通信原理第5章樊昌信第七版91729講解課件

1、第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)通信原理（第7版）樊昌信曹麗娜編著本章內(nèi)容:調(diào)制簡(jiǎn)介定義目的分類(lèi)第5章模擬調(diào)制線性調(diào)制（幅度調(diào)制）原理線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能非線性調(diào)制（角度調(diào)制）原理各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較頻分復(fù)用（FDM）調(diào)制目的各種調(diào)制解調(diào)原理抗噪性能特點(diǎn)應(yīng)用FDM調(diào)制簡(jiǎn)介?調(diào)制定義比喻貨物運(yùn)輸：何謂調(diào)制？將貨物裝載到飛機(jī)/輪船的某個(gè)倉(cāng)位上。調(diào)制：把消息信號(hào)搭載到載波的某個(gè)參數(shù)上。載波：一種高頻周期振蕩信號(hào)，如正弦波。受調(diào)載波稱(chēng)為已調(diào)信號(hào)，含有消息信號(hào)特征。解調(diào)：調(diào)制的逆過(guò)程，從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)消息信號(hào)。?調(diào)制目的?為什么要進(jìn)行調(diào)制？進(jìn)行頻譜搬移，匹配信道特性，減小天線尺寸；實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，提高信道利用

2、率；改善系統(tǒng)性能（有效性、可靠性）；實(shí)現(xiàn)頻率分配看來(lái)，調(diào)制在通信系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用！對(duì)呀，不同的調(diào)制方式，具有不同的特點(diǎn)和性能!?調(diào)制分類(lèi)m(t)m(t)調(diào)制器sm(t)sm(t)先認(rèn)識(shí)一下調(diào)制過(guò)程所涉及的三種信號(hào)c(t)調(diào)制信號(hào)載波運(yùn)波弦正載工脈沖序列具已調(diào)信號(hào)多受調(diào)載波種含有m(t) 形信息式同消息信號(hào)義號(hào)信帶基詞模擬通信系統(tǒng)信道中傳輸模擬波形的通信系統(tǒng)調(diào)制信號(hào)已調(diào)帶通信號(hào)發(fā)送設(shè)備調(diào)制器發(fā)射機(jī)信道噪聲基帶信號(hào)信源m?t?sm?t?基帶信號(hào)信宿m?t?接收設(shè)備解調(diào)器接收機(jī)n?t?rtst?nt?m帶通信號(hào)調(diào)制方式分類(lèi)：按調(diào)制信號(hào)m(t)的類(lèi)型分?模擬調(diào)制?數(shù)字調(diào)制按已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)分

3、?線性調(diào)制?非線性調(diào)制都有哪些調(diào)制方式？按正弦載波的受調(diào)參量分?幅度調(diào)制?頻率調(diào)制m(t)調(diào)制器sm(t)按載波信號(hào)c(t)的類(lèi)型分?連續(xù)波調(diào)制?脈沖調(diào)制c(t)?相位調(diào)制7本章研究的模擬調(diào)制方式：(t)?Acos(?t?)作為載波的是以正弦信號(hào)cc?幅度調(diào)制（線性）：AM、DSBSSB、VSB?角度調(diào)制（非線性）：FM、PM 調(diào)制系統(tǒng)中討論的主要問(wèn)題和主要參數(shù)主要問(wèn)題：工作原理（包括調(diào)制系統(tǒng)的物理過(guò)程，調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)、已調(diào)信號(hào)三者的關(guān)系）已調(diào)信號(hào)的帶寬功率關(guān)系噪聲對(duì)調(diào)制系統(tǒng)性能的影響主要參數(shù)：發(fā)送功率傳輸帶寬抗噪聲性能設(shè)備的復(fù)雜性2020/7/1895.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理?一般

