通信原理CH模拟线性调制分析.pptx

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1、1主要内容和重点调制分类调制、解调模型和方法AM、DSB、SSB、VSB抗噪声性能分析AM、DSB、SSB、VSB第1页/共77页22.1 引言 点-点通信系统 通常假定为理想恒参信道：信道的数学模型：r(t)=c(t)s(t)+n(t)第2页/共77页3问题：n为什么要对信号进行调制？n什么是调制？2.1 引言引言 第3页/共77页4对无线传输信号而言，信号需要通过发射天线发送对无线传输信号而言，信号需要通过发射天线发送对无线传输信号而言，信号需要通过发射天线发送对无线传输信号而言，信号需要通过发射天线发送出去。出去。出去。出去。根据天线理论，发射天线的尺度与信号的波长满根据天线理论，发射天

2、线的尺度与信号的波长满根据天线理论，发射天线的尺度与信号的波长满根据天线理论，发射天线的尺度与信号的波长满足一定的关系式时，信号才能得到有效的发射。即足一定的关系式时，信号才能得到有效的发射。即足一定的关系式时，信号才能得到有效的发射。即足一定的关系式时，信号才能得到有效的发射。即 如：如：因此，因此，GSM手机的工作频段规定在手机的工作频段规定在 9001800MHzA.A.便于信号的发送（频谱搬移）便于信号的发送（频谱搬移）2.1 引言 第4页/共77页5B.B.提高信道的利用率提高信道的利用率以以无无线线电电广广播播的的中中波波波波段段为为例例：可可用用波波段段范范围围为为530KHz1

3、600KHz，而而语语音音信信号号的的频频率率范范围围为为3003400Hz，经经调调制制后后每每一一个个广播电台频道的带宽为广播电台频道的带宽为9KHz530KHz1600KHz300 9000这样中波波段中就可以均匀分布多个电台这样中波波段中就可以均匀分布多个电台!上述即为上述即为频分复用频分复用频分复用频分复用，它通过不同载波频率的调制完成，它通过不同载波频率的调制完成只传输一路信号。浪费只传输一路信号。浪费！第5页/共77页66调制：就是将基带信号进行各种变换后再传输的过程。其中包括调制映射，傅立叶变换，频率搬移等等。频率搬移频率搬移数学分析第6页/共77页72.1 引言 调制分类正弦

4、（连续波）调制：脉冲调制：C(t)：脉冲周期信号复合调制：对同一载波同时进行多种方式（幅度、频率、相位）的调制过程多级调制：对同一基带信号进行多次调制的过程 幅度调制频率调制相位调制线性调制非线性调制第7页/共77页82.1 引言 调制分类正弦调制：C(t)=cosct 模拟调制：m(t)为模拟信号，如AM、DSB、SSB、VSB、FM、PM数字调制：m(t)为数字信号，如ASK、FSK、PSK等脉冲调制：C(t)为脉冲周期信号脉冲无编码调制用模拟信号m(t)改变脉冲的幅度(PAM)、宽度(PDM)、相位(PPM)脉冲编码调制(PCM)用脉冲串对模拟信号m(t)抽样、量化、编码为PCM信号增量

5、调制(DM)m(t)为模拟信号，根据两相邻采样信号之差来进行编码脉冲数字调制m(t)为数字信号，常用多进制脉位调制第8页/共77页9 2.2 调制/解调系统原理主要内容一般调制方法AM的调制解调方法DSB的调制解调方法SSB的调制解调方法VSB的调制解调方法第9页/共77页10 2.2 调制/解调系统原理一般调制方法调制方法：滤波法 不同的H(f)DSB、SSB、VSB、AM 频谱分析 线性调制的一般模型第10页/共77页11 2.2 调制/解调系统原理一般调制方法 频谱分析（续）第11页/共77页12 2.2 调制/解调系统原理一般调制方法频谱分析示意图DSB、AM第12页/共77页13 2

6、.2 调制/解调系统原理AM AM信号的产生时域表达式：SAM(t)=A+m(t)cosctH(f)：理想带通 AM信号频谱：S(f)AM信号带宽：BAM=2fH第13页/共77页14AM的解调方法包络检波：要求 A+m(t)0 相干解调 0fHf隔直 2.2 调制/解调系统原理AM 第14页/共77页15相干解调（续）频谱示意图 2.2 调制/解调系统原理AM 第15页/共77页16波形特点：波形特点：波形特点：波形特点：已调波包络完全反映调制信号变化规律已调波包络完全反映调制信号变化规律频谱特点：频谱特点：频谱特点：频谱特点：AM信信号号的的频频谱谱SAM()由由载载载载频频频频分分分分量

