模擬線性調(diào)制

1、 第第3章章 第一節(jié)第一節(jié)模擬線性調(diào)制模擬線性調(diào)制調(diào)制的目的調(diào)制的目的n將消息變換為便于傳輸?shù)男问健Ｒ簿褪菍⑾⒆儞Q為便于傳輸?shù)男问?。也就是說，變換為某種形式使說，變換為某種形式使信道容量信道容量達到最達到最大，而且傳輸更可靠和有效。大，而且傳輸更可靠和有效。n 提高性能，特別是提高抗干擾性。提高性能，特別是提高抗干擾性。n有效的利用頻帶。有效的利用頻帶。n 連續(xù)波調(diào)制是以正弦波為載波的調(diào)制方式連續(xù)波調(diào)制是以正弦波為載波的調(diào)制方式n 分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制n 所謂線性調(diào)制，就是指調(diào)制后的頻譜為調(diào)制所謂線性調(diào)制，就是指調(diào)制后的頻譜為調(diào)制信號頻譜的平移及線性變換信號頻譜的

2、平移及線性變換n 非線性調(diào)制時，已調(diào)信號和調(diào)制信號不存在非線性調(diào)制時，已調(diào)信號和調(diào)制信號不存在這種對應(yīng)關(guān)系，已調(diào)信號頻譜中將出現(xiàn)與調(diào)制這種對應(yīng)關(guān)系，已調(diào)信號頻譜中將出現(xiàn)與調(diào)制信號無對應(yīng)線性關(guān)系的分量信號無對應(yīng)線性關(guān)系的分量n 頻譜頻譜就是，時域中信號中，各正弦諧波分量就是，時域中信號中，各正弦諧波分量的幅度為縱坐標，諧波分量的次數(shù)為橫坐標，的幅度為縱坐標，諧波分量的次數(shù)為橫坐標，得到的圖形，是時域信號頻率特性的描述得到的圖形，是時域信號頻率特性的描述調(diào)制的基本概念調(diào)制的基本概念n調(diào)制：信號頻譜的平移調(diào)制：信號頻譜的平移n數(shù)學(xué)分析：數(shù)學(xué)分析：Sy()= Sx()*(- c)x(t)=y(t)co

3、s ctcos ct (+ c)+ (- c) Sx() 頻率搬移頻率搬移 Sy() c 調(diào)制的基本概念調(diào)制的基本概念基本內(nèi)容基本內(nèi)容n 模擬線形調(diào)制模擬線形調(diào)制 1. 常規(guī)調(diào)幅常規(guī)調(diào)幅 (AM) 2. 抑制載波雙邊帶調(diào)幅抑制載波雙邊帶調(diào)幅 (DSB-SC) 3. 單邊帶調(diào)制單邊帶調(diào)制(SSB) 4. 殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制(VSB)n線性調(diào)制和解調(diào)的一般模型線性調(diào)制和解調(diào)的一般模型n線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能 （）（） 1. 通信系統(tǒng)抗噪聲性能的分析模型通信系統(tǒng)抗噪聲性能的分析模型 2. 線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能 雙邊帶調(diào)

4、幅雙邊帶調(diào)幅n常規(guī)雙邊帶調(diào)幅信號的時域常規(guī)雙邊帶調(diào)幅信號的時域(temporal domainfrequency domain)表達式表達式n調(diào)制調(diào)制0( )( ) cos()AMccStAf tw t ( )f t cos()cw t ( )AMSt 0A 調(diào)幅指數(shù)調(diào)幅指數(shù)n調(diào)制信號調(diào)制信號n調(diào)幅信號調(diào)幅信號n調(diào)幅指數(shù)調(diào)幅指數(shù)( )cos()mmmf tAt00( )1cos() cos()mAMmmccAStAtw tA01mAMAMAA無失真包絡(luò)檢波條件：n傅立葉變換傅立葉變換n頻域表達式頻域表達式( )( )cos ()()FourierFouriercccf tF ww t ww w

