通信原理模擬調(diào)制系統(tǒng)5152學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1通信原理模擬通信原理模擬(mn)調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制系統(tǒng)5152第一頁(yè)，共40頁(yè)。2調(diào)制調(diào)制(tiozh)的作用的作用 信道復(fù)用：將多路信號(hào)互不干擾的安排在同一物理(wl)信道中 傳輸。 改善系統(tǒng)抗噪能力(nngl)：通?？赏ㄟ^(guò)犧牲有效性來(lái)提高抗干擾 性，如FM替代AM。 頻率變換頻率變換：如將（0.33.4KHz）有效帶寬內(nèi)的語(yǔ)音信號(hào)調(diào)制 到高頻段上去。 調(diào)制系統(tǒng)模型調(diào)制系統(tǒng)模型)(ts調(diào)制的分類調(diào)制的分類 調(diào)制信調(diào)制信號(hào)號(hào)已調(diào)信號(hào)已調(diào)信號(hào)載波信載波信號(hào)號(hào)第1頁(yè)/共39頁(yè)第二頁(yè)，共40頁(yè)。3（第（第7 7章）章）殘留邊帶殘留邊帶（VSB- Vestigial Side Band ）分類分類(

2、fn li)(fn li)幅度幅度(fd)(fd)調(diào)制調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)字(shz)(shz)調(diào)制調(diào)制調(diào)幅調(diào)幅（AM- Amplitude Modulation ）雙邊帶雙邊帶（DSB- Double Side Band）模擬調(diào)制模擬調(diào)制角度調(diào)制角度調(diào)制調(diào)頻調(diào)頻（FM- Frequency Modulation ）調(diào)相調(diào)相（PMPhase Modulation）單邊帶單邊帶（SSB- Single Side Band）按調(diào)制器傳輸函數(shù)分類：按調(diào)制器傳輸函數(shù)分類：按載波信號(hào)分類按載波信號(hào)分類連續(xù)波調(diào)制連續(xù)波調(diào)制：脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制：c(t) 連續(xù)，如c(t)=cosct；c(t)為脈沖，如周期矩形脈沖序列

3、。 線性調(diào)制線性調(diào)制 ：調(diào)制前、后的頻譜呈線性搬移關(guān)系。非線性調(diào)制非線性調(diào)制 ：調(diào)制后會(huì)產(chǎn)生新的頻率成份。 第2頁(yè)/共39頁(yè)第三頁(yè)，共40頁(yè)。4 討論的主要問(wèn)題：討論的主要問(wèn)題： （1）工作原理；）工作原理； （2）已調(diào)信號(hào)）已調(diào)信號(hào)(xnho)的帶寬；的帶寬； （3）功率關(guān)系；）功率關(guān)系； （4）噪聲對(duì)調(diào)制系統(tǒng)的影響。）噪聲對(duì)調(diào)制系統(tǒng)的影響。 主要參數(shù)：主要參數(shù)： （1）發(fā)送功率；）發(fā)送功率； （2）傳輸）傳輸(chun sh)帶寬；帶寬； （3）抗噪聲性能；）抗噪聲性能； （4）設(shè)備的復(fù)雜性。）設(shè)備的復(fù)雜性。 這些參數(shù)是各種調(diào)制系統(tǒng)比較的基礎(chǔ)，也是選擇和設(shè)計(jì)調(diào)制系統(tǒng)的依據(jù)。第3頁(yè)/共39頁(yè)

4、第四頁(yè)，共40頁(yè)。5 用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波(zib)的振幅，使其振幅隨調(diào)制信號(hào)作線性變化的過(guò)程。幅度調(diào)制幅度調(diào)制(tiozh)的概念的概念設(shè)正弦型載波為：設(shè)正弦型載波為：幅度調(diào)制信號(hào)的一般表達(dá)式為：幅度調(diào)制信號(hào)的一般表達(dá)式為：)()cos()()(0thttAmtscm h(t)m(t)sm(t)cosct)cos()(0 tAtcc幅度調(diào)制器的一般模型幅度調(diào)制器的一般模型第4頁(yè)/共39頁(yè)第五頁(yè)，共40頁(yè)。6對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)(duyng)頻譜為：頻譜為：)()()()()( HMMAtsFSccmm2線性調(diào)制：已調(diào)信號(hào)的譜結(jié)構(gòu)是基帶調(diào)制信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單平移線性調(diào)制：已調(diào)信號(hào)的譜結(jié)構(gòu)是基帶調(diào)制信號(hào)

