第4章 通信系统

4.1 通信系统概述

4.1.1 基本概念

通信：是发送者(人或机器)和接收者之间通过某种媒体进行的信息传递。

消息：通信系统传输的对象，是信息的载体
连续消息：消息的状态连续变化或不可数，如语音、温度数据等
离散消息：消息具有可数的有限个状态，如符号、文字、数字数据等

信息 (Information) 是消息中所包含的有效内容。信息与消息的关系可以这样理解：消息是信息的物理表现形成，而信息是消息的内涵。

信号：消息的传输载体，通信系统中传输的是电信号。
① 模拟信号 (Analog Signal)：载荷消息的信号参量取值是连续(不可数、无穷多)的，如电话机送出的语音信号，其电压瞬时值是随时间连续变化的。模拟信号有时也称连续信号，这里连续的含义是指信号载荷的消息的参量连续变化，在某一取值范围内可以取无穷多个值，而不一 定在时间上也连续，如图4-1(b) 所示抽样信号。
② 数字信号 (Digial Signal)：载荷消息的信号参量只有有限个取值，如电报机、计算机输出的信号，最典型的数字信号是只有两种取值的信号，如图4-2所示。图中码元表示一个符号(数字或字符等)的电波形，它占用一定的时间和带宽。

消息与电信号之间的转换通常由各种传感器来实现。例如，话筒(声音传感器)把声波转变成音频电信号；摄像机把图像转变成视频电信号；热敏电阻(温度传感器)把温度转变成电信号等。
综上所述，消息、信息和信号三者之间既有联系又有不同，即
●消息是信息的物理形式；
●信息是消息的有效内容；
●信号是消息的传输载体。
基于对上述内容的理解，通信就是利用电信号传输消息中所包含的信息。

4.1.2 通信系统的组成

通信系统：实现信息传递所需的一切技术设备和传输介质的总和。
通信目的：传输信息。
通信系统的作用：将信息从信源发送到一个或多个目的地。

1、通信系统的一般模型

(1)信源
信源的作用是把待传输的消息转换成原始电信号。根据消息的种类不同，信源可分为模拟信 源和数字信源。模拟信源输出连续的模拟信号，如话筒(声音 →音频信号)、摄像机(图像 →视频 信号);数字信源则输出离散的数字信号，如电传机(键盘字符 → 数字信号)、计算机等各种数字 终端。信源输出的信号称为基带信号，其特点是信号的频谱从零频附近开始，具有低通形式，如 语音信号为300～3400Hz，图像信号为0～6MHz。

(2)发送设备
发送设备的作用是将信源产生的原始电信号(基带信号)变换成适合于在信道中传输的信号， 即将发送信号的特性和信道特性相匹配，使其具有抗信道干扰的能力，并且具有足够的功率以满足远距离传输的需要。因此，发送设备涵盖的内容很多，可能包含变换、放大、滤波、编码、调制等过程。对于多路传输系统，发送设备中还包括多路复用器。

(3)信道
信道是一种物理介质，是信号传输的通道，可分为无线和有线两种形式。在无线信道中，信 道是自由空间；在有线信道中，信道可以是明线、电缆和光纤。信道既给信号以通路，也会对信 号产生各种干扰和噪声。信道的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。
图4-1 中的噪声源是信道中的噪声及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。噪声通常是随机的，形式多样的，它的出现干扰了正常信号的传输。

(4)接收设备
接收设备的功能是将信号放大和反变换(如译码、解调等)，其目的是从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。对于多路复用信号，接收设备中还包括解除多路复用，实现正确分路的功能。此外，它还要尽可能减小在传输过程中噪声与干扰所带来的影响。

(5)信宿
信宿是传送消息的目的地，其功能与信源相反，即把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。

图4-3概括地描述了一个通信系统的组成，反映了通信系统的共性。按照信道中传输的信号是模拟信号还是数字信号，可相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。

