模拟通信系统
通信系统的模型及分类
基带的含义是指：频 谱从零频附近开始的 信号（如语音）；
3.数字通信系统模型
定义：信道中传输数字信号的系统称为数字通信系统。
分类：数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统
和模拟信号数字化传输通信系统。
3.数字通信系统模型
1.数字频带传输系统
同步 信源 编码 器 加密 器 调制 器 信 道 解调 器 解密 器 译码 器 信宿
《现代通信技术》课程
通信系统的 模型及分类
目 录
01
通信系统的一般模型
02
03
模拟通信系统模型
数字通信系统模型
1.通信系统的一般模型
点对点通信
信源 发送设备 信道 接收设备 信宿
发送端
噪声源 通信系统一般模型
接收端
2.模拟通信系统模型
定义：信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。
信息源 调制器 信道 解调器 信宿
发送端 噪声源
接收端
模拟通信系统 一般模型
2.模拟通信系统模型
从理论上基带、基带信号、已调信号存在以下关系：
信源发出的原始电信 号是基带信号；
完成这种变换和反变换 的是调制器和解调器。 经过调制后的信号称为 已调信号；
01
02
03
04 已调信号有三个基本特征： 1）携带有信息，2）适合在信 道中传输，3）信号的频谱具有 带通形式且中心频率远离零频， 因而已调信号又称频带信号；
优点
便于与各种数字终端接口，利用现代计算技术对信息进
行处理、存储、变换； 便于加密处理，保密性强； 便于集成化，使通信设备微型化；
缺点
占据系统频带宽，频带利用率不高； 对同步要求高，系统设备比较复杂；
谢谢
模拟通信系统与数字通信系统的区别!
在通信领域中，模拟通信系统和数字通信系统是两种主要的通信方式，它们在原理、特点、性能以及应用等方面存在着显著的区别。
一、基本原理1. 模拟通信系统①模拟通信系统是基于模拟信号进行信息传输的。
模拟信号是一种连续的信号，其幅度、频率或相位随时间连续变化，能够直接表示原始信息。
例如，声音通过麦克风转换为电信号时，产生的就是模拟信号，其电压或电流的幅度与声音的强度成正比。
②在模拟通信中，信息源产生的原始电信号通常经过调制，将其频谱搬移到适合传输的频段，然后通过信道传输。
在接收端，经过解调恢复出原始信号。
2. 数字通信系统①数字通信系统则是基于数字信号进行信息传输的。
数字信号是一种离散的信号，其幅度取值是有限的离散值，通常用二进制代码表示。
例如，计算机中的数据、数字电话中的语音信号等都是数字信号。
②数字通信系统中，信息源产生的原始信号首先经过采样、量化和编码等过程转换为数字信号，然后进行数字调制，将数字信号的频谱搬移到适合传输的频段。
接收端接收到信号后，经过数字解调、解码等过程恢复出原始数字信号，最后通过数模转换恢复出原始模拟信号。
二、信号特点1. 模拟信号①连续性：模拟信号在时间和幅度上都是连续变化的，没有明显的断点或跳跃。
②无限精度：模拟信号的幅度可以取任意值，具有无限的精度。
3. 易受干扰：由于模拟信号的幅度是连续变化的，所以在传输过程中容易受到噪声、干扰等因素的影响，导致信号失真。
2. 数字信号①离散性：数字信号在时间和幅度上都是离散的，只有有限的几个取值。
②有限精度：数字信号的幅度取值是有限的，通常用二进制代码表示，因此具有有限的精度。
③抗干扰性强：数字信号具有较强的抗干扰能力，因为只要干扰的幅度不超过一定的阈值，就不会影响数字信号的取值。
三、系统性能1. 有效性①模拟通信系统：通常用有效传输带宽来衡量有效性。
由于模拟信号的频谱是连续的，所以需要较宽的带宽来传输。
②数字通信系统：一般用传输速率（比特率）和频带利用率来衡量有效性。
模拟通信系统
Sm (t) Am(t) cos(ct 0 ) 时域表达式
m(t) M ()
设 0 0 Sm (t) Sm ()
A [M (
2
c )
M (
c )]
为已调信号的频域表达式。
M ()
Sm ()
0
c 0 c
若设 A 1 ，且0 0，幅度调制的数学模型为：
m(t) 乘法器
带通滤波器h(t)
输出的信噪比为：
S0 m2 (t) N0 n0B
Si Sm2 (t) 1 m02 m2 (t) Ni ni2 (t) 2 n0B
对于100%调制，m0 | m(t) |max ，假设m(t) 为正弦
信号
m(t) m0 cos0t