5、頻譜結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單平移及線性變換，因此及線性變換，因此(ync)幅度調(diào)制又稱為線性調(diào)制。幅度調(diào)制又稱為線性調(diào)制。h(t)m(t)sm(t)cosct不同不同(b tn)h(t)的特性的特性AMDSBSSBVSB常規(guī)調(diào)幅常規(guī)調(diào)幅AM：H()為全通全通網(wǎng)絡(luò)，m(t) 有直流成分。抑制載波雙邊帶調(diào)制抑制載波雙邊帶調(diào)制DSB :H()為全通全通網(wǎng)絡(luò),m(t) 無(wú)直流成分。抑制載波單邊帶調(diào)制抑制載波單邊帶調(diào)制SSB :H()為截至頻率為c的高通高通或低通低通濾波器，m(t) 無(wú)直流成分。殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制VSB :H() 是特定的互補(bǔ)特性互補(bǔ)特性濾波器，m(t) 無(wú)直流成分。)()cos()()(0t

6、httAmtscm 第5頁(yè)/共39頁(yè)第六頁(yè)，共40頁(yè)。7基本原理基本原理m(t)Acos ctsAM(t)m (t)A0A+m (t)(tmttmAc cos)(線性調(diào)幅不過(guò)線性調(diào)幅不過(guò)(bgu)(bgu)調(diào)的調(diào)的條件：條件：max)(tmA第6頁(yè)/共39頁(yè)第七頁(yè)，共40頁(yè)。8頻譜特點(diǎn)頻譜特點(diǎn)(tdin)A-Ac(t)m (t)A00A0+m (t)tsAM(t)tM (f)ffmC(f)fc-fcfS (f)2 fm2 fm-fcfcf)()()()()(ccccAMMMAS 21第7頁(yè)/共39頁(yè)第八頁(yè)，共40頁(yè)。9AM信號(hào)在信號(hào)在1電阻電阻(dinz)上的平均功率應(yīng)等于上的平均功率應(yīng)等于s

7、AM(t)的均方值。的均方值。功率功率(gngl)當(dāng)m(t)為確知信號(hào)時(shí)，sAM(t)的均方值即為其平方的時(shí)間(shjin)平均。)(2tsPAMAM ttmAc 22cos)(ttmAttmtAccc 222222cos)(cos)(cosscAMPPtmAP2222)(0邊帶功率邊帶功率當(dāng)m(t)為余弦波，且max)(tmA“滿調(diào)幅滿調(diào)幅”兩邊帶功率之和兩邊帶功率之和 載波功率之半載波功率之半42APs第8頁(yè)/共39頁(yè)第九頁(yè)，共40頁(yè)。10調(diào)制調(diào)制(tiozh)效率效率總功率總功率邊帶功率邊帶功率 AM AMsPP 2)(22)(2202tmAtm )()(2202tmAtm 若tAtmm

8、m cos)( 2)(22mAtm 220222022)()(mmAMAAAtmAtm “滿調(diào)幅滿調(diào)幅(dio f)”時(shí)時(shí)31 AM 第9頁(yè)/共39頁(yè)第十頁(yè)，共40頁(yè)。11基本原理基本原理調(diào)制信號(hào)m(t)沒(méi)有(mi yu)直流分量時(shí)，得到DSB信號(hào) 。 )(th)(tmtccos)(tsDSB ttmscDSB cos)( 第10頁(yè)/共39頁(yè)第十一頁(yè)，共40頁(yè)。12上、下邊帶均包含調(diào)制(tiozh)信號(hào)的全部信息；幅度減半，帶寬(di kun)加倍；線性調(diào)制。頻譜特點(diǎn)頻譜特點(diǎn)(tdin)()()(ccDBSMMS 21mDSBBB2 第11頁(yè)/共39頁(yè)第十二頁(yè)，共40頁(yè)。13功率功率(gngl

