电缆调制解调器接入技术教材(PPT 79张)

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调制解调PPT课件

高的频谱利用率要求已调信号所占的带宽窄。它意味着已调信号频谱的主瓣要窄，同时副瓣的幅度要低(即辐射到相邻频道的功率要小)。对于数字调制而言，频谱利用率常用单位频带(1 Hz)内能传输的比特率(b/s)来表征。高的抗干扰和抗多径性能要求在恶劣的信道环境下，经过调制解调后的输出信噪比(S/N)较大或误码率较低。
第2章调制解调
下面以调频信号为例说明调制解调的过程及其信号特征和性能。
设载波信号为
u(t) Uc cos(ct 0 )
(2 - 1)
式中， Uc——载波信号的振幅， ωc——载波信号的角频率， θ0——载波信号的初始相位。
u(t) Uc cos(ct (t))
式中， φ(t)为载波的瞬时相位。
erfc (x) 2 ez2dz
x
(2 - 32)
第2章调制解调
2.2.2 最小移频键控(MSK)调制
MSK是一种特殊形式的FSK，其频差是满足两个频率相互正交(即相关函数等于0)的最小频差，并要求 FSK信号的相位连续。其频差Δf=f2-f1=1/2Tb, 即调制指数为
h f 0.5
J2(mf )sin(c 2 )t J2(mf )sin(c 2 )t
}
(2 - 9)
式中， Jk(mf)为k阶第一类贝塞尔函数：
Jk (mf
)
j0
(1) j (m f / 2)2 jk j!(k j)!
(2 - 10)
第2章调制解调
振幅 Uc
2B＝ 2(mf＋ 1)
Uc / 2 o
dB
FM
AM同步检波
o
门限
Sin Nin
dB
图 2 - 2 FM解调器的性能及门限效应

第7章调制解调电路有用优秀课件

＝Ucm(1+MacosΩt)cosωct
式中：Ma＝kUΩm/Ucm，称为调幅系数或调幅度
AM 信号波形图（P158图7.1）显然AM波正负半周对称时： MaUcm＝Umax－Ucm
＝Ucm－Umin 调幅度为：
M aUm aU x cm UcmUcm U cm Um in
Ma＝0时，未调幅状态 Ma＝1时，满调幅状态（100％）正常Ma值处于0～1之间
－0
f
F fc 2fc 3fc
边带分量的分贝数
uc
载漏表示抑制载波能力，
(a)
(b)
一般要求大于20dB
＋uD － iD i
用二极管作非线性器件实现
VD
＋
u
调制，与二极管混频相同，
H(j) uo(t)
－0
f
可采用平衡及环形调制。 uc
F
fc
2fc
3fc
(a)
(b)
7.3 振幅解调电路
振幅解调是振幅调制的逆过程，从频谱的角度看就是将有用信号从高频段搬到低频段。
t (t)d tC t m s in t0
mf (e )
t
FM波的数学表达式：v o ( t ) V C m c o s ( t ) V C m c o s (C t m fs i n t 0 )
调相时瞬时位：
瞬时频率：
tC tkpv t 0
C tkpV mcos t0
1) m a 惰性失真 RC应选择小
2) m ax 惰性失真 RC应选择小
惰性失真通常容易在调制信号的高频端产生
b. 负峰切割失真原因由交直流负载不同引起。
直流负载为R，交流负载 R～是R与RL

电缆调制解调器接入技术教材(PPT 79页)

Rate，CBR）、可变比特率（Variable Bit Rate，
VBR）和可用比特率（Available Bit Rate，
ABR）业务。
5．可靠性

在Cable Modem应用中，CATV是一个树
型网络，有线电视线路极容易造成单点故障，
如电缆的损坏、放大器故障或传送器故障等，
都会使这条线上用户的使用中断。
6．安全性

在Cable Modem 应用中，由于共享同媒质
环境，所有信号进入到所有的Cable Modem中，
从而有可能会产生严重的有意或无意的线路误
用、窃听和业务盗窃现象。因而需要保护线缆，
增强加密和认证功能。
3.1.3 HFC网络对Cable Modem的要求
一、上行／下行线缆频谱
2．抑制噪声的方法