2、模拟通信系统

　　
这里将通信系统一般模型中的发送设备和接收设备分别用调制器和解调器代替。因为模拟信源将连续消息变换成的原始电信号是基带信号，只具有频率较低的频谱分量，有些信道可以直接传输基带信号，而以自由空间作为信道的无线电传输却无法直接传输这些信号。因此，模拟通信 系统中常常需要把基带信号变换成适合在信道中传输的信号(由调制器完成)，并在接收端进行反变换(由解调器完成)。经过调制以后的信号称为已调信号，它有两个基本特征： 一是携带有信息； 二是适于在信道中传输。由于已调信号的频谱通常具有带通形式，因而已调信号又称带通信号(也称为频带信号)。

基带的含义是指：频谱从零频附近开始的信号(如语音)。

3、数字通信系统

(1)信源编码与译码
信源编码有两个基本功能： 一是提高信道传输的有效性，即通过某种数据压缩技术设法减少码元数目和降低码元速率，码元速率决定传输所占的带宽，而传输带宽反映了通信的有效性；二是完成模/数(A/D)转换，即当信源给出的是模拟信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。信源译码是信源编码的逆过程。

(2)信道编码与译码
信道编码的目的是增强数字信号的抗干扰能力。数字信号在信道传输时受到噪声等影响后将会引起差错。为了减少差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分(监督码元)，组成所谓的“抗干扰编码”。接收端的信道译码器按相应的逆规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性。

(3)加密与解密
在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的安全，人为地将被传输的数字序列扰乱， 即加上密码，这种处理过程叫加密。在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，可恢复原来的信息。

(4)数字调制与解调
数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。在接收端可以采用相干解调或非相干解调还原数字基带信号。

(5)同步
数字通信传输是按一定节拍一个接一个地传送数字信号，因此接收端也必须有一个与发送端相同的节拍接收信息，否则就会因收发节奏不同而造成混乱。同步过程就是使收发两端的信号在 时间上保持步调一致，保证数字信号的有序、准确、可靠传输。

需要说明的是，图4-5所示为数字通信系统的一般化模型，实际的数字通信系统不一定包括图中的所有环节，例如在数字基带传输系统中，无须调制和解调。有的环节，由于分散在各处，图4-5中也没有画出，例如同步。

目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。但是，与模拟通信相比，数字通信具有抗干扰能力强、差错可控、易加密等优点，其发展速度已明显超过模拟通信，成为当代通信技术的主流。例如，模拟信号经过数字编码后可以在数字通信系统中传输，数字电话系统就是以数字方式传输模拟语音信号的例子。当然，数字信号也可以通过传统的电话网来传输，但需使用调制解调器(Modem)。

4.1.3 通信系统分类与通信方式

1、通信系统分类

(1)按传输介质分类
有线通信系统：用导线作为传输介质完成通信，如市内电话、有线电视、海底电缆通信。
无线通信系统：依靠电磁波在空间传播达到传递消息的目的，如短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继等。

(2)按信号特征分类
按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，通信系统可分成模拟通信系统和数字通信系统。

(3)按工作波段分类
按通信设备的工作波率或波长不同，通信系统可分为长波通信、中波通信、短波通信、远红外线通信。

(4)按传送方式分类
根据信道中传输的信号是否经过调制，可将通信系统分为基带传输系统和带通(频带或调制) 传输系统。
基带传输是将未经调制的信号直接传送，如市内电话、有线广播；
带通传输是对各种信号调制后再送到信道中传输的总称。

(5)按信号复用方式分类
传输多路信号有3种复用方式，即频分复用、时分复用和码分复用。
频分复用（FDM）是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围；
时分复用（TDM）是用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间；
码分复用（CDM）是用正交的脉冲序列分别携带不同信号。
传统的模拟通信中都采用频分复用，随着数字通信的发展，时分复用通信系统的应用越来越广泛；码分复用多用于空间通信的扩频通信和移动通信系统中。

2、通信方式

(1)按消息传递的方向与时间分类
单工通信：消息只能单方向传输的工作方式，通信双方中只有一个可以发送，另一个只能接收，如广播，遥控
半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作模式，如对讲机
全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方式，信道必须是双向通道，如电话