9、)DSB信號(hào)信號(hào)(xnho)的功率僅由邊帶功率構(gòu)成：的功率僅由邊帶功率構(gòu)成：)(2tsPDSBDSB ttmc 22cos)()cos()()(ttmtmc 2212122)(tm221總功率總功率邊帶功率邊帶功率 DSB 1調(diào)制調(diào)制(tiozh)效率效率第12頁(yè)/共39頁(yè)第十三頁(yè)，共40頁(yè)。14基本原理基本原理 DSB信號(hào)(xnho)兩個(gè)邊帶包含的信息相同，從信息傳輸?shù)慕嵌葋?lái)考慮，傳輸一個(gè)邊帶就足夠了。用濾波用濾波(lb)法形成單邊帶信號(hào)法形成單邊帶信號(hào) 單邊帶調(diào)制的一般模型 )(th)(tmtAccos)( tsSSBmSSBBB 第13頁(yè)/共39頁(yè)第十四頁(yè)，共40頁(yè)。15 dtftf)(

10、)(1ttf 1)(正變換正變換(binh(binhun)un) dtftf)()(1反變換反變換(binh(binhun)un)在時(shí)間域的數(shù)學(xué)在時(shí)間域的數(shù)學(xué)(shxu)(shxu)描述如下：描述如下： 在在頻率域頻率域中的數(shù)學(xué)描述為：中的數(shù)學(xué)描述為： )()sgn()( FjF 將一個(gè)信號(hào)波形中的全部頻率分量相移-90后所得的時(shí)間信號(hào)就叫做原信號(hào)的希爾波特變換。 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)-希爾波特（希爾波特（Hilbert）變換）變換 第14頁(yè)/共39頁(yè)第十五頁(yè)，共40頁(yè)。16 信號(hào)和它的希爾波特變換具有相同信號(hào)和它的希爾波特變換具有相同(xin(xin tn tn) )的能量譜密度或相同的能量譜密

11、度或相同(xin(xin tn tn) )的功率譜密度。的功率譜密度。推論推論(tuln)(tuln)：a、信號(hào)和它的希爾波特變換的能量、信號(hào)和它的希爾波特變換的能量(nngling)(或功率或功率)相同。相同。b、信號(hào)和它的希爾波特變換具有相同的自相關(guān)函數(shù)。c、信號(hào)和它的希爾波特變換互為正交。)()(tftfd的希爾波特變換為、Hilbert變換的性質(zhì)變換的性質(zhì): :常用的希爾波特變換對(duì)：常用的希爾波特變換對(duì)： 第15頁(yè)/共39頁(yè)第十六頁(yè)，共40頁(yè)。17頻譜表達(dá)式頻譜表達(dá)式)()()()( HMMSccSSB21)sgn()sgn()(ccH 21c c 211)sgn(c 21)sgn(c

12、 21)sgn()sgn()()(41ccccMM )sgn()()sgn()()sgn()()sgn()(ccccccccMMMM 41)()(ccMM 41)sgn()()sgn()(ccccMM 41第16頁(yè)/共39頁(yè)第十七頁(yè)，共40頁(yè)。18SSB信號(hào)信號(hào)(xnho)的時(shí)域表達(dá)式的時(shí)域表達(dá)式 ttmMMccc cos)()()(2141)()()sgn(tmMj tjcccetmjM )()sgn()(1tjcccetmjM )()sgn()(1tjtjcSSBccetmjetmjttmts )()(cos)()(114121 ttmttmtsccSSB sin)(21cos)(21 （

13、下）上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶 ttmttmtsccSSB sin)(21cos)(21( 上） )sgn()()sgn()(4141ccccccSSBMMMMS 第17頁(yè)/共39頁(yè)第十八頁(yè)，共40頁(yè)。19用相移法形成用相移法形成(xngchng)單邊帶信號(hào)單邊帶信號(hào) ttmttmtsccSSB sin)(21cos)(21 Hh()21m(t)sSSB(t)21m(t) cos ctcos ct21m(t)sinct21m(t)2 優(yōu)點(diǎn)：具有優(yōu)點(diǎn)：具有(jyu)(jyu)最窄的傳輸帶寬，信道利用率最高；最窄的傳輸帶寬，信道利用率最高；缺點(diǎn)缺點(diǎn)(qudin)(qudin)：電路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，技術(shù)要求

14、高；解調(diào)時(shí)同步誤：電路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，技術(shù)要求高；解調(diào)時(shí)同步誤差要小。差要小。第18頁(yè)/共39頁(yè)第十九頁(yè)，共40頁(yè)。20基本原理基本原理 殘留邊帶調(diào)制(tiozh)是介于SSB與DSB之間的一種調(diào)制(tiozh)方式， 它既克服了DSB信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了SSB信號(hào)實(shí)現(xiàn)上的難題。)( DSBS)( SSBS)( VSBS第19頁(yè)/共39頁(yè)第二十頁(yè)，共40頁(yè)。21VSB的過(guò)程的過(guò)程(guchng)分析分析)()()()( VSBccVSBHMMS21VSBVSB解調(diào)器模型解調(diào)器模型(mxng)(mxng)ttstscVSBp cos)()( )()( VSBVSBSts)()(21)(cVS