4、模型m?t?cos?cth?t?sm?t?邊帶濾波器ht()?H(?)st()?(mt)cos?t?h(t)mc1S()?M(?)?M(?)H()?mcc25.1.1常規(guī)調(diào)幅(AM)?AM表達(dá)式?AM調(diào)制器sA?mtcos?t?t?AM0c?Aos?t?mos?t?t?c0ccc載波項(xiàng)邊帶項(xiàng)m?t?A0sAM?t?cos?ctt?0和mtm?A條件：m?0ax1S?A?M?M?AM0cccc?2?AM波形和頻譜M?A0?m?t?A00t?H0?H?載波t?cSAM?0?c載波分量下邊帶?上邊帶sAM?t?t ?c0?c?BAM?AM信號(hào)的特點(diǎn)?m?t?max?A0時(shí)，AM波的包絡(luò)正比于調(diào)制信號(hào)

5、m(t)，故可采用包絡(luò)檢波。?AM的頻譜由載頻分量、上邊帶和下邊帶組成。AM傳輸帶寬是調(diào)制信號(hào)帶寬的兩倍：BAM?2fH?AM的優(yōu)勢(shì)在于接收機(jī)簡(jiǎn)單，廣泛用于中短調(diào)幅廣播。13?AM信號(hào)的缺點(diǎn)st?Acost?mtcost?AM0cc?20?AM信號(hào)功率：Am()tP?PAMc?Ps22載波功率邊帶功率Pm(t)s?AM?22PAt)AM0?m(22?調(diào)制效率(功率利用率)：2m()tm?Am(t)0?ax?0%AM功率利用率低！A故AM520載波-不含有用信息，卻“浪費(fèi)”大部分的發(fā)射功率。當(dāng)然，AM正是利用這種“浪費(fèi)”去換取解調(diào)的“便宜”，即包絡(luò)檢波。邊帶-包含有用信息m(t)，滿(mǎn)調(diào)幅時(shí)，邊帶

6、功率最大。定義調(diào)幅系數(shù)m（用百分比表示時(shí)，又稱(chēng)調(diào)幅度）反映基帶信號(hào)改變載波幅度的程度：m?m(t)maxA0m1過(guò)調(diào)幅m=1 臨界狀態(tài)，滿(mǎn)調(diào)幅（100）A?m(t)A0A?m(t)A?m(t)AAt0t0tsAM(t)sAM(t)sAM(t)0tttm?1m?1m?1高調(diào)幅度的重要性！Pm(t)s?AM?22PAt)AM0?m(2m?m(t)maxA022m則m(t)?A/2設(shè)m(t)?Acos（t單音正弦），mm?AA/Am?AM22A?A2?A/A2?m當(dāng)m=1(滿(mǎn)調(diào)幅)時(shí)，AM調(diào)制效率的最大值僅為1/3，可見(jiàn)，AM的功率利用率很低。2m220m22m022m02QA如何提高調(diào)制效率？抑制

7、載波！m?t?sA?mtcos?t?t?AM0c?Aos?t?mos?t?t?c0ccc條件：?A0sm?t?cos?ctmt?0和mtm?A?0ax1S?A?M?M?c?AM0ccc?2?5.1.2 雙邊帶調(diào)制(DSB-SC)double-sideband suppressed carrier?DSB表達(dá)式?DSB調(diào)制器st?mtcos?t?DSBc條件：m?t?0m?t?cos?ctsDSB?t?1S?M?M?DSBcc?2?DSB波形和頻譜m?t?0M?t?H0?H?載波t?c0?c下邊帶?上邊帶sDSB?t?cSDSB?t0?c?BDSB?DSB信號(hào)的特點(diǎn)QA?包絡(luò)不再與m(t)成正比

