赫兹) )n4 4、矩形脉冲的宽度、矩形脉冲的宽度ττ越小，则带宽越小，则带宽B B越大矩形脉冲的宽度形脉冲的宽度ττ越大，则带宽越大，则带宽B B越小13单个矩形脉冲的频谱n处理思想：可以想象成周期趋于无限大的周期矩处理思想：可以想象成周期趋于无限大的周期矩形脉冲序列形脉冲序列n则前面的周期矩形脉冲的结论可以直接用，只是则前面的周期矩形脉冲的结论可以直接用，只是周期为无限大周期为无限大n结论结论1 1：单个矩形脉冲的频谱是连续的单个矩形脉冲的频谱是连续的n结论结论2 2：其振幅频谱的包络线也是抽样函数。

其振幅频谱的包络线也是抽样函数n结论结论3 3：带宽与周期序列一样，是：带宽与周期序列一样，是B=1/B=1/ττ（赫兹）（赫兹）14数字信号的带宽数字信号的带宽n带宽：信号的带宽是指信号的能量（或者带宽：信号的带宽是指信号的能量（或者功率）主要集中的频率范围上述两个例功率）主要集中的频率范围上述两个例子中能量的主要部分集中在振幅谱特性曲子中能量的主要部分集中在振幅谱特性曲线的第一过零点范围内线的第一过零点范围内n上述分析了周期矩形脉冲和单个矩形脉冲上述分析了周期矩形脉冲和单个矩形脉冲如果是一般性随即的数字序列，如如果是一般性随即的数字序列，如10110001，其带宽是多少？，其带宽是多少？15随机数字序列的带宽随机数字序列的带宽两边求傅里叶变换：两边求傅里叶变换：n随机数字序列（随机矩形脉冲序列）可以表示为：随机数字序列（随机矩形脉冲序列）可以表示为： 等式右侧为各个分量的相量和，故一般性随机数字等式右侧为各个分量的相量和，故一般性随机数字序列的傅里叶变换后的幅值不会大于各个分量幅值序列的傅里叶变换后的幅值不会大于各个分量幅值之和注意到旋转因子的幅值为之和注意到旋转因子的幅值为1，所以：，所以：16随机序列的带宽 上式说明随机矩形脉冲序列（随机数字序列）的振上式说明随机矩形脉冲序列（随机数字序列）的振幅频谱和单个矩形脉冲频谱的形状相似，只是幅值幅频谱和单个矩形脉冲频谱的形状相似，只是幅值增大了，而过零点不变。

既然过零点不变，可以认增大了，而过零点不变既然过零点不变，可以认为随机矩形脉冲序列的带宽可以用单个矩形脉冲的为随机矩形脉冲序列的带宽可以用单个矩形脉冲的带宽来估算带宽来估算17功率频谱和能量频谱功率频谱和能量频谱n信号尤其是电信号是具有功率或者能量的信号信号尤其是电信号是具有功率或者能量的信号的能量用归一化能量（简称能量）来表示，其定的能量用归一化能量（简称能量）来表示，其定义为信号电压或电流义为信号电压或电流f(t)在在1欧姆电阻上所耗散的欧姆电阻上所耗散的能量它可以写为：能量它可以写为：n显然，信号的能量只有在上述积分值有限时才具显然，信号的能量只有在上述积分值有限时才具有实际物理意义能量有限的信号称为能量信号有实际物理意义能量有限的信号称为能量信号例如脉冲个数有限的信号是能量信号对整个时例如脉冲个数有限的信号是能量信号对整个时间轴上都存在的信号，例如周期性信号，其能量间轴上都存在的信号，例如周期性信号，其能量概念没有意义怎么办？概念没有意义怎么办？18n平均功率存在的信号，称为功率信号设平均功率存在的信号，称为功率信号设P为平为平均功率（简称功率），均功率（简称功率），T为观察的时间区间，则：为观察的时间区间，则：n上式的意义是：在观察区间内，求其归一化平均上式的意义是：在观察区间内，求其归一化平均功率，如果极限存在，这个信号就是功率信号。

