《信号调制解调》课件

信号调制解调信号调制解调是通信系统中不可或缺的一部分它将信息信号转换为适合传输的信号形式，并在接收端将其还原为原始信息信号课程简介信号调制解调通信系统实践应用本课程旨在向学生介绍信号调制解调的基学习调制解调技术，能够理解信号在通信掌握调制解调的基本概念和方法，为进一本原理和应用系统中的传输和接收过程步学习通信技术打下基础信号的基本特性幅度频率相位波形信号的大小或强度，通常表示信号在一个周期内重复的次数信号相对于时间参考点的偏移信号随时间变化的图形表示，为电压或电流的幅值，以赫兹（Hz）为单位量，以角度或弧度为单位可以是正弦波、方波或其他形状模拟信号和数字信号模拟信号数字信号12模拟信号是连续的，可以表示数字信号是离散的，用数字表为连续变化的物理量，如电压示，表示为一系列离散的数值、电流或声波，如0和1模拟信号的优点数字信号的优点34模拟信号可以携带大量信息，数字信号更不易受到噪声的干因为其连续的变化可以表示更扰，因为其离散的性质使信号加复杂的信号不易失真信号分类按信号的物理量划分按信号的周期性划分按信号的能量划分按信号的确定性划分模拟信号连续时间信号，周期信号信号在一定时间能量信号信号的能量有限确定性信号信号的取值可信号值可以取连续的值内重复出现以完全确定功率信号信号的功率有限数字信号离散时间信号，非周期信号信号在时间上随机信号信号的取值具有信号值只能取有限个离散值不重复随机性连续时间信号和离散时间信号连续时间信号离散时间信号信号值在时间上连续变化，可以信号值仅在特定的时间点存在，是任何时间点的值例如，模拟其他时间点的值不存在例如，声音信号数字音频信号区别连续时间信号可以用连续函数来描述，而离散时间信号则用离散序列来描述确定性信号和随机信号确定性信号随机信号可以根据数学公式或函数精确地描述例如，正弦波、方波不能用精确的数学公式描述，只能用统计方法分析信号的基本变换时间域信号表示为时间的函数，描述信号在时间上的变化频域信号表示为频率的函数，描述信号中不同频率成分的能量分布变换将信号从一个域转换到另一个域，例如傅里叶变换、拉普拉斯变换傅里叶级数和傅里叶变换周期信号1可以用傅里叶级数表示非周期信号2可以用傅里叶变换表示频域分析3了解信号频率成分傅里叶级数将周期信号分解成一系列正弦波的叠加傅里叶变换将非周期信号分解成不同频率的正弦波的叠加信号的能量和功率信号的能量和功率是描述信号强度的重要指标能量表示信号在整个时间范围内的能量积累，功率表示信号在单位时间内的能量消耗12能量功率信号的能量是信号幅值的平方在整个时间范围内的信号的功率是信号幅值的平方在整个时间范围内的积分平均值34单位关系信号的能量通常用焦耳J表示，功率通常用瓦特信号的功率是信号能量除以信号持续时间W表示信号的抽样和重构信号的抽样是将连续时间信号转换为离散时间信号的过程它在数字信号处理中起着关键作用，允许我们使用计算机来处理和分析模拟信号连续时间信号1模拟信号采样2采样频率离散时间信号3数字信号重构4恢复原始信号重构则是从离散时间信号恢复原始连续时间信号的过程这通常使用插值技术来实现，例如线性插值或sinc插值模拟数字转换-采样量化

1.

