現(xiàn)代通信原理技術與仿真信道與線性調制學習教案

1、會計學1第一頁，共226頁。4.14.1信道信道.1第1頁/共225頁第二頁，共226頁。帶寬帶寬(Bandwidth)：信號或：信號或信道占據(jù)的頻率范圍。信道占據(jù)的頻率范圍。信道容量信道容量(Channel Capacity)：第2頁/共225頁第三頁，共226頁。第3頁/共225頁第四頁，共226頁。圖圖4.1中，編碼器用于將數(shù)據(jù)中，編碼器用于將數(shù)據(jù)變換成適合變換成適合(shh)傳輸?shù)男盘杺鬏數(shù)男盘?便便于識別、糾錯于識別、糾錯)；調制器用于將；調制器用于將信號變換成適合信號變換成適合(shh)傳輸?shù)牟▊鬏數(shù)牟ㄐ涡?頻頻率、幅度、相位率、幅度、相位)；解碼器用于；解碼器用于

2、將傳輸信號再變換成原始數(shù)據(jù)；將傳輸信號再變換成原始數(shù)據(jù)；息。息。第4頁/共225頁第五頁，共226頁。數(shù)字信道和模擬信數(shù)字信道和模擬信道：數(shù)字信道是以數(shù)字道：數(shù)字信道是以數(shù)字脈沖形式脈沖形式(離散信號離散信號)傳傳制成模擬信號后再傳送，制成模擬信號后再傳送，接收方需要接收方需要(xyo)解調，解調，如通過電話模擬信道傳如通過電話模擬信道傳輸。輸。第5頁/共225頁第六頁，共226頁。廣義信道：按照其功能可以廣義信道：按照其功能可以劃分為調制信道和編碼信道。所劃分為調制信道和編碼信道。所謂調制信道，是指從調制器輸出謂調制信道，是指從調制器輸出端到解調器輸入端到解調器輸入(shr)端的部分。端的部

3、分。從調制和解調的角度來看，調制從調制和解調的角度來看，調制器輸出端到解調器輸入器輸出端到解調器輸入(shr)端端的所有變換裝置及傳輸媒質，不的所有變換裝置及傳輸媒質，不論其過程如何，只不過是對已調論其過程如何，只不過是對已調制信號進行某種變換。所謂編碼制信號進行某種變換。所謂編碼序列進行變換的方框圖來概括。序列進行變換的方框圖來概括。圖圖4.2為調制信道與編碼信道的示為調制信道與編碼信道的示意圖。意圖。第6頁/共225頁第七頁，共226頁。第7頁/共225頁第八頁，共226頁。.2信道容量信道容量信道容量是指信道在單位時信道容量是指信道在單位時間內所能傳送的最大信息量。信間內

4、所能傳送的最大信息量。信道容量的單位是比特道容量的單位是比特/ /秒秒(b/s(b/s或或bps)bps)，即信道的最大傳信速率。，即信道的最大傳信速率。第8頁/共225頁第九頁，共226頁。Nyquist公式說明數(shù)據(jù)傳輸公式說明數(shù)據(jù)傳輸率率C隨信號編碼級數(shù)增加而增加隨信號編碼級數(shù)增加而增加, 為估算已知帶寬信道的最高速率為估算已知帶寬信道的最高速率lb(1)SCBN第9頁/共225頁第十頁，共226頁。式中：式中： C為傳輸率，單位為為傳輸率，單位為b/s; B為帶寬為帶寬(di kun)，單位為，單位為Hz；信噪比信噪比 (單位為單位為dB)的定義為的定義為SNdB10lgSSNN1010

5、dBS NSN第10頁/共225頁第十一頁，共226頁。Shannon公式適用于高斯噪公式適用于高斯噪聲干擾信道聲干擾信道(xn do)。Shannon公式說明無論采樣頻率多高，信公式說明無論采樣頻率多高，信號編碼分多少級，信道號編碼分多少級，信道(xn do)能達到的最高傳輸速率，原因在能達到的最高傳輸速率，原因在于噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可于噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限增加。能無限增加。模擬信道模擬信道(xn do)的信道的信道(xn do)容量可以根據(jù)式容量可以根據(jù)式(4.2)的的平穩(wěn)、對稱、無記憶的二進制信平穩(wěn)、對稱、無記憶的二進制信道道(xn do)的數(shù)學模型。圖中，的數(shù)學模型。

6、圖中，Pe表示錯誤傳輸?shù)母怕剩凑`碼表示錯誤傳輸?shù)母怕?，即誤碼率；率；Q表示正確傳輸?shù)母怕?。表示正確傳輸?shù)母怕?。?1頁/共225頁第十二頁，共226頁。第12頁/共225頁第十三頁，共226頁?！纠纠?.1】若信道帶寬為】若信道帶寬為3000 Hz，信道中只存在加性白，信道中只存在加性白噪聲噪聲(zoshng)，信號噪聲，信號噪聲2010101010100dBS NSNlb(1)3000 lb(1 100) 19 975b/s20kb/sSCBN第13頁/共225頁第十四頁，共226頁?！纠纠?.2】設數(shù)字信道的帶】設數(shù)字信道的帶寬為寬為3000 Hz，采用四進制傳輸，采用四進制傳輸，計

7、算無噪聲時該數(shù)字信道的通信計算無噪聲時該數(shù)字信道的通信第14頁/共225頁第十五頁，共226頁。.3信道特性信道特性1. 1. 明線明線(mn xin)(mn xin)及其特性及其特性明線明線(mn xin)(mn xin)導導信質量不夠穩(wěn)定，而且信質量不夠穩(wěn)定，而且信道容量較小，不能傳信道容量較小，不能傳輸視頻信號輸視頻信號和高速數(shù)字信號。和高速數(shù)字信號。第15頁/共225頁第十六頁，共226頁。2. 電纜及其特性電纜及其特性電纜主要有對稱電纜、同軸電纜主要有對稱電纜、同軸電纜和雙絞線等。電纜和雙絞線等。對稱電纜芯線大都為軟銅線，對稱電纜芯線大都為軟銅線，線徑為線徑為0.41

