通信原理通信原理通信原理 (3).pdf

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1、第二部分 信号发送与接收1线性调制原理第 3 章模拟调制系统2线性调制系统的抗操声性能3非线性调制原理4调频系统的抗操声性能5各种模拟调制系统的比较6频分复用（FDM）线性调制原理148-4通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统调制概念基础描述：原始电信号常称为调制信号或基带信号，调制后所得到的信号称为已调信号或频带信号。按信号分类：模拟调制和数字调制。按载波分类：以正弦波作为载波的连续波调制和以脉冲串作为载波的脉冲调制。按控制参数分类：幅度调制、频率调制和相位调制，或者幅度调制和角度调制。按频谱关系分：线性调制（AM、DSB、SSB、VSB）与非线性调制。48-5通信

2、原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制原理常规双边带调幅（AM）信号描述时域描述频域描述调幅指数：正常、过调幅、满调幅)()(21)()()(0ccccAMMMASttmtAttmAtscccAMcos)(coscos)()(00)(tsAM)(tm)(0tmA tttttccos)(M0A)(AMS0AccHHH2max0)(tmA tAtmmmcos)(ttAttAAtscmcmmAMcoscos1 coscos)(0010AAmHmAMfBB2248-6通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制原理常规双边带调幅（AM）功率分配及调

3、制效率调制fcccccAMAMPPtmAttmAttmtAttmAtsP2)(2cos)(2cos)(coscos)()(22020222202202)()(2202tmAtmPPAMfAMttmtAttmAtscccAMcos)(coscos)()(00tccos)(tm)(tsAM0AtAccos0)(tm)(tsAMtccos48-7通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制原理常规双边带调幅（AM）解调：相干和包络解调相干解调LPFxtccos)(tsAM)(tsoBPFz(t)ttmAtmAttmAttstzcccAM2cos)(21)(21cos)(co

4、s)(0020)(21)(0tmAtso包络解调（条件）max0)(tmA)(tsAM)(tmo48-8通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制原理抑制载波的双边带调幅（DSB-SC）信号描述时域描述频域描述功率分配及调制效率ttmtscDSBcos)()()()(21)(ccDSBMMSHmAMDSBfBBB22 212DSBsPPmt48-9通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制原理抑制载波的双边带调幅（DSB-SC）调制解调：只能相干解调tccos)(tsDSB)(tsottmtscDSBcos)()(tccos)(tm)(t

5、sDSBBPF ttmtmttmttstzcccDSB2cos)(21)(21cos)(cos)(2)(21)(tmtso*思考一下DSB信号的缺点48-10通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制原理单边带调制（SSB）基本原理由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携带了调制信号的全部信息，因此，仅传输其中一个边带就够了。信号带宽和功率HmDSBSSBfBBB21)(41212tmPPDSBSSBtccos)(tm)(tsSSB)(SSBH)(M)(USBSccHH)(LSBScccccc)(HH)(LHSSB信号的产生滤波法01.02cf48-11通信

6、原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制原理单边带调制（SSB）SSB信号的产生滤波法例题：对于3003400Hz的话音，如何使用滤波法进行实现单边带短波通信。（3MHz30MHz）1、要求2、一次调制3、二次调制01.02cfkHzfc6001.030021)(1fSSSB1cffMHzfc06.1201.03.60201.022)(fSSSB2cfftc1cos)(tm)(tsSSB)(1SSBHtc2cos)(2SSBH)(1tsSSB48-12通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制原理单边带调制（SSB）SSB信号的产生（移相法

7、）设单音信号：双边带信号：USB信号：LSB信号：上、下两个边带合并：任意调制信号的时域表示式：tAtmmcos)(ttAttAttmtsmcmccmcDSBcoscos2coscoscos)()(ttAttAtAtscmcmmcUSBsinsin2coscos2cos2)(ttAttAtAtscmcmmcLSBsinsin2coscos2cos2)(ttAttAtscmcmSSBsinsin2coscos2)(ttmAttmAtsccSSBsin)(2cos)(2)(48-13通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制原理单边带调制（SSB）SSB信号的产生（移相