2.12将连续时间信号转换为离散时将连续幅度的样本转换为离散间信号，以固定时间间隔采样幅度的值，将信号幅度范围划信号分为有限个量化级别编码

3.3将量化后的样本转换为数字代码，使用二进制码表示每个量化级别编码和调制的基本概念编码调制编码是将信息转换成适合传输的信号形式的过程编码可以是模调制是将信息信号叠加到载波信号上的过程调制允许信息信号拟的，也可以是数字的在较宽的频率范围内传输，从而实现更远的距离和更高的数据传输速率振幅调制（）AM调制原理信号特点AM AM载波信号振幅随调制信号变化，频谱包含载波频率和两个边频，调制信号幅度越大，载波信号振频带利用率低幅越大，反之亦然调制应用AM广泛应用于广播、电视、无线通信等领域频率调制（）FM概念优点频率调制是一种调制技术，其中载波信FM具有较强的抗噪声性能，信号质量更号的频率随信息信号的变化而变化，幅高，传输距离更远，在广播、通信等领度保持恒定域得到广泛应用相位调制PM定义优势相位调制是一种调制方式，其中相位调制具有更高的带宽效率，载波信号的相位随消息信号变化因为它可以携带更多信息，并且而变化这允许在载波的相位中不易受噪声影响编码信息应用示例相位调制广泛应用于无线通信系常见的相位调制类型包括差分相统中，例如卫星通信、蜂窝电话移键控DPSK和连续相移键控和Wi-Fi CPSK数字调制ASK,FSK,PSK,QAM振幅键控频率键控ASK FSK12通过改变载波信号的振幅来表利用不同的载波频率来传输不示数字信息同的数字信号相位键控正交振幅调制PSK QAM34通过改变载波信号的相位来表利用载波信号的振幅和相位两示数字信息种参数来表示数字信息基带传输与线性调制基带传输1基带传输是指直接传输原始信号，没有频率转换，通常用于短距离通信线性调制2线性调制是将基带信号转换为适合信道传输的信号，包括调幅、调频和调相调制原理3通过改变载波信号的幅度、频率或相位来携带基带信号信息载波传输与角度调制载波信号载波信号是一种频率较高的连续信号，可以作为信息载体角度调制角度调制是指通过改变载波信号的相位或频率来传输信息相位调制（）PM相位调制是通过改变载波信号的相位来传输信息频率调制（）FM频率调制是通过改变载波信号的频率来传输信息调制信号的检测与解调信号检测1从接收信号中提取出调制信号解调2恢复原始信号解调器3进行解调操作的设备信号检测是解调过程的第一步，用于提取出接收信号中的调制信号解调是将调制信号还原成原始信号的过程，需要使用解调器来完成解调器根据不同的调制方式使用不同的解调方法，例如AM信号的包络检波、FM信号的鉴频器等解调过程的关键是将接收信号中的调制信息分离出来，并将其恢复为原始信号数字调制信号的检测与解调匹配滤波器1最大化信噪比同步检测2精确恢复信号判决3确定接收数据解调4还原原始数据数字调制信号的检测和解调是数字通信系统中至关重要的环节匹配滤波器通过最大化信噪比来改善信号质量，同步检测则确保信号的正确恢复判决步骤根据接收信号的特征确定发送的数据，最终通过解调将数字信号还原为原始数据信号噪声比和信噪比信号噪声比SNR和信噪比S/N是通信系统中重要的性能指标SNR表示信号功率与噪声功率之比，反映了信号的强度和噪声的强度之间的关系SNR越高，信号越强，噪声越弱，通信质量越好S/N是SNR的另一种表达方式，表示信号功率与噪声功率之比的线性度量SNR和S/N的数值通常以分贝dB为单位，通常使用10log10SNR或10log10S/N进行计算SNR和S/N是通信系统中重要的性能指标，影响着信号的传输质量和接收效果信道编码和信道容量信道编码添加冗余信息，提高信号抗噪声能力信道容量信道所能传输的最大信息量信息理论研究信号传输过程中信息损耗和信息可靠性信号的滤波和信号滤波器低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器低通滤波器允许低频信号通过高通滤波器允许高频信号通过带通滤波器允许特定频率范围带阻滤波器阻挡特定频率范围，阻挡高频信号这些滤波器，阻挡低频信号它们用于去内的信号通过，阻挡其他频率内的信号，允许其他频率信号用于去除信号中的高频噪声除信号中的低频噪声信号这可以用来提取感兴趣通过它们用于去除噪声或干的信号扰信号滤波器的分类及性能指标按滤波器类型分类按滤波器特性分类性能指标•低通滤波器•理想滤波器滤波器性能指标主要包括通带衰减、阻带衰减、截止频•高通滤波器•非理想滤波器率、相位特性等，不同的指•带通滤波器•线性滤波器标对应不同的滤波器类型和•带阻滤波器•非线性滤波器应用场景理想滤波器和非理想滤波器理想滤波器非理想滤波器12理论上可以完美地通过或阻挡实际应用中无法完全达到理想特定频率范围内的信号滤波器的效果，存在过渡带和衰减过渡带衰减34理想滤波器在截止频率附近，理想滤波器在截止频率以外，信号衰减逐渐过渡，非理想滤信号完全被阻挡，非理想滤波波器过渡带较宽器信号衰减幅度有限数字滤波器的设计与实现滤波器类型选择根据应用需求选择合适的滤波器类型，例如低通、高通、带通或带阻滤波器滤波器参数确定根据滤波器的类型和性能指标，确定滤波器的截止频率、通带宽度、阻带衰减等参数滤波器系数计算使用滤波器设计方法计算出滤波器的系数，例如使用窗函数法、双线性变换法或直接型设计法滤波器实现根据计算得到的系数，使用硬件或软件实现滤波器，例如使用DSP芯片、FPGA芯片或数字信号处理软件变幅滤波和抽样滤波变幅滤波1变幅滤波器通过改变信号幅度来滤除噪声，通常用于消除低频噪声，例如电源噪声抽样滤波2抽样滤波器通过对信号进行采样，然后用一个滤波器来滤除噪声，主要用于消除高频噪声，例如数字信号中的抖动应用3变幅滤波和抽样滤波广泛应用于音频处理、图像处理和通信系统中，帮助提高信号质量总结与展望本课程涵盖信号调制解调的原理和应用了解各种调制解调技术的特点和应用场景为进一步学习数字通信和无线通信打下基础课程作业及考核方式作业形式考核方式作业以课堂练习和课后作业为主考核方式包括期末考试和日常作课后作业主要包括课本习题和业成绩课外拓展练习评分标准期末考试占总成绩的70%，日常作业成绩占30%。