8、.4 mm。長途對稱電。長途對稱電第16頁/共225頁第十七頁，共226頁。同軸電纜根據(jù)尺寸不同分為同軸電纜根據(jù)尺寸不同分為中同軸中同軸(2.69.5 mm)、小同軸、小同軸(1.22.4 mm)及微同軸及微同軸(0.72.9 mm)；按照阻抗分為；按照阻抗分為50 同軸電同軸電纜纜(或基帶同軸電纜或基帶同軸電纜)和和75 同軸同軸電纜電纜(或寬帶同軸電纜或寬帶同軸電纜)。基帶同?；鶐m用于高頻傳輸適用于高頻傳輸(chun sh)。第17頁/共225頁第十八頁，共226頁。根據(jù)性能不同，非根據(jù)性能不同，非UTP可以可以分為分為(fn wi)3類、類、4類、類、5類、超類、超5類、類、6類和類

9、和7類六種；類六種；STP只分為只分為第18頁/共225頁第十九頁，共226頁。第19頁/共225頁第二十頁，共226頁。雙絞線成本低，密度高，節(jié)雙絞線成本低，密度高，節(jié)省空間，安裝容易省空間，安裝容易(綜合綜合(zngh)布線系統(tǒng)布線系統(tǒng))，平衡傳輸，平衡傳輸(高速率高速率)，抗干擾性一般，連接距離較短，抗干擾性一般，連接距離較短，主要應用于計算機網絡，是計算主要應用于計算機網絡，是計算機網絡布線中的主要連接介質，機網絡布線中的主要連接介質，幾乎所有的計算機網絡中都在使幾乎所有的計算機網絡中都在使圖。圖圖。圖4.5是一根常用雙絞線的實是一根常用雙絞線的實物組成圖。物組成圖。第20頁/共225

10、頁第二十一頁，共226頁。第21頁/共225頁第二十二頁，共226頁。第22頁/共225頁第二十三頁，共226頁。3. 光纜及其特性光纜及其特性(txng)光纜信道由光纖組成。當纖光纜信道由光纖組成。當纖芯直徑小于芯直徑小于5 m時，光在光波導時，光在光波導中只有一種傳輸模式，這樣的光中只有一種傳輸模式，這樣的光第23頁/共225頁第二十四頁，共226頁。第24頁/共225頁第二十五頁，共226頁。在實際應用中多使用光纜，在實際應用中多使用光纜，而不是光纖，因為光纖只能單向而不是光纖，因為光纖只能單向傳輸信號，所以在通信網絡中連傳輸信號，所以在通信網絡中連接兩個設備時至少需要兩根光纖，接兩個設

11、備時至少需要兩根光纖，第25頁/共225頁第二十六頁，共226頁。第26頁/共225頁第二十七頁，共226頁。4. 微波信道及其特性微波信道及其特性微波中繼通信是利用電磁波微波中繼通信是利用電磁波在對流層的視距范圍內傳輸?shù)囊辉趯α鲗拥囊暰喾秶鷥葌鬏數(shù)囊环N通信方式，其頻率范圍為種通信方式，其頻率范圍為320 第27頁/共225頁第二十八頁，共226頁。第28頁/共225頁第二十九頁，共226頁。5. 衛(wèi)星通信及其特性衛(wèi)星通信及其特性衛(wèi)星通信實際上也是微波通衛(wèi)星通信實際上也是微波通信的一種方式，只不過它是依靠信的一種方式，只不過它是依靠衛(wèi)星來轉發(fā)信號的。目前用得較衛(wèi)星來轉發(fā)信號的。目前用得較多的是

12、多的是C波段和波段和KU波段；波段；C波段用波段用4/6 GHz頻段，上行頻段，上行5.9256.425 GHz，下行，下行3.74.2 GHz；KU波段用波段用12/14 GHz距離遠近，其信道質量是一樣的。距離遠近，其信道質量是一樣的。衛(wèi)星通信原理如圖衛(wèi)星通信原理如圖4.9所示。所示。第29頁/共225頁第三十頁，共226頁。第30頁/共225頁第三十一頁，共226頁。衛(wèi)星通信適用于遠衛(wèi)星通信適用于遠距離通信，尤其當通信距離通信，尤其當通信覆蓋全球，如圖覆蓋全球，如圖4.10所所示。示。第31頁/共225頁第三十二頁，共226頁。第32頁/共225頁第三十三頁，共226頁。電信領域使用的信

13、道電磁波電信領域使用的信道電磁波第33頁/共225頁第三十四頁，共226頁。第34頁/共225頁第三十五頁，共226頁。第35頁/共225頁第三十六頁，共226頁。.4編碼與調制編碼與調制(tiozh)(tiozh)不同類型信號在不同類型信不同類型信號在不同類型信第36頁/共225頁第三十七頁，共226頁。第37頁/共225頁第三十八頁，共226頁。由圖由圖4.12可見，模擬數(shù)據(jù)或可見，模擬數(shù)據(jù)或數(shù)字數(shù)據(jù)要在模擬信道上傳輸必數(shù)字數(shù)據(jù)要在模擬信道上傳輸必須經過調制，模擬數(shù)據(jù)或數(shù)字數(shù)須經過調制，模擬數(shù)據(jù)或數(shù)字數(shù)據(jù)要在數(shù)字信道上傳輸必須經過據(jù)要在數(shù)字信道上傳輸必須經過編碼。這樣模擬數(shù)

14、據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)編碼。這樣模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)在兩種信道上的數(shù)字傳輸和模擬在兩種信道上的數(shù)字傳輸和模擬傳輸?shù)男盘栕儞Q就有四種組合，傳輸?shù)男盘栕儞Q就有四種組合，如圖如圖4.13所示。一般無線廣播通所示。一般無線廣播通(如如ASK、FSK、PSK、QAM等等)。本章主要講述模擬調制中的線性本章主要講述模擬調制中的線性調制。調制。第38頁/共225頁第三十九頁，共226頁。第39頁/共225頁第四十頁，共226頁。調制與編碼的廣義調制與編碼的廣義圖中，圖中，P為調制參數(shù)。為調制參數(shù)。第40頁/共225頁第四十一頁，共226頁。第41頁/共225頁第四十二頁，共226頁。4.24.2線線 性性 調調 制制第