(2)按数字信号排序分类
在数据通信(主要是计算机或其他数字终端设备之间的通信)中，按数据代码排列的方式不同，可分为并行传输和串行传输。
① 并行传输：是指将代表信息的数字信号码元序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输。例如，计算机送出的由“0”和“1”组成的二进制代码序列，可以每组n个代码的方式在n条并行信道上同时传输。在这种方式下，一个分组中的n 个码元能够在一个时钟节拍 内从一个设备传输到另一个设备。
并行传输的优势是节省传输时间、速度快。此外，并行传输不需要另外的措施就实现了收发双方的字符同步。
其缺点是需要n条通信线路，成本高。并行传输一般只用于设备之间的近距离通信，如计算机和打印机之间数据的传输。

② 串行传输：是指将数字信号码元序列以串行方式一个码元接一个码元地在一条信道上传输。远距离数字传输常采用这种方式。
串行传输的优点是只需一条通信信道，所需的线路铺设费用只是并行传输的1/n；
缺点是速度慢，需要外加同步措施以解决收发双方码组或字符的同步问题。

4.1.4 通信系统的性能指标（质量指标）

在设计和评价系统时，需要建立一套能反映系统各方面性能的指标体系。性能指标也称质量指标，它是从整体系统上综合提出的。
通信系统的性能指标涉及可靠性、有效性、适应性、经济性、保密性、标准性、可维护性等。 尽管不同的通信业务对系统性能的要求不尽相同，但从研究信息传输的角度来说，通信的有效性和可靠性是主要的矛盾所在。
有效性是指信息传输的“速率”问题；而可靠性则是指接收信息的准确程度，也就是传输的 “质量”问题。这两个问题既相互矛盾又相对统一，并且还可以进行互换。
由于模拟通信系统和数字通信系统之间的区别，两者对有效性和可靠性的要求及度量的方法也不尽相同。

1、有效性指标的具体表述

(1)模拟通信系统的有效性指标
模拟通信系统的有效性可用有效传输频带来度量，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。如语音信号的单边带调幅占用的带宽仅为4kHz, 而语音信号的宽带调频占用的带宽为48kHz (调频指数为5时)，显然调幅信号的有效性比调频的好。

(2)数字通信系统的有效性指标
数字通信系统的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量。通常从两个不同的角度来定义传输速率。
① 码元传输速率，简称码元速率，又称传码率，用符号 RB 来表示。它被定义为单位时间(每秒)传送码元的数目，单位为波特 (Baud)，简记为B。 例如，某系统每秒内传送2400个码元，则该系统的传码率为2400B。
② 信息传输速率，简称信息速率，又称传信率或比特率，用符号 Rb 表示。它定义为单位时间内传送的平均信息量或比特数，单位为比特/秒(bit/s)。
在“0”“1”等概率传输的二进制系统中，每个码元含有的信息量为1bit，所有二进制数字信号的码元传输速率和信息传输速率在数量上相等。
通常在给出码元传输速率的同时要说明码元的进制。例如在八进制(N=8)中，已知码元传输速率为1200B，则信息传输速率为3600bit/s。
③ 频带利用率。在比较不同通信系统的有效性时，不能单看它们的传输速率，还应考虑他们占用的频带宽度，因为两个传输速率相等的系统其传输效率并不一定相同。所以，真正衡量数据通信系统的有效性指标是频带利用率，它定义为单位带宽(每Hz)内的传输速率，用符号η或ηb表示，即η=RB/B 或 ηb=Rb/B 式中，B 为信道传输带宽；RB 为码元传输速率；Rb 为信息传输速率。

2、可靠性指标的具体表述

(1)模拟通信系统的可靠性指标
模拟通信系统的可靠性通常用接收端解调器 输出信噪比来度量。输出信噪比越高，通信质量就越好。不同调制方式在同样信道信噪比下所得到的解调后的输出信噪比是不同的。如调频信号的抗干扰能力比调幅的好，但调频信号所需的传输频带却宽于调幅的。

(2)数字通信系统的可靠性指标
数字通信系统的可靠性可用信号在传输过程中出现错误的概率来衡量，即用差错率来衡量。 差错率常用误码率和误信率表示。
① 误码率：用符号Pe表示，是指错误接收的码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即

