第10章 脉冲调制(改).ppt

第10章 脉冲调制 10.1 脉冲模拟调制 10.2 脉冲数字调制 10.3 基带传输 10.4 载波传输 10.5 脉冲数字调制应用 10.1 脉冲模拟调制 10.1.1 采样 1.自然采样 (1)低通信号采样。语音信号、图像信号、生物电信号等等都是低通信号。这些信号都是时间上、取值上连续的模拟信号，故又把它们叫做模拟基带信号。如一个低通信号f(t)，它的频带宽度为0~fm。采样脉冲为一个周期性的矩形脉冲序列s(t)。两个信号相乘得到采样信号fs(t)=f(t)×s(t)，如图10.1所示。 称这种采样方式为自然采样。根据“信号与系统”的知识可知，当 其中，ωs为采样角频率,Ts=2π/ωs。当采样频率fs≥2fm时，采样信号的频谱Fs(ω)如图10.2所示。 不失真的恢复基带信号，采样频率fs一定要大于2fm，否则会产生频谱的重叠，高频端的频率分量就会叠加到低频端上，从而引起失真。若是语音信号就会影响语音信号的可懂度。如信号频率fm=60Hz，采样频率fs=100Hz，这样恢复出来的信号就会出现40Hz的频率成分，如图10.3所示。 (2)带通信号采样。在实际应用中，如广播、邮电、通信等方面遇到的带通信号很多。像多路载波电话，每路电话信号的频带等于4kHz，采用单边带调制，60路信号采用频率分割方法传送，共占频带240kHz，频率范围为312~552kHz。对于这样的带通信号，采样频率并不需要高于上限频率的两倍。图10.4示出了带通信号采样频率fs与带通信号上、下限频率的关系。 由图10.4(c)可见采样频率fs应选取等于2B。由此可导出 2.瞬时采样 自然采样在采样脉冲宽度期间都包含着基带信号的信息，而实际上，只要把采样脉冲到来那个瞬时的基带信号的数值采样下来就可以了。为此，提出瞬时采样。瞬时采样的采样脉冲是冲击脉冲序列δTs(t)。把它与基带信号f(t)相乘，得到瞬时采样信号 如图10.5(c)所示。经过保持电路，把f ’s (t)变成宽度等于τ的矩形脉冲序列，脉冲的幅值等于相应时刻的瞬时采样值。这个矩形脉冲序列信号就是瞬时采样的采样信号fs(t)，如图10.5(e)所示。在时域，它的表示式可以写成 式中，ωsδωs(ω)是冲击脉冲序列信号的傅氏变换，H(ω)是门函数h(t)的傅氏变换 图10.6示出了瞬时采样信号的频谱。由图可见，瞬时采样信号频谱也是基带信号的频谱周期性加权，其加权值是H(ω)。由于H(ω)是随频率连续变化的函数，所以会引起频谱失真。这种失真通常叫做孔径失真。为了消除这种失真，在接收机中必须经过幅频特性等于1/H(ω)的低通滤波器。此外，瞬时采样保持时间τ越长，采样信号各个频率分量的幅值越高，信号的带宽越小，因而信号的传输质量也就越高。 10.1.2 脉冲模拟调制 脉冲模拟调制是用采样信号的采样值去控制脉冲序列信号的参数。脉冲序列信号有4个参数：脉冲幅度、脉冲宽度、脉冲位置、脉冲频率。因此脉冲模拟调制有4种方式：脉冲幅度调制(PAM)、脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)、脉冲位置调制(PPM)。这几种调制信号的波形如图5.3所示。 1. PPM调制信号的产生 脉冲位置调制信号的幅度和脉冲宽度均恒定不变，脉冲的位置相对于载波脉冲序列信号的位置产生一个Δτ的时延。载波脉冲序列信号的时域表示式可以写为 脉冲位置调制的每个脉冲偏离载波脉冲序列的时延 图10.7示出了脉冲位置调制信号产生电路的原理框图。图10.8示出了相应各点的波形，图中定时脉冲序列信号产生器产生一串等宽的采样脉冲。在采样保持电路中，采样脉冲对调制信号进行瞬时采样，得到图10.8(c)所示的脉冲幅度调制信号。同时把采样脉冲送入到锯齿波形成电路，形成双极性的锯齿波。锯齿波宽度与脉冲幅度调制信号的脉冲宽度相同，如图10.8(d)所示。脉冲幅度调制信号与锯齿波信号在加法器中相加，如图10.8(e)所示。在电平比较器中，通过过零比较，得到与过零点对应的脉冲；再通过脉冲形成电路得到脉冲位置调制信号，见图10.8(f)。 由上述可见，只要锯齿波的线性很好，脉冲的时延Δτ 与采样信号的采样值成正比，若以脉冲幅度调制信号的脉冲中心为基准位置时，脉冲位置调制信号的脉冲时延 2. 脉冲位置调制信号的解调 脉冲位置调制信号解调的框图如图10.9所示，相应的各点波形如图10.10所示。为了提高脉冲位置调制信号解调的质量，往往不采用直接把脉冲位置调制信号通过滤波器，滤