15、42頁/共225頁第四十三頁，共226頁。1 AM信號的時域及頻域表信號的時域及頻域表示示(biosh)設設f(t)為一無直流分量的基帶為一無直流分量的基帶信號，其頻譜為信號，其頻譜為F()。 高頻正弦載波信號為高頻正弦載波信號為FourierFourier000 ( )( )cos ()()f tFt 第43頁/共225頁第四十四頁，共226頁。則標準振幅調制信號的時間則標準振幅調制信號的時間波形可表示為波形可表示為 AM00( )cosStAf tt第44頁/共225頁第四十五頁，共226頁。定義定義(0m1)為調幅指數(shù)。當出現(xiàn)過為調幅指數(shù)。當出現(xiàn)過調制時，調制時， m值大于值大于1，這種

16、情況，這種情況是不允許出現(xiàn)的，否則無法正確是不允許出現(xiàn)的，否則無法正確max0( )f tmA第45頁/共225頁第四十六頁，共226頁。第46頁/共225頁第四十七頁，共226頁。第47頁/共225頁第四十八頁，共226頁。由傅立葉變換由傅立葉變換(binhun)的的性質可以得到，式性質可以得到，式(4.5)中中sAM(t)信號的頻譜信號的頻譜SAM()為為頻譜如圖頻譜如圖4.17所示。所示。 AM1( )*2SFC0000012AFF 第48頁/共225頁第四十九頁，共226頁。第49頁/共225頁第五十頁，共226頁。由圖由圖4.17(b)可看出，標準振可看出，標準振幅調制信號的頻譜幅調

17、制信號的頻譜SAM()是調是調制信號頻譜制信號頻譜F()的線性搬移，在的線性搬移，在這里這里(zhl)調制的作用是將基帶調制的作用是將基帶信號頻譜信號頻譜F()搬移到載波頻率搬移到載波頻率第50頁/共225頁第五十一頁，共226頁。另外另外(ln wi)，由圖，由圖4.17(b)還可看出，若調制信號的頻譜還可看出，若調制信號的頻譜F()的最高角頻率為的最高角頻率為m，則已，則已調信號的頻譜調信號的頻譜SAM()的帶寬擴的帶寬擴第51頁/共225頁第五十二頁，共226頁。2. AM信號的解調信號的解調AM信號的解調可采用同步信號的解調可采用同步解調和包絡解調兩種方式。解調和包絡解調兩種方式。同步

18、解調也稱為相干解調。同步解調也稱為相干解調。同步解調器由乘法器和低通濾波同步解調器由乘法器和低通濾波器組成，解調模型如圖器組成，解調模型如圖4.18所示。所示。過程見第過程見第11章內容章內容)。第52頁/共225頁第五十三頁，共226頁。第53頁/共225頁第五十四頁，共226頁。圖圖4.18中，中， cos0t為接收端為接收端 AM020000cos ( ) cos1 ( ) (1cos2)2pStSttAf ttAf tt第54頁/共225頁第五十五頁，共226頁。分析分析(fnx)上式可知，該信上式可知，該信號由兩部分組成：號由兩部分組成：和。其中，和。其中，第一部分為基帶信號，能順利

19、通第一部分為基帶信號，能順利通過低通濾波器，去除其中的直流過低通濾波器，去除其中的直流所示。所示。01( )2Af t001( ) cos22Af tt第55頁/共225頁第五十六頁，共226頁。第56頁/共225頁第五十七頁，共226頁。其中，圖其中，圖(a)為為AM信號的頻信號的頻譜；圖譜；圖(b)為為cos0t的頻譜；的頻譜；圖圖(c)為圖為圖(a)與圖與圖(b)卷積的結果，卷積的結果，2121第57頁/共225頁第五十八頁，共226頁。AM信號的解調還可以采用信號的解調還可以采用非相干解調方法，即包絡解調。非相干解調方法，即包絡解調。包絡解調可由包絡檢波器來完成，包絡解調可由包絡檢波器

20、來完成，其電路結構及其輸入、輸出波形其電路結構及其輸入、輸出波形如圖如圖4.20所示。由圖所示。由圖4.20可見，包可見，包絡檢波器是利用電容的充、放電絡檢波器是利用電容的充、放電原理來實現(xiàn)解調過程的，因此包原理來實現(xiàn)解調過程的，因此包絡檢波器的輸出會出現(xiàn)頻率絡檢波器的輸出會出現(xiàn)頻率解調法具有和相干解調法相近的解調法具有和相干解調法相近的抗噪性能抗噪性能)，這點將在，這點將在4.5節(jié)中證節(jié)中證明。明。第58頁/共225頁第五十九頁，共226頁。第59頁/共225頁第六十頁，共226頁。3. AM信號的功率分布和調信號的功率分布和調制效率制效率在上述討論中，假設調制信在上述討論中，假設調制信號號

21、f(t)是一確定信號，但在實際通是一確定信號，但在實際通信系統(tǒng)中，調制信號信系統(tǒng)中，調制信號f(t)通常是隨通常是隨機信號機信號(如話音信號如話音信號)，因而已調，因而已調信號也是隨機的。這時討論信號也是隨機的。這時討論AM信號的功率及調制效率就必須應信號的功率及調制效率就必須應因此，可以首先求出已調信號的因此，可以首先求出已調信號的自相關函數(shù)，然后得到其功率譜自相關函數(shù)，然后得到其功率譜密度函數(shù)。密度函數(shù)。第60頁/共225頁第六十一頁，共226頁。假設假設f(t)是一均值為零且滿足是一均值為零且滿足各態(tài)歷經性的平穩(wěn)隨機過程的一各態(tài)歷經性的平穩(wěn)隨機過程的一個樣本函數(shù)個樣本函數(shù)(hnsh)，用

