12八.3通信系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng)

1、第二部分 通信系統(tǒng)三、模擬調(diào)制系統(tǒng)2022/8/132模擬調(diào)制系統(tǒng)1 模擬信道的數(shù)學(xué)模型 1.1 傳輸鐘的信號失真與均衡給定一個傳輸信號 ，如果接受到的信號 具有與傳輸信號相同的“形狀”，即則傳輸過程就是無失真的。一個無失真系統(tǒng)的頻率響應(yīng)應(yīng)該滿足即如果傳輸信號是帶限的，則上面的約束條件只需在 的有限頻帶內(nèi)滿足即可。2022/8/133模擬調(diào)制系統(tǒng)對于無失真?zhèn)鬏數(shù)膰?yán)格要求，在實際中只能近似地滿足，因此傳輸系統(tǒng)總會產(chǎn)生一定的信號失真?？梢杂腥N類型的失真：幅度失真，延時（相位）失真和非線性失真。例如，線性失真（幅度和延時失真）可以通過用均衡網(wǎng)絡(luò)來校正：將一個均衡器 與失真?zhèn)鬏斝诺?相級聯(lián)，則總的傳

2、輸函數(shù)為：如果 ，則最后的輸出就是無失真的。此時均衡器應(yīng)滿足：2022/8/134模擬調(diào)制系統(tǒng)1.2 傳輸損耗和分貝一個傳輸系統(tǒng)除了引入信號失真以外，同時也降低了信號的功率，或者說降低了輸出信號的“強度”。這種信號強度的減弱是用傳輸功率損耗來表示的。雖然傳輸損耗可由功率放大進行補償，但有時并不是一種很好的選擇。令輸入信號通過一個LTI系統(tǒng)，設(shè)輸入信號平均功率為 ，輸出信號的平均功率為 ；若系統(tǒng)是無失真的，則輸出平均功率與輸入平均功率成比例。系統(tǒng)的功率增益定義為：2022/8/135模擬調(diào)制系統(tǒng)功率增益通常表示為分貝（dB），即任何一個無源的傳輸介質(zhì)都有功率損耗，而不會有增益，即 ；因此定義傳輸

3、損耗或衰減為對于傳輸線、同軸電纜等，輸出功率隨距離按指數(shù)規(guī)律遞減。距離越長，衰減越大。即或大幅度衰減自然要放大，中繼器的作用就在于此。 2022/8/136模擬調(diào)制系統(tǒng)3.有噪信號傳輸信號傳輸中的噪聲通常有可加性，即噪聲是從源和終點間各個不同點加到攜帶信息的信號中去的。為了便于分析，所有的噪聲被集中成一個噪聲源，然后疊加到接收器輸入端的接收信號上。由于接收器通常是線性的，其合成輸入的結(jié)果是輸出信號加噪聲。設(shè)接收信號為 （傳輸 中存在失真和損耗），經(jīng)過接收設(shè)備的相應(yīng)處理后信號為 ，噪聲為 ，則最終的輸出為：2022/8/137模擬調(diào)制系統(tǒng)為便于分析，我們認為 是一個各態(tài)歷經(jīng)平穩(wěn)過程，加性噪聲 滿

4、足下列兩條假設(shè)：1）噪聲由一功率譜密度為 的零均值各態(tài)歷經(jīng)源產(chǎn)生；2）噪聲與信號在物理上是獨立的，因此互不相關(guān)。令 ，則輸出的平均功率滿足：因此該系統(tǒng)的信噪比定義為：信噪比的高低是評價一個系統(tǒng)好壞的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。 2022/8/138模擬調(diào)制系統(tǒng)一個信號經(jīng)過一個傳輸系統(tǒng)，在接收端所得到的輸出易于原來的信號有很大差別。若設(shè)傳輸信號為 ，加性噪聲為 ，接收到的信號為 ，一般地它們之間滿足：其中函數(shù)關(guān)系 是因為信道的不完善性從而造成的傳輸信號的失真。有時這種關(guān)系還表示成 ，其中 通常稱為乘性噪聲，它是由信道的特性所決定的。對于一個已知的通信系統(tǒng)，求得 或 的過程，通常稱為信道估計。這樣知道此信道的特