5、w 已調(diào)信號的頻域分析已調(diào)信號的頻域分析SAM(w)=1/2F(w)*C(w)=A0 (w-wc)+1/2F(w-wc)+A0 (w+wc)+1/2F(w+wc)調(diào)幅信號的功率分配調(diào)幅信號的功率分配n功率組成功率組成n當調(diào)制信號為單頻余弦信號時，當調(diào)制信號為單頻余弦信號時， , 調(diào)制效率：調(diào)制效率：n在剛發(fā)生在剛發(fā)生過調(diào)制過調(diào)制的臨界狀態(tài)，調(diào)制效率最的臨界狀態(tài)，調(diào)制效率最大：大：1/3220( )22AMcfAftPPP222ffAMAMAMcfAMPPPPP22( )/2mftA 抑制載波的雙邊帶調(diào)幅抑制載波的雙邊帶調(diào)幅n 常規(guī)的雙邊帶調(diào)幅信號中，載波分量并不攜常規(guī)的雙邊帶調(diào)幅

6、信號中，載波分量并不攜帶信息，但卻占據(jù)了大部分的功率，這部分功帶信息，但卻占據(jù)了大部分的功率，這部分功率被白白浪費了率被白白浪費了n 如果抑止載波分量的傳送，則可以演變出另如果抑止載波分量的傳送，則可以演變出另外一種調(diào)制方式，即抑止載波雙邊帶調(diào)制外一種調(diào)制方式，即抑止載波雙邊帶調(diào)制n 如果要將載波抑止，只需不附加直流分量如果要將載波抑止，只需不附加直流分量A0，即可得到抑止載波的雙邊帶調(diào)幅即可得到抑止載波的雙邊帶調(diào)幅抑制載波的雙邊帶調(diào)幅抑制載波的雙邊帶調(diào)幅-DSBn信號表達式信號表達式n調(diào)制：調(diào)制：( )( ) cos()DSBccStf tw t ( )f t cos()cwt ( )DSB

7、St DSB的頻域分析的頻域分析n頻域分析頻域分析u確知信號：u隨機信號：n頻譜：頻譜：n功率效率：功率效率：Sc=0, SDSB=Sf, DSB=111( )()()22DSBccSwF wwF ww1( )()()4DSBfcfcwwwww 常規(guī)調(diào)幅和抑止雙邊帶解調(diào)常規(guī)調(diào)幅和抑止雙邊帶解調(diào)n常規(guī)雙邊帶解調(diào)常規(guī)雙邊帶解調(diào)-包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波n無失真恢復(fù)條件無失真恢復(fù)條件n過調(diào)幅過調(diào)幅 0() 0Af tcfww充電充電放電放電+- ( )DSBSt ( )kf t LPF 載波恢復(fù) cos()cw t n抑止雙邊帶解調(diào)抑止雙邊帶解調(diào)-相干解調(diào)相干解調(diào)把一個已調(diào)信號，乘上一個同頻同

8、相的本地載把一個已調(diào)信號，乘上一個同頻同相的本地載波，得波，得SDSB(t)coswct=f(t)cos2wct=1/2f(t)(1+cos2wct) 單邊帶調(diào)幅單邊帶調(diào)幅 SSBn原理：原理：n頻域表示頻域表示u表示式：u濾波器： ( )f t cos()cw t ( )DSBSt ( )SSBHw ( )SSBSt w SDSB (w) -wc wc ( )( )( )SSBDSBSSBSwSw Hw1 |( )0|( )0|( )1 |cUSBcSSBcLSBcwwHwwwHwwwHwww上邊帶下邊帶多級調(diào)制多級調(diào)制 單邊帶信號的相移法形成單邊帶信號的相移法形

9、成設(shè)單頻信號為設(shè)單頻信號為f(t)=Amcoswmt載波為載波為C(t)=coswct則雙邊帶調(diào)制的時間波形為則雙邊帶調(diào)制的時間波形為SDSB=Amcoswmtcoswct=1/2Amcos(wc+wm)t+1/2Amcos(wc-wm)t保留上邊帶的調(diào)制信號為保留上邊帶的調(diào)制信號為SUSB (t) = 1/2Amcos(wc+wm)t= Am/2(coswctcoswmt-sinwctsinwmt) (3-26)保留下邊帶的調(diào)制信號為保留下邊帶的調(diào)制信號為SUSB(t)= 1/2Amcos(wc-wm)t= Am/2(coswctcoswmt+sinwctsinwmt) (3-27)(3-2