8、；當(dāng)m(t)改變符號(hào)時(shí)載波相位反轉(zhuǎn)，故不能采用包絡(luò)檢波，需相干解調(diào)。能否只傳輸一個(gè)邊帶？?無(wú)載頻分量，只有上、下邊帶。帶寬與AM的相同：B?B?2fDSBAMH?調(diào)制效率100，即功率利用率高。主要用作SSB、VSB的技術(shù)基礎(chǔ)，調(diào)頻立體聲中的差信號(hào)調(diào)制等。5.1.3 單邊帶調(diào)制(SSB)?SSB信號(hào)的產(chǎn)生m?t?(1) 濾波法?sDSB?t?HSSB?sSSB?t?原理：先形成DSB信號(hào)，邊帶濾波即得上或下邊帶信號(hào)。cos?ct要求：濾波器HSSB(?)在載頻處具有陡峭的截止特性。技術(shù)難點(diǎn)之一邊帶濾波特性HSSB(?) SDSB?下邊帶上邊帶HLSB?c0?c?SLSB?c?c0?c0HUSB

9、?c?SUSB?c?c0?c0?c?（2）相移法設(shè)mt?Acos?t載波ctcos?t?mmcst?Acos?t?cos?t?DSBmmc11?Acos?t?Acos?t?mcmmcm221st?Acos?t?LSBmc?m+2USB11?Acos?tcos?t?Asin?tsin?tmmcmmc-2211?mtcos?t?mtsin?t?cc-2211?St?mtcos?t?mtsin?t?SSBcc22下邊帶上邊帶m?t?是m(t)的希爾伯特變換1m?t?2含義：幅度不變，相移/2Hh?cos?tc1m?t?cos?ct2?/2?sSSB?t?傳遞函數(shù)：M(?)H?)?jsgn?h(M(?

10、)?1，?0sgn?1，?0?1?m?t?2?1m?t?sin?t2c要求：Hh()對(duì)m(t) 的所有頻率分量精確相移/2技術(shù)難點(diǎn)之二?SSB信號(hào)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)之一是頻帶利用率高。傳輸帶寬為AM/DSB的一半：B?B/2?fSSBAMH?因此，在頻譜擁擠的通信場(chǎng)合獲得了廣泛應(yīng)用，尤其在短波通信和多路載波電話(huà)中占有重要的地位。?優(yōu)點(diǎn)之二是低功耗特性，因?yàn)椴恍鑲魉洼d波和另一個(gè)邊帶而節(jié)省了功率。這一點(diǎn)對(duì)于移動(dòng)通信系統(tǒng)尤為重要。?缺點(diǎn)是設(shè)備較復(fù)雜，存在技術(shù)難點(diǎn)。也需相干解調(diào)。5.1.4殘留邊帶調(diào)制(VSB)介于SSB與DSB之間的折中方案。M?DSB?SSBVSB-?c0?c?VSB信號(hào)的產(chǎn)生m?t?sD

11、SB?t?H?sVSB?t?應(yīng)該具有怎樣應(yīng)該具有怎樣的濾波特性的濾波特性？cos?ct?？VSB信號(hào)的解調(diào)sVSB?t?sp?t?LPFsd?t?c(t)?2cos?ct1S?S?H?M?M?H?VSBDSBcc?2?相乘：st?st?2cos?t?pVSBcsVSB?t?sp?t?LPFsd?t?S?S?S?pVSBcVSBc?c(t)?2cos?ct1S?M?M?H?VSBcc?2?1S(?)?M?2?M?H?pc?c?21?M?M?2?H?c?c?2LPF解調(diào)輸出：1S?M?H?H?dcc?2291S?M?H?H?dcc?2若要無(wú)失真恢復(fù)m(t)，VSB濾波器的傳輸函數(shù)必須滿(mǎn)足：H(?)