22、它作為，用它作為調制信號得到調制信號得到AM信號，則信號，則AM信信號的自相關函數(shù)號的自相關函數(shù)(hnsh)BAM()為為(4.9) AMAMAMAMAMBE St StSt StAM0000( )( )cos ()cos()BAf tt Af tt200000( )()( ) ()coscos()AA f tA f tf t f ttt第61頁/共225頁第六十二頁，共226頁。利用三角函數(shù)關系式利用三角函數(shù)關系式:考慮到及考慮到及可得可得:數(shù)。數(shù)。0000011coscos()coscos(2)22ttt 00cos 20t 0f t 20001( )coscos22AMfABB ( )(

23、 ) ()fBf t f t第62頁/共225頁第六十三頁，共226頁。AM信號的功率譜密度函數(shù)信號的功率譜密度函數(shù)為為由式由式(4.10)及傅立葉變換的性及傅立葉變換的性信號信號f(t)的功率譜密度函數(shù)。的功率譜密度函數(shù)。 AMAMAM( )( )edjPBB 20AM0000( )21 4ffAPPP ffPB 第63頁/共225頁第六十四頁，共226頁。式式(4.11)中的第一項是由載波中的第一項是由載波產生的，該項不含有信息產生的，該項不含有信息(xnx)；第二項是由調制信號第二項是由調制信號f(t)的功率譜的功率譜決定的，該項包含有信息決定的，該項包含有信息(xnx)。2AMAMAM

24、1( )( )d2PStP第64頁/共225頁第六十五頁，共226頁。將式將式(4.11)代入式代入式(4.12)得得:20AM0011d224ffAPPP0fBPP2002AP 0011 d24fBffPPP第65頁/共225頁第六十六頁，共226頁。由于調制信號由于調制信號(xnho)f(t)的的平均功率平均功率Pf為為(4.15) 21( )d2ffPftP0011 d24fBffPPP20111111dd( )222222fffPPPft第66頁/共225頁第六十七頁，共226頁。為了表征為了表征AM信號的功率利信號的功率利用用(lyng)程度，將程度，將AM信號的邊信號的邊帶功率帶功

25、率PfB與平均功率與平均功率PAM之比之比2AM22AM00( )( )fBfBfBPPftPPPAft第67頁/共225頁第六十八頁，共226頁?？梢?，由于可見，由于A0的存在，的存在，AM信號信號(xnho)的調制效率是不高的調制效率是不高的。為了保證不產生過調制現(xiàn)象，的。為了保證不產生過調制現(xiàn)象，|f(t)|的最大值不能超過的最大值不能超過A0的值，的值，因此因此AM信號信號(xnho)的調制效率的調制效率最高為最高為50%，它發(fā)生在調制信號，它發(fā)生在調制信號(4.18)222( )cos()2mmmmAftAt第68頁/共225頁第六十九頁，共226頁。將式將式(4.18)代入式代入式

26、(4.17)后得：后得：(4.19)為為0.3，此時，此時AM0.043=4.3%。22AMAM2220AM22mmAAAAM0mAAAM133%3第69頁/共225頁第七十頁，共226頁?？梢?，可見，AM信號的調制效率信號的調制效率是非常低的，大部分發(fā)射功率消是非常低的，大部分發(fā)射功率消耗在不攜帶信息的載波上了。但耗在不攜帶信息的載波上了。但由于載波的存在，使得由于載波的存在，使得AM信號信號第70頁/共225頁第七十一頁，共226頁。歸納以上對歸納以上對AM信號的討論，信號的討論，可以得出以下結論：可以得出以下結論： (1) AM信號的包絡與調制信信號的包絡與調制信號號f(t)成正比，因而

27、應用包絡檢波成正比，因而應用包絡檢波器就可以解調器就可以解調f(t)信號，這樣解調信號，這樣解調器結構簡單，實現(xiàn)容易，適用于器結構簡單，實現(xiàn)容易，適用于廣播通信。廣播通信。中的載波信號；二是減小頻帶，中的載波信號；二是減小頻帶，從而提高從而提高(t go)調制效率。調制效率。第71頁/共225頁第七十二頁，共226頁。.2抑制載波雙邊帶調制抑制載波雙邊帶調制1. DSB1. DSB信號的時域表示信號的時域表示在標準振幅調制信號式在標準振幅調制信號式(4.5)(4.5)中，如果使中，如果使A0=0A0=0，則可以，則可以得到抑制載波雙邊帶調制得到抑制載波雙邊帶調制(DSB-(DS

28、B-SCSC，Double SideBand Double SideBand Suppressed Carrier)Suppressed Carrier)信號，簡信號，簡(kjin)(kjin)， sDSB(t) sDSB(t)是調制信號是調制信號f(t)f(t)與載波與載波cos0tcos0t相乘的結果。相乘的結果。第72頁/共225頁第七十三頁，共226頁。第73頁/共225頁第七十四頁，共226頁。當當f(t)為正時，為正時，sDSB(t)=f(t)cos0t，f(t)為負時，為負時，sDSB(t)=f(t)cos0t=f(t)cos(0t), 因因第74頁/共225頁第七十五頁，共22

29、6頁。第75頁/共225頁第七十六頁，共226頁。2. DSB信號的頻域信號的頻域表示表示由式由式(4.20)，利用傅，利用傅立葉變換的頻移定理，立葉變換的頻移定理，可以求出可以求出DSB信號的頻信號的頻譜密度函數(shù)譜密度函數(shù)SDSB()為為信號信號f(t)的頻譜的頻譜F()的最的最高角頻率為高角頻率為m，則，則DSB信號的帶寬為信號的帶寬為B=2fm (4.22)式中，式中， fm=m/2是是F()的最高頻率。的最高頻率。DSB001( )2SFF第76頁/共225頁第七十七頁，共226頁。第77頁/共225頁第七十八頁，共226頁。3. DSB信號的解調信號的解調利用同步利用同步(tngb)