8、法）ttmAttmAtsccSSBsin)(2cos)(2)()(21tm)(tsSSB2/)(hH)(21tmttmccos)(21ttmcsin)(21tccostcsinSSB信号的解调tccos)(tsSSB)(tmo)(tspttmttmtmtttmttmtttmttmttstzcccccccccSSB2sin)(412cos)(41)(41sincos)(21cos)(21cossin)(cos)(21cos)()(2)(41)(tmtso48-14通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制原理残留边带调制（VSB）定义：介于单边带调制与双边带调制之间的

9、调制方式，它既克服了DSB信号占用频带宽问题，又解决了SSB滤波器不易实现难题。调制原理tccos)(tm)(tsVSB)(VSBH)(tsDSB )()()(21)(VSBccVSBDSBVSBHMMHSS48-15通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制原理残留边带调制（VSB）解调原理结论tccos)(tm)(tsVSB)(VSBH)(tsDSB)()()(21VSBccVSBHMMSLPFxtccos)(tsVSB)(tmo)(tspttstscVSBpcos)()()()(21)(cVSBcVSBpSSS)()2()(41)(MMHSccVSBp)2()

10、()(41ccVSBMMH)()()(41cVSBcVSBHHM)()2()()2(41cVSBccVSBcHMHM)()()(41)(cVSBcVSBoHHMMHcVSBcVSBHH常数，)()()(4)(MkMo48-16通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制原理残留边带调制（VSB）残留边带滤波器信号带宽和功率tccos)(tm)(tsVSB)(VSBH)(tsDSBLPFxtccos)(tsVSB)(tmo)(tspHcVSBcVSBHH常数，)()()(VSBHcccc)(VSBHDSBVSBSSBBBBDSBVSBSSBPPP线性调制系统的抗操声性能

11、248-18通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制系统的抗操声性能性能分析模型研究对象信道存在加性高斯白噪声时各种线性系统的抗噪性能。窄带高斯噪声噪声：计算内容ttnttntncsccisin)(cos)()(BnNtntntniisc0222)()()()()(22tntsNSimii)()(22tntsNSooooiiooNSNSG/cf)(fHcffB48-19通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制系统的抗操声性能相干解调性能分析模型描述DSB调制系统的性能输入信噪比输出信噪比)(21cos)()(222tmttmtsScm

12、i0002222nfBnBnnNmiiBntmNSii022)(ttmtmttmcc2cos)(21)(21cos)(2)(41)(22tmtsSoo2sin)(2cos)(21)(21cossin)(cos)(cos)(ttnttntntttnttnttncscccccsccciBnNtntnNiico0224141)(41)(41BntmNSoo02)(调制制度增益2/iiooDSBNSNSG48-20通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制系统的抗操声性能相干解调性能分析AM调制系统的性能输入信噪比输出信噪比调制制度增益BnNtntnNiico0224141

13、)(41)(41ttmAtscmcos)()(0)(2121)(2202tmAtsSmiBntmANSii02202)(BnBnnNii00222 cosmcsttttmAtmAttmAcc2cos)(21)(21cos)(0020)(41)(22tmtsSooBntmNSoo02)(tmAtmNSNSGiiooAM22022/48-21通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制系统的抗操声性能相干解调性能分析SSB调制系统的性能输入信噪比输出信噪比调制制度增益ttmttmtsccmsin)(21cos)(21)()(41)()(81sin)(21cos)(21)(

14、22222tmtmtmttmttmtsSccmiBnNi0BntmNSii024)()(41)(tmtso)(161)(22tmtmSoo)(21)(tntncoBnNtnNico024141)(41BntmNSoo024)(1/iiooSSBNSNSG*DSB系统的抗噪性能优于SSB系统48-22通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制系统的抗操声性能相干解调性能分析DSB与SSB系统的抗噪性能比较在输入噪声功率谱密度相同，输入信号的功率也相等时，则有结论：在相同的噪声背景和相同的输入信号功率条件下，DSB和SSB在解调器输出端的信噪比是相等的（性能相同）。Hi