② 误信率：又称误比特率，用符号 Pb 表示，是指错误接收的比特数在传输总比特数中所占的比例，即

显然，在二进制中有Pb=Pe

4.2 信源编码

4.2.1 信源的概念与特性

1、信源的概念
信源就是信息的来源，可以是人、机器、自然界的物体，信源发出的信息，有不同的形式，可以是符号，如文字、语言，也可以是信号，如图像、声音。

在无线广播中，信源一般是一个语音源（语音或音乐），在有线广播中，信源主要是活动图像的视频信号源，这些信源的输出都是模拟信号，称之为模拟信源；数字信源输出离散的数字信号，如电传机、计算机等各种数字终端。

2、信源的特性
信源是产生消息或消息序列的源泉，信息是抽象的，而消息是具体的，消息不是信息本身，但消息包含和携带着信息。

离散信源：输出的消息数是有限的或可数的，而且每次只输出其中一个消息，用一个离散型随机变量来描述这个信源输出的消息

连续信源：输出的是单个符号的消息，其可能出现的消息数是不可数的无限值，即输入消息的符号集的取值是连续的

离散平稳信源：每个随机变量的可能取值是有限的或可数的，而且随机矢量的各维分布都与时间起点无关，也就是在任意两个不同时刻随机矢量的各维概率分布都相同，如下

中文自然语言文字作为信源输出的消息时时间上离散的符号序列，每个符号的出现是不确定的，随机的

离散化的平面灰度图像信源，空间中每一点的符号都是随机的

连续平稳信源：若信源输入的消息可以用N维随机矢量来描述，其中每个随机分量都是取值为连续的连续型随机变量，并且满足矢量的各维密度函数与时间起点无关，也就是在任意两个不同时刻随机矢量的各维密度函数均相同，如语音信号、热噪声信号。

4.2.2 信源编码概述

信源编码是一种以提高通信有效性为目的而对信源符号进行的变换，或者说为了减少或消除信源利余度而进行的信源符号变换。
信源编码有两个基本功能：
一是提高信道传输的有效性，即通过某种数据压缩技术设法减少码元数目和降低码元速率；
二是完成模/数转换，即当信源给出的是模拟信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。

最原始的信源编码是莫尔斯电码，还有ASCII，电报码。

4.2.3 抽样定理

对一个带宽有限的连续模拟信号进行抽样时，若抽样频率足够大，则这些抽样值就能够完全代表原模拟信号，并且能够由这些抽样值准确地恢复出原模拟信号波形。因此，不一定要传输模拟信号本身，只要传输满足一定抽样频率要求的离散抽样值，接收端就能恢复出原模拟信号。描述抽样频率要求的定理即为抽样定理，它为模拟信号的数字化奠定了理论基础。

4.2.4 脉冲编码调制（PCM）

脉冲编码调制简称脉码调制，它是一种将模拟语音信号变换成数字信号的编码方式。脉码调制的过程如图4-8所示。

PCM主要包括抽样、量化与编码3个过程。
抽样是把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号；
量化是把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散时间离散幅度的数字信号；
编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出，如图4-9所示。
国际标准化的PCM 码组(电话语音)是8位码组代表一个抽样值。从通信中的调制概念来 看，可以认为 PCM 编码过程是模拟信号调制一个二进制脉冲序列，载波是脉冲序列，调制改变脉冲序列的有无或“1”“0”，所以PCM 称为脉冲编码调制。

抽样——信号在时间上的离散化
量化——信号在幅值上的离散化
编码——由于二进制码具有抗干扰能力强的优点，且容易产生，在数字通信中， 一般都采用二进制码。 在PCM中，把量化后信号电平值转换成二进制码组的过程称为编码。

4.3 信道编码

4.3.1 信道编码概述

信道编码是数字通信系统的重要组成部分，是将信息从信源可靠地传输到信宿的主要技术方法。由于传输信道存在一定的噪声和衰落，必然会在传输的信号中引入失真，导致接收端信号判决错误，因此需要采用信道编码(差错控制)来检测和纠正这些错误。
对于不同类型的信道，应该采用不同的差错控制技术，常用的差错控制方式主要有以下3种。

