通信原理-第7講課件

1、第五章 模擬調制系統(tǒng)5.0 一些基本概念5.1 幅度調制（線性調制）的原理5.2 線性調制系統(tǒng)的抗噪聲性能5.3 非線性調制（角度調制）原理5.4 調頻系統(tǒng)的抗噪聲性能5.5 各種模擬調制系統(tǒng)的比較5.6 頻分復用和調頻立體聲5.7 小結10/1/202215.0 一些基本概念調制 把信號轉換成適合在信道中傳輸的形式的一種過程。廣義調制 分為基帶調制和帶通調制（也稱載波調制）。 狹義調制 僅指帶通調制。在無線通信和其他大多數場合，調制一詞均指載波調制。調制信號 指來自信源的基帶信號，可以是模擬的或數字的。載波調制 用調制信號去控制載波的參數的過程，使載波的一個或某幾個參數按照調制信號的規(guī)律變化

2、。載波 未受調制的周期性振蕩信號，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。已調信號 載波受調制后稱為已調信號。10/1/202225.0 一些基本概念 調制的目的 提高無線通信時的天線輻射效率。 把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處，以實現信道的多路復用，提高信道利用率。 擴展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實現傳輸帶寬與信噪比之間的互換。 調制方式 模擬調制 數字調制 常見的模擬調制 幅度調制：調幅、雙邊帶、單邊帶和殘留邊帶 角度調制：頻率調制、相位調制10/1/202235.1 幅度調制 (線性調制) 的原理設：正弦型載波為：c(t)=Acos(ct+0) 式中：A 載波幅度； c 載

3、波角頻率； 0 載波初始相位（以后假定0=0）。則根據調制定義，幅度調制信號（已調信號）一般可表示成 m(t) 基帶調制信號。 幅度調制通常又稱為線性調制。但應注意，這里的“線性”并不意味著已調信號與調制信號之間符合線性變換關系。事實上，任何調制過程都是一種非線性的變換過程。 10/1/202245.1 幅度調制 (線性調制) 的原理一、調幅（AM）二、雙邊帶調制（DSB）三、單邊帶調制（SSB）四、殘留邊帶調制（VSB）五、線性調制的一般模型六、相干解調七、包絡檢波10/1/20225標準調幅常規(guī)雙邊帶調幅時域表示式：sAM(t)=A0+m(t)cos(ct)= A0cos(ct)+m(t)

4、cos(ct)式中：m(t) 調制信號，均值為0；A0 常數，表示疊加的直流分量。頻譜：若m(t)為確知信號，則AM信號的頻譜為： 若m(t)為隨機信號，則已調信號的頻域表示式必須用功率譜描述。 5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理一、調幅（AM）10/1/20227波形圖：5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理一、調幅（AM）10/1/20228第五章 模擬調制系統(tǒng) 載頻分量載頻分量上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶頻譜圖：10/1/202210由頻譜可以看出，AM信號的頻譜由：載頻分量、上邊帶、下邊帶三部分組成。上邊帶的頻譜結構與原調制信號的頻譜結構相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。5.1 幅度調制 (

5、線性調制) 的原理一、調幅（AM）10/1/202211AM信號的特性：帶寬：它是帶有載波分量的雙邊帶信號，帶寬是基帶信號帶寬 fH 的兩倍：功率：設 m(t) 為確知信號5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理一、調幅（AM）10/1/202212AM信號的特性：調制效率： 當 m(t)=Amcosmt 時， ，代入上式，得到： 當|m(t)|max=A0 時（100調制），調制效率最高，這時：max=1/35.1 幅度調制 (線性調制) 的原理一、調幅（AM）10/1/202214時域表示式：無直流分量A0：頻譜：無載頻分量：5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理二、雙邊帶調制（DSB）10

6、/1/202215原理：雙邊帶信號兩個邊帶中的任意一個都包含了調制信號頻譜M()的所有頻譜成分，因此僅傳輸其中一個邊帶即可。這樣既節(jié)省發(fā)送功率，還可節(jié)省一半傳輸頻帶，這種方式稱為單邊帶調制。產生SSB信號的方法有兩種：濾波法和相移法。5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理三、單邊帶調制（SSB）10/1/202217濾波法及SSB信號的頻域表示濾波法的原理方框圖用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶：H()為單邊帶濾波器的傳輸函數，若它具有如下理想高通特性： 則可濾除下邊帶。5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理三、單邊帶調制（SSB）10/1/202218濾波法及SSB信號的頻域表示濾波法的原理方框圖

7、用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶： 若具有如下理想低通特性： ，則可濾除上邊帶。SSB信號的頻譜：5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理三、單邊帶調制（SSB）10/1/202219濾波法及SSB信號的頻域表示濾波法的原理方框圖5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理三、單邊帶調制（SSB）10/1/202220濾波法及SSB信號的頻域表示濾波法的技術難點： 濾波特性很難做到具有陡峭的截止特性。 例如：若經過濾波后的話音信號的最低頻率為300Hz，則上下邊帶之間的頻率間隔為600Hz，即允許過渡帶為600Hz。在600Hz過渡帶和不太高的載頻情況下，濾波器不難實現；但當載頻較高時，采用一級調制直接濾

