通信原理第3章模擬傳輸課件

1、通信原理,第3章 模擬調(diào)制系統(tǒng),1,通信原理第3章模擬傳輸,信源,調(diào)制器,發(fā)射機,信道,接收機,解調(diào)器,信宿,噪聲,發(fā)送設備,接收設備,基帶信號,基帶信號,調(diào)制信號,已調(diào)帶通信號,帶通信號,模擬通信系統(tǒng)信道中傳輸模擬波形的通信系統(tǒng),2,通信原理第3章模擬傳輸,調(diào)制器,調(diào)制信號,已調(diào)信號,幅度調(diào)制,角度調(diào)制,都是 的函數(shù),被調(diào)信號,3,通信原理第3章模擬傳輸,已調(diào)帶通信號,的譜,的功率譜,的歸一化平均功率為,4,通信原理第3章模擬傳輸,5,通信原理第3章模擬傳輸,3.1 幅度調(diào)制,Amplitude Modulation,6,通信原理第3章模擬傳輸,已調(diào)帶通信號的頻譜是基帶信號頻譜的簡單搬移,幅

2、度調(diào)制-用信號去迫使高頻載波瞬時幅度變化,模擬常規(guī)調(diào)幅（AM,抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC,單邊帶調(diào)幅（SSB,殘留邊帶調(diào)幅（VSB）信號,7,通信原理第3章模擬傳輸,conventional AM,3.1.1 常規(guī)調(diào)幅AM,1表達式,調(diào)制,復包絡,8,通信原理第3章模擬傳輸,9,通信原理第3章模擬傳輸,圖（a）常規(guī)調(diào)幅,圖（b）過調(diào)幅,波形,10,通信原理第3章模擬傳輸,常規(guī)調(diào)幅:,一般,常規(guī)調(diào)幅,11,通信原理第3章模擬傳輸,過調(diào)幅,載波反相點,12,通信原理第3章模擬傳輸,2. 頻域分析,頻譜,頻譜圖,13,通信原理第3章模擬傳輸,常規(guī)AM信號的波形及頻譜,14,通信原理第3章模擬傳

3、輸,3. 功率與效率,歸一化功率,15,通信原理第3章模擬傳輸,調(diào)制效率,16,通信原理第3章模擬傳輸,例,單頻正弦波調(diào)制信號,17,通信原理第3章模擬傳輸,4. 接收,常規(guī)調(diào)幅常用的二極管包絡檢波器解調(diào),非相干解調(diào)：接收機不需要產(chǎn)生與接收信號中的載波同頻同相的本地載波的接收方式,18,通信原理第3章模擬傳輸,總結(jié)：AM 信號的特點,AM信號的功率效率 很低，因為離散載波項浪費功率,AM 信號的帶寬是 信息信號 m(t)帶寬的2倍. 上下兩個邊帶完全對稱，帶寬浪費一半,19,通信原理第3章模擬傳輸,3.2.2 抑制載波雙邊帶調(diào)幅,Double-Sideband Suppressed Carri

4、er (DSB-SC,1. DSB-SC信號,20,通信原理第3章模擬傳輸,載波反相點,波形,21,通信原理第3章模擬傳輸,2. 頻域分析,頻譜,Upper sideband,Lower sideband,22,通信原理第3章模擬傳輸,3. 功率與效率,調(diào)制效率,歸一化功率,23,通信原理第3章模擬傳輸,4. 發(fā)射和接收,發(fā)射（調(diào)制,接收（解調(diào)）：相干解調(diào)（接收機本地載波與接收載波同頻同相,LPF,24,通信原理第3章模擬傳輸,After LPF,相干解調(diào)原理,乘積檢波器,25,通信原理第3章模擬傳輸,Discuss,26,通信原理第3章模擬傳輸,27,通信原理第3章模擬傳輸,總結(jié)：DSB 信

5、號的特點,乘積檢波器用于檢測 DSB信號，乘積檢波器較包絡檢波器昂貴,DSB信號的功率效率 高,DSB信號的帶寬是 信息信號 m(t)帶寬的2倍. 上下兩個邊帶完全對稱，帶寬浪費一半,28,通信原理第3章模擬傳輸,single sideband signal (SSB,3.2.3 單邊帶調(diào)幅（SSB,1. SSB信號,只取DSB-SC信號中的上邊帶或下邊帶分量,上邊帶信號,頻譜,下邊帶信號,頻譜,29,通信原理第3章模擬傳輸,頻譜,30,通信原理第3章模擬傳輸,濾波法產(chǎn)生SSB信號,保留上邊帶的邊帶濾波器,保留下邊帶的邊帶濾波器,31,通信原理第3章模擬傳輸,解調(diào)方法 由于 若z(t) = x

6、(t) y(t) ， 則有 Z() = X() Y() 單邊帶信號解調(diào)時， 用載波cos0t 和接收 信號相乘，相當于在 頻域中載波頻譜和信 號頻譜相卷積,32,通信原理第3章模擬傳輸,總結(jié)：SSB 信號的特點,SSB信號的產(chǎn)生比AM、DSB復雜,SSB信號的帶寬等于信息信號 m(t)的帶寬。只有 AM、DSB帶寬的一半,33,通信原理第3章模擬傳輸,3.2.4 殘留邊帶(VSB)調(diào)制 原理：VSB仍為線性調(diào)制。 調(diào)制信號和載波相乘后的頻譜為 設調(diào)制器的濾波器的傳輸函數(shù)為H( f )，則濾波輸出的已調(diào)信號頻譜為,已調(diào) 信號 s(t,34,通信原理第3章模擬傳輸,現(xiàn)在，求出為了得到VSB信號，