1、检错重发

在发送码元序列中加入差错控制码元，接收端利用这些码元检测到有错码时，利用反向信道通知发送端，要求发送端重发，直到正确接收为止。采用检错重发法的通信系统通常称为自动要求重发(Automatic Repeat reQuest，ARQ)系统。所谓检测到有错码，是指在一组接收码元中知道有一个或一些错码，但是不知道该错码应该如何纠正。
该方式的优点是只需要少量的冗余码，就可以得到极低的输出误码率。
但缺点是采用检错重发技术时，通信系统需要有双向信道传送重发指令；当信道干扰增大时，整个系统有可能处于重发循环中，因而通信效率低，不适合严格实时传输系统。典型应用包括 Intermet 传输中的TCP。

2、前向纠错

前向纠错 (Forward Error Correction，FEC)是指接收端利用发送端在发送码元序列中加入的差错控制码元，不但能够发现错码，还能将错码恢复其正确取值。在二进制码元的情况下，能够确定错码的位置，就相当于能够纠正错码。
采用FEC时，不需要反向信道传送重发指令，特别适合于只能提供单向信道的场合，同时也适合一点发送多点接收的同播方式。由于能自动纠错，不要求检错重发，因而没有因反复重发而产生的时延，实时性好。但是为了能够纠正错码，与检错重发相比，需要加入更多的差错控制码元，故设备要比检测重发设备复杂。

3、混合纠错

混合纠错方式是前向纠错和检错重发方式的结合，当接收端出现少量错码并有能力纠正时， 采用前向纠错技术；当接收端出现较多错码没有能力纠正时，采用检错重发技术。
在上述差错控制方式的共同点是都在接收端识别有无错码。由于信息码元序列是一种随机序列，接收端无法预知码元的取值，也无法识别其中有无错码。所以在发送端需要在信息码元序列中增加一些差错控制码元，称为监督码元。这些监督码元和信息码元之间有确定的关系，譬如某种函数关系，使接收端有可能利用这种关系发现或纠正可能存在的错码。
差错控制编码常称为纠错编码。不同的编码方法，有不同的检错或纠错能力。有的编码方法只能检错，不能纠错。 一般说来，付出的代价越大，检(纠)错的能力越强。这里所说的代价，就是指增加的监督码元多少，它通常用多余度来衡量。例如，若编码序列中平均每两个信息码元就添加一个监督码元，则这种编码的多余度为1/3。或者说，这种码的编码效率(简称码率)为 2/3。设编码序列中信息码元数量为k, 总码元数量为n, 则比值k/n 就是码率；而监督码元数(n-k)和信息码元数之比(n-k)/k 称为冗余度。

4.3.2 简单信道编码

1、分组码

分组码是将信息码分组，为每组信息码附加若干监督码的编码。在分组码中，监督码元仅监督本码组中的信息码元。
分组码一般用符号(n,k) 表示，其中n是码组的总位数，又称为码组的长度(码长)，k 是码组中信息码元的数目， n-k=r 为码组中的监督码元数目，或称监督位数目。
比较成熟的分组码包括线性分组码、循环码、BCH(Bose 、Ray-Chaudhuri 、Hocquenghem) 码、里所码 (Reed-Solomon Code,RS)、乘积码、低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check Code,LDPC) 等。

(1)线性分组码
当分组码的信息码元与监督码元之间的关系为线性关系时，这种分组码称为线性分组码。比如，汉明码就是一种能够纠正单个错误的线性分组码。
在信道条件较好的有线通信系统(包括光纤通信系统)中主要使用简单的线性分组码。另外， 在计算机存储系统中也应用了简单的线性分组码(主要是汉明码)来保证数据的正确性。

(2)循环码
循环码是线性分组码中最重要、最有用的一类，它具有完整的代数结构编码和译码可以用具有反馈级联的移位寄存器来实现，它满足循环移位特性。循环移位特性是指任一码组循环一位(即将最右端的一个码元移至左端，或反之)以后，仍为该码中的一个码组。