8、波的方法已不可能實現單邊帶調制。5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理三、單邊帶調制（SSB）10/1/202221濾波法及SSB信號的頻域表示濾波法的技術難點： *可以采用多級（一般采用兩級）DSB調制及邊帶濾波的方法，即先在較低的載頻上進行DSB調制，目的是增大過渡帶的歸一化值，以利于濾波器的制作。再在要求的載頻上進行第二次調制。 當調制信號中含有直流及低頻分量時濾波法就不適用了。5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理三、單邊帶調制（SSB）10/1/202222相移法和SSB信號的時域表示：上邊帶信號的頻域表示式為： 對上式進行傅氏反變換，并利用傅氏變換的調制定理，得到：利用下列傅氏變換

9、關系式：5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理三、單邊帶調制（SSB）SDSB(t)10/1/202224相移法和SSB信號的時域表示：得到：在上式中使用了下列恒等式：5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理三、單邊帶調制（SSB）10/1/202225希爾伯特變換：若信號存在傅里葉變換對 ，則其希爾伯特變換的頻譜等于該信號頻譜F()的負頻域全部頻率成分相移+/2，而正頻域相移/2完成這種變換的傳遞函數稱為希氏濾波器傳遞函數，即有：Hh()=jsgn() 5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理三、單邊帶調制（SSB）10/1/202227 利用歐拉公式得到單邊帶的上邊帶調幅信號表示式：5.1 幅

10、度調制 (線性調制) 的原理三、單邊帶調制（SSB）10/1/202228 單邊帶的下邊帶調幅信號表示式： 由于： 得到： 單邊帶調幅信號的時域表示式為：5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理三、單邊帶調制（SSB）10/1/202229移相法SSB調制器方框圖：優(yōu)點：不需要濾波器具有陡峭的截止特性。缺點：寬帶相移網絡難用硬件實現。5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理三、單邊帶調制（SSB）希爾伯特濾波器實質上是一個寬帶相移網絡10/1/202230SSB信號的解調：SSB信號的解調和DSB一樣，不能采用簡單的包絡檢波，因為SSB信號也是抑制載波的已調信號，它的包絡不能直接反映調制信號的變化

11、，所以仍需采用相干解調。SSB信號的性能：SSB信號的實現比AM、DSB要復雜，但SSB調制方式在傳輸信息時，不僅可節(jié)省發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度比AM、DSB減少了一半。它目前已成為短波通信中一種重要的調制方式。5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理三、單邊帶調制（SSB）10/1/202231原理： 殘留邊帶調制是介于SSB與DSB之間的一種折中方式，它既克服了DSB信號占用頻帶寬的缺點，又解決了SSB信號實現中的困難。在這種調制方式中，不像SSB那樣完全抑制DSB信號的一個邊帶，而是逐漸切割，使其殘留一小部分，如下圖所示：5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理四、殘留邊帶調制（VS

12、B）10/1/202232原理：5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理四、殘留邊帶調制（VSB）10/1/202233調制方法：用濾波法實現殘留邊帶調制的原理框圖與濾波法SBB調制器相同。 不過，這時圖中濾波器的特性應按殘留邊帶調制的要求來進行設計，而不再要求十分陡峭的截止特性，因而它比單邊帶濾波器容易制作。5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理四、殘留邊帶調制（VSB）10/1/202234對殘留邊帶濾波器特性的要求：(1) 殘留邊帶信號的頻譜為（由濾波法可知）： 為了確定上式中殘留邊帶濾波器傳輸特性 H() 應滿足的條件，來分析一下接收端是如何從該信號中恢復原基帶信號的。5.1 幅度調制

13、(線性調制) 的原理四、殘留邊帶調制（VSB）10/1/202235對殘留邊帶濾波器特性的要求：(2) VSB信號解調器方框圖：因為：根據頻域卷積定理可知，乘積sp(t)對應的頻譜為：5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理四、殘留邊帶調制（VSB）10/1/202236對殘留邊帶濾波器特性的要求：(2) VSB信號解調器方框圖：將：代入： ，得到：式中：M( +2c) 及 M(2c) 是搬移到 +2c 和 2c 處的頻譜，它們可以由解調器中的低通濾波器濾除。于是，低通濾波器的輸出頻譜為：5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理四、殘留邊帶調制（VSB）10/1/202237對殘留邊帶濾波器特性的

14、要求：(2) VSB信號解調器方框圖： 顯然，為了保證相干解調的輸出無失真地恢復調制信號 m(t)，上式中的傳遞函數必須滿足：式中：H 調制信號的截止角頻率。5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理四、殘留邊帶調制（VSB）10/1/202238對殘留邊帶濾波器特性的要求：(3) 上述條件的含義： 殘留邊帶濾波器的特性 H() 在 c 處必須具有互補對稱（奇對稱）特性, 相干解調時才能無失真地從殘留邊帶信號中恢復所需的調制信號。5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理四、殘留邊帶調制（VSB）10/1/202239對殘留邊帶濾波器特性的要求：(4) 殘留邊帶濾波器特性的兩種形式：5.1 幅度調制 (線性調制) 的原理四、殘留邊帶調