功率，如果极限存在，这个信号就是功率信号19用帕斯瓦尔定理求用帕斯瓦尔定理求n用帕斯瓦尔定理求信号能量在时域和频域内分布用帕斯瓦尔定理求信号能量在时域和频域内分布的相互关系的相互关系n上式说明信号总能量等于各个频率分量的能量连续上式说明信号总能量等于各个频率分量的能量连续和在频域中一样可以计算信号的能量在频域中一样可以计算信号的能量20能量谱密度和功率谱密度能量谱密度和功率谱密度 能量谱密度是指单位频率间隔内的能量，单位是能量谱密度是指单位频率间隔内的能量，单位是（焦耳（焦耳 /赫兹），赫兹），记作记作 , ,信号能量与能量谱密信号能量与能量谱密度的关系为：度的关系为：考虑到能量定义考虑到能量定义信号能量在时域和频信号能量在时域和频域内分布的相互关系域内分布的相互关系所以有所以有21功率谱密度功率谱密度n功率谱密度是指单位频率间隔内的功率，记作功率谱密度是指单位频率间隔内的功率，记作 ,单位是（瓦特每赫兹），信号功率与信号功单位是（瓦特每赫兹），信号功率与信号功率谱密度的关系是：率谱密度的关系是：n在有限时间内，信号能量一定是有限的将在有限时间内，信号能量一定是有限的。

将 限定在限定在 内的函数，叫做截短函数，记内的函数，叫做截短函数，记作作 ,显然其是能量信号（能量有限），在显然其是能量信号（能量有限），在T时间内的平均功率是时间内的平均功率是 ,所以功率谱密所以功率谱密度是：度是：22信号带宽的定义信号带宽的定义n信号的带宽有许多定义方法，它们都是根信号的带宽有许多定义方法，它们都是根据信号的频谱主要成分集中在据信号的频谱主要成分集中在w=0附近这个附近这个事实提出的，例如前述以信号振幅频谱特事实提出的，例如前述以信号振幅频谱特性包络线的第一过零点的单边频率范围作性包络线的第一过零点的单边频率范围作为信号的带宽为信号的带宽23其他带宽定义其他带宽定义n有了能量谱密度和功率谱密度的概念后，也可有了能量谱密度和功率谱密度的概念后，也可以按照信号能量（或者功率）的带宽定义方法，以按照信号能量（或者功率）的带宽定义方法，即：信号带宽即：信号带宽B是指占有信号总能量（或功率）是指占有信号总能量（或功率）的的90%（或者（或者95%，，99%）的频率范围。

的频率范围24频率搬移频率搬移n傅里叶变换的一个重要特性是频率搬移特性，也称傅里叶变换的一个重要特性是频率搬移特性，也称为线性调制原理频率搬移是指将信号为线性调制原理频率搬移是指将信号f(t)乘以正乘以正弦波来实现的弦波来实现的n设设f(t)的傅里叶变换为的傅里叶变换为F(W)，则：，则：右移，波形不变左移，波形不变25n上式说明时域信号乘以上式说明时域信号乘以COSWt，转换到频域上，转换到频域上来分析是将原来信号频谱向左右两侧分别搬移来分析是将原来信号频谱向左右两侧分别搬移W，而频谱的形状完全不变，只是幅度小了一半，，而频谱的形状完全不变，只是幅度小了一半，这称为线性调制这称为线性调制wF(w)w1-w1A0F(w)A/2-wwA/226信道与干扰信道与干扰n信道干扰分为两类：乘性干扰、加性干扰信道干扰分为两类：乘性干扰、加性干扰n乘性干扰：干扰以与输入信号相乘的方式影响输出，相当于改变了信乘性干扰：干扰以与输入信号相乘的方式影响输出，相当于改变了信道的传递函数形式道的传递函数形式n加性干扰：干扰独立于输入信号，以相加的方式单独影响输出加性干扰：干扰独立于输入信号，以相加的方式单独影响输出。