2、卷积码

卷积码是由伊利亚斯(P.Elias)发明的一种非分组码。在编码过程中，卷积码充分利用了各组之间的相关性，信息码的码长k 和卷积码的码长n 都比较小，因此其性能在许多实际情况下优于分组码，而且运算较简单。通常它更适于前向纠错，在高质量的通信设备中已得到广泛应用。
与分组码不同，卷积码存在编码记忆性，可以实现连续编码。也就是说，卷积码在编码时虽然也是把k比特的信息段编成n个比特的码组，但是监督码元不仅和当前的k比特信息段有关，而且还同前面m=(N-1) 个信息段有关。所以一个码组中的监督码元监督着N个信息段。通常将N称为编码约束度，并将nN称为编码约束长度。我们将卷积码记作(n,k,N)，码率则仍定义为k/n。
卷积码是应用最多的一类编码，其译码算法包括等效于最大似然译码的Viterbi译码算法以及 Fano 译码算法、堆栈式译码算法等。

4.4 调制

4.4.1 调制的概念与功能

调制就是把信号形式转换成适合在信道中传输的过程。广义的调制分为基带调制和带通调制 (也称载波调制)。本章中调制一词均指载波调制。

1、载波调制：用调制信号去控制载波的参数，使载波的某一个或几个参数按照调制信号的规律变化。
调制信号是指来自信源的基带信号，它可以是模拟信号，也可以是数字信号。
载波是指未受调制的周期性振荡信号，以正弦波最为常用，也可以是周期性脉冲序列。
载波受到调制后称为已调信号，它承载了调制信号的全部特征。
解调是调制的逆过程，其作用是将调制信号从已调信号中恢复出来。

2、调制的功能
①把基带调制信号的频谱搬移到较高的频段上
②实现信道的多路复用
③提高抗干扰能力

4.4.2 模拟调制

连续载波的模拟调制是调制技术的基础，因此对于模拟调制的分析和应用仍然有意义。最常用的模拟调制方式是以正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。
正弦载波的一般表示式为：

A 为载波幅度，ωc为载波角频率，φ0为载波初始相位。在后面的讨论， 一般假设φ0=0，这种设定不会影响讨论结果的一般性。

1、幅度调制（AM）

幅度调制 (Amplitude Modulation，AM) 是用调制信号去控制载波的幅度，使之随调制信号线性变化。
幅度调制是用调制信号去控制载波的幅度，使之随调制信号线性变化

（1）标准调幅（AM）

（2）双边带调幅（DSB）

在AM信号中，调制信号的信息完全由边带信号传送，载波分量并不携带信息。因此，从传送调制信号信息的角度来说，载波分量可以去掉。由此便形成了抑制载波双边带调幅 (Double-Sideband Modulation，DSB)

（3）单边带调幅（SSB）

在AM 和 DSB 中，已调信号的频谱都包含上、下两个边带，且带宽是调制信号带宽的2倍。 但实际上，上边带和下边带所传送的信息完全相同，因此只传送一个边带也能够传送调制信号的全部信息，由此便产生了单边带 (Single Sideband，SSB) 调幅。

（4）残留边带调幅（VSB）

残留边带 (Vestigial Sideband，VSB) 调幅是介于SSB 和DSB 的一种调制方式，目的是一方面能够获得高于 DSB 的频带使用效率，另一方面适度降低调制的实现难度。VSB 的实现方法是对DSB 信号中的上下两个边带都滤除一部分同时保留一部分，一个边带保留大部分、滤除小部分 形成残缺边带，另一个边带滤除大部分、保留小部分形成残留边带。

2、调幅信号的调制与解调

在幅度调制中，已调信号具有以下两方面特征。
① 已调信号的幅度包络轨迹与调制信号的波形变化具有相关性。
② 无论是双边带、单边带还是残留边带调制，已调信号的频谱都是调制信号频谱的线性搬移。
根据调幅信号的上述特征，对调幅信号的解调通常有非相干调解和相干调解两种方式。