12、H(?)常數(shù)，?ccH含義：在載頻處具有互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)10.5?HVSB?c10?c特性0.5?c0?c?殘留邊帶濾波器的幾何解釋?zhuān)篐?0?H?c?H?c?c?c?H(?)H(?)常數(shù)，?ccH?VSB信號(hào)的特點(diǎn)僅比SSB所需帶寬有很小的增加，卻換來(lái)了電路的簡(jiǎn)單。?f?B?2fHVSBH?應(yīng)用：商業(yè)電視廣播中的電視信號(hào)傳輸?shù)取?.1.5線性調(diào)制(幅度調(diào)制)的一般模型?濾波法?相移法HI?m?t?h?t?sm?t?m?t?sI?t?cos?tccos?ct?/2HQ?sm?t?ht()?H(?)sQ?t?st()?(mt)cos?t?h(t)mc1S()?M(?)?M(?)H()?mcc2QA在接收端

13、，如何從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)m(t)呢？解調(diào)的任務(wù)!5.1.6 相干解調(diào)與包絡(luò)檢波?相干解調(diào)sm?t?sp?t?LPFsd?t?c?t?cos?ct適用：AM、DSB、SSB、VSB特點(diǎn)：無(wú)門(mén)限效應(yīng)要求：載波同步?包絡(luò)檢波tAM信號(hào)DRtCA0?m?t?適用：AM 信號(hào)優(yōu)勢(shì)：簡(jiǎn)單、無(wú)需載波同步要求：|m(t)|max小于等于A036?插入載波包絡(luò)檢波法sm(t)?包絡(luò)檢波器Adcos?ct適用：DSB、SSB或VSB等抑制載波的已調(diào)信號(hào)原理：將這些信號(hào)插入恢復(fù)載波，使之成為或近似為AM信號(hào)，然后用包絡(luò)檢波器恢復(fù)出m(t)要求：Ad 很大，載波同步方法：發(fā)端/收端插入載波375.2線性調(diào)制系

14、統(tǒng)的抗噪聲性能5.2.1 模型與指標(biāo)?分析模型sm?t?已調(diào)信號(hào)高斯白噪聲H(f)?n?t?帶通BPF濾波器sm?t?ni?t?解調(diào)器mo?t?no?t?B 和f0取決于已調(diào)信號(hào)的頻譜B1DSB信號(hào)：B=2fH f0=fcf?f00f0SSB信號(hào)：B= fHf0=fcfH /238輸出信號(hào)sm?t?已調(diào)信號(hào)高斯白噪聲?n?t?帶通BPF濾波器si?t?ni?t?解調(diào)器解調(diào)器mo?t?no?t?窄帶高斯噪聲輸出噪聲n(t)?n(t)costn?(t)sintic0s02i2c2s?相干解調(diào)包絡(luò)檢波n(t)?n(t)?n(t)?NnBi?039解調(diào)器框圖?相干Sm(t)?低通mo(t)分析模型sm

15、?t?同步cos?ct?n?t?帶通BPF濾波器si?t?ni?t?解調(diào)器解調(diào)器mo?t?no?t?性能指標(biāo)輸出信噪比：制度增益：Som(t)?2Nono(t)2oSo/NoG?Si/NiSis(t)?2Nini(t)402i5.2.2 DSB-相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能sm(t)DSB?n(t)BPFSi sm(t)ni(t)Ni 相干解調(diào)器?LPFmo(t)Sono(t)Noc(t)?cos?cts()t?m()tcos?tmc1mo(t)?m(t)2212?Sst()?m(t)cos?t(t)?mi?c22m212?Sm()t?m()to?42o411利用cos?（1?cos2?）2利用s

16、in2?2sin?cos?n(t)?n(t)cost?n(t)sintc(t)?cost?ic001no(t)?nc(t)2?2s0?Ni?n0B2oB=2fH11122?N?n(t)?n(t)=nt)?Noci(i44412Si?m?t?212So?m?t?41No?Ni4GDSB?2SoSi即?2NoNi42Ni?n0B利用sin2?2sin?cos?So/NoGDSB?2Si/Ni原因相干解調(diào)將ni(t)SoSi即?2NoNin(t)?iLPF中的正交分量抑制掉，從而使信噪比改善1倍。no(t)c(t)?cos?ctn(t)?cost?n(t)cost?n(t)sint?cost?i0c

