通信原理(樊昌信第七版)第五章

课件模拟调制系统通信原理（第7版）第5章樊昌信曹丽娜编著调制简介—定义目的分类线性调制（幅度调制）原理线性调制系统的抗噪声性能非线性调制（角度调制）原理各种模拟调制系统的性能比较频分复用（FDM）本章内容:第5章模拟调制调制目的各种调制解调原理抗噪性能特点应用FDM调制简介调制定义调制：把消息信号搭载到载波的某个参数上。比喻——货物运输：将货物装载到飞机/轮船的某个仓位上。载波：一种高频周期振荡信号，如正弦波。受调载波称为已调信号，含有消息信号特征。解调：调制的逆过程，从已调信号中恢复消息信号。何谓调制？进行频谱搬移，匹配信道特性，减小天线尺寸；实现多路复用，提高信道利用率；改善系统性能（有效性、可靠性）；实现频率分配看来，调制在通信系统中起着至关重要的作用！对呀，不同的调制方式，具有不同的特点和性能!调制目的为什么要进行调制？消息信号基带信号正弦波脉冲序列受调载波含有m(t)信息调制信号载波已调信号调制分类调制器()mst()mt()ct()mt()mst运载工具多种形式同义词先认识一下调制过程所涉及的三种信号模拟调制数字调制连续波调制脉冲调制幅度调制频率调制相位调制按调制信号m(t)的类型分按载波信号c(t)的类型分线性调制非线性调制按正弦载波的受调参量分按已调信号的频谱结构分调制器()mst()mt()ct调制方式分类：都有哪些调制方式？7幅度调制（线性）：AM、DSBSSB、VSB角度调制（非线性）：FM、PM()cos()cctAt本章研究的模拟调制方式：——是以正弦信号作为载波的一般模型mtmstcosctht§5.1幅度调制(线性调制)的原理()[()cos]()mcstmttht1()[()()]()2mccSMMH边带滤波器()()htH§5.1.1常规调幅(AM)0AMcc0cocoscosscstAmttmAttt0cAMccc12AMMSmtAMstccost0A0max0mtmtA和AM表达式AM调制器条件：边带项载波项0HHMAMSccAMB00ccttt00Amt载波0AAMst载波分量下边带上边带AM波形和频谱AM信号的特点时，AM波的包络正比于调制信号m(t)，故可采用包络检波。AM的频谱由载频分量、上边带和下边带组成。AM传输带宽是调制信号带宽的两倍：AM的优势在于接收机简单，广泛用于中短调幅广播。AM2HBf0maxmtA12AM信号功率：AM信号的缺点20AM2()22scAtPmPP0max()mtA220()mtA„AM50%故„边带功率0AMccoscoscttmttsA载波功率2sAM22AM0()()PmtPAmtAM功率利用率低！调制效率(功率利用率)：---不含有用信息，却“浪费”大部分的发射功率。---包含有用信息m(t)，满调幅时，边带功率最大。定义调幅系数m（用百分比表示时，又称调幅度）——反映基带信号改变载波幅度的程度：max0()mmtAm1正常调幅m=1临界状态，满调幅（100）m1过调幅载波边带当然，AM正是利用这种“浪费”去换取解调的“便宜”，即包检。t()AmtA0t0t()AmtA0t()AmtA0tt1m1m1mAM()stAM()stAM()st2sAM22AM0()()PmtPAmtmax0()mmtA22220AM2222200/22/2mmmmAAAmAAAAm()cosmmmtAt设（单音正弦），22()/2mmtA则当m=1(满调幅)时，AM调制效率的最大值仅为1/3，可见，AM的功率利用率很低。高调幅度的重要性！0AMcc0cocoscosscstAmttmAttt0cAMccc12AMMSmtmstccost0A0max0mtmtA和条件：如何提高调制效率？——抑制载波！QA§5.1.2双边带调制(DSB-SC)cDSBcosmtsttcDSBc12MMSmtDSBstccost0mt条件：DSB表达式DSB调制器double-sidebandsuppressedcarrier0HHMDSBSccDSBB00cc下边带上边带tt0mt载波DSBsttDSB波形和频谱DSB信号的特点包络不再与m(t)成正比；当m(t)改变符号时载波相位反转，故不能采用包络检波，需相干解调。无载频分量，只有上、下边带。带宽与AM的相同：调制效率100，即功率利用率高。主要用作SSB、VSB的技术基础，调频立体声中的差信号调制等。DSBAM2HBBf能否只传输一个边带？QA§5.1.3单边带调制(SSB)SSB信号的产生(1)滤波法mtDSBstSSBHSSBstccost技术难点之一原理：先形成DSB信号，边带滤波即得上或下边带信号。要求：滤波器HSSB()在载频处具有陡峭的截止特性。