15、BcVSBpSSS )()()(cVSBcHMM 241)()()(cVSBcHMM 241濾波濾波(lb)法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制)(tsd)()()(41)(cVSBcVSBdHHMS 第20頁(yè)/共39頁(yè)第二十一頁(yè)，共40頁(yè)。22)()()(41)(cVSBcVSBdHHMS CHHcVBScVBS)()( 當(dāng)當(dāng))()( MCM40m )(tsd傳輸殘留部分傳輸殘留部分(b fen)(b fen)下邊帶的濾波器特性下邊帶的濾波器特性傳輸殘留傳輸殘留(cnli)(cnli)部分部分上邊帶的濾波器特性上邊帶的濾波器特性 第21頁(yè)/共39頁(yè)第二十二頁(yè)，共40頁(yè)。23cOcHVSB()

16、HVSB(c)cOcHVSB(c)HVSB(c) HVSB(c)OOcc(a)(b)(c)(d)殘留邊帶濾波器的殘留邊帶濾波器的幾何幾何(j h)(j h)解釋解釋第22頁(yè)/共39頁(yè)第二十三頁(yè)，共40頁(yè)。24濾波濾波(lb)法模型法模型輸出信號(hào)(xnho)時(shí)域表示式:)(cos)()(thttmtscm 輸出信號(hào)頻域表示式:)()()()( HMMSccm21移相法模型移相法模型(p95)第23頁(yè)/共39頁(yè)第二十四頁(yè)，共40頁(yè)。25相干相干(xinggn)解調(diào)解調(diào)設(shè)已調(diào)信號(hào)(xnho)的表達(dá)式為：( )( )cos( ) inmIcQcsts ttst st ( )cos111( )( )co

17、s2( ) in2222pmcIIcQcststts ts ttst st 1( )2dIsts t)(tm第24頁(yè)/共39頁(yè)第二十五頁(yè)，共40頁(yè)。26包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波適用條件(tiojin)：AM信號(hào)，且要求|m(t)|max A0ttmAtscAM cos)()(0選擇RC滿足(mnz)如下關(guān)系：cHfRCf /1檢波器的輸出(shch)： 0( )dstAm t設(shè)輸入信號(hào)是：第25頁(yè)/共39頁(yè)第二十六頁(yè)，共40頁(yè)。275.2.1分析模型分析模型帶通濾波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)解調(diào)器mo(t)no(t)解調(diào)器抗噪聲性能分析模型解調(diào)器抗噪聲性能分析模型噪聲噪聲(zoshng)

18、分析分析窄帶(zhi di)的高斯噪聲:ttnttntnsci00 sin)(cos)()()(cos)()(tttVtni 0isciNtntntn)()()(222第26頁(yè)/共39頁(yè)第二十七頁(yè)，共40頁(yè)。28|H( f )|1.00f0f0fB 若白噪聲的雙邊功率(gngl)譜密度為n0/2，帶通濾波器傳輸特性是高度為1。BnNi0解調(diào)器輸出解調(diào)器輸出(shch)信噪比信噪比2oo2oo( )( )Sm tNn t解調(diào)器輸出有用信號(hào)的平均功率解調(diào)器輸出噪聲的平均功率調(diào)制制度調(diào)制制度(zhd)增益增益iiNSNSG/00第27頁(yè)/共39頁(yè)第二十八頁(yè)，共40頁(yè)。29 ( )ms t LPF B

19、PF )(tn ( )ms t )(tni )(tno o( )m t cosct DSB相干解調(diào)相干解調(diào)(ji dio)抗噪聲性能分析模型抗噪聲性能分析模型信號(hào)信號(hào)(xnho)功率計(jì)算功率計(jì)算ttmtscm cos)()(ttmtmttmcc2cos)(21)(21cos)(2o1( )( )2mtm t解調(diào)器輸出端的有用信號(hào)功率：22oo1( )( )4Sm tm tB=2fH第28頁(yè)/共39頁(yè)第二十九頁(yè)，共40頁(yè)。30 ( )ms t LPF BPF )(tn ( )ms t )(tni )(tno o( )m t cosct 噪聲功率噪聲功率(gngl)計(jì)算計(jì)算ttnttntncscc