17、00正交分量?20s?5.2.2 DSB -相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能5.2.3SSBSi 相干解調(diào)器sm(t)?n(t)BPFsm(t)ni(t)Ni 2m?LPFmo(t)Sono(t)Noc(t)?cos?ct212Sst()?m(t)cos?t(t)s()t?m()tcos?t?mi?cmc21112?st?mtcos?t?mtsin?t?Si?m(t)?mcc2241122mo(t)?m(t)?Smt?m()to?o()24121?So?m?t?mo(t)?m(t)164n(t)?n(t)cost?n(t)sintic0s0?Ni?n0B?Ni?n0B1no(t)?nc(t)22o?D

18、SBSSBB=fHB=2fH111122Ni?n(t)?n(t)=nt)?N?NNoici(o444412Si?m(t)4Ni?n0B12So?m?t?16GSSB?1SoSi即?NoNi451No?Ni4So/NoGSSB?1Si/Ni原因SoSi即?NoNism?t?（無(wú)論信號(hào)還是噪聲）相干解調(diào)抑制正交分量n(t)i?LPFno(t)c(t)?cos?ct11?st?mtcos?t?mtsin?t?mcc22n(t)?n(t)cost?n(t)sintic0s0正交分量?QAGSSB?1GDSB?2Ni?n0BNi?n0BSoSi即?NoNiSoSi即?2NoNiB=fH B=2fH能否說(shuō)

19、：DSB系統(tǒng)的抗噪聲性能優(yōu)于SSB系統(tǒng)呢？在相同的Si，n0，fH條件下：DSB和SSB的抗噪聲性能相同。?So?So?No?DSB?No?SSB5.2.1 相干解調(diào)的抗噪聲性能SSB和DSB抗噪聲性能討論為什么雙邊帶調(diào)制相干解調(diào)的信噪比增益比單邊帶調(diào)制的高？雙邊帶信號(hào)DSB調(diào)制器的信噪比改善了一倍，原因是相干解調(diào)把噪聲中的正交分量抑制掉，從而使噪聲功率減半的緣故。GSSB=1,，GDSB=2是否說(shuō)明雙邊帶調(diào)制的抗噪聲性能比單邊帶調(diào)制的更好？否。因?yàn)殡p邊帶已調(diào)信號(hào)的平均功率是單邊帶的2倍，實(shí)際上，雙邊帶和單邊的抗噪性能是相同的。但雙邊帶信號(hào)所需的傳輸帶寬是單邊帶的倍。DSB 和SSB 兩系統(tǒng)發(fā)

20、射信號(hào)功率均為Si 且調(diào)制信號(hào)的帶寬為B，輸出信噪比是否相同？相干解調(diào)的抗噪聲性能【例】對(duì)DSB和SSB分別進(jìn)行相干解調(diào)，接收信號(hào)功率-9為2 mW，噪聲雙邊功率譜密度為210W/Hz，調(diào)制信號(hào)最高頻率為4kHz。(1)比較解調(diào)器輸入信噪比(2)比較解調(diào)器輸出信噪比n?90S2mW?2?10W/Hi?Z2B4kHB8kHSSB?ZDSB?Z相干解調(diào)的抗噪聲性能?SSB：?3SS2?101000ii?125?93NnB?2?10?4?108ioSSB2SSoi?G?1?125?125SSBNNoiSS2?101000ii?62.5?93NB?2?10?2?4?1016inoDSB2?3?DSB：SSoi?G?2?62.5?125DSBNNoi輸入信噪比的比較:輸出信噪比的比較:?S?S?ii?:?125:62.5?2:1?NN?i?i?SSBDSB?S?S?OO?:?125:125?1:1?NNOO?SSBDSB?信噪比增益比較SN/o2m(t)oG?10?dBAM22SN/Am(t)ii0?2So/NoG?2