7、量量量和和上上上上、下下下下两两两两个边带个边带个边带个边带组成组成上上边边带带的的频频谱谱结结构构与与原原调调制制信信号号的的频频谱谱结结构构相同，相同，下边带是上边带的镜像下边带是上边带的镜像下边带是上边带的镜像下边带是上边带的镜像带带带带宽宽宽宽：AM信信号号是是带带有有载载波波的的双双边边带带信信号号，它它的的带带带带宽宽宽宽是是是是基带信号带宽基带信号带宽基带信号带宽基带信号带宽B Bb b的两倍的两倍的两倍的两倍，即，即B BAMAM=2B=2Bb b 2.2 调制/解调系统原理AM 第16页/共77页17 功率分配：功率分配：功率分配：功率分配：式中，式中，PC为载波功率，为载波

8、功率，PS为边带功率为边带功率 可可见见，AM信信号号的的总总功功率率包包括括载载载载波波波波功功功功率率率率和和边边边边带带带带功功功功率率率率两两部部分分，只有边带功率才与调制信号有关，载波分量不携带信息只有边带功率才与调制信号有关，载波分量不携带信息载载波波分分量量占占据据大大部部分分功功率率，而而含含有有用用信信息息的的两两个个边边带带占占有有功功率较小。因此，从功率上讲，率较小。因此，从功率上讲，AM的功率利用率比较低的功率利用率比较低 AMAM信号的缺点：信号的缺点：信号的缺点：信号的缺点：功率利用率比较低；功率利用率比较低；(不携带信息的载波分量占据大部分功率总功率不携带信息的载

9、波分量占据大部分功率总功率)占用频带宽，占用频带宽，BAM=2B2Bb b。(含有用信息的两个边带含有用信息的两个边带)克服措施：克服措施：克服措施：克服措施：将载波抑制掉再传输将载波抑制掉再传输 抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制 2.2 调制/解调系统原理AM 第17页/共77页18 2.2 调制/解调系统原理DSB DSB（或DSBSC）信号的产生 SDSB(t)=m(t)cosct 第18页/共77页19 w w w wc cw w w wc c0 02 21 1w w w wOt1 1w w w w0 0A A0 0+mm(t t)Ott tO Omm(t t)cosw0tOt

10、OwcwcwOt载波反相点 w w w wc cw w w wc c0 02 21 1w w w w1 1w w w w0 0DSBDSB信号的波形和频谱信号的波形和频谱第19页/共77页20 由由时时间间波波形形可可知知，DSB信信号号的的包包络络不不再再与与调调制制信信号号的的变变化化规规律律一一致致，因因而而不不能能采采用用简简单单的的包包络络检检波波来来恢恢复复调调制制信信号号，需需采采用用相相干干解解调调(同同步步检检波波)。另另外外，在在调调制制信信号号m(t)的的过过零零点处，高频载波相位有点处，高频载波相位有180的突变的突变 由由频频谱谱图图可可知知，DSB信信号号虽虽然然节

11、节省省了了载载波波功功率率，功功率率利利用用率率提提高高了了，但但它它的的频频带带宽宽度度仍仍是是调调制制信信号号带带宽宽的的两两倍倍，与与AM信信号号带带宽宽相相同同。由由于于DSB信信号号的的上上、下下两两个个边边带带是是完完全全对称的，对称的，因此它们都携带了调制信号的全部信息因此它们都携带了调制信号的全部信息 第20页/共77页21DSB频谱频谱上边带上边带下边带下边带DSBDSB信号的缺点：信号的缺点：信号的缺点：信号的缺点：占用频带宽，占用频带宽，BDSB=2B2Bb b。(含有两个完全相同的边带含有两个完全相同的边带)克服措施：克服措施：克服措施：克服措施：将只传输一个边带将只传

12、输一个边带 单单边带调制边带调制第21页/共77页22 解调不能用包络检波法解调相干解调：同AM 2.2 调制/解调系统原理DSB 0fHf第22页/共77页23 2.2 调制/解调系统原理SSB SSB信号的产生方法H(f)fc+fL fc fc+fHfH(f)由得上边带USBfcfH fcfLfH(f)由得下边带LSB第23页/共77页24 2.2 调制/解调系统原理SSB SSB信号的时域表达式 下边带带通滤波器可表示为第24页/共77页25 2.2 调制/解调系统原理SSB SSB信号的时域表达式（续）第25页/共77页26载波为cosct 是m(t)的希尔伯特变换 2.2 调制/解调