n若若k(t)保持常数或者变化很缓慢，则乘性干扰不存在，只有加性干扰，保持常数或者变化很缓慢，则乘性干扰不存在，只有加性干扰，此种信道叫做恒参信道，如专线、载波、微波、光纤等信道此种信道叫做恒参信道，如专线、载波、微波、光纤等信道n若若k(t)快速变化，此种信道叫做变参信道，乘性干扰和加性干扰同时快速变化，此种信道叫做变参信道，乘性干扰和加性干扰同时存在，如无线电通道存在短波电离层反射、超短波微波对流层散射、存在，如无线电通道存在短波电离层反射、超短波微波对流层散射、超短波电离层散射等因素造成超短波电离层散射等因素造成k(t)快速变化快速变化n重点研究加性干扰重点研究加性干扰n信道模型为：信道模型为：27加性干扰加性干扰n加性干扰来源：人为干扰、自然界干扰、加性干扰来源：人为干扰、自然界干扰、内部干扰内部干扰n人为干扰：电气设备操作、外界电台、工人为干扰：电气设备操作、外界电台、工业设备的电火花、闪络、电焊干扰业设备的电火花、闪络、电焊干扰n自然界干扰：闪电、宇宙噪声自然界干扰：闪电、宇宙噪声n内部干扰：系统或设备本身产生的噪声内部干扰：系统或设备本身产生的噪声如：导电体自由电子的热运动（热噪声），如：导电体自由电子的热运动（热噪声），半导体中载流子的起伏变化（散弹噪声）、半导体中载流子的起伏变化（散弹噪声）、电源哼声。

电源哼声28随机干扰随机干扰n某些加性噪声无法避免，且不能预测其准确波形，某些加性噪声无法避免，且不能预测其准确波形，这种不能预测的干扰，称为随机干扰或者随机噪这种不能预测的干扰，称为随机干扰或者随机噪声n形式：连续波干扰、脉冲干扰、起伏干扰形式：连续波干扰、脉冲干扰、起伏干扰n连续波干扰：一般是单频干扰，频带极窄连续波干扰：一般是单频干扰，频带极窄n脉冲干扰：突发，幅度大，单个脉冲持续时间短，脉冲干扰：突发，幅度大，单个脉冲持续时间短，间隔一般较长，如设备操作、闪电等其频谱较间隔一般较长，如设备操作、闪电等其频谱较宽，但是频率高则频谱幅度小宽，但是频率高则频谱幅度小n起伏干扰：热噪声、宇宙噪声等时域频域均是起伏干扰：热噪声、宇宙噪声等时域频域均是普遍存在，无法避免普遍存在，无法避免29高斯白噪声高斯白噪声n干扰中最基本的，符合高斯分布规律，认为这种噪声在干扰中最基本的，符合高斯分布规律，认为这种噪声在整个频率范围内具有平坦（均匀）的功率谱密度，称为整个频率范围内具有平坦（均匀）的功率谱密度，称为高斯白噪声设其功率谱密度为高斯白噪声设其功率谱密度为N0（常数），信道的带（常数），信道的带宽为宽为B（多数实际信道属于带通信道，其特性相当于一（多数实际信道属于带通信道，其特性相当于一个带通滤波器，注意信道带宽与信号带宽是完全不同的）个带通滤波器，注意信道带宽与信号带宽是完全不同的）,则在信道整个频带内的总噪声功率为：则在信道整个频带内的总噪声功率为：30信道的基本特性信道的基本特性---衰减频率特性衰减频率特性n信道用来传输信号。

在传输过程中信号会发生衰减、相移信道用来传输信号在传输过程中信号会发生衰减、相移n衰减频率特性：指信号通过信道后其衰减量随频率变化的特性衰减频率特性：指信号通过信道后其衰减量随频率变化的特性n理想信道的衰减频率特性是一条水平线，表示信号中各个频率理想信道的衰减频率特性是一条水平线，表示信号中各个频率的分量通过信道传输后具有相同的衰减，因而不会造成的分量通过信道传输后具有相同的衰减，因而不会造成幅度失幅度失真真n实际信道对信号的不同频率有不同的衰减，信号通过后会产生实际信道对信号的不同频率有不同的衰减，信号通过后会产生幅度失真幅度失真n实际信道的衰减频率特性可以用信道的通带宽度（信道的带宽）实际信道的衰减频率特性可以用信道的通带宽度（信道的带宽）这个指标来表征这个指标来表征n信道带宽：对信号的衰减量变化不大于信道带宽：对信号的衰减量变化不大于3db,衰减量波动小衰减量波动小n信号的带宽必须与信道的带宽相匹配信号的带宽必须与信道的带宽相匹配如果信号的带宽超过信如果信号的带宽超过信道的带宽，则超过部分衰减严重道的带宽，则超过部分衰减严重31信道的基本特性信道的基本特性---相移频率特性相移频率特性n相移频率特性：信号通过信道后，相移量随频率相移频率特性：信号通过信道后，相移量随频率变化的特性。