30、解調方法解調方法可以完成對可以完成對DSB信號的解調，如信號的解調，如圖圖4.24所示。圖中設乘法器的輸出所示。圖中設乘法器的輸出信號為信號為sP(t)，對應的頻譜為，對應的頻譜為器的輸出為器的輸出為 f(t)。2P001( )( )cos( )1cos22Stf ttf tt21第78頁/共225頁第七十九頁，共226頁。第79頁/共225頁第八十頁，共226頁。相應相應(xingyng)的頻域表達的頻域表達式為式為 P0011( ) (2)(2)24SFFF21第80頁/共225頁第八十一頁，共226頁。歸納以上對歸納以上對DSB信號的分析，信號的分析，DSB具有如下特點：具有如下特點：

31、(1) DSB信號的包絡與調制信信號的包絡與調制信號號f(t)波形不完全呈線性關系。當波形不完全呈線性關系。當f(t)為正極性時，為正極性時， sDSB(t)的包絡的包絡與與f(t)成正比成正比; 當當f(t)為負極性時，為負極性時，sDSB(t)的包絡與的包絡與f(t)沿時間軸翻沿時間軸翻轉轉(fn zhun)180后的波形成正后的波形成正能采用包絡檢波器進行解調。與能采用包絡檢波器進行解調。與AM信號相比，這增加了解調的信號相比，這增加了解調的復雜性。復雜性。第81頁/共225頁第八十二頁，共226頁。(2) DSB信號的帶寬與信號的帶寬與AM信信號的帶寬相同，為調制信號最高號的帶寬相同，

32、為調制信號最高第82頁/共225頁第八十三頁，共226頁。.3單邊帶調制單邊帶調制1 1 SSB SSB調制模型及已調信調制模型及已調信第83頁/共225頁第八十四頁，共226頁。第84頁/共225頁第八十五頁，共226頁。邊帶濾波器的作用是讓有用邊帶濾波器的作用是讓有用邊帶通過，而抑制無用邊帶。選邊帶通過，而抑制無用邊帶。選擇不同傳輸特性的邊帶濾波器就擇不同傳輸特性的邊帶濾波器就可以得到不同類型的單邊帶信號可以得到不同類型的單邊帶信號(xnho)。當濾波器具有理想帶。當濾波器具有理想帶通通(或高通或高通)特性時，濾除下邊帶特性時，濾除下邊帶除邊帶如圖除邊帶如圖4.26所示。所

33、示。第85頁/共225頁第八十六頁，共226頁。第86頁/共225頁第八十七頁，共226頁。SSB信號的頻域表達式為信號的頻域表達式為(4.25)邊帶邊帶(bin di)濾波器的頻域濾波器的頻域(4.26)SSBDSBSSB( )( )( )SSH0USB0SSB0LSB01 |( )0|( )0|( )1 |HHH上邊帶下邊帶第87頁/共225頁第八十八頁，共226頁。2 SSB信號的解調信號的解調和雙邊帶信號的解調一樣，和雙邊帶信號的解調一樣，單邊帶信號的解調要采用同步解單邊帶信號的解調要采用同步解調方式實現(xiàn)，解調模型如圖調方式實現(xiàn)，解調模型如圖4.27所示。利用卷積圖解法可以直觀所示。利

34、用卷積圖解法可以直觀地看出地看出SSB信號的同步解調過程，信號的同步解調過程，如圖如圖4.28所示。圖中，所示。圖中，sSSB(t)為為下邊帶下邊帶SSB信號，由于調制信號信號，由于調制信號量后，就能在時域內復現(xiàn)基帶信量后，就能在時域內復現(xiàn)基帶信號號f(t)。第88頁/共225頁第八十九頁，共226頁。第89頁/共225頁第九十頁，共226頁。第90頁/共225頁第九十一頁，共226頁。3 3 SSB SSB信號的時域波形信號的時域波形對于對于(duy)(duy)確定的任意基確定的任意基帶信號帶信號f(t)f(t)來說，要畫出其對應來說，要畫出其對應的單邊帶信號的單邊帶信號sSSB(t)sSS

35、B(t)的波形是的波形是DSB000( )coscos cos()cos()22mmmmmmStAttAAtt第91頁/共225頁第九十二頁，共226頁。將上式通過具有理想帶通將上式通過具有理想帶通(或高通或高通)特性特性(txng)的濾波器，的濾波器，濾除下邊帶信號，得到上邊帶濾除下邊帶信號，得到上邊帶SSB信號為信號為SSB0( )cos()2mmAStt第92頁/共225頁第九十三頁，共226頁。第93頁/共225頁第九十四頁，共226頁。由圖由圖4.29可見，單頻余弦可見，單頻余弦(yxin)信號調制時的單邊帶信信號調制時的單邊帶信號號sSSB(t)是一個等幅的余弦是一個等幅的余弦(y

36、xin)波形，其包絡與基帶信波形，其包絡與基帶信第94頁/共225頁第九十五頁，共226頁。對式對式(4.27)作傅立葉變換作傅立葉變換(binhun)，得到對應的頻譜，得到對應的頻譜SSSB()為為SSB00( )2mmmAS 第95頁/共225頁第九十六頁，共226頁。第96頁/共225頁第九十七頁，共226頁。歸納以上分析可得，歸納以上分析可得，SSB調調制方式的主要特點如下：制方式的主要特點如下： (1) 由由SSB信號的頻譜圖信號的頻譜圖(見圖見圖4.25)可見，可見，SSB信號的帶寬為信號的帶寬為 B=fm 中獲得了廣泛中獲得了廣泛(gungfn)的應用。的應用。2mmf第97頁/

37、共225頁第九十八頁，共226頁。(2) 從單頻余弦調制信號產從單頻余弦調制信號產生的單邊帶信號的波形中可以看生的單邊帶信號的波形中可以看出，出，SSB信號的包絡與基帶信號信號的包絡與基帶信號f(t)不成線性關系，因此單邊帶信不成線性關系，因此單邊帶信號必須用同步方式才能解調。號必須用同步方式才能解調。(3) 用濾波法產生單邊帶信用濾波法產生單邊帶信號直觀、簡單，但是這種方法對號直觀、簡單，但是這種方法對邊帶濾波器的性能要求很高，有邊帶濾波器的性能要求很高，有時甚至難以實現(xiàn)。以話音信號為時甚至難以實現(xiàn)。以話音信號為用多級頻移用多級頻移(或多級調制或多級調制)及多級及多級濾波的方法來產生單邊帶信