10、6) (3-27)中，綠色項，稱為中，綠色項，稱為同相分量同相分量；紫色；紫色項，與綠色項差相位，稱為項，與綠色項差相位，稱為正交分量正交分量由此，可以引出實現(xiàn)單邊帶調(diào)制的另外一種方法，由此，可以引出實現(xiàn)單邊帶調(diào)制的另外一種方法，即相移法即相移法+- -/2-/2相移相移1相移相移2Am/2coswmtcoswctSSSB(t) 單邊帶信號的解調(diào)單邊帶信號的解調(diào)包絡(luò)無起伏，因此不能采用包絡(luò)檢波包絡(luò)無起伏，因此不能采用包絡(luò)檢波 殘留邊帶調(diào)幅殘留邊帶調(diào)幅 VSBn殘留邊帶調(diào)制，是介于單邊帶調(diào)制和抑止雙邊帶殘留邊帶調(diào)制，是介于單邊帶調(diào)制和抑止雙邊帶調(diào)制的一種調(diào)制方式調(diào)制的

11、一種調(diào)制方式n在殘留邊帶調(diào)制中，除了傳送一個邊帶之外，還在殘留邊帶調(diào)制中，除了傳送一個邊帶之外，還要保留另外一個邊帶的一部分要保留另外一個邊帶的一部分n對于具有低頻和直流分量的調(diào)制信號，用濾波方對于具有低頻和直流分量的調(diào)制信號，用濾波方法實現(xiàn)單邊帶調(diào)制所需要的過渡帶無限陡峭的濾波法實現(xiàn)單邊帶調(diào)制所需要的過渡帶無限陡峭的濾波器，在殘留邊帶調(diào)制中，已不需要器，在殘留邊帶調(diào)制中，已不需要n代價是增加了一些帶寬代價是增加了一些帶寬n原理：原理：n頻域表示頻域表示 ( )f t cos()cw t ( )DSBSt ( )VSBHw ( )VSBSt 1( )( ) ()()2VSBVSBccSwHwF

12、 wwF ww w SDSB (w) -wc wc 殘留邊帶信號的產(chǎn)生殘留邊帶信號的產(chǎn)生(3-56) 殘留邊帶信號的解調(diào)殘留邊帶信號的解調(diào) ( )VSBSt cosdcCw t ( )pSt LPF ( )dSt 殘留邊帶信號不能簡單地采用包絡(luò)檢波，而必須殘留邊帶信號不能簡單地采用包絡(luò)檢波，而必須采用如上圖的相干解調(diào)采用如上圖的相干解調(diào)時域中相乘，頻域中卷積，因此有時域中相乘，頻域中卷積，因此有Sp(w)=1/2SVSB(w)*Cd(w) =1/2SVSB(w)*(w-wc)+(w+wc)= SVSB(w-wc)+ SVSB(w+wc) (3-57)n 把把(3-

13、56)代入代入(3-57)得到得到(時域乘法頻域卷積時域乘法頻域卷積)Sp(w)=1/4F(w)HVSB(w-wc)+ HVSB(w+wc)+1/4F(w)HVSB(w-wc)F(w-2wc)+ HVSB(w+wc) F(w+2wc)n 通過一個低通濾波器，得到通過一個低通濾波器，得到Sp(w)=1/4F(w)HVSB(w-wc)+ HVSB(w+wc) n 因此，為了保證無失真解調(diào)，必須滿足因此，為了保證無失真解調(diào)，必須滿足HVSB(w-wc)+ HVSB(w+wc)=常數(shù)常數(shù)3.1.4 線性調(diào)制的一般模型線性調(diào)制的一般模型n原理框圖原理框圖n頻域表達式頻域表達式 )(tf )cos(twc

14、 )(tSDSB )(wH )(tS 1( )( ) ()()2ccS wH wF wwF ww 調(diào)幅信號的正交產(chǎn)生調(diào)幅信號的正交產(chǎn)生n時域表達式時域表達式n正交法產(chǎn)生正交法產(chǎn)生( ) ( )cos( )( ) ()cos()( )( )cos( )( )sin( )cos( )sinccIcQcIcQcS tf tw th thf tw tdh tf tw thtf tw tS tw tStw t展開( )( )cos( )( )sinIcQch th tw th th tw t同相分量同相分量正交分量正交分量 )(tf )cos(twc )(tSI )(wHI )(tS )(