信号的相位滞后实际上是信号在时变化的特性信号的相位滞后实际上是信号在时间上的时延因而也是时延频率特性间上的时延因而也是时延频率特性n理想相移频率特性是通过原点的直线，对各种频理想相移频率特性是通过原点的直线，对各种频率成分均有相同的时延，因而无相位失真率成分均有相同的时延，因而无相位失真n实际信道对不同频率会有不同的相移，要求在带实际信道对不同频率会有不同的相移，要求在带宽内，时延相差不能太大，否则需要进行相位补宽内，时延相差不能太大，否则需要进行相位补偿，修正相位失真偿，修正相位失真32信道的主要指标信道的主要指标n带宽带宽:衰减小，衰减波动小，时延相差不大衰减小，衰减波动小，时延相差不大的通带宽度的通带宽度n干扰：用信噪比衡量，信噪比越大，信道干扰：用信噪比衡量，信噪比越大，信道质量越好信号功率大，允许的噪声也质量越好信号功率大，允许的噪声也大，所以用比值衡量，定义为信号功率与大，所以用比值衡量，定义为信号功率与干扰的功率的比值，为对数比值，如干扰的功率的比值，为对数比值，如90dB.））33多路复用多路复用(通过对其频谱的分析阐明为何可以频分多通过对其频谱的分析阐明为何可以频分多路复用，具体如何调制有路复用，具体如何调制有AM FM PM)n必要性：远动系统需要传输的信号有多路，且传输距离可能很长，如果每一必要性：远动系统需要传输的信号有多路，且传输距离可能很长，如果每一路信号单独使用一个信道，则经济上不合理。

路信号单独使用一个信道，则经济上不合理n多路复用：在一个信道上能传送多路信号的技术多路复用：在一个信道上能传送多路信号的技术n分类：频分多路复用、时分多路复用分类：频分多路复用、时分多路复用n频分多路复用可行性：实际信号的带宽有限，而信道的带宽则要大的得多，频分多路复用可行性：实际信号的带宽有限，而信道的带宽则要大的得多，可以把多路信号安排在互不重叠的频段内，在一个信道上传输，叫做可以把多路信号安排在互不重叠的频段内，在一个信道上传输，叫做FDM(频频分多路调制分多路调制)物理量1．．．变送器A/D调制器滤波器物理量1变送器A/D调制器滤波器相加器发送机可以没有A/D,则对应于模拟通信，调制器也相应为模拟信号调制器，如果有A/D，则对应于数字通信，调制解调器也为数字调制解调器频分多路复用发送端34频分多路信号频谱S1(f)fSN(f)f……第一次调制S1(f)ffS1第一次调制SN(f)ffSNn对对N N路信号进行调制，调制频率分别为路信号进行调制，调制频率分别为fs1fs1、、fs2……fsn,fs2……fsn,调制频率不同，使得各个调制信号频谱不会重叠调制频率不同，使得各个调制信号频谱不会重叠。

n滤波器进行滤波，严格限制各信号所占频带，使各路信号滤波器进行滤波，严格限制各信号所占频带，使各路信号频谱不会重叠，并有一定间隔频谱不会重叠，并有一定间隔35FDM信号频谱S (f)ffS1fSN……fS (f)fS1fSN……fS……相加器第二次调频n对对N N路信号经过调制后因为频带互补重叠路信号经过调制后因为频带互补重叠, ,可以采可以采用相加器混合后在一个信道上传输用相加器混合后在一个信道上传输. .n在多数系统中在多数系统中, ,需要再次调制，将信号搬移到更高需要再次调制，将信号搬移到更高的频率的频率FSFS上去，以便传输上去，以便传输36频分多路复用频分多路复用---接收端接收端n分路滤波器：各路分路滤波器中心频率对应发送端的载波调制频率分路滤波器：各路分路滤波器中心频率对应发送端的载波调制频率FS1……FSN,让各自对应信号的频带通过，实现各路信号频让各自对应信号的频带通过，实现各路信号频率的分割率的分割n解调器：对各路信号进行解调，还原成原始信号，进行进一步处理解调器：对各路信号进行解调，还原成原始信号，进行进一步处理物理量1分路滤波器接收机频分多路复用接收端解调器物理量n分路滤波器解调器37时分多路复用时分多路复用n对于信号是离散的脉冲信号，可以采用时分多路复用技术，对于信号是离散的脉冲信号，可以采用时分多路复用技术，将各路信号对应的离散脉冲序列分成多组，依次进行传输。