（1）在反方向合理地调整放大器。

（2）线缆设备安装或更新时，要确保系
统在机械和电气方面都密封良好，以免在系统
内部产生侵入噪声或脉冲噪声。

（3）所有供电设备和电缆设备都必须保
证良好的接地。
（4）由于侵入噪声几乎70％都来源于下引线和用户家中。用户下引线的放射状裂纹、屏蔽箔片的裂缝、使用老化、劣质连线或者连接松动等，都会造成系统泄漏而引入噪声。解决的有效方法是对住宅同轴线路进行适时升级，添加优质的连接器并使接地良好。但在许多情况下，现场技术人员只需要通过机械和电气方式加固电缆系统，就可以明显地增强视频信号质量，并减小噪声。
（5）通过减小通路带宽的方法，来减小群迟延失真并允许使用频带利用率更高的调制方法，以便增强系统的健壮性。
（6）在多频载波中，使用频率灵活的Cable Modem来减小（或避开）噪声损害。用这种方法选择那些在返回路径上噪声最小的载波频率，以避免于窄带的侵入噪声，但它不是解决脉冲噪声或放大器噪声的有效策略。

调制和解调技术课件

率(bit/s/Hz)，即提高频谱有效性。
•调制和解调技术
•3
3.2.1四相移相键控（QPSK）调制
QPSK技术应用广泛，是一种正交相移键控。图3-5为传统QPSK调制器框图.
图3-5 QPSK调制•调器制和解调技术
•4
其基本工作原理如下：
比特率为fb的输入单级二进制码流通过串/并(S/P)变转换器转换成比特率为fs= fb /2的两个比特流(同相和正交码
•调制和解调技术
•9
一个未滤波QPSK信号的功率谱密度为
S(f)4CbT s2 i2 n (f(f fcf)c T)bTb2
（式3-1）
式中为通过电阻的归一化平均信号功率， Tb 1/ fb 为比特持续时间。
•调制和解调技术
•10
假定调制器中使用了具有升余弦函数均方根特性、滚降系数为 (最佳特性时)的频谱成形滤波器，则很容易得到 QPSK信号滤波后的频谱，如图3-8所示。图3-8中曲线(a)是未滤波QPSK频谱，曲线(b)是带幅度均衡器的滚降系数为α 的升余弦函数的幅度响应，曲线(c)是已滤波QPSK频谱只存在加性高斯白噪声(AWGN)，且无符号间干扰(ISI)时的幅度响应。
•调制和解调技术
•14
同QPSK相比，包络起伏比较小(它的最大相变为1350) ，故有较好的输出谱特性。 π/4移位QPSK的信号元素可看成是从两个彼此相移π/4的信号星座图中交替选样出来的。 π/4移位QPSK调制器框图示于图3-9。输入比特流经串/并
(S/P)变换器转换成两个并行流(ak，bk),并行流的符号率为
图3-14 GMSK调制器
•调制和解调技术
•27
LPF的脉冲响应函数为
h(t)exp2(t2 2T2)/T 2

CableModem接入技术

Cable Modem接入技术随有线电视宽带网传输新技术的不断发展，光纤电缆混合网HFC传输技术日趋成熟，正向应用阶段发展，目前有线电视均采用HFC传送模拟电视信号，要想达到传送数字电视信号的目的，就要对现在传输的信号进行宽带调制，也就是要采用Cable Modem来实现数字信号的传输。

1．Cable Modem接入技术概览（1）Cable Modem与CMTSCable Modem是HFC网络用户终端接收设备，称为电缆调制解调器，它可承载几个至几十个用户，也可为单独用户使用，它负责接收CMTS(Cable Modem Termination System)送来的下行数据信息，并将信息调制成用户所需的信号，Cable Modem还具备路由器和网桥功能，与Cable Modem相连的终端设备就是PC机，Cable Modem有内置和外置式两种。

内置式Cable Modem通过PCI接口与PC机相连，外置式Cable Modem可通过串行接口或以太网接口与PC机相连。

Cable Modem是通过HFC有线电视网络进行高速数据接入的设备，终端用户安装Cable Modem后即可在有线电视网络中进行数据双向传输，它具备较高的上、下行传输速率，用Cable Modem开展宽带多媒体综合业务，可为有线电视用户提供宽带高速Internet的接入、视频点播、各种信息资源的浏览、网上多种交易等增值业务。