15、DSBiiDSBiDSBiiDSBDSBoofnSBnSNSNSGNS0022HDSBfB2HiSSBiiSSBiSSBiiSSBSSBoofnSBnSNSNSGNS001HSSBfB48-23通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制系统的抗操声性能非相干解调性能分析模型描述解调器输入信号加噪声的合成波形为合成的包络为输入信噪比（P67式3-46）输出信噪比分析按大信噪比情况和小信噪比情况分别进行讨论。tttAttnttntmAtntstzccsccimcossin)(cos)()()()(0)()()()(220tntntmAtAscBntmANSii02202

16、)(48-24通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制系统的抗操声性能非相干解调性能分析大信噪比情况经隔直流处理，输出的信号为输出信噪比计算调制制度增益)()()()()()(0220tntmAtntntmAtAcsc 220csAm tntnt cE tm tnt)(2tmSoBntntnNico022)()(BntmNSAMoo02)(BntmANSii02202)(tmAtmNSNSGiiooAM22022/48-25通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统线性调制系统的抗操声性能非相干解调性能分析小信噪比情况门限效应：随着信噪比的减小

17、，在一个特定输入信噪比值上出现门限效应。一旦出现门限效应，解调器的输出信噪比将急剧变坏。结论：在大信噪比情况下，AM信号包络检波器的性能几乎与同步检测器相同；小信噪比时有可能出现门限效应。0cntAm t)()()()()()(22220tntntntntmAtAscsc非线性调制原理348-27通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统非线性调制原理角度调制的基本概念符号与定义相位调制（PM）频率调制（FM）)(cos)(ttAtscm载波振幅瞬时相位瞬时相位偏移瞬时频率瞬时频偏A(t)d(t)/dt)(ttcdtttdc/)()()(tmKtP)(cos)(tmKtAt

18、sPcPM)()(tmKdttdFdmKttF)()()(cos)(dmKtAtstFcFM48-28通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统非线性调制原理角度调制的基本概念单音的FM和PMPM：调相指数：FM：调频指数：结论FM和PM的波形非常相似，如果预先不知道调制信号的具体形式，是无法判断已调信号到底是调频信号还是调相信号。coscos2mmmmm tAtAf t coscoscoscospcPmmcPmstAtK AtAtmt coscoscossintFcFmmcfmstAtK AdAtmt PPmmK AFmfmmmK Afmf48-29通信原理第二部分 信号

19、发送与接收20:43第3章 模拟调制系统非线性调制原理角度调制的基本概念PMFM瞬时频率*看出来了吗？)(cos)(tmKtAtsPcPM)(cos)(dmKtAtstFcFMdtttdc/)(48-30通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统非线性调制原理角度调制的基本概念FM与PM之间的关系由于频率和相位之间存在微分与积分的关系，所以FM与PM之间是可以相互转换的。)(cos)(dmKtAtstFcFM)(cos)(tmKtAtsPcPMPMFM间接调相间接调频48-31通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统非线性调制原理窄带角度调制条件窄带调

20、相（NBPM）窄带调频（NBFM）6)(maxt)(cos)(ttAtscm 6)(maxmaxtmKtP ttmKttmKttmKttmKttscPcPcPcPcNBPMsincossinsincoscoscos)(6)(maxmaxtFdmKttdmKtdmKtdmKtdmKttsctFctFctFctFcNBFMsin)(cos)(sinsin)(coscos)(cos)(48-32通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统非线性调制原理窄带角度调制NBFM的频谱和带宽)()(Mtm)()(cosccct)()(sincccjt)0)()()(的均值为设tmjMdtt