m2 (t)
1 2
m02
调制制度增益为：G 2 3
在小信噪比情况下，包络检波器会把有用信号扰乱 成噪声，作为随机噪声处理。
2ct)
经过带通滤波器后，第一项低频被滤出，所以：
s0 (t)
1 2
m2
(t)
cos
2ct
其包络为1 m2 (t) ，近似正比于消息信号的能量。
2
第二节 线性调制系统的抗噪声性能
已调信号通过信道后到达接收端，在信道中受到噪声 干扰，主要为加性噪声，取决于起伏噪声，起伏噪声视为 高斯白噪声，考虑线性系统存在加性高斯白噪声时的抗噪 声性能。
出端同时得到 f1(t)及f2 (t)。试确定接收端的 c1(t)及c2 (t)。
f1(t)
cos0t
c1(t)
LPF
f1(t)
A
f2 (t)
LPF
f2 (t)
sin 0t
c2 (t)
模拟通信系统的案例
模拟通信系统的案例
某公司正在开发一种新型的通信系统，该系统可以实现高效可靠的数据传输。
为了验证系统的性能和可行性，公司决定进行模拟。
系统的组成部分包括发送端、接收端和信道。
发送端：发送端负责向接收端发送数据。
它从数据源获取数据，并对数据进行编码和调制，然后将调制后的信号通过信道发送给接收端。
接收端：接收端负责接收发送端发送的信号，并进行解调和解码，最终将解码后的数据传递给数据接收方。
信道：信道是数据传输的媒介，可以是有线或无线的。
在模拟中，我们假设信道会引入一定的噪声和丢包率，以测试系统对不完美信道的适应能力。
模拟过程如下：
1. 发送端从数据源获取数据，并将数据划分成合适的数据包。
2. 发送端对每个数据包进行编码，并将编码后的数据包发送给接收端。
3. 接收端接收到编码后的数据包，并进行解码。
4. 解码后的数据包会被传递给数据接收方。
5. 如果在信道传输过程中发生噪声或丢包，接收端会尝试纠正错误或请求重传。
6. 统计系统的性能指标，如丢包率、误码率和传输时延。
通过上述模拟过程，可以评估通信系统的性能和可靠性，为进一步的优化和改进提供参考。
此外，还可以对系统进行不同参数的测试，比如不同数据传输速率、不同的编码方案以及不同信道条件下的性能测试，以更全面评估系统的可行性。
模拟电话通信系统课件
数字信号传输是通过数字通信网络进行传输的， 如光纤、无线通信等。
数字信号的特点
数字信号具有离散性、抗干扰能力强等特点，能 够保证通信的可靠性和稳定性。
信号转换技术
01
模拟信号转换为数字信号
通过模拟/数字转换器（A/D转换器）将模拟信号转换为数字信号。
02
数字信号转换为模拟信号
通过数字/模拟转换器（D/A转换器）将数字信号转换为模拟信号。
云计算技术
云计算技术的运用将推动模拟电话通信系统向云端转移，实现更高效 的数据存储、处理和远程控制。
市场发展趋势
市场规模持续扩大
随着人们对通信需求的不断增长，模拟电话通信系统的市场规模 将持续扩大。
行业应用领域不断拓展
从传统的电信、金融等行业拓展到智能家居、智慧城市等领域，模 拟电话通信系统的应用领域将更加广泛。
工业物联网
工业物联网的发展需要高可靠、高稳定的通信网络支持，模拟电话通信系统将为工业物联 网的发展提供重要的通信保障。
感谢观看
THANKS
05
模拟电话通信系统的信号传
输
模拟信号传
模拟信号定义
模拟信号是指利用连续的 电压或电流表示信息的信 号。
模拟信号传输方式
模拟信号传输是通过电话 线、电缆等方式进行传输 的。
模拟信号的特点
模拟信号具有连续性、实 时性等特点，能够真实地 表示声音、图像等信息。
数字信号传
数字信号定义
数字信号是指利用离散的电压或电流表示信息的 信号。
成。
广域网
定义
广域网是将分布在不同地点的计算机和设备通过通信线路互联起 来，实现数据传输和资源共享的计算机网络。
特点
通信原理知识点
通信原理复习资料 一、基本概念 第一章1、模拟通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统 2、数字通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统 3、数字通信的特点 优点：（1）抗干扰能力强，且噪声不积累 （2）传输差错可控（3）便于处理、变换、存储（4）便于将来自不同信源的信号综合到一起传输 （5）易于集成，使通信设备微型化，重量轻 （6）易于加密处理，且保密性好 缺点：（1）需要较大的传输带宽 （2）对同步要求高 