CMTS称为头端设备，可设置在前端机房，也可设置在分中心或者片区光节点。

CMTS能在有线电视网和数据网之间起到网关的作用。

其主要工作就是发送下行数据信号和接收上行数据信号，并能提供因特网、局域网和有线电视网的路由连接。

CMTS能提供100Mbps的端口与局域网的交换机相连，把HFC宽带网、与国家光纤干线网连接。

（2）Cable Modem的信号传输过程在HFC网络中，视频信号和数字信号（包括卫星、微波、开路接收的电视节目，以及从主干光纤网和因特网的信息）通过广电中心的各路调制器的信号调制，混合后的各路信号(模拟和数字数据信号)经光发射机转换成光信号送入HFC宽带网络，再通过光纤媒体把光信号送到接收端的光接收机，远端的光接收机把所收到的光信号还原成射频信号送入同轴电缆分配网，最终送到HFC网络终端设备（即Cable Modem）。

某通信调制技术教材ppt(162张)

4
6、模拟移动通信的调制解调—调频信号
设载波信号为
u(t) Uc cos(ct )
Uc：载波的振幅；
c：载波的角频率；：载波初始相位。
调频和调相信号可以写成如下形式：
u(t) Uc cos(ct (t))
(t)：载波的瞬时相位。
(2 1)
(2 2)
5
（1）调频信号的形式
频率调制：瞬时角频率是调制信号的线性函数
J2 (mf )sin[(c 2)t] J2 (mf )sin[(c 2)t]
}
(2 9)
Jk (mf
)
j0
(1) j (mf j!(k
2)2 jk j)!
(2 10)
Jk(mf)：k阶第一类贝塞尔函数。
8
（2）FM信号的频谱（mf=2)
振幅
Uc
2B=2(mf+1)
Uc/2
J1(mf) J1(mf)
设调制信号为 um (t)
则调频信号的瞬时角频率与输入信号的关系为：
d (t )
dt
kf
um (t)
或
t
(t) 0 k f um ( )d
kf为调制灵敏度。
(2 3) (2 4)
6
调频信号的形式为
t
uFM (t) Uc cos[ct k f 0 um ( )d ]
若假设 um (t) Um cos t
4、对调制的要求：
已调信号所占的带宽要窄：频谱主瓣窄
已调信号频谱副瓣的幅度要低，辐射到相邻频道的功率就小。
经调制解调后的输出信噪比(S/N)较大或误码率较
低。
3
5、调制解调技术的主要内容： ➢ 调制的原理。 ➢ 已调信号的产生方法及其频谱特性。 ➢ 解调的原理和实现方法。 ➢ 解调后的信噪比或误码率性能。

HFC接入技术解析

© 2008, 山西师范大学网络信息中心 2018/10/1 7 第5页
4.1.2 HFC网的设备构成
具有全业务传输能力的HFC网络，由视频前端（FE）、主数字终端（HDT）、传输线路、光纤节点（FN）、网络接口单元（NIU）以及综合业务单元（ISU）构成。
当然HFC接入网也存在着一些缺陷。如树状总线结构的网络拓扑需进一步改进，必须考虑在光节点之间增设光缆线路，以进一步提高网络的可靠性。由于HFC网络是共享资源，当用户增多及每个用户使用量增加时，必须避免拥塞。
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© 2008, 山西师范大学网络信息中心 2018/10/1 7 第1页
第4章 HFC接入技术
重点知识：HFC网络结构特点， Cable Modem的结构与工作过程， HFC的系统框架结构，Cable Modem用户端结构，双向HFC技术原理及传输实现方法。难点知识：HFC网络频谱分配方案， Cable Modem的结构与工作过程，双向HFC技术原理及传输实现方法。
© 2008,
山西师范大学网络信息中心
2018/10/1 7
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4.1.3 HFC网络结构与特点
与传统CATV网相比，HFC网络结构无论从物理上，还是逻辑拓扑上都有重大变化。现代HFC网基本上是星型+总线结构，由3部分组成，即馈线网、配线网和用户引入线。
© 2008,
山西师范大学网络信息中心
2018/10/1 7
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4.1.5 HFC接入网业务功能与局限
HFC接入网的业务功能主要有以下几种。
音频类业务视频类业务数据类业务电缆电话、数字音频数字电视、视频点播、视频会议、远程医疗、远程教学、可视电话、交互式游戏、电子商务等高速Internet接入、计算机互联网、数据广播、家庭保安监控