20、i sin)(cos)( )(sin)(cos)()(cos)(ttnttntnttncscccci 222121o1( )( )2cn tn t輸出(shch)噪聲功率：)()(tntnNc220041B=2fH第29頁(yè)/共39頁(yè)第三十頁(yè)，共40頁(yè)。31信噪比計(jì)算信噪比計(jì)算(j sun)輸入(shr)信噪比BntmNSii0221)(輸出(shch)信噪比：22oo01( )( )414im tSm tNn BN)(cos)()(tmttmtsScmi22221 制度增益計(jì)算制度增益計(jì)算200iiDSBNSNSG/B=2fH第30頁(yè)/共39頁(yè)第三十一頁(yè)，共40頁(yè)。32 ( )ms t LPF

21、 BPF )(tn ( )ms t )(tni )(tno o( )m t cosct 信號(hào)功率信號(hào)功率(gngl)計(jì)算計(jì)算ttmttmtsccm sin)(cos)()(2121 1( )4omtm t22oo1( )( )16Sm tm t輸出(shch)信號(hào)平均功率：B=fH輸入信號(hào)平均功率： )()(sin)(cos)()(tmtmttmttmtsSccmi222221214141 )(tm241第31頁(yè)/共39頁(yè)第三十二頁(yè)，共40頁(yè)。33BnNNi004141噪聲噪聲(zoshng)功率計(jì)算功率計(jì)算 ( )ms t LPF BPF )(tn ( )ms t )(tni )(tno o

22、( )m t cosct B=fH信噪比計(jì)算信噪比計(jì)算(j sun)輸入(shr)信噪比：BntmBntmNSii0202441)()(輸出信噪比：BntmNS0200041161)(制度增益計(jì)算制度增益計(jì)算Bntm0204)(11100 NSNSGSSB/問(wèn)題：?jiǎn)栴}：DSB調(diào)制的性能是否優(yōu)于調(diào)制的性能是否優(yōu)于SSB調(diào)制。調(diào)制。第32頁(yè)/共39頁(yè)第三十三頁(yè)，共40頁(yè)。34包絡(luò)檢波器分析模型包絡(luò)檢波器分析模型帶通濾波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)包絡(luò)檢波器mo(t)no(t)輸入輸入(shr)信噪比計(jì)算信噪比計(jì)算ttmAtscmcos)()(0ttnttntncsccisin)(cos

23、)()(222202)()(tmAtsSmiBntnNii02)(BntmANSii02202)(第33頁(yè)/共39頁(yè)第三十四頁(yè)，共40頁(yè)。35包絡(luò)包絡(luò)(bo lu)計(jì)算計(jì)算帶通濾波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)包絡(luò)檢波器mo(t)no(t) )(cos)(sin)(cos)(cos)(tttEttnttnttmAccsccc 0)()()()(tntntmAtEsc220)()()(arctan)(tntmAtntcs0 輸出輸出(shch)信噪比計(jì)算信噪比計(jì)算大信噪比情況大信噪比情況(qngkung)2 s(t)2c(t)nn)(tmA0)()()()()()(tntntntmAt

24、mAtEscc22202)()()()(tntntmAtmAcc2202)()(tntmAc0)(tmS20BntntnNic0220)()(BntmNS0200)(iiAMNSNSG/00)()(tmAtm22022第34頁(yè)/共39頁(yè)第三十五頁(yè)，共40頁(yè)。36)()(tmAtmGAM22022討論討論(toln)1、AM信號(hào)的調(diào)制制度(zhd)增益GAM隨A0的減小而增加。2、GAM總是小于1，這說(shuō)明包絡(luò)檢波器對(duì)輸入(shr)信噪比沒(méi)有改善，而是惡化了。3、 對(duì)于100%的調(diào)制，且m(t)是單頻正弦信號(hào)，這時(shí)AM 的最大信噪比增益為2202Atm)(32AMG4. 可以證明，采用同步檢測(cè)法解調(diào)AM信號(hào)時(shí)，得到的調(diào)制制度增益與上式給出的結(jié)果相同。第35頁(yè)/共39頁(yè)第三十六頁(yè)，共40頁(yè)。3