通信原理第4-5章笔记

第四章 信道

信道是将信号从发送端传送到接收端。信道可以分为两种,一种是无线信道(利用电磁波在空间中传播来传输信号)一种是有线信道(利用人造的传导光电信号的媒体来传输信号)。

无线信道:

低频用地波 高频2-30MHz用天波(空气中的电离层反射) 频率高于30MHz的电磁波用视线传播。

传播损耗:发射机输出功率和接收机输入功率的比值

有线信道:

主要有三种:明线。对称电缆,同轴电缆。

光纤,传输光信号的有线信道。两种:一种是阶跃型光纤,一种是梯度型光纤。

光的传播模式有多种,模式是指光纤传播的路径,上述两种光纤中光有多条传播路径,故称为多模光纤。

由于采用发光LED作为光源,导致有很多频率成分,在传输中会出现色散现象, 信号失真,限制传输带宽,

后来为了减小色散,增大传输带宽,后来又研制出单模光纤,采用激光器产生单一频率的光波,光纤中只有一种传播模式。

4.3 信道的数学模型

调制信道: 发送端调制器输出端到接收端调制器输入端之间的部分

编码信道:编码器输出端到解码器输入端 =调制信道+数字调制+数字解调

调制信道中的噪声无论有无信号都存在,所以称为加性噪声、加性干扰。

调制信道模型用加性干扰和乘性干扰表示信道对于信号传输的影响。乘性干扰基本保持恒定的信道称为恒参信道,

编码信道中包含调制信道,所以加性和乘性干扰都对编码信道有影响,会产恒数字码元的错误。所以编码信道主要用表示错误转移概率描述其特性。

恒参信道产生的失真主要是线性失真,随参信道对于信号传输的印象主要是多径效应。多径效应回事数字信号的码间串扰增大。

信道容量是信道能传输的最大平均信息量。

两种度量单位:每个符号能传输的平均信息量最大值;单位时间内能传输的平均信息量最大值

连续信道容量计算:

Ct=Blog2(1+S/N) B为带宽,S为信号平均功率,N为噪声功率。

第五章 模拟调制系统

什么是调制:基带调制和带通调制(载波调制)

一般调制指的是载波调制、

载波调制就是用调制信号来控制载波的参数,使载波的某一个或某几个参数按照调制信号的规律变化。

调制有啥好处:首先,通过调制把低频基带信号的频谱放到高频上,就可以调高发射效率。然后把多个基带信号搬到不同的载频处可实现信道的多路复用。

主要调制方式:

幅度调制:调幅AM  双边带 SDB 单边带 SSB 残留边带VSB

角度调制:频率调制 FM

5.1 幅度调制原理

任何调制都是非线性的过程,但是在频谱结构上,幅度调制是线性搬移频谱。

调幅AM

信号总功率包括两部分,载波功率和边带功率。只有的边带功率与调制信号有关。

双边带调制 DSB

载波不携带信息,信息完全由边带传送。节约了载波功率,但传输带宽仍然是调制信号带宽的两倍。

单边带调制 SSB

双边带中过滤一个即可,有两种方法:滤波法和相移法

滤波法难就难在边带滤波器的截止特性不是陡峭的,会有过渡带。

相移法:

从时域中推导,利用sin 和cos 函数是相移π/2,把这个过程记作是希尔伯特变换,把希尔伯特变换进行傅里叶变换得到:m(t)

通过传递函数为-jsgnω的滤波器即可得到他的希尔伯特变换形式。希尔伯特滤波器实质上是一个宽带相移网络。难点在于宽带相移网络的制作,难以实现相移π/2

残留边带调制

介于SSB和DSB之间的一种折中方式,它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点,又解决了SSBSSB信号实现中的困难。

残留边带滤波器的特性在 +-ω处必须具有互相对称(奇对称)特性,相干解调时才能无失真地从残留边带信号中恢复所需的调制信号。

5.1.5 线性调制的一般模型

模型主要是相乘器和冲击响应为h(t)的滤波器组成。

相移法

图5-10特别好

5.1.6 相干解调与非相干解调(包络检波)

相干解调: 从接受的已调信号中恢复原基带信号。

解调与调制的实质一样,均是频谱搬移,所以也可以用一个相乘器和一个载波相乘来实现,图5-12 

包络检波是利用半波或者全波整流器和低通滤波器组成。 

什么是包络波?

解调器输入是信号加上噪声的混合波形,化简成为Ecos(wt+fi) 这个E就是包络波。

在大信噪比的情况下,通过简化计算输出信号,利用输出功率比噪声功率得到信噪比,然后计算包络波的输入信噪比(这时候的噪声就是普通的高斯白噪声),得到调制制度增益随着A0的减小而增加的,保罗建波器对于输入信噪比没有改善,而是恶化了。

在小信噪比的情况下, 通过简化计算可以得到包络波是一个和噪声有关的量,没有单独的信号项,只有收到调制的信号箱,所以说有用信号是被噪声扰乱的,这部分也只能看作是噪声,所以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,这种现象成为解调器的门限效应。

用相干解调的方法解调各种线性调制信号的时候不存在门限效应,这是因为信号与噪声可分别进行调制,解调器输出端总是单独存在有用的信号项。

整体而言,我们得到一个结论:相干解调在大信噪比下是包络的MAX,在小信噪比下无门限效应。

5.3 非线性调制(角度调制)原理

除了调幅,还有调频和调相,这两种称为角度调制

调相就是相位是调制信号导致的相位偏移量的函数,调频就是调制信号导致的相位偏移量是调制信号随时间变化的积分。这两者可以相互转换。(通过积分或微分)

5.3.2 窄带调制

但因调制就是调制信号是单一频率的正弦波

什么是窄带调制?

FM最大瞬时相位偏移量远远小于π/6的时候,此时频谱宽度比较窄,所以称为窄带。但事实上,这个数字不是随便定的,就是把FM信号的一般表达式展开然后利用傅里叶变换,计算出频域表示,当满足通过窄带调制的幅度与原信号基本相同时,得到的数值就是π/6

5.3.5 宽带调频

当不满足π/6的条件时,就是宽带调频。

把电音太藕汁信号用三角公式和正余弦的傅里叶级数展开,可以得到一个超级复杂的式子,表示太欧品信号的频谱是由载波分量和无数边频组成的。我感觉有点像频率分离然后叠加

调频信号的带宽:调频信号的频谱包含无穷多个频率分量,但是我们忽略分量小的边频就可以得到有限频谱。可以得到有效贷款公式:卡森公式B=2(mf+1)fm=2(△f+fm)

5.3.4 调频信号的产生和解调

调频信号的产生:直接调频和间接调频

直接调频 用VCO压控振荡器

间接调频 先积分后调相位就能产生一个NBFM信号,再倍频就可以得到WBFM。

5.6 频分复用

 频分复用是一种按照频率来划分信道的复用方式。带宽被分为多分相互不重叠的频段,每一路信号占据一个子通道,并且各路之间必须留有不被使用的防护频带进行分隔,以防止信号重叠。在接收端,采用适当的带通滤波器将多路信号分开,从而恢复出所需要的信号。

 

 

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