《信号调制解调》课件

•
SDR技术在公共安全领域的应用
•
SDR技术在智慧城市领域的应用
•
SDR技术在太空探索领域的应用
•
SDR技术在生物技术领域的应用
•
SDR技术在量子通信领域的应用
•
SDR技术在区块链领域的应用
•
SDR技术在虚拟现实领域的应用
•
SDR技术在人工智能领域的应用
未来通信系统对调制解调技术的挑战与机遇
5G技术的普及：高速、低延迟、大容量的通信需求
数据传输领域的应用
卫星通信：实现远距离、高速率的数据传输
无线通信：如Wi-Fi、蓝牙等，实现短距离、低功耗的数据传输
光纤通信：实现高速、大容量的数据传输
移动通信：如4G、5G等，实现高速、大容量、移动性的数据传输
互联网：实现全球范围内的数据传输和共享
物联网：实现各种设备之间的数据传输和共享
数字调制解调技术的进一步发展
5G技术的普及和应用
6G技术的研究和开发
卫星通信技术的发展
量子通信技术的研究和应用
软件定义无线电（SDR）技术的应用前景
•
软件定义无线电（SDR）技术概述
•
SDR技术在通信领域的应用
•
SDR技术在军事领域的应用
•
SDR技术在物联网领域的应用
•
SDR技术在自动驾驶领域的应用
单击此处添加副标题
信号调制解调PPT课件大
纲
汇报人：
目录
01 02 03 04 05 06
添加目录项标题信号调制解调概述
信号调制技术信号解调技术调制解调技术的应用场景调制解调技术的发展趋势与展望
01
添加目录项标题

第3章调制和解调ppt课件

3. 角度调制
调频信号带宽公式（卡森公式）
BFM=2(mf+1)fm=2(△f+fm) △f=mffm fm是基带信号的调制频率，△f是最大频偏，mf是调频指数
。Mf<<1，窄带调频（NBFM）BFM≈2fm；宽带调频（WBFM ）非线性
与幅度调制相比，频率调制最突出的优势是具有较高的抗噪声性能，但代价是占用比幅度调制更宽的带宽。
2. DSB信号带宽与AM相同BDSB=BAM=2fH 3. 调制效率高 4. 应用场合少，调频立体声广播中的差信号调制，彩色电
视系统色差信号调制。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用
2. 幅度调制
单边带调制（SSB）
滤波法（理想高通，滤掉下边带，输出上边带；理想低通，滤掉上连带，输出下边带）；相移法
特点与应用：
1. 对频谱资源有效利用 2. 节省功率
BSSB12BDSB，fH短波通信，频分复用系统
3. 带宽节省以增加复杂性为代价
4. 不能采用包络检波，采用相干解调。
传输。
设备的复杂度
非相干方式比相干方式简单目前常用的是2DPSK方式和2FSK方式
相干2DPSK主要用于中速数据传输非相干2FSK主要用于中、低速数据传输，尤其适用于随参信道。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用
1 克服了DSB信号占用频带宽的问题，以解决了SSB信号实现上的难题。
2 fH<BVSB<2fH，调制效率100% 3 VSB比SSB所需求的带宽仅有很小的增加，但却换来了电路实现

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从技术角度来看，CATV从最初单一的同轴
电缆演变为光纤与同轴电缆混合使用，单模光
纤和高频同轴电缆成为主要传输介质，并逐渐演变为新一代有线电视网络（即HFC网）。随着HFC的发展，不仅要提供双向通信，而且还要增加信道容量以适应来自数字直播卫星（Digital Broadcast Satellites，DBS）的新的竞争。
Slot，DS）或竞争时隙（Competition Slot，
CS）。