13、系统原理SSB SSB信号的时域表达式（续）sinct是cosct的希尔伯特变换第26页/共77页27 同理 载波为cosct 2.2 调制/解调系统原理SSB SSB信号的时域表达式（续）第27页/共77页28 2.2 调制/解调系统原理SSB SSB信号的时域表达式（续）当载波为sinct时式中系数1/2可为任一常数第28页/共77页29 2.2 调制/解调系统原理SSB SSB信号的产生相移法：根据时域表达式载波为cosct 第29页/共77页30解调相干解调：同AM插入强载波+包络检波 2.2 调制/解调系统原理SSB 0fHf第30页/共77页31强载波Acosct的获取方法 发端插

14、入导频acosct，收端提取acosct后，放大得Acosct，Aa不发导频，收端的振荡器输出Acosct作为强载波语音单边带允许 15Hz 2.2 调制/解调系统原理SSB 第31页/共77页3232n综综上上所所述述：SSB调调制制方方式式在在传传输输信信号号时时，所所占占用用的的频频带带宽宽度度为为BSSB=B Bb b，只只有有AM、DSB的的一一半半，它它目目前前已已成成为为短波通信中的一种重要调制方式短波通信中的一种重要调制方式nSSB信信号号的的解解调调和和DSB一一样样不不能能采采用用简简单单的的包包络络检检波波，因因为为SSB信信号号也也是是抑抑制制载载波波的的已已调调信信号

15、号，它它的的包包络络不不能能直接反映调制信号的变化，直接反映调制信号的变化，所以仍需采用相干解调所以仍需采用相干解调SSBSSB信号的缺点：信号的缺点：信号的缺点：信号的缺点：对对边边带带滤滤波波器器的的滤滤波波性性能能要要求求很很高高，实实际际制制造造这这样样的的滤滤波器非常困难波器非常困难 克服措施：克服措施：克服措施：克服措施：对一个边带进行逐渐截止对一个边带进行逐渐截止 残留残留残留残留边带调制边带调制边带调制边带调制第32页/共77页33DSB、SSB和VSB信号的频谱第33页/共77页34VSB调制/解调系统 fL很小时，无法用滤波器得到SSB信号，只能得到VSB信号 2.2 调制

16、/解调系统原理VSB 第34页/共77页35 2.2 调制/解调系统原理VSB H(f)=GT(f)C(f)GR(f)对H(f)的要求：H(f+fC)+H(ffC)=C，|ffc|将调幅波与本地载波相乘将调幅波与本地载波相乘将调幅波与本地载波相乘将调幅波与本地载波相乘非相干解调非相干解调非相干解调非相干解调：从已调信号的幅度变化中提取调制：从已调信号的幅度变化中提取调制：从已调信号的幅度变化中提取调制：从已调信号的幅度变化中提取调制信号信号信号信号第48页/共77页4949线性调制系统的相干解调适用于：AM，DSB，SSB，VSB数学分析输入信号：滤波前滤波后第49页/共77页5050插入载波

17、包络检波适用于DSB，SSB，VSB加入载波后的信号加入载波后的信号Sa(t)=SI(t)+Adcoswct+SQ(t)sinwct =A(t)coswct+(t)第50页/共77页512.3 抗噪声性能主要内容和重点线性调制系统的抗噪声性能 AM、DSB、SSB的相干解调抗噪声性能AM、DSB、SSB的性能比较门限效应：包络检波第51页/共77页522.3 抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 AM、DSB、SSB相干解调的抗噪性能 BPF的带宽W等于信号带宽B，B 1时，包络检波的可靠性同相干解调 ni(t)时，E(t)A+m(t)+nc(t)mo(t)=m(t)，no(t)=nc(t)可得

18、:2.3 抗噪声性能第64页/共77页6565 小信噪比情况：小信噪比情况：A+m(t)nA+m(t)nc c(t)(t)在包络检波器的输出端没有单独的信号项。有用信号被扰乱，解调器输出只能看作噪声门限效应！门限效应！所谓所谓门限效应门限效应，是指当包络检波器的输入信噪比降低，是指当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定的数值后，检波器输出信噪比急剧恶化的一种到一个特定的数值后，检波器输出信噪比急剧恶化的一种现象，即在小信噪比情况下，包络检波器会把有用信号扰现象，即在小信噪比情况下，包络检波器会把有用信号扰乱成噪声。乱成噪声。注：注：用相干解调的方法解调各种线性调制信号时，由于用相干解调的方法解