7、H( f )應滿足的條件： 若仍用右圖解調(diào)器， 則接收信號和本地載波相乘 后得到的r (t)的頻譜為： 將已調(diào)信號的頻譜 代入上式，得到r (t)的頻譜為： 上式中M(f + 2f0)和M(f 2f0)兩項可以由低通濾波器濾除，所以得到濾波輸出的解調(diào)信號的頻譜密度為,35,通信原理第3章模擬傳輸,為了恢復無失真調(diào)制信號 M( f ) , HV( f ) 必須滿足下面條件,互補對稱性,36,通信原理第3章模擬傳輸,37,通信原理第3章模擬傳輸,3.2 模擬角度調(diào)制,38,通信原理第3章模擬傳輸,3.3.1 基本原理 頻率的概念：嚴格地說，只有無限長的恒定振幅和恒定相位的正弦波形才具有單一頻率。載

8、波被調(diào)制后，不再僅有單一頻率。 “瞬時頻率”的概念：設一個載波可以表示為 式中，0為載波的初始相位； (t) = 0t + 0 為載波的瞬時相位 ; 0 = d(t)/dt 為載波的角頻率。 現(xiàn)定義瞬時頻率： 上式可以改寫為,39,通信原理第3章模擬傳輸,角度調(diào)制的定義： 由下式可見， (t)是載波的相位。若使它隨調(diào)制信號m(t)以某種方式變化，則稱其為角度調(diào)制。 相位調(diào)制的定義：若使相位(t)隨m(t)線性變化，即令 則稱為相位調(diào)制。這時，已調(diào)信號的表示式為 此已調(diào)載波的瞬時頻率為： 上式表示，在相位調(diào)制中瞬時頻率隨調(diào)制信號的導函數(shù)線性地變化,40,通信原理第3章模擬傳輸,頻率調(diào)制的定義：若

9、使瞬時頻率直接隨調(diào)制信號線性地變化，則稱為頻率調(diào)制。這時，瞬時角頻率為 及瞬時相位為 這時，已調(diào)信號的表示式為： 上式表明，載波相位隨調(diào)制信號的積分線性地變化,41,通信原理第3章模擬傳輸,相位調(diào)制和頻率調(diào)制的比較： 在相位調(diào)制中載波相位 (t)隨調(diào)制信號m (t)線性地變化，而在頻率調(diào)制中載波相位 (t)隨調(diào)制信號m (t)的積分線性地變化。 若將m (t)先積分，再對載波進行相位調(diào)制，即得到頻率調(diào)制信號。類似地，若將m (t)先微分，再對載波進行頻率調(diào)制，就得到相位調(diào)制信號。 僅從已調(diào)信號波形上看無法區(qū)分二者,42,通信原理第3章模擬傳輸,角度調(diào)制的波形 若m(t)作直線變化，則已調(diào)信號就

10、是頻率調(diào)制信號。 若m(t)是隨 t 2變化，則已調(diào)信號就是相位調(diào)制信號,43,通信原理第3章模擬傳輸,3.3.2 已調(diào)信號的頻譜和帶寬 設：調(diào)制信號m(t)是一個余弦波， 用其對載波作頻率調(diào)制，則載波的瞬時角頻率為 上式中，kf = 為最大頻移 已調(diào)信號表示式： 式中， mf / fm為最大頻率偏移和基帶信號頻率之比，稱為調(diào)制指數(shù)mf ，即有,44,通信原理第3章模擬傳輸,是一個含有正弦函數(shù)的余弦函數(shù)，它的展開式為： 式中，Jn(mf)為第一類n階貝塞爾函數(shù)， 它具有如下性質(zhì)： 故上式可以改寫為： 已調(diào)信號最終表示式,45,通信原理第3章模擬傳輸,頻譜特點： 邊頻成對 大部分功率集中 在有限

11、帶寬內(nèi) 當調(diào)制指數(shù)mf 1 時， 帶寬B： 式中， f 調(diào)制頻移， fm 調(diào)制信號頻率,46,通信原理第3章模擬傳輸,47,通信原理第3章模擬傳輸,48,通信原理第3章模擬傳輸,49,通信原理第3章模擬傳輸,應用拓展 頻分多路復用,多路復用：將多路彼此不相關的消息信號合并為一個復合的群信號，共同在一條信道上進行通信,分為：頻分多路復用（FDM） 時分多路復用（TDM） 碼分多路復用（CDM,FDM 是在一個寬帶信道上同時傳輸多路信息的技術,50,通信原理第3章模擬傳輸,FDM的實現(xiàn),1) 發(fā)端,調(diào)制器1,調(diào)制器2,調(diào)制器n,FDM群路信號,BPF,BPF,BPF,51,通信原理第3章模擬傳輸,2) 收端,調(diào)制可采用任何類型的調(diào)制：(AM、DSB、SSB、PM、FM,52,通信原理第3章模擬傳輸,調(diào)制的目的是：（1）將