（2）对服务类型的支持

与局域网络适配器物理地址一样，多媒体电缆网络系统（MCNS）给每个Cable Modem 分配一个48比特的物理地址。

（3）初始化过程描述

Cable Modem在加电之后，必须先进行初始化，然后网络才能进行接收CMTS发送的数据及向CMTS传输数据。

二、接入性能比较

1．通路带宽

Cable Modem总体上说，其下行通路一般提供30Mbit/s以内带宽，可以由500～2000个用户共享此带宽。

2．吞吐量

当大量用户同时进行传输，使吞吐量剧增时，Cable Modem的业务将受损。 ADSL Modem（假设速率为6Mbit/s）只由一个用户专用，有限的上行带宽不能进行视频电话传输。

3.1.2 Cable Modem与ADSL Modem的比较

一、Internet接入应用比较

1．Cable Modem的典型Internet接入

图3.1所示为Cable Modem/HFC的典型Internet接入配置。Cable Modem通过头端接入到Internet，头端包含IP路由器、代理服务器或高速缓存（cache memory）以及控制部分。

1．放大器的双向问题

现代的具有双向通信能力的光纤/同轴混合（HFC）系统必须使用双向工作的放大器，因而不管是上行方向还是下行方向，有效信号将被滤波后放大。

2．频率灵活性

具有频率灵活性的Cable Modem是指它可以调谐到任意一个上行或下行频率。
3.2 Cable Modem系统工作原理

பைடு நூலகம்
② 测距（Range）
③ 建立IP连接

冲击噪声：主要是由50Hz的高压线和其他电器及大量静电放电引起的，例如闪电雷击、交流电机启动等，松动的连接器也会产生冲击噪声。

突发噪声：突发噪声和冲击噪声相似，只是持续时间更长。

微反射（ Micro-reflections）：发生在传输介质的不连续处，导致部分信号能量被反射。共路失真（Common Path Distortion）：是由电缆设施中的无源器件和受腐蚀连接器的非线性造成的。热噪声：也称白噪声，是由 75 Ω 终端阻抗的随机热噪声（电缆和其他网络设备内的电子运动）产生的。
蔽箔片的裂缝、使用老化、劣质连线或者连接松动等，都会造成系统泄漏而引入噪声。解决的有效方法是对住宅同轴线路进行适时升级，添加优质的连接器并使接地良好。但在许多情
况下，现场技术人员只需要通过机械和电气方
式加固电缆系统，就可以明显地增强视频信号质量，并减小噪声。

（5）通过减小通路带宽的方法，来减小群

1．基于FDMA/TDMA技术的Cable Modem

Cable Modem对上行/下行数据信号采用不同的接入方式。下行采
用广播形式，Cable Modem对数据
信号进行调制解调和同步处理后传
送给用户计算机。

（1）上行信道访问方式

多媒体电缆网络系统（Media Cable Network System，MCNS）把每个上行信道看成是一个由小时隙（mini-slot）组成的流， Cable Modem前端设备（CMTS）根据带宽分配算法可将一个小时隙定义为数据时隙（Data
终端或Win9x的超级终端程序进行设置。

前端设备（CMTS）的配置内容主要有下
行频率、下行调制方式及下行电平等。

2．通道管理

上述设置完成后，如果中间的线路无故障，信号电平的衰减符合要求，则启动DHCP和 TFTP服务器，就可以在CMTS和Cable Modem 间建立正常的通信通道。

3．多台CMTS设备组成的网络结构

① 获得上行信道参数

在这个阶段中，CMTS向Cable Modem重复发送3种MAC信息：第一种是同步信息（SYNC），用以给所有Cable Modem提供一个时间基准；第二种是上行信道描述（Up Channel Description，UCD），Cable Modem必须找到一个描述内容与Cable Modem本身上行信道特性相符的UCD；第三种是由UCD所描述的上行信道的MAP信息，它包含了小时隙的信息，指出了Cable Modem何时可以发送数据和发送的持续时间，并由SYNC提供发送时间基准。