19、调各种线性调制信号时，由于解调过程可视为信号与噪声分别解调，故解调器输出端总是解调过程可视为信号与噪声分别解调，故解调器输出端总是单独存在有用信号项。因此单独存在有用信号项。因此相干解调不存在门限效应相干解调不存在门限效应。第65页/共77页66当 A+m(t)ni(t)时，解调器的输出端得不到独立的信号 2.3 抗噪声性能第66页/共77页6767问题：为什么双边带调制相干解调的信噪比增益比单边带调制的高？双边带调制相干解调的信噪比增益比单边带调制的高是否说明双边带调制的抗噪声性能比单边带调制的更好？第67页/共77页6868练习设模拟调制系统信道和接收端模型如下图所示。已知信道噪声n(t)

20、为加性高斯白噪声，单边功率谱密度为n0=10-6W/Hz；sm(t)为已调信号，载波频率fc=1MHz，对应的调制信号m(t)的最高频率为fH=5KHz。带通滤波器为理想。试分别计算DSB（Si=1kW，相干解调）、USB（Si=1kW，相干解调）、AM（两边带功率Pf=1kW，载波功率Pc=4kW，包络检波）三种情况下的下列参数：1.带通滤波器的中心频率f0、带宽B；2.解调器输入端信噪比Si/Ni；3.信噪比增益G；4.解调器输入端信噪比S0/N0；第68页/共77页6969DSB：(1)f0=fc=1MHz,B=2fH=10kHz(2)Ni=n0B=10-6x10 x103=10mW S

21、i/Ni=1x103/10-2=105(3)G=2(4)S0/N0=G x Si/Ni=2x105第69页/共77页7070USB：(1)f0=fc+fH/2=1.0025MHz,B=fH=5kHz(2)Ni=n0B=10-6x5x103=5mW Si/Ni=(1x103)/(5x10-3)=2x105(3)G=1(4)S0/N0=G x Si/Ni=2x105当Si，n0，fH相同时，(S0/N0)DSB=(S0/N0)SSB第70页/共77页7171AM:(1)f0=fc=1MHz,B=2fH=10kHz(2)Ni=n0B=10-6x10 x103=10mW Si=Pc+Pf=(4+1)k

22、W=5kW Si/Ni=5x103/10-2=5x105(3)AM=Pf/(Pc+Pf)=1/(4+1)=0.2 GAM=2 AM=0.4(4)S0/N0=G x Si/Ni=0.4x5x105=2x105第71页/共77页7272复习思考题1、什么是线性调制？常见的线性调制方式有哪些？2、与未调载波的功率相比，AM信号在调制过程中功率增加了多少？3、为什么要抑制载波？相对AM信号来说，抑制载波的双边带信号可以增加多少功效？4、SSB信号的产生方法有哪些？各有何技术难点？5、VSB滤波器的传输特性应满足什么条件？为什么？6、如何比较两个模拟通信系统的抗噪声性能？7、DSB和SSB调制系统的抗噪

23、声性能是否相同？为什么？8、什么是门限效应？AM信号采用包络检波时为什么会产生门限效应？第72页/共77页73作业：1、若对某一信号用DSB进行传输，设加至接收机的调制信号m(t)的功率谱密度为试求：（1）接收机的输入信号功率；（2）接收机的输出信号功率；（3）若叠加于DSB信号的白噪声具有双边带功率谱密度为n0/2，设解调器的输出端接有截至频率为fm的理想低通滤波器，那么，输出信噪功率比为多少？第73页/共77页74作业：2、设调制信号m(t)的功率谱密度与上题相同，若用SSB调制方式进行传输，试求：（1）接收机的输入信号功率；（2）接收机的输出信号功率；（3）若叠加于SSB信号的白噪声具有

24、双边带功率谱密度为n0/2，设解调器的输出端接有截至频率为fm的理想低通滤波器，那么，输出信噪功率比为多少？（4）该系统的调制制度增益G为多大？第74页/共77页75作业：3、设被接收的调幅信号为Sm(t)=A+m(t)cosct，采用包络检波法解调，其中m(t)的功率谱密度与题1相同，若一双边功率谱密度为n0/2噪声叠加于已调信号，试求解调器输出的信噪功率比。第75页/共77页76作业76(a)(b)4.某调制方框图如图（a）所示，已知m(t)的频谱如图（b）所示，载频 ，且理想低通滤波器的截止频率为 ，试求输出信号S(t)，并说明S(t)为何种已调制信号。第76页/共77页77感谢您的观看！第77页/共77页