21、mcccccMMtdttm)()(21sin)(ccccfMMk)()(2)()()(ccNBFMStdmKttsctFcNBFMsin)(cos)(mAMNBFMfBB248-33通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统非线性调制原理宽带调频（WBFM）单频宽带调频经推导可展开式成如下级数形式傅氏变换即为频谱频带宽度分析tAtmmmcos)(sincossincos)(cos)(0tmtAtAKtAdmKtAtsmfcmmmFctFcFMtnmJAtsmcnfnFM)cos()()()()()()(mcmcnfnFMnnmJAS)(2)1(2mmfFMfffmB48-3

22、4通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统非线性调制原理宽带调频（WBFM）功率分配分析单音调频信号可以分解为无穷多对边频分量之和任意限带信号情况最大频率偏移221222AmJAPfnFMmFMfDB)1(2max)(tmKfF48-35通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统非线性调制原理调制与解调调频信号的产生1、直接法：压控振荡器（VCO）2、间接法：)(tmKtFco）（tdmKAtAtsctFcNBFMsin)(cos)(48-36通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统非线性调制原理调制与解调调频信号的解调非相干解调

23、包络检波器取出其包络，并滤去直流后输出KF调频器灵敏度，鉴频器灵敏度Kd)(cos)(dmKtAtstFcFM)(sin)()(dmKttmKAtstFcFcd)()(tmKKtsFdo48-37通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统非线性调制原理调制与解调调频信号的解调相干解调设窄带调频信号为：相干载波：则乘法器输出为：低通滤波器输出：经微分得输出：tdmkAtAtsctfcNBFMsin)(cos)(ttccsin)()2cos1()(22sin2)(tdmKAtAtsctFcPtFddmKAts)(2)()(2)(tmKAtmFo调频系统的抗操声性能448-39通

24、信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统调频系统的抗操声性能系统性能参数计算性能分析模型非相干解调系统输入信噪比输出信噪比信号功率：噪声功率：22ASiFMiBnN0FMFMiiBnANS022)()(tmKKtsFdo 222oodFSmtK Kmt tttAttnttnAtntAccscciccossin)(cos)()(cos AtnAtntnAtntsscs)()(arctan)()(arctan48-40通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统调频系统的抗操声性能系统性能参数计算输出信噪比噪声功率计算：鉴频器输出功率谱密度为其中，噪声功率输出

25、 dttdnAKdttdKtnsddd)(ns(t)通过理想微分电路H(f)的输出 222202dddiKKPfHfPfn fAA fjfH2 mmffdodffPN()iP fff()dPfoo48-41通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统调频系统的抗操声性能系统性能参数计算输出信噪比经计算可以得到调制制度增益()iP fff()dPfoo3022228)(3mFoofntmKANSFMFMiiBnANS02232224)(3/mFMFiiooFMftmBKNSNSG48-42通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统调频系统的抗操声性能系统性能

26、参数计算调制制度增益考虑单频调制时的情况带入后经计算可以得到宽带调频时，信号带宽调制制度增益32224)(3/mFMFiiooFMftmBKNSNSGttmmcos)(mFMfiiooFMfBmNSNSG223/mfFMfmB)1(2323)1(3fffFMmmmG讨论：宽带FM输出信噪比相对于AM的改善，与它们传输带宽比的平方成正比。48-43通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统调频系统的抗操声性能小信噪比情况与门限效应描述：当输入信噪比降到某一门限时，FM解调器的输出信噪比将急剧变坏。tttAttnttnAtntAtntsnccscciciFMcossin)(co

27、s)()(cos大输入信噪比时小输入信噪比时各种模拟调制系统的比较548-45通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统各种模拟调制系统的比较条件：加性噪声都是均值为0、双边功率谱密度为n0/2的高斯白噪声，基带信号m(t)带宽为fm，AM为100%调制，在所有系统都满足1)(21)(0)(max2tmtmtm频分复用（FDM）648-47通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统频分复用（FDM）定义：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。分类：频分复用(FDM)、时分复用(TDM)以及码分复用(CDM)等。频分复用(FDM)48-48通信原理第二部分 信号发送与接收20:43第3章 模拟调制系统频分复用（FDM）频分复用(FDM)带宽描述mmgmgmnfBnfffnfnnfB1)1()(1()1(谢谢大家