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第十章 信号处理在通信和生物医学的应用
1、 内容简介
在通信系统中，信号需要经过调制以进步传输效率和传输质量。本章首先阐述了连续时间信号和离散时间信号的幅度调制和解调、频分复用和时分复用的根本原理。
生物神经系统是非线性时变系统，简要介绍了生物神经系统中神经元的生理构造和生化组成，阐述了利用信号与系统的根本理论建立生物神经系统的等效电路和数学模型的根本方法，并通过数值计算方法分析生物神经系统的响应特性。
2、学习要求
（1） 理解信号的调制和解调；
（2） 理解频分复用和时分复用的根本原理；
3、重点难点
（1） 调制解调的根本概念；
（2） 理解频分复用和时分复用的根本原理；
4、应用
利用MATLAB分析信号的调制和解调
5、教案内容
〔1〕调制解调的概念
调制: 将各种数字基带信号转换成适于信道传输的数字调制信号(已调信
号或频带信号)；
解调: 在接收端将收到的数字频带信号复原成数字基带信号。 在某些有线信道中，假设传输间隔 不太远且通信容量不太大时，数字基带信号可以直接传送，我们称之为数字信号的基带传输。而在另外一些信道，特别是无线信道和光信道中，数字基带信号那么必须经过调制将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输，我们把这种传输称为数字信号的频带传输。
〔2〕时分复用技术
时分复用技术〔time-division multiplexing, TDM, TDMA〕是将不同的信号互相交织在不同的时间段内，沿着同一个信道传输；在接收端再用某种方法，将各个时间段内的信号提取出来复原成原始信号的通信技术。这种技术可以在同一个信道上传输多路信号。
为了进步通信系统信道的利用率，话音信号的传输往往采用多路复用通信的方式。这里所谓的多路复用通信方式通常是指：在一个信道上同时传输多个话音信号的技术，有时也将这种技术简称为复用技术。复用技术有多种工作方式，例如频分复用、时分复用以及码分复用等。
时分复用是建立在抽样定理根底上的。抽样定理使连续(模拟)的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲值所代替。这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙，利用这种空隙便可以传输其他信号的抽样值。因此，这就有可能沿一条信道同时传送假设干个基带信号。
时分多址TDMA是把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成假设干个时隙〔无论帧或时隙都是互不重叠的〕，再根据一定的时隙分配原那么，使各个挪动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各挪动台的信号而不混扰。同时，基站发向多个挪动台的信号都按顺序安排。在预定的时隙中传输，各挪动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分出来.
〔3〕频分复用技术
频分复用
频分复用〔FDM，Frequency Division Multiplexing〕就是将用于传输信道的总带宽划分成假设干个子频带〔或称子信道〕，每一个子信道传输1路信
号。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各路信号互不干扰〔条件之一〕。频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传输时延，因此频分复用技术获得了非常广泛的应用。频分复用技术除传统意义上的频分复用〔FDM〕外，还有一种是正交频分复用〔OFDM〕。
传统的频分复用
传统的频分复用典型的应用莫过于广电HFC网络电视信号的传输了，不管是模拟电视信号还是数字电视信号都是如此，因为对于数字电视信号而言，尽管在每一个频道〔8 MHz〕以内是时分复用传输的，但各个频道之间仍然是以频分复用的方式传输的。
正交频分复用
OFDM〔Orthogonal Frequency Division Multiplexing〕实际是一种多载波数字调制技术。OFDM全部载波频率有相等的频率间隔，它们是一个根本振荡频率的整数倍，正交指各个载波的信号频谱是正交的。
OFDM系统比FDM系统要求的带宽要小得多。由于OFDM使用无干扰正交载波技术，单个载波间无需保护频带，这样使得可用频谱的使用效率更高。另外，OFDM技术可动态分配在子信道中的数据，为获得最大的数据吞吐量，多载波调制器可以智能地分配更多的数据到噪声小的子信道上。目前OFDM技术已被广泛应用于播送式的音频和视频领域以及民用通信系统中，主要的应用包括：非对称的数字用户环线〔ADSL〕、数字视频播送〔DVB〕、高明晰度电视〔HDTV〕、无线局域网〔WLAN〕和第4代〔4G〕挪动通信系统等。
6、例题
【例1-1】 填空。
1、将各种数字基带信号转换成适于信道传输的数字调制信号的过程称为〔调制〕；在接收端将收到的数字频带信号复原成数字基带信号的过程称为〔解调〕。
本文来源：https://www.wddqxz.cn/699637b668ec0975f46527d3240c844769eaa0a9.html
2022-05-04
