现代通信原理(03-1).ppt

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1、现代通信原理第三章 幅度调制(1)10/19/20221单元概述单元概述 常规双边带幅度调制（AM）中，已调正弦波的幅度与输入信号成正比，不发生过载时，用包络检波即可恢复原始输入信号。已调信号频谱具有载频分量和上下对称的两个边带。为了节省功率，可将载波抑制，即演变为抑制载波双边带调幅（DSB-SC）。其已调信号频谱中载波分量已消失，只具有两个边带，简单的包络检波已不能恢复原始信号。10/19/20222 单边带调制（SSB）中只传输双边带调幅信号中的一个边带，因而频道利用率提高一倍。必须采用相干解调才能恢复信号。残留边带调制（VSB）从频域上来看是介于DSB-SC与SSB之间的一种调制方式，它

2、保留了一个边带和另一边带的一部分。10/19/20223单元学习提纲单元学习提纲 （1）输入为单频信号时，上述调制方式的时域和频域表达式以及它们的调制方法；（2）包络检波和相干解调原理；（3）单边带信号的相移法产生；（4）残留边带信号滤波法形成及互补特性；（5）线性调制的调制和解调的一般模型；10/19/20224 （6）加性白色高斯噪声（AWGN）信道中，线性调制系统采用相干解调时的抗噪声性能；（7）定性地了解常规调幅包络检波在低信噪比时出现的门限效应；模拟调制在广播、电视中的应用。10/19/20225第三章 幅度调制载波调制(Carrier Modulation)：将载波变换为一个载有信

3、息的已调信号.解调(De-Modulation)：接收端从已调信号中恢复基带信号.10/19/2022610/19/202273.1 3.1 常规双边带调幅(AM)AM)一.AM AM 的时域表示 幅度调制用基带信号f(t)去迫使高频载波的瞬时幅度随f(t)的变化而变化.其中c 为载波角频率;c 为载波起始相位;A0 为载波幅度10/19/2022810/19/2022910/19/202210为防止过调制现象的出现,必须满足A0+f(t)0,即,|f(t)|maxA010/19/202211当调制信号为单频余弦时令 f(t)=Amcos(mt+m)则 SAM(t)=A0+Amcos(mt+m

4、)cos(ct+c)=A01+Amcos(mt+m)cos(ct+c)其中Am=Am/A01，称为调幅指数。10/19/2022122调制信号为确定信号时，已调信号的频谱 SAM(t)=A0+f(t)cos(ct+c)=A0+f(t)ej(ct+c)+e-j(ct+c)已知f(t)的频谱为F(),由付里叶变换 FA0=2A0()Ff(t)ejct=F(-C)Ff(t)e-jct=F(+C)10/19/202213由 此 可 得 SAM()=(1/2)2A0(-C)+F(-C)ejc+(1/2)2A0(+C)+F(+C)e-jc令c=0，则 SAM()=A0(-C)+(1/2)F(-C)+A0(

5、+C)+(1/2)F(+C)调制前后的频谱如图3-2所示。10/19/20221410/19/20221510/19/20221610/19/20221710/19/202218 我们也可以用频域卷积来分析，得到与上式相同的结果。由付氏变换理论可知，时域相乘对应于频域卷积。因此，若c则有 SAM(t)=A0+f(t)cosct=m(t)C(T)SAM()=(1/2)M()*C()其中m(t)=A0+f(t)C(T)=cosct 它们的付氏变换分别为 M（）=Fm(t)=2A0()+F()C（）=Fcosct=(-C)+(+C)10/19/202219所以 SAM()=(1/2)(-C)+(+C

6、)*2A0()+F()=A0(-C)+(+C)+(1/2)F(-C)+F(+C)10/19/2022203、功率分配 常规双边带调幅信号在1电阻上的平均功率应等于SAM（t）的均方制。当f(t)为确知信号时，SAM（t）的均方值即为其平方的时间平均，即 SAM=ES2AM（t）=EA0+f(t)2cos2ct =EA02cos2ct +Ef2(t)cos2ct+E2A0f(t)cos2ct10/19/202221设调制信号没有直流分量，即Ef(t)=0 此外，cos2ct=1/21+cos2ct Ecos2ct=0所以 SAM=（A02/2）+（f2(t)/2）=Sc+Sf其中Sc=为载波功率

7、，Sf=为边带功率。边带功率部分为有效功率，所以定义调制效率为AM10/19/202222当调制信号为单频余弦时，Ef2(t)=EAm2cos2(mt)=EAm2+EAm2cos（2mt)=Am2/2 在临界调制条件下，AM=1 A0=Am AM=（Am2/2）/（Am2+Am2/2）=（1/3）10/19/202223在各种调制信号中，调制效率最高的是幅度为 A0的方波，AM=0.5。10/19/202224 4、调制信号为随机信号时已调信号的功率谱密度 一般情况下，调制信号是随机信号，所以要讨论随机信号的情况。通信中，调制信号通常是平稳随机过程。其功率谱密度与自相关函数之间是一对付氏变换关

8、系。10/19/202225二.常规双边带调幅的调制过程1.幅度调制的基本模型2.调制方式10/19/20222610/19/202227 平衡调制器,可以完成乘法器运算，实现平衡调制。10/19/202228 环行调制器也可以完成乘法运算，实现抑制载波的双边带调幅。10/19/20222910/19/202230五.解调1、相干解调10/19/2022311)相位差乘法器的输入是：SAM(t)=A0+f(t)cos(ct+c)；Cd(t)=cos(ct+)乘法器的输出是：Sp(t)=SAM(t)Cd(t)=A0+f(t)cos(ct+c)cos(ct+)=A0+f(t)cos(c-)+cos

9、(2ct+c+)/2用LPF 滤除2c 的分量：Sd(t)=A0+f(t)cos(c-)/2采用相位相干(Phase-coherent)/同步(Synchronous)解调，锁相环技术。10/19/2022322)频率差本地载波 Cd(t)=cos(ct+t+c)输出 Sd(t)=A0+f(t)cost/22.非相干解调包络检波(Envelope Detection)10/19/20223310/19/202234 常规双边带调幅信号的频谱中，存在着载波分量，这一部分载波不传递任何信息，传输效率低，能量耗费大，并干扰其它信道的信号，通常只在对线性要求较高的模拟通信中使用。为了提高效率，较少干扰

10、，引出了抑制载波双边带调幅。10/19/2022353.2 3.2 抑制载波抑制载波双边带调幅(DSB-AMDSB-AM)一.时、频域表示时域SDSB(t)=f(t)cos(ct+c)10/19/2022362.频域10/19/2022371)线性搬移2)USB/LSB3)带宽BDSB=2B=2fm10/19/202238双边带调幅信号的频谱1.调制SDSB(t)=f(t)cos(ct+c)乘法器平衡调制器(Balanced Modulation)10/19/202239例：若非线性器件的输入-输出特性为:y=a1x+a2x2解：由图x1=f(t)+cosct;x2=-f(t)+coscty1=a1f(t)+cosct+a2f(t)+cosct2y2=a1-f(t)+cosct+a2-f(t)+cosct2 y=y1-y2=2a1f(t)+4a2f(t)cosct10/19/202240经过BPF，得到第二项4a2f(t)cosct为输出2.解调相干解调：Sd(t)=f(t)cos(c-)/210/19/202241 传输双边带调幅信号，所需的带宽是原调制信号的两倍。常规调幅和抑制载波调幅具有相同的带宽。在带宽资源紧张的情况下，采用单边带调幅。10/19/202242