热噪声和互调：热噪声以高斯白噪声作为它的模型，但其功率由相对于设备输出的功率来确定。

突发噪声：当所有下行通路信号的合
成信号超过了激光器的信号容限时，就
会发生激光限幅，进而产生突发噪声。

信道冲浪（Channel Surfing）：主要来
源靠近接收器，其频率响应会有大而缓慢变化的波纹出现和消失。

3.1 Cable Modem的发展背景 3.2 Cable Modem系统工作原
理

3.3 Cable Modem的体系结构 3.4 Cable Modem的应用
3.1 Cable Modem的发展背景

3.1.1 市场牵引与技术推动

有线电视（CATV）系统是从有线电视台前端，用同轴电缆直接向家庭发送清晰且强度相同的电视信号；高质量的天线塔接收来自空间波或卫星的电视频道，并将它们映射到电缆频带。从市场需求角度看，CATV提供了良好的接收效果，并且可选的频道更多，屋顶上没有难看的天线。

3.1.3 HFC网络对Cable Modem的要求

一、上行／下行线缆频谱

根据频分复用（FDM）方案，在上行方向，Cable Modem的上行数字传输速率采用 5～42 MHz的频率范围，由于此频率范围存在很多污染和噪声，而移相键控（QPSK）调制技术尽管发送数据的频带利用率较低，但在抗噪方面性能比较强，所以利用QPSK调制技术对数据进行调制，并将发送数据放入5～ 42MHz频带的一个6MHz频道内。
（CMTS）。Cable Modem置于用户端。 CMTS和Cable Modem间能够进行数据包双向传输，HFC网络上的数据通信协议确保数据包的传输。

1．配置方法和配置内容

Cable Modem和前端设备的配置是分别进行的。Cable Modem一般不需要人工配置和操作，它有用于配置的Consol接口，可通过VT
第三章电缆调制解调器接入技术

电缆调制解调器（Cable Modem）技术是在有线电视公司推出的混合光纤同轴网（HFC）上发展起来的。根据前面介绍可知，只要在有线电视（CATV）网络内添置电缆调制解调器（Cable Modem）后，就建立了强大的数据接入网，不仅可以提供高速数据业务，还能支持电话业务。

（2）下行方向的噪声特性

光缆噪声：由于光纤内信号的调制频率很高引起的群迟延，以及高斯白噪
声迭加到电源中，都将影响数字信号。

设备的频率响应噪声：包括倾斜和
波纹两种频率响应噪声。
调幅／调频交流声调制（ AM/FM Hum Modulation）：调幅调频交流声调制是因交流电通过供电设备耦合到信号包络或因频偏而产生的幅度/频率调制。
图3.1 Cable Modem/HFC的典型Internet接入

2．ADSL Modem的典型Internet接入

图3.2所示为使用ADSL Modem接入
时的一种典型结构。用户（个人计算机）
通过现有的双绞电话铜线接入到Internet。
图3.2 ADSL Modem的典型Internet接入

5．可靠性

在Cable Modem应用中，CATV是一个树型网络，有线电视线路极容易造成单点故障，如电缆的损坏、放大器故障或传送器故障等，都会使这条线上用户的使用中断。

6．安全性

在Cable Modem 应用中，由于共享同媒质环境，所有信号进入到所有的Cable Modem中，从而有可能会产生严重的有意或无意的线路误用、窃听和业务盗窃现象。因而需要保护线缆，增强加密和认证功能。

当用户数较多或传输的数据量较大时，必须考虑使用多个下行通道，可将多台CMTS 设备连成网络。

3.2.2 工作原理

Cable Modem中的数据传输过程如下所述。在下行链路中，通过内部的双工滤波器接收来自HFC网络的射频信号，将其送至解调模块进行解调。在上行链路中，用户的访问请求先由媒质访问控制（Media Access Control，MAC）模块中的访问协议进行处理。
在HFC网络中，分配给Cable Modem的频带位于十分不利的噪声环境中。一般说来，网络噪声问题来源于三个区域：用户家里（占70％）、用户下引线（占25％）、硬同轴设备（占5％）。

（1）上行方向的噪声特性

在上行方向有些噪声源可以损害通信，主要包括以下几种。侵入噪声（Ingress Noise）：它是外部窄带射频信号进入或泄漏到电缆分配系统中的结果，是不希望产生的窄带噪声。交流声调制（Hum Modulation）：50 Hz 交流电源经过供电设备耦合到信号的包络中，产生的幅度调制。