38、號。濾波的方法來產生單邊帶信號。第98頁/共225頁第九十九頁，共226頁。多級調制法是先在較低載頻多級調制法是先在較低載頻處產生單邊帶信號，然后通過變處產生單邊帶信號，然后通過變第99頁/共225頁第一百頁，共226頁。第100頁/共225頁第一百零一頁，共226頁。圖圖4.32所示是一個二級變頻所示是一個二級變頻產生單邊帶信號的例子。這里假產生單邊帶信號的例子。這里假設第一載頻設第一載頻fc1為為100 kHz，第二，第二(d r)載頻載頻fc2為為10 MHz，經過第，經過第一次單邊帶調制后的上邊帶頻譜一次單邊帶調制后的上邊帶頻譜為為100.3103 kHz(設話音信號的設話音信號的下兩

39、個邊帶分開就不困難了。下兩個邊帶分開就不困難了。第101頁/共225頁第一百零二頁，共226頁。第102頁/共225頁第一百零三頁，共226頁。.4殘留邊帶調制殘留邊帶調制1 1 VSB VSB調制模型調制模型VSBVSB信號的產生模型信號的產生模型與與SSBSSB信號的產生模型類信號的產生模型類似，只是將似，只是將SSBSSB中的邊帶中的邊帶濾波器改為了殘留邊帶濾波器改為了殘留邊帶00兩側有一定寬度的過兩側有一定寬度的過渡帶，只要過渡特性在渡帶，只要過渡特性在|=0|=0處具有任意奇處具有任意奇對稱特性，就可保證接對稱特性，就可保證接收端在采用同步解調時收端在采用同步解調時無

40、失真無失真(sh zhn)(sh zhn)地恢地恢復出調制信號。復出調制信號。第103頁/共225頁第一百零四頁，共226頁。第104頁/共225頁第一百零五頁，共226頁。如果雙邊帶信號通過殘留邊如果雙邊帶信號通過殘留邊帶濾波器后，輸出信號中保留帶濾波器后，輸出信號中保留(boli)上邊帶的絕大部分和下上邊帶的絕大部分和下第105頁/共225頁第一百零六頁，共226頁。第106頁/共225頁第一百零七頁，共226頁。圖圖4.35示出了產生示出了產生(chnshng)下邊帶殘留邊帶信號下邊帶殘留邊帶信號第107頁/共225頁第一百零八頁，共226頁。第108頁/共225頁第一百零九頁，共226

41、頁。HVSB()的特性為的特性為l00VSB00r00( ),( )( ),aaaaaaHHH 1， 第109頁/共225頁第一百一十頁，共226頁。2. VSB信號的解調信號的解調VSB信號的解調也不能簡單信號的解調也不能簡單地采用包絡檢波方式，而必須采地采用包絡檢波方式，而必須采用同步解調，如圖用同步解調，如圖4.36所示。由所示。由于于(yuy)HVSB()具有在具有在|=0處的互補滾降特性，因處的互補滾降特性，因同步解調過程。同步解調過程。第110頁/共225頁第一百一十一頁，共226頁。第111頁/共225頁第一百一十二頁，共226頁。第112頁/共225頁第一百一十三頁，共226頁

42、。歸納上述分析可得，歸納上述分析可得，VSB調調制方式的特點如下：制方式的特點如下：(1) VSB調制是對于具有豐富調制是對于具有豐富低頻分量及直流分量的基帶信號低頻分量及直流分量的基帶信號的特殊單邊帶的一種調制方式。的特殊單邊帶的一種調制方式。 VSB信號的帶寬為信號的帶寬為制比制比SSB調制更容易調制更容易(rngy)實現(xiàn)。實現(xiàn)。第113頁/共225頁第一百一十四頁，共226頁。(2) VSB信號的解調原則上要信號的解調原則上要采用采用(ciyng)同步解調。同步解調。(3) VSB調制目前廣泛應用于調制目前廣泛應用于電視系統(tǒng)的圖像傳輸過程。但如電視系統(tǒng)的圖像傳輸過程。但如果要求電視接收機

43、采用果要求電視接收機采用(ciyng)同步解調方式，則勢必造成電視同步解調方式，則勢必造成電視機價格的上漲。因此在實際的電機價格的上漲。因此在實際的電調制時的調制時的12 MHz減小為減小為VSB調制調制時的時的8 MHz。第114頁/共225頁第一百一十五頁，共226頁。4.34.3幅度調制系統(tǒng)幅度調制系統(tǒng)(xtng)(xtng)的一般模型的一般模型第115頁/共225頁第一百一十六頁，共226頁。第116頁/共225頁第一百一十七頁，共226頁。由圖由圖4.38可得：可得：式中，式中，h(t)為濾波器的沖激響應，為濾波器的沖激響應，由上式得由上式得:DSB0( )( )( )( )cos(

44、 )S tSth tf tth t0( )()cos() ( )dS tf tth0000() ( )coscosd() ( )sinsindf thtf tht 0000 ( )( )coscos ( )( )sinsinf th tttf th ttt第117頁/共225頁第一百一十八頁，共226頁。令令(4.33)(4.35)0( )( )cosIh th tt0( )( )sinQhth tt00( ) ( )( )cos ( )( )sinIQS tf th ttf thtt00( )cos( )sinIQS ttStt第118頁/共225頁第一百一十九頁，共226頁。式式(4.35