4、通信系统的分类（1）按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统 （2）按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传输系统 （3）调制传输系统又分为多种调制，详见书中表1-1 （4）按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统 （5）按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统 （6）按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通信（7）按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用 5、通信系统的主要性能指标：有效性和可靠性 有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），或者说是传输的“速度”问题。
数字通信系统模型模拟通信系统模型可靠性：指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。
（1）模拟通信系统：有效性：可用有效传输频带来度量。
可靠性：可用接收端最终输出信噪比来度量。
（2）数字通信系统：有效性：用传输速率和频带利用率来衡量。
可靠性：常用误码率和误信率表示。
码元传输速率R B ：定义为单位时间（每秒）传送码元的数目，单位为波特（Baud ） 信息传输速率R b ：定义为单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特/秒 6、通信的目的：传递消息中所包含的信息7、通信方式可分为：单工、半双工和全双工通信8、信息量是对信息发生的概率（不确定性）的度量。
一个二进制码元含1b 的信息量；一个M 进制码元含有log 2M 比特的信息量。
模拟电话通信系统PPT课件
致谢
大学本科的学习生活即将结束。在此，我要感谢所 有曾经教导过我的老师和关心过我的同学，他们在 我成长过程中给予了我很大的帮助。本文能够顺利 完成，要特别感谢我的指导老师***老师，感谢各位 老师的关心和帮助。
解决方法
常用的方法有定时查询方式和中断方式，在查询方式下无论 外界信号是否发生变化，查询系统必须定时运行驱动程序， 因而需占用较多的CPU时间，效率较低。中断方式的实时性 较强，且仅在外界信号到达时启动程序，因而效率较高。但 中断的随机性很大，被中断的进程的环境必须得到妥善的保 护。因此中断处理方式相对较复杂。还有一种方式是采用多 CPU并行处理。具体采用哪一种方式要视输入信号的实时性 要求和处理器的负荷决定。
一般情况，呼叫可以分为三个阶段：接续过程、通 话过程、拆续过程。接续过程是指从用户发起呼叫 一直到通话正式建立的整个阶段。在这个阶段，交 换机主要完成以下工作：首先，交换机应能够检测 到用户摘机并提示用户拨号，然后按照用户所拨的 电话号码检测对方现在所处的状态，如果对方正处 于“空闲”状态，则使对方用户电话振铃，此时对 方用户应在规定的时间内摘机，通话方可建立，否 则交换机认为对方不在并向主叫用户发催挂音同时 释放交换机资源，直到主叫挂机；如果对方正处于 “忙”的状态（“摘机”状态）则交换机向主叫发 忙音，最后释放所有被占用的资源。
第三章 系统的硬件实现
I/0扩展口
键盘输入
DTMF接收器
CPU
用户状态检测电路
信号音控制电路
交换网络驱动电路
模拟通信实验报告
一、实验目的1. 理解模拟通信系统的基本组成和原理；2. 掌握模拟调制和解调的基本方法；3. 学习模拟信号在信道中的传输特性；4. 通过实验加深对通信理论知识的理解。
二、实验器材1. 模拟通信实验箱；2. 双踪示波器；3. 频率计；4. 调制器和解调器；5. 信号发生器；6. 计算器。
三、实验原理模拟通信系统是指将信息源产生的模拟信号，通过调制器转换为适合在信道中传输的信号，再通过解调器恢复出原始信号的过程。
实验主要涉及以下几种调制方式：1. 振幅调制（AM）：通过改变载波的振幅来传输信息；2. 频率调制（FM）：通过改变载波的频率来传输信息；3. 相位调制（PM）：通过改变载波的相位来传输信息。
实验中，我们将通过调制器和解调器对模拟信号进行调制和解调，观察调制信号和解调信号的波形，并分析调制和解调过程中的特性。