(1)非相干解调
调幅信号的非相干解调是从已调信号的幅度包络中提取调制信号的信息，因此也可以称为“波形解调”。

(2)相干解调
调幅信号的相干解调是从已调信号的频谱中提取调制信号的信息，因此也可以称为“频域解调”。利用频谱搬移实现解调。

3、角度调制（FM、PM）

角度调制是用调制信号去控制载波的频率或相位，使之随调制信号线性变化。
由于载波的频率和相位发生变化时都会引起其相角变化，所以角度调制具体又分为频率调制 (Frequency Modulation，FM) 和相位调制(Phase Modulation，PM)。

(1)角度调制原理
设调制信号为m(t)，角度调制已调信号为Sm(t)=A*cos[ωct+φ(t)]，其中A为载波振幅，保持恒定不变；θ(t)=[ωct+φ(t)]为已调信号载波的瞬时相角；φ(t）是因角度调制而引起的载波瞬时相位增量

(2)角度调制信号特性参数
角度调制是以调制信号m(t)控制载波的相角，因此无论是FM(调频)还是PM(调相)，在已调信号中都会产生由m(t)引起的频率增量和相位，这两种增量的最大值是决定角度调制信号特性的重要参数。

4、角调信号的调制与解调

(1)调制：已调信号的相角函数与角频率函数之间存在着积分与微分关系，FM和PM信号之间在调制过程中可以相互转换
(2)FM信号解调：先转换为一个幅度与FM信号的角频率成正比的AM信号，再采用AM信号解调方法提取出调制信号

4.4.3 数字载波调制

当采用数字调制信号对载波进行调制时，产生的就是数字调制信号。与模拟调制相似，用数字调制信号 s(t) 对载波的幅度、频率和相位进行调制，就可以相应地实现数字调幅(也称幅移键控)、数字调频(也称频移键控)和数字调相(也称相移键控)。

1、幅移键控(ASK)

用数字调制信号s(t)对载波c(t)的幅度进行调制，就可以得到幅移键控SASK(t)=Acosωct—发送消息为“1”，SASK(t)=0—发送消息为“0”

ASK调制系统中的乘法器（实现调制信号s(t)对载波c(t)的幅度调制)可以用一个键控开关来实现，当调制信号s(t)为“1”时，键控开关闭合，有载波信号输出，其幅度为A；当调制信号s(t)为“0”时，键控开关断开，就没有信号输出，就相当于输出一个幅度为“0”的载波。SASK(t)=s(t)*c(t)=s(t)*Acos(ωct)　　　　ASK信号的频带宽度BASK=2/TB

2、频移键控(FSK)

用数字调制信号s(t)对载波c(t)的频率进行调制，就可以得到频移键控SFSK(t)=Acosω1t—发送消息为“1”，SASK(t)=Acosω2t—发送消息为“0”

FSK信号的频带宽度BFSK=|ƒ1-ƒ2|+2/TB

3、相移键控(PSK)

用数字调制信号s(t)对载波c(t)的相位进行调制，就可以得到相移键控SPSK(t)=Acosωt—发送消息为“1”，SASK(t)=-Acosωt—发送消息为“0”

PSK信号的频带宽度BPSK=2/TB

差分相移键控(DPSK)是根据调制信号中相邻码元地电平变化来确定载波相位。DPSK有两种解调方式，一种是相干解调方式和差分相干解调。

4.4.4 频分复用(FDM)

频分复用 (Frequency Division Muliplexing，FDM)是将多个调制信号 (m(t),m₂(),…,mx(t)) 分别调制在不同的载波频率上，从而实现多个调制信号在不同的载波频率上同时传输。

频分复用在通信系统中广泛应用，如广播电台中播广播的不同节目电台分布在中波频段的不同频点上，有线电视的不同节目分布在不同频段上。

FDM的线路容量较小，为避免相邻频道的信号相互干扰，要求设备对临近频道的信号有足够的抑制，就对载波器的要求很高，使得载波器的实现难度大，成本高，在信道中同时存在多个载波分量，容易产生频率分量，形成频率干扰信号，是FDM的体制缺点，大容量通信系统的骨干网已较少采用。