1. 通訊原理 第八章： 類比脈波調變/解調技術
通訊原理 第八章

2. 大綱 簡介
類比脈波調變之分類
通訊原理 第八章

3. 大綱 簡介 類比脈波調變之分類 何謂脈波調變(Pulse Modulation)
類比脈波調變(Analog Pulse Modulation) vs.
數位脈波調變(Digital Pulse Modulation)
類比脈波調變之分類
通訊原理 第八章

4. 何謂脈波調變(Pulse Modulation)
連續波調變 vs. 脈波調變
連續波(continuous wave, CW)調變：
以正弦波為載波。
正弦載波的某些參數(振幅、頻率…等)隨著信息信號被連續地改變。
例子：連續波—角度調變
信息信號：
調變信號：
for PM：
for FM：
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5. 何謂脈波調變(Pulse Modulation)(續)
連續波調變 vs. 脈波調變
脈波調變：以脈波串(pulse train)為載波。
脈波串的某些參數(振幅、波寬…等)隨著信息信號而改變。
例子：類比脈波調變—脈波振幅調變(PAM)
脈波串的振幅隨著信息信號而改變。
調變信號
信息信號
圖出自[Haykin]Fig3.5
©2001,John Wiley ＆ Sons,Inc.
Haykin/Communication Systems,4th Ed
通訊原理 第八章

6. 類比脈波調變 vs. 數位脈波調變 週期性的脈波串被用來當載波，並且隨著信息信號之取樣值，每個脈波的特徵(振幅、波寬…等)連續地改變。
類比脈波調變(Analog Pulse Modulation)：
週期性的脈波串被用來當載波，並且隨著信息信號之取樣值，每個脈波的特徵(振幅、波寬…等)連續地改變。
類比脈波調變之種類：
脈波振幅調變(Pulse Amplitude Modulation，PAM)
脈波寬度/期間調變(Pulse Width/Duration Modulation，PWM/PDM)
脈波位置調變(Pulse Position Modulation，PPM)
數位脈波調變(Digital Pulse Modulation)：
和類比脈波調變不同的點在於：其調變信號在時間和脈波特徵(振幅、波寬…等)的改變上都屬於離散的型式。
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7. Ziemer/Principles of Communications,5th Ed
類比脈波調變之分類舉例圖示
信息信號
脈波高度和信息之取樣值成正比
脈波寬度和信息之取樣值成正比
圖出自[Ziemer]：Fig3.58
脈波位置和信息之取樣值成正比
©2002,John Wiley ＆ Sons,Inc.
Ziemer/Principles of Communications,5th Ed
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8. 大綱 簡介
類比脈波調變之分類
PAM
PWM/PDM
PPM
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9. Haykin/Communication Systems,4th Ed
脈波振幅調變(PAM)
又稱為平頂取樣(flat-top sampling)，圖示如下：
PAM為信息信號在leading edge之取樣，因此PAM高度和信息信號之取樣成正比。
產生PAM信號之操作步驟稱為〝取樣和保持(sample and hold)〞。
步驟1：每隔 秒對信息信號 做取樣。
(注意取樣步驟須滿足取樣定理)
步驟2：將每個取樣值拉長至在區間 維持定值。
©2001,John Wiley ＆ Sons,Inc.
Haykin/Communication Systems,4th Ed
．圖出自[Haykin]：Fig3.5
通訊原理 第八章 9

10. Ziemer/Principles of Communications,5th Ed
脈波振幅調變(PAM)(續)
信號產生方式
其中 為以脈衝串對信息信號做取樣之信號，即 。
是一個標準單位振幅及期間 之矩形脈波：
．圖出自[Ziemer]：Fig3.59(a)(b)
©2002,John Wiley ＆ Sons,Inc.
Ziemer/Principles of Communications,5th Ed
通訊原理 第八章

11. Ziemer/Principles of Communications,5th Ed
脈波振幅調變(PAM)(續)
的傅立葉轉換式：
的頻譜圖如下：
由 可知使用平頂取樣來產生PAM信號將產生：
1. 振幅失真(稱此為孔徑效應，aperture effect)。
2. 相位延遲 。
©2002,John Wiley ＆ Sons,Inc.
Ziemer/Principles of Communications,5th Ed
．圖出自[Ziemer]：Fig3.59(c)(d)
通訊原理 第八章

12. 脈波振幅調變(PAM)(續)
PAM調變信號(時域分析)：
通訊原理 第八章

13. Ziemer/Principles of Communications,5th Ed
脈波振幅調變(PAM)(續)
PAM調變信號(頻域分析)
頻譜分析範例圖示：信息信號 之頻譜 為單位振幅，頻寬為W。
在Rx端以LPF取出此部分後，再以等化器重建信息信號。
©2002,John Wiley ＆ Sons,Inc.
Ziemer/Principles of Communications,5th Ed
因平頂取樣產生之頻譜
通訊原理 第八章

14. Haykin/Communication Systems,4th Ed
脈波振幅調變(PAM)之解調
信號解調方式：
由頻譜分析可知欲重建原始信號 之第一步為：將 通過一低通濾波器(重建濾波器)。
第二步為使用等化器(Equalizer)補償失真。
若 ，則信號可被完美重建。
信號重建方塊圖：
．圖出自[Haykin]：Fig3.7
其中W為 之頻寬
©2001,John Wiley ＆ Sons,Inc.
Haykin/Communication Systems,4th Ed
通訊原理 第八章

15. 脈波寬度調變(PWM) 又稱為Pulse Duration Modulation (PDM)。 PWM之脈波寬度與信息信號之取樣值成正比。
信號解調方式：
因為PWM脈波串為等振幅，所以脈波能量正比於脈波寬度，故使用積分器或低通濾波器解調。
特點：
PWM不常被用於近代通訊系統中，而被廣泛用於直流馬達的轉速控制。
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16. 脈波位置調變(PPM) PPM是利用被調變脈波在時間上的相對位置來傳送訊息。
因為在PWM中脈波消耗的功率較多，卻未傳送更多信息，所以將多餘的消耗功率從PWM中去除，使得脈波鎖所帶的資訊就是其在取樣時間點上發生的變化，成為更有效率的脈波調變方式就是PPM。
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17. 習題
通訊原理 第八章

18. 習題1 對一個頻寬為W的基頻信息信號 做平頂取樣， 為 之傅立葉轉換。使用的取樣脈波波寬為取樣週期 的一半。 (a)試寫出取樣後之輸出信號。
之傅立葉轉換。使用的取樣脈波波寬為取樣週期 的一半。
(a)試寫出取樣後之輸出信號。
(b)試寫出(a)之傅立葉轉換式。
(c)簡述一能夠讓信息信號 在取樣後完美重建的方法。
出自[Haykin]習題3.5
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19. 參考文獻
[Ziemer] R. E. Ziemer, W. H. Tranter, Principles of Communications, 5th ed., John Wiley & Sons, New York, [Chapter 3]
[Haykin] S. Haykin, Communication Systems, 4th ed., John Wiley & Sons, New York, [Chapter 3]
通訊原理 第八章