四、实验步骤1. 振幅调制（AM）实验：（1）将信号发生器产生的正弦波作为调制信号，接入调制器；（2）调整调制器的参数，使载波频率和调制信号频率一致；（3）观察调制器输出的AM信号波形，分析调制信号的幅度、频率和相位变化；（4）将AM信号接入解调器，观察解调器输出的信号波形，分析解调信号的恢复效果。
2. 频率调制（FM）实验：（1）将信号发生器产生的正弦波作为调制信号，接入调制器；（2）调整调制器的参数，使载波频率和调制信号频率一致；（3）观察调制器输出的FM信号波形，分析调制信号的幅度、频率和相位变化；（4）将FM信号接入解调器，观察解调器输出的信号波形，分析解调信号的恢复效果。
3. 相位调制（PM）实验：（1）将信号发生器产生的正弦波作为调制信号，接入调制器；（2）调整调制器的参数，使载波频率和调制信号频率一致；（3）观察调制器输出的PM信号波形，分析调制信号的幅度、频率和相位变化；（4）将PM信号接入解调器，观察解调器输出的信号波形，分析解调信号的恢复效果。
五、实验结果与分析1. 振幅调制（AM）实验结果：调制信号和载波信号频率一致，调制器输出AM信号，解调器输出信号波形与调制信号基本一致，恢复效果较好。
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2 f1(t) cos2 0t 2 f2 (t) sin 0t cos0t f1(t)(1 cos 20t) f2 (t)sin 20t
f1(t) f1(t) cos 20t f2 (t)sin 20t
低通滤波器滤出高频部分，故上支路的输出为：f1 (t )
调制的目的：
1、为了信号与信道匹配； 调制的本质就是把信号的频谱搬移到信道的通频带
内，使信号的特性与信道匹配。
2、为了频分复用、提高信道的利用率；
3、为了频率分配；使通信、电视、广播互不干扰。
4、可扩展信号的带宽，提高抗干扰、抗衰落的能力。 还可实现实现传输带宽与信噪比之间的互换。 调制对通信系统的有效性可靠性又很大的影响。
输出的频域表达式为：
Sm
(t)
1 2
[M
(
c
)
M
(
c
)]H
()
h(t) H ()
这为调制器的一般模型，根据滤波器的不同特性 和调制信号的不同频谱成分，可分为四种调制：
（1）完全调幅（AM）：滤波器为全通网络，调制
信号m(t)有直流成分。
（2）抑制载波双边带（DSB）：滤波器为全通网络，
Ni n0B
同步解调器
输入的信噪比
Si
S
2 m
(t
)
1 4
(m(t) cosct
m (t)sin
ct)2
1 8
m2
(t)
1 8
m 2
(t)
1 4
m(t)m (t)sin
2ct
1 m2 (t) 4
Si 1 m2 (t) Ni 4 n0B
解调器输出的噪声信号仍然为：n0 (t)
调制信号m(t)无直流成分。
（3）单边带调制（SSB）：滤波器为截止频率为 c 的
高通或低通滤波器。
（4）残留边带调制（VSB）：滤波器为互补特性的 滤波器。
一、双边带调制信号（DSB/SC）：
m(t) 乘法器
Sm (t)
cos ct 时域表达式：Sm (t) m(t) cosct
频域表达式：
m(t) 乘法器 单边带滤波器h(t)
Sm (t)
cos ct
下边带时域表达式为：
Sm
(t)
1 2
m(t)
cos ct
1 2
mˆ (t)sin
ct
上边带的时域表达式为：
Sm
(t)
1 2
m(t)
cos ct
1 2
mˆ (t)
sin
ct
mˆ (t) 是 m(t)的希尔伯特变换：
mˆ (t) 1 m( )d 仍为基带信号
若信号是确知的或满足各态历经性，用时间平均值代替
ni2 (t) nc2 (t) ns2 (t)
带通滤波器的带宽为B，那么，解调器输入的噪声
ni (t) 也具有带宽B，噪声的平均功率为：
Ni
2 ni
an2i
2 ni
ni2 (t)
n0 B
n0还是噪声的单边功率谱密度，就为解调器输入噪声 的平均功率。
sin 0t
c2 (t)
A点的信号为： f1(t) cos0t f2 (t)sin 0t
是两个互相正交的双边带信号，采用相干解调，所以：
c1(t) 2cos0t
看上支路：
c2 (t) 2sin 0t
2 f1(t) cos2 0t 2 f2 (t) sin 0t cos0t
出端同时得到 f1(t)及f2 (t)。试确定接收端的 c1(t)及c2 (t)。