将各路信号对应的离散脉冲序列分成多组，依次进行传输n如，如，f1(t),f2(t)两路信号对应的离散脉冲序列为：两路信号对应的离散脉冲序列为：nf1(t)= f1(t0) + f1(t1) + f1(t2)……+ f1(tn) nf2(t)= f2(t0) + f2(t1) + f2(t2)……+ f2(tn)n则在通道上传输的序列为：则在通道上传输的序列为：nf(t)= f1(t0) + f2(t0) + f1(t1) + f2(t1) ……+ f1(tn) + f2(tn)38脉冲编码调制传输脉冲编码调制传输---PCM n将模拟信号转化为离散脉冲幅值信号称为脉冲幅度调制（将模拟信号转化为离散脉冲幅值信号称为脉冲幅度调制（PAM））.n如果是数字信号传输，需要将脉冲幅度调制信号（如果是数字信号传输，需要将脉冲幅度调制信号（PAM）转化为相应数字）转化为相应数字信号，这个过程称为脉冲编码调制（信号，这个过程称为脉冲编码调制（PCM）时间幅度时间幅度0 ，1，2，3，4，3，2，1，0，0，1，2，3，2，1，0000 ， 001，010，011，100，011，010，001，000，000，001，010，011，010，001，000 PAM PCM 二进制表示二进制表示39基带传输基带传输n基带信号：发送端未经连续波调制，或者在接收基带信号：发送端未经连续波调制，或者在接收端已经解调的数字信号。

又称为低频信号端已经解调的数字信号又称为低频信号n特点：其能量或者功率集中在零频率附近，并具特点：其能量或者功率集中在零频率附近，并具有一定的频率范围即带宽有一定的频率范围即带宽n显然，显然，PAM，，PCM任然是基带信号，虽然其经过任然是基带信号，虽然其经过了采样和编码，但是未经过连续波调制，而且其了采样和编码，但是未经过连续波调制，而且其能量或功率任然集中在零频率附近能量或功率任然集中在零频率附近n基带系统：直接传送基带信号的系统基带系统：直接传送基带信号的系统40基带传输系统中的码间干扰基带传输系统中的码间干扰n信号通过信道时，一方面受信道特性不理信号通过信道时，一方面受信道特性不理想的影响，使信号产生失真，另一方面不想的影响，使信号产生失真，另一方面不可避免地会有干扰叠加，因此到达接收端可避免地会有干扰叠加，因此到达接收端的是一个失真信号和干扰的混合物因此的是一个失真信号和干扰的混合物因此在接收端设置接收滤波器，尽量滤除干扰，在接收端设置接收滤波器，尽量滤除干扰，提高信噪比提高信噪比41n设发送端发出的数字序列为设发送端发出的数字序列为a1,a2,a3,…an,采用二采用二进制传输时，其值取进制传输时，其值取0或或1，则输入信号表示为：，则输入信号表示为：42n如不考虑外加干扰，则接收端接收到的信号为如不考虑外加干扰，则接收端接收到的信号为：：n信号传输需要时间，总是有延时的，设信号传输总延时为信号传输需要时间，总是有延时的，设信号传输总延时为td，则接收，则接收端对第端对第K个码的取样时刻为个码的取样时刻为t=kT+td,由上式得接收信号为：由上式得接收信号为：n上式中第一项是想要的第上式中第一项是想要的第K个码元的取值，第二项表示除第个码元的取值，第二项表示除第K个码元外，个码元外，其他码元在取样时刻对第其他码元在取样时刻对第K个码元的影响的总和，称为码间干扰。