45、)為幅度調制信號的為幅度調制信號的一般一般(ybn)解析表達式，由其可解析表達式，由其可得相移法產生幅度調制信號的一得相移法產生幅度調制信號的一般般(ybn)模型，如圖模型，如圖4.39所示。所示。圖中，圖中， HI()稱為同相網絡的傳稱為同相網絡的傳輸函數(shù)，它的沖激響應為輸函數(shù)，它的沖激響應為hI(t)；(4.36)00001( )()()2 ()()2IIQQSSSjSS第119頁/共225頁第一百二十頁，共226頁。第120頁/共225頁第一百二十一頁，共226頁。對對DSB及及AM信號來說，濾信號來說，濾波法及相移法并無任何區(qū)別。波法及相移法并無任何區(qū)別。對對DSB信號，有信號，有HI

46、()=1，HQ()=0；相應地；相應地sI(t)=f(t)，sQ(t)=0, 即即已調信號的方法。已調信號的方法。DSB0( )( )( )coss tstf ttAM00( )( )( )coss tstAf tt第121頁/共225頁第一百二十二頁，共226頁。4.44.4幅度調制信號解調的一般模型幅度調制信號解調的一般模型.1同步同步(tngb)(tngb)解調解調00( )( )cos( )sinIQs ts ttstt第122頁/共225頁第一百二十三頁，共226頁。第123頁/共225頁第一百二十四頁，共226頁。s(t)與相干載波與相干載波(zib)相乘相乘后得后

47、得0( )( )cospsts tt00111( )( )cos2( )sin2222IIQs ts ttstt1( )( )2oIs ts t第124頁/共225頁第一百二十五頁，共226頁。.2包絡解調包絡解調由前面的分析可知，由前面的分析可知，AMAM信號信號的包絡完全反映了基帶信號的包絡完全反映了基帶信號f(t)f(t)的變化，因此的變化，因此(ync)AM(ync)AM信號可信號可以用簡單的包絡檢波法解調。這以用簡單的包絡檢波法解調。這種方法雖然在抗噪聲能力方面不種方法雖然在抗噪聲能力方面不如圖如圖4.414.41所示。所示。第125頁/共225頁第一百二十六頁，共2

48、26頁。第126頁/共225頁第一百二十七頁，共226頁。由圖由圖4.41可見，加入可見，加入(jir)載載波后的信號為波后的信號為00( )( )cospsts tAt0000( )cos( )sin( )cos( )IQAs ttsttA ttt22200( )( )2( )( )IIQA tAstA s tst第127頁/共225頁第一百二十八頁，共226頁。瞬時瞬時(shn sh)相位為相位為(4.41)(4.42)0( )( )arctg( )QIsttAs t 12200002( )2( )1IIstA tAA s tAA第128頁/共225頁第一百二十九頁，共226頁。對式對式(

49、4.42)，應用根式近似，應用根式近似(jn s) (x1時時)，有有:121xx 第129頁/共225頁第一百三十頁，共226頁。 4.5 4.5幅度調制系統(tǒng)的抗噪聲性能幅度調制系統(tǒng)的抗噪聲性能第130頁/共225頁第一百三十一頁，共226頁。分析通信系統(tǒng)抗噪聲性能分析通信系統(tǒng)抗噪聲性能(xngnng)的模型如圖的模型如圖4.42所示。所示。圖中，圖中，s(t)為來自發(fā)射端的已調為來自發(fā)射端的已調信號；信號；n(t)為信號傳輸過程中疊為信號傳輸過程中疊加的高斯白噪聲。帶通濾波器加的高斯白噪聲。帶通濾波器(BPF)是實際接收系統(tǒng)中采用的是實際接收系統(tǒng)中采用的輸出信號為輸出信號為so(t)，噪聲

50、為，噪聲為no(t)。第131頁/共225頁第一百三十二頁，共226頁。第132頁/共225頁第一百三十三頁，共226頁。由第由第3章中對窄帶噪聲的分章中對窄帶噪聲的分析可知，窄帶噪聲析可知，窄帶噪聲ni(t)可以表示可以表示為同相與為同相與(xingy)正交分量或包正交分量或包絡與相位的形式，即絡與相位的形式，即ni(t)=nc(t)cos0tns(t)sin0t=R(t)cos0t+(t)。222icsnnn 222iicsNntntnt第133頁/共225頁第一百三十四頁，共226頁。式中，式中， Ni為窄帶噪聲為窄帶噪聲ni(t)的的功率。設高斯白噪聲功率。設高斯白噪聲n(t)的雙邊的

51、雙邊(shungbin)功率譜密度為功率譜密度為(W/Hz)。對不同類型的振幅調。對不同類型的振幅調制信號，可有不同帶寬的帶通濾制信號，可有不同帶寬的帶通濾(4.45)02n 212iiinNntPd第134頁/共225頁第一百三十五頁，共226頁。式中式中, 為窄帶噪聲為窄帶噪聲(zoshng)ni(t)的功率譜。的功率譜。 與帶通濾波器的傳輸函數(shù)與帶通濾波器的傳輸函數(shù)H()之之間的關系為間的關系為(4.46)帶寬度，單位為赫茲。帶寬度，單位為赫茲。 inP inP 202innPH 2001d22inNHn B第135頁/共225頁第一百三十六頁，共226頁。第136頁/共225頁第一百三

52、十七頁，共226頁。在下面的討論中，為了比較在下面的討論中，為了比較不同調制方式下解調器的抗噪聲不同調制方式下解調器的抗噪聲性能，定義模擬調制系統(tǒng)的性能性能，定義模擬調制系統(tǒng)的性能評估指標參數(shù)調制度增益評估指標參數(shù)調制度增益G為為oiSNRSNRooiiSNGSN解調器輸出信噪比解調器輸入信噪比第137頁/共225頁第一百三十八頁，共226頁。.2幅度調制系統(tǒng)同步解調幅度調制系統(tǒng)同步解調時的抗噪聲性能時的抗噪聲性能幅度調制系統(tǒng)同步解調幅度調制系統(tǒng)同步解調模型如圖模型如圖4.444.44所示。圖中，同步所示。圖中，同步解調器由乘法器與理想低通濾波解調器由乘法器與理想低通濾波第13