f1(t)
cos0t
c1(t)
LPF
f1(t)
A
f2 (t)
LPF
f2 (t)
sin 0t
c2 (t)
f1(t)
cos0t
c1(t)
LPF
f1(t)
A
f2 (t)
LPF
f2 (t)
[ m(t)]2 2
1 4
m2 (t)
N0
n02 (t)
[ nc (t)]2 2
1 4
nc2 (t)
1 4
ni2 (t)
1 4
n0 B
S0 m2 (t) N0 n0B
调制制度增益为：
B 2Bm
Si
1 m2 (t)
Ni 2 n0B
G S0 / N0 2 Si / Ni
第一节 幅度调制
基带 Acos(ct 0 ) A 载波幅度 c 载波角频率 0 载波初始相位
幅度调制就是用基带信号 m(t)去控制高频载波 s(t) 的振幅，使s(t) 的振幅随基带信号的变化而变化。
（载波的幅度随调制信号作线性变化） 已调信号的时域表达式可以表示为：
Sm
(t)
Sm
()
1 2
[M
(
c
)
M
(
c
)]
是频谱在频率轴上的简单搬移，不改变其频谱结构，
已调信号的带宽为调制信号带宽的两倍。
BSm 2Bm
二、完全调幅信号（AM）
m(t) 乘法器
cos ct
时域表达式：
Sm (t) m(t) m0 m(t) m0 | m(t) |max
Sm (t) m(t) cosct m0 cosct m(t) cosct
m0 cosct 为载波项、m(t) cosct 为双边带信号项
频域表达式：
Sm
(t)
Sm
()
m0[
(
c
)
(
c
)]
1 2
[M
(
c
)
M
(
c
)]
BSm 2Bm
带通滤波器
解调器
m0 (t)
ni (t)
n0 (t)
ni (t) nc (t) cosct ns (t)sin ct
2 nc
2 ns
2 ni
同时 E[ni (t)] E[nc (t)] E[ns (t)] 0
所以 E[ni2 (t)] E[nc2 (t)] E[ns2 (t)]
其包络为1 m2 (t) ，近似正比于消息信号的能量。
2
第二节 线性调制系统的抗噪声性能
已调信号通过信道后到达接收端，在信道中受到噪声 干扰，主要为加性噪声，取决于起伏噪声，起伏噪声视为 高斯白噪声，考虑线性系统存在加性高斯白噪声时的抗噪 声性能。
1、模型：
n(t)
Sm (t)
信道
B Sm (t)
m(t)mˆ (t)dt 0
mˆ (t) 和 m(t)的希尔伯特变换是正交的。
对于幅度调制，由于它的频谱完全是基带信号频谱 结构在频域内的简单搬移，这种搬移是线性的，并不改 变信号的频谱结构，所以，幅度调制也称为线性调制。
关于解调，先看一例题。
例5.1 P128，5-6 某调制系统如图所示，为了在输
解调有用信号：
m0 (t)
m(t) 4
nc (t) 2
输出的信噪比为：
N0
n02 (t)
1 4
n0 B
S0
m02 (t)
1 16
m2 (t)
S0 1 m2 (t) N0 4 n0B
调制制度增益为： G 1
单边带系统的调制制度增益是双边带调制系统的 一半，是不是双边带系统的抗噪声能力比单边带强呢？
解调器输出的信噪比 S0
G
N0
解调器输入的信噪比 Si
Ni
调制制度增益的物理含义：表示解调器输出信噪比比
输入信噪比的改善程度。一般G越大，对信噪比的改
善就越好。
2、DSB/SC的抗噪声性能： Sm (t) m(t) cosct
Sm (t)
ni (t)
cos ct
LPF
m0 (t) n0 (t)
同理：
2 f1(t) sin 0t cos0t 2 f2 (t) sin 2 0t f1(t)sin 20t f2 (t) cos 20t f2 (t)
低通滤波器滤出高频部分，故上支路的输出为：f2 (t)
例5.2 将双边带抑制载波信号(DSB/SC)经平方律检
波器，然后用中心频率为2 fc的带通滤波器滤波。试证明
Sm (t) Am(t) cos(ct 0 )
Sm (t) Am(t) cos(ct 0 ) 时域表达式
m(t) M ()
cos 1 (e j e j )
设 0 0 Sm (t) Sm ()
2
A 2
[M
(
c
)
M
(
c
)]
为已调信号的频域表达式。
t
对于单频信号，可将基带信号移相 ，也是一
样的结果。
2
由于
m(t)mˆ (t)dt
m(t)
1
m( )ddt
t
m( )
1
m(t) dtd
m( )mˆ ( )d