15、wHQ )(tSQ 2/ 設(shè)設(shè)調(diào)幅信號的產(chǎn)生調(diào)幅信號的產(chǎn)生n雙邊帶調(diào)制雙邊帶調(diào)制(t) n單邊帶調(diào)制單邊帶調(diào)制n殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制( )1( )0IQHwHw1212( )( )( )IQhHwHwHw1212( )( )( )IQQHwHwHw 調(diào)幅相干解調(diào)調(diào)幅相干解調(diào)n適用于：適用于：AM，DSB，SSB，VSBn數(shù)學(xué)分析數(shù)學(xué)分析u輸入信號：u濾波前u濾波后 )(tS LPF 載波恢復(fù) )cos(twc )(tSp )(tSd ( )( ) cos( )sinIcQcS tS tw tStw t111222( )( ) cos( )( )cos2( )sin2pcIIc

16、QcStS tw tS tS tw tStw t12( )( )( )dIStStft 插入載波包絡(luò)檢波插入載波包絡(luò)檢波n適用于適用于DSB，SSB，VSB ( )S t 包絡(luò)檢波 載波恢復(fù) )cos(twAcd )(tSa )(tSd 加入載波后的信號加入載波后的信號Sa(t)=SI(t)+Adcoswct+SQ(t)sinwct =A(t)coswct+(t) 通信系統(tǒng)抗噪聲性能的分析模通信系統(tǒng)抗噪聲性能的分析模型型n系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型n噪聲分類噪聲分類 )(tS 解調(diào)器 BPF )(tn )(tSi )(tni )(tno )(tSo 3.1.5 線性調(diào)制系統(tǒng)線

17、性調(diào)制系統(tǒng) 抗噪性能抗噪性能乘性乘性加性加性 脈沖干擾脈沖干擾起伏干擾起伏干擾來源于閃電來源于閃電 各種工業(yè)火花各種工業(yè)火花 電器開關(guān)電器開關(guān)來源于電阻熱噪聲來源于電阻熱噪聲 天體輻射天體輻射 電子運動電子運動噪聲模型噪聲模型n平穩(wěn)窄帶高斯噪聲平穩(wěn)窄帶高斯噪聲AWGN各態(tài)歷經(jīng)：統(tǒng)計平均時間平均平穩(wěn)：概率密度函數(shù)與時間無關(guān)各態(tài)歷經(jīng)平穩(wěn)高斯白噪聲高斯：概率密度分布為高斯分布白噪聲：功率譜為均勻分布( )( )cos( )sin( )cos( )iIoQoon tn tw tntw tV tw tt瑞利分布瑞利分布均勻分布均勻分布 w S (w) wo ( ),( ),( )iIQion tn tn

18、tNn B方差相同，均為解調(diào)器噪聲輸入功率：性能評估指標性能評估指標n通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標n模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能評估指標模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能評估指標 信噪比增益：信噪比增益：模擬：有效傳輸頻帶有效性頻譜效率數(shù)字：信息傳輸速率質(zhì)量指標模擬：接收端的輸出信噪比可靠信準確程度數(shù)字：誤碼率或誤符號率oooiiiSNRSNGSNRS N 相干解調(diào)的抗噪聲性能相干解調(diào)的抗噪聲性能n解調(diào)模型解調(diào)模型n數(shù)學(xué)分析數(shù)學(xué)分析u解調(diào)前u解調(diào)后 )(tS LPF BPF )(tn )(tSi )(tni )(tno )(tSo )(costwc ( )( )cos( )sin( )( )cos( )siniIcQciIoQooS tS tw tStw tn tn tw tntw twBPF是的中心頻率121122( )( )( )( )cos()( )sin()oIoIocQocS tS tn tn tww tntww t雙邊帶調(diào)幅的抗噪聲性能雙邊帶調(diào)幅的抗噪聲性能nfor DSB，BDSB = 2W，Wo = Wcn解調(diào)前解調(diào)前 輸入信噪比輸入信噪比n解調(diào)后解調(diào)后 輸出信噪比輸出信噪比n信噪比增益信噪比增益1222( )cos( )2iIcioDSBo