53、8頁/共225頁第一百三十九頁，共226頁。第139頁/共225頁第一百四十頁，共226頁。1. AM系統(tǒng)系統(tǒng)(xtng)的抗噪的抗噪聲性能聲性能AM調制時，信號調制時，信號s(t)=sAM(t)=A0+f(t)cos0t，s(t)經經過帶通濾波器后到達解調器輸入過帶通濾波器后到達解調器輸入端的信號端的信號si(t)仍是仍是s(t)，即，即si(t)=A0+f(t)cos0t。這時，。這時，性的平穩(wěn)隨機過程，且其均值為性的平穩(wěn)隨機過程，且其均值為零，即。零，即。 222220001 cos2iiSStAf ttAft 0f t 第140頁/共225頁第一百四十一頁，共226頁。由式由式(4.4

54、7)可得，解調器輸可得，解調器輸入端的入端的(dund)噪聲噪聲ni(t)的平均的平均功率為功率為 2ii0AM02mNntn Bn f 220ii04mAftSNn f第141頁/共225頁第一百四十二頁，共226頁。下面下面(xi mian)來分析解調來分析解調器輸出端的信噪比情況。由圖器輸出端的信噪比情況。由圖4.44可以看出，信號可以看出，信號si(t)與相干與相干載波相乘后，得載波相乘后，得sP(t)=si(t)cos0t=A0+f(t)cos20t= (4.51)2121 2214oosstft第142頁/共225頁第一百四十三頁，共226頁。同樣由圖同樣由圖4.44可見，解調器可

55、見，解調器輸入端的輸入端的(dund)噪聲與相干載噪聲與相干載波相乘后，得波相乘后，得: 0000coscossincospicsntn ttnttn ttt 2000cossincoscsnttnttt 00111cos2sin2222ccsntnttntt第143頁/共225頁第一百四十四頁，共226頁。式式(4.52)經低通濾波器后得經低通濾波器后得到到(d do)解調器的輸出噪聲為解調器的輸出噪聲為no(t)= nc(t)，故輸出噪聲，故輸出噪聲no(t)的平的平均功率為均功率為21 2214oocNntnt 20111442oiimNntNn f第144頁/共225頁第一百四十五頁，

56、共226頁。這樣就可由式這樣就可由式(4.51)及式及式(4.54)得到解調器的輸出得到解調器的輸出(shch)信噪信噪比為比為(4.56) 220014122oommftftSNn fn f 2AM2202/ooiiftSNGSNAft第145頁/共225頁第一百四十六頁，共226頁。2. DSB系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能DSB調制調制(tiozh)時，信號時，信號s(t)=sDSB(t)=f(t)cos0t，這時解，這時解調器輸入端的信號平均功率為調器輸入端的信號平均功率為 22222DSB01cos2iiSststf ttft 20DSB02iimNntn Bn f第146頁/共2

57、25頁第一百四十七頁，共226頁。由由(4.57)和式和式(4.58)分析可得分析可得輸入輸入(shr)端信噪比為端信噪比為第147頁/共225頁第一百四十八頁，共226頁。由解調器的輸入及輸出信噪由解調器的輸入及輸出信噪比表達式可得比表達式可得DSB系統(tǒng)的調制系統(tǒng)的調制(tiozh)制度增益為制度增益為DSB2ooiiSNGSN第148頁/共225頁第一百四十九頁，共226頁。3. SSB系統(tǒng)的抗噪聲性能系統(tǒng)的抗噪聲性能SSB調制時，信號調制時，信號 SSB00cossinS tStf ttf tt SSB00cossinStf ttf tt 22200cossiniiSSBSStStf t

58、tf tt 2200002cos2cossinsinf ttf t f tttf ttft第149頁/共225頁第一百五十頁，共226頁。解調器輸入端的噪聲解調器輸入端的噪聲(zoshng)ni(t)的平均功率為的平均功率為 20SSB0iimNntn Bn f第150頁/共225頁第一百五十一頁，共226頁。同理，可得解調器的輸出同理，可得解調器的輸出(shch)信噪比為信噪比為第151頁/共225頁第一百五十二頁，共226頁。按以上分析方法還可以對殘按以上分析方法還可以對殘第152頁/共225頁第一百五十三頁，共226頁。為了比較各類幅度調制系統(tǒng)為了比較各類幅度調制系統(tǒng)的抗噪聲性能，可以在

59、相同的輸?shù)目乖肼曅阅?，可以在相同的輸入信號功率入信號功率Si、相同的噪聲功率、相同的噪聲功率譜密度譜密度n0及相同的基帶信號帶寬及相同的基帶信號帶寬fm的條件的條件(tiojin)下，考察系統(tǒng)下，考察系統(tǒng)的輸出信噪比。為此，可將各種的輸出信噪比。為此，可將各種系統(tǒng)中的輸入信號功率系統(tǒng)中的輸入信號功率Si代入到代入到式中，式中， 為輸入的為輸入的AM信號功率。信號功率。 22022000AM02immftftSSNn fn fAft 22AM012iSSAft第153頁/共225頁第一百五十四頁，共226頁。DSB、SSB(VSB)系統(tǒng)：系統(tǒng)：率。率。0DSBSSB(VSB)ooioomSSSN

60、Nn f 2DSB12iSSft 2SSB(VSB)iSSft第154頁/共225頁第一百五十五頁，共226頁。由上述分析可見，由上述分析可見，DSB系統(tǒng)系統(tǒng)及及SSB系統(tǒng)系統(tǒng)(VSB系統(tǒng)系統(tǒng))進行同步解進行同步解調時具有相同調時具有相同(xin tn)的輸?shù)妮敵鲂旁氡?，而出信噪比，而AM 系統(tǒng)的則要低系統(tǒng)的則要低一些。因此可以得出結論，雙邊一些。因此可以得出結論，雙邊帶系統(tǒng)和單邊帶系統(tǒng)具有相同帶系統(tǒng)和單邊帶系統(tǒng)具有相同(xin tn)的抗噪聲性能的抗噪聲性能 ，但，但與與AM 系統(tǒng)相比，系統(tǒng)相比， 輸出信噪比至輸出信噪比至少改善少改善3 dB。 2220ftAft第155頁/共225頁第一百