5、性，才有可能根據(jù)其特點對傳輸信號進行補償。 2022/8/139模擬調(diào)制系統(tǒng)2 模擬基帶傳輸所謂基帶(baseband)信號，就是指其頻譜幅度只在零附近為非零值，而其它頻率處的頻譜幅度值可以忽略。通常等待傳輸?shù)男盘柖紝儆谶@類信號。模擬基帶傳輸就是在傳輸信號前不對它進行譜密度的移動而直接送入信道。輸入信號為 ，其頻譜寬度為 ， 在信道中沒有畸變，則整個發(fā)送接收系統(tǒng)描述為： 無畸變信道 LPF2022/8/1310模擬調(diào)制系統(tǒng)兩個放大器的作用是增大信號功率，信道中損耗為 ，低通濾波器的作用是讓信號無失真通過，而抑制一定的噪聲，其帶寬為 。則可以得到最終的信噪比：即信噪比與發(fā)射功率成正比，而與傳輸損

6、耗成反比。 無畸變信道 LPF2022/8/1311模擬調(diào)制系統(tǒng)11.3 模擬調(diào)制系統(tǒng)所謂帶通信號，就是指其頻譜只在 附近為非零值，而其它頻率處的頻譜可以忽略。將一個基帶信號轉(zhuǎn)化成帶通信號的過程，就稱為調(diào)制。調(diào)制的目的是使得信號更適合在特定信道中傳輸。設(shè)要傳輸基帶信號 為功率信號，它既可以看作一個確定的信號，也可以看成是從信息源產(chǎn)生的一系列可能的信號集合中的一個樣本函數(shù)。為了分析方便，將信號 的幅度歸一化，即 。設(shè) 的頻譜為 ，帶寬為 。 2022/8/1312模擬調(diào)制系統(tǒng)1.線性調(diào)制（幅度調(diào)制）1）常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）調(diào)制信號為 ， 為調(diào)制指數(shù)。在此調(diào)幅過程中，必須滿足已調(diào)載波的包絡(luò)與原信

7、號的波形一樣，即 載波頻率要比 隨時間變化快； 不會為負值，從而不會出現(xiàn)包絡(luò)失真。在解調(diào)時可以利用包絡(luò)檢波器來恢復(fù)波形。2022/8/1313模擬調(diào)制系統(tǒng)該信號的頻譜為因此調(diào)幅信號所要求的傳輸帶寬為 ，也就是說傳送一個調(diào)幅信號需要的頻帶為調(diào)制信號基帶的兩倍。傳輸信號（發(fā)射信號）的平均功率為：當(dāng) 時，第二項為零；若 ，則有2022/8/1314模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)幅AM傳送有兩個缺陷：a.發(fā)送信號功率有50%是保留在載波上的，與要傳送的信息無關(guān)；b.不適合于傳送低頻分量豐富的信號。 2)抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC）為了抑制載波功率的浪費，可以令調(diào)制信號為此時其頻譜為傳輸帶寬仍為 。2022/8/1315模擬調(diào)制系統(tǒng)此時的發(fā)射功率為調(diào)制信號的波形不再與AM中情形相同，但無法利用包絡(luò)檢波器進行解調(diào)。解調(diào)過程：利用低通濾波器可以去掉第二項，因此可以無失真地恢復(fù)調(diào)制前的信號。這種調(diào)制方法稱為同步解調(diào)，其關(guān)鍵是產(chǎn)生一個與調(diào)制載波同頻同相的載波。2022/8/1316模擬調(diào)制系統(tǒng)3)單（抑制）邊帶（SSB）調(diào)幅若 ，則調(diào)制信號為其頻譜為上邊帶下邊帶2022/8/1317模擬調(diào)制系統(tǒng)若 ，則調(diào)制信號為其頻譜為上邊帶下邊帶2022/8/1318模擬調(diào)制系統(tǒng)4)頻分多路復(fù)用(FDM Frequency-division Multiplexing)當(dāng)兩點之間