个码元的影响的总和，称为码间干扰43tkT…………TS1(t)kT+td…………TtS2(t)n信道不可能在全频带内都做到无失信道不可能在全频带内都做到无失真条件，而是在有限的频带内近似真条件，而是在有限的频带内近似满足无失真条件，所以当输入是脉满足无失真条件，所以当输入是脉冲信号时，接收端接收的波形会产冲信号时，接收端接收的波形会产生失真，出现了生失真，出现了“拖尾巴拖尾巴”，各个码，各个码元之间拖尾巴现象造成码间干扰元之间拖尾巴现象造成码间干扰无失真实际信号44怎样消除码间干扰怎样消除码间干扰n设基带系统的传输函数具有理想低通滤波特性，则时域响应为采样函数设基带系统的传输函数具有理想低通滤波特性，则时域响应为采样函数WH(W)th(t)n则码间干扰为：则码间干扰为：wH45n因此，若基带系统传递函数为理想低通特性，如果发送端以因此，若基带系统传递函数为理想低通特性，如果发送端以2倍截止频率的倍截止频率的速率发送，接收端以相同速率接收，则可以消除码间干扰速率发送，接收端以相同速率接收，则可以消除码间干扰n这种信号传输速率与系统带宽的配合关系称为乃奎斯特第一准则这种信号传输速率与系统带宽的配合关系称为乃奎斯特第一准则。

n为了消除码间干扰，最大发送速率为为了消除码间干扰，最大发送速率为2倍截止频率（系统带宽）倍截止频率（系统带宽）46n按照此方法，在取样时刻，本码元（实线）值取按照此方法，在取样时刻，本码元（实线）值取最大，其他码元（虚线）数值为最大，其他码元（虚线）数值为0，消除了码间干，消除了码间干扰，见下图所示扰，见下图所示……tS2(t)……47加性干扰加性干扰n加性干扰无法消除，只有提高信噪比指标加性干扰无法消除，只有提高信噪比指标来一直干扰的影响，降低误码率来一直干扰的影响，降低误码率n信噪比：信号幅值除以噪声幅值信噪比：信号幅值除以噪声幅值48数字调制与解调数字调制与解调n为何需要？由前述基带信号是低频信号，而实际信道多数为何需要？由前述基带信号是低频信号，而实际信道多数属于带通信道，若不调制，信号频谱（带宽）与信道频谱属于带通信道，若不调制，信号频谱（带宽）与信道频谱（带宽）不匹配，无法传输信号，全部衰减带宽）不匹配，无法传输信号，全部衰减n调制是用基带信号的瞬时值改变载波的参数载波一般是调制是用基带信号的瞬时值改变载波的参数载波一般是高频正弦信号，有幅值、频率、相位三个参数高频正弦信号，有幅值、频率、相位三个参数。

n振幅调制（调幅）（振幅调制（调幅）（AM）：根据基带信号瞬时值改变载）：根据基带信号瞬时值改变载波幅值n频率调制（调频）（频率调制（调频）（FM）：根据基带信号瞬时值改变载）：根据基带信号瞬时值改变载波频率n相位调制（调相）（相位调制（调相）（PM）：根据基带信号瞬时值改变载）：根据基带信号瞬时值改变载波相位49数字调制与模拟调制数字调制与模拟调制n基带信号有两种：连续信号基带信号有两种：连续信号 离散信号离散信号n模拟调制：用连续信号对载波信号进行调制模拟调制：用连续信号对载波信号进行调制n数字调制：用离散信号对载波信号进行调制数字调制：用离散信号对载波信号进行调制n现在的远动系统是数字系统，因此是采用数字调现在的远动系统是数字系统，因此是采用数字调制在数字调制中，波形的参数都是离散变化的，制在数字调制中，波形的参数都是离散变化的，因此已调信号也称为键控信号（因此已调信号也称为键控信号（SHIFT KEYING）50振幅键控振幅键控ASK(amplitude shift keying)n设载波信号为：设载波信号为：n数字基带信号的码元为数字基带信号的码元为0或或1，经过，经过ASK调制的信号为调制的信号为S(t)：：n基带数字序列为：基带数字序列为：n数字序列可以用时间函数表示为：数字序列可以用时间函数表示为：51n例如数字脉冲序列为：例如数字脉冲序列为：n则则G(t)为为：：n同理，同理，ASK信号也可以用时间函数来表示为信号也可以用时间函数来表示为ASK信号的频谱可以对上式求傅里叶变换得到为：信号的频谱可以对上式求傅里叶变换得到为：52110G(t)0 T 2T 3T ts(t)0 T 2T 3T t振幅调制ωG(ω)频谱G(ω)频谱ω-ωcωc53移频键控移频键控FSK(frequency shift keying)nFSK又称数字调频。