DSBScc0LSBScc0USBScc0下边带上边带LSBHcc0USBHcc0边带滤波特性HSSB()11cossscoinsin22mccmmmtAtAttcosmmmtAt设coscosDSBmmcstAttLSB1cos2mcmstAt11cossin22ccttmtmt1cosc21os2mcmmcmAtAt（2）相移法coscctt载波USB+--10sgn10，，传递函数：()()sgn()hMHjM12mtSSBstcosct12mt1sin2cmtt1cos2cmtthH/2mt是m(t)的希尔伯特变换含义：幅度不变，相移π/2Hh()对m(t)的所有频率分量精确相移π/2技术难点之二SSB11cossin22ccStmttmtt＋下边带－上边带要求：SSB信号的特点优点之一是频带利用率高。传输带宽为AM/DSB的一半：因此，在频谱拥挤的通信场合获得了广泛应用，尤其在短波通信和多路载波电话中占有重要的地位。优点之二是低功耗特性，因为不需传送载波和另一个边带而节省了功率。这一点对于移动通信系统尤为重要。缺点是设备较复杂，存在技术难点。也需相干解调。SSBAM/2HBBf§5.1.4残留边带调制(VSB)——介于SSB与DSB之间的折中方案。0DSBSSBVSBc-cMVSB信号的产生应该具有怎样的滤波特性？VSB信号的解调VSBDSB12ccSSMMHH应该具有怎样的滤波特性？mtDSBstcosctVSBstHpst()2cosccttVSBstLPFdstVSB2cospcststtVSBVSBpccSSS相乘：VSB12ccSMHM1()22122cccpcSMMHHMMLPF—解调输出：d12ccHSMHpst()2cosccttVSBstLPFdst28若要无失真恢复m(t)，VSB滤波器的传输函数必须满足：c10.5VSBHc10.50cc0在载频处具有互补对称特性()()ccHHH常数，含义：d12ccHSMHHcHcHcc0()()ccHHH常数，残留边带滤波器的几何解释：VSB信号的特点仅比SSB所需带宽有很小的增加，却换来了电路的简单。应用：商业电视广播中的电视信号传输等。VSB2HHfBf滤波法()[()cos]()mcstmttht1()[()()]()2mccSMMH§5.1.5线性调制(幅度调制)的一般模型相移法()()htHmtmstcosct/2IHIstQstQHtmtccosthtsm在接收端，如何从已调信号中恢复出调制信号m(t)呢？QA——解调的任务!§5.1.6相干解调与包络检波相干解调适用：AM、DSB、SSB、VSB特点：无门限效应要求：载波同步pstLPFdstmstccosctt包络检波适用：AM信号优势：简单、无需载波同步要求：|m(t)|max小于等于A0RCAM信号0AmtDtt35插入载波包络检波法适用：DSB、SSB或VSB等抑制载波的已调信号原理：将这些信号插入恢复载波，使之成为或近似为AM信号，然后用包络检波器恢复出m(t)要求：Ad很大，载波同步方法：发端/收端插入载波包络检波器coscdAt)(tsm36omt带通滤波器mst解调器ontintntmst分析模型§5.2线性调制系统的抗噪声性能高斯白噪声已调信号0()Hf1f0f0fBB和f0取决于已调信号的频谱DSB信号：B=2fHf0=fcSSB信号：B=fHf0=fc±fH/2BPF§5.2.1模型与指标37omt带通滤波器mst解调器ontistintnt窄带高斯噪声输出噪声输出信号i0222ics()()()ntntntNnB高斯白噪声已调信号BPF解调器相干解调包络检波ic0s0()()cos()sinntnttntt38omt带通滤波器mst解调器ontistintnt分析模型解调器ooii//SNGSN2oo2oo()()SmtNnt2ii2ii()()SstNnt性能指标制度增益：输出信噪比：BPF39)(tno()mtBPFo()nt)(tsm)(tni()cosccttLPF)(tsm§5.2.2DSB-相干解调系统的抗噪声性能相干解调器()cos()mcmtstt22c2i()()c1()2osmstmttSmto1()2()mtmto2o2()1()4tmtSmSiSoNoNiDSB21cos1cos22利用（）40DSB2Gi0NnBo1()()2cntnt222ocioi11()(4414)=()ntntNntNic0s0()()cos()sinntnttnttB=2fH2i12Smt2o14Smti0NnBoi14NNoioi2SSNN即020cocs()ostcttsin22sincos利用41c000s2i0()cosco()sin)co(ssnttntttntt相干解调将ni(t)中的正交分量抑制掉，从而使信噪比改善1倍。o()nt()int()cosccttLPFooDSBii/2/SNGSNoioi2SSNN即sin22sincos利用原因正交分量