是用两种不同的载波频率来代表数字又称数字调频是用两种不同的载波频率来代表数字码元码元0和和1，而载波信号的幅值和相位不变而载波信号的幅值和相位不变n代表码元代表码元1的频率为的频率为f1的调制信号和代表码元的调制信号和代表码元0的频率为的频率为f2的调制信号在时域上可以分解开来，即：的调制信号在时域上可以分解开来，即：n显然，显然，S1,S2分别是分别是ASK（幅度调制）信号，对于（幅度调制）信号，对于S1,S2,前述推导的前述推导的ASK频谱结论显然是成立的即信号频谱结论显然是成立的即信号S1的频谱的频谱是将基带数字序列信号的频谱平移到是将基带数字序列信号的频谱平移到+ω1,- ω1S2的频谱的频谱是将基带数字序列信号的频谱平移到是将基带数字序列信号的频谱平移到+ω2,- ω254110G(t)0 T 2T 3T t频率调制ωG(ω)频谱频谱s(t)0 T 2T 3T ts1(t)0 T 2T 3T ts2(t)0 T 2T 3T t叠加G(ω)-ω2 ω2ωG(ω)-ω1 ω1ωG(ω)-ω1 ω1-ω2 ω2ω叠加55移相键控移相键控PSK(phase shift keying)n移相键控又称数字调相，是用载波的不同相位代表数字基移相键控又称数字调相，是用载波的不同相位代表数字基带信号的不同数值，而载波的频率和振幅都是不变的。

带信号的不同数值，而载波的频率和振幅都是不变的n数字调相分为绝对移相键控、相对移相键控两种方式数字调相分为绝对移相键控、相对移相键控两种方式n绝对移相键控是以载波是相位为基准，用一种固定的相位绝对移相键控是以载波是相位为基准，用一种固定的相位代表一个数字信号如用初始相位代表一个数字信号如用初始相位0的载波代表数字信号的载波代表数字信号1，用初始相位为，用初始相位为ππ的载波信号代表数字信号的载波信号代表数字信号0 0n相对移相键控是以前一码元对应的移相信号作为基准，如相对移相键控是以前一码元对应的移相信号作为基准，如果后一位码元是果后一位码元是0，则移相信号的相位不变，如果后一位，则移相信号的相位不变，如果后一位码元是码元是1，则移相信号的相位移动，则移相信号的相位移动ππ56110G(t)PSK绝对移相键控0110PSKDPSK相对移相键控DPSK57PSK的频谱的频谱n无论是绝对移相键控或者相对移相键控，其码元的调制后波形只有两无论是绝对移相键控或者相对移相键控，其码元的调制后波形只有两种形式，即与载波同相或者反相，同相（对应数字码元种形式，即与载波同相或者反相，同相（对应数字码元1）时相当于）时相当于乘以乘以1，反相（对应数字码元，反相（对应数字码元0）时相当于乘以）时相当于乘以-1。

n因此数字调相（因此数字调相（PSK）相当于双极性数字基带信号的振幅键控）相当于双极性数字基带信号的振幅键控(ASK)n因此其频谱形状与因此其频谱形状与ASK的频谱形状相同，两者的带宽也一样的频谱形状相同，两者的带宽也一样n相对移相键控（相对移相键控（DPSK）与绝对移相键控类似与绝对移相键控类似110G(t)0 T 2T 3T ts(t)0 T 2T 3T t相位调制ωG(ω)频谱G(ω)频谱ω-ωcωc58个人观点供参考，欢迎讨论。