第三章調(diào)幅系統(tǒng)

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第三章調(diào)幅系統(tǒng)2●——主要內(nèi)容引言§3.1標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅（AM）§3.2抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB）§3.3單邊帶調(diào)幅（SSB）§3.4殘留邊帶調(diào)幅（VSB）§3.5調(diào)幅信號(hào)的相干解調(diào)§3.6調(diào)幅信號(hào)的非相干解調(diào)§3.7各種調(diào)幅信號(hào)相干解調(diào)的噪聲性能§3.8AM系統(tǒng)包檢波器的噪聲性能§3.9各種調(diào)幅系統(tǒng)的比較§3.10小結(jié)3定義：用調(diào)制信號(hào)(基帶信號(hào))的變化規(guī)律去控制載波的某個(gè)參數(shù)，使這個(gè)參數(shù)按照信號(hào)的規(guī)律變化。調(diào)制過程對通信系統(tǒng)至關(guān)重要，主要目的主要有:提高頻率以便輻射;實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用；

引言AM，F(xiàn)M，PMASK，F(xiàn)SK，PSK，QAMPAM，PDM，PPMPCM/DPCM/ADPCM4連續(xù)波已調(diào)信號(hào)本章主要介紹連續(xù)波(CW)模擬調(diào)制系統(tǒng)，其中包括：

調(diào)幅(線性)：調(diào)制信號(hào)(基帶信號(hào))頻譜的線性搬移過程。AM,DSB,SSB,VSB

調(diào)角(非線性)：調(diào)制信號(hào)頻譜與已調(diào)信號(hào)頻譜間無線性對應(yīng)關(guān)系。FM、PM53.1標(biāo)準(zhǔn)幅度(AM)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅用信號(hào)m(t)去控制載波C(t)的振幅，使已調(diào)信號(hào)包絡(luò)按照f(t)的規(guī)律線性變化的過程1、調(diào)幅波的產(chǎn)生+*實(shí)際調(diào)幅器可用二極管、晶體管等任何非線性器件都可以充當(dāng)乘法器作用,而其上加一定的直流偏置便可實(shí)現(xiàn)加法器功能AM數(shù)學(xué)模型A0m(t)cos(ωct)6t2、波形及其頻譜7注意：8討論：1、頻率成分包含載頻分量、上邊帶和下邊帶分量，若設(shè)調(diào)制信號(hào)f(t)的消息帶寬為Wm,則調(diào)制后帶寬：BAM=2Wm2、不失真調(diào)幅的條件：第一,必須滿足

ω0>>Wm;第二,|m(t)|max<＝A0

以保證調(diào)制后載波相位不會(huì)改變,否則會(huì)出現(xiàn)過調(diào)制，包洛失真3、調(diào)制指數(shù):又叫調(diào)制度，βAM=|m(t)|max

/A0，避免過調(diào)失真，βAM<=19例：單頻調(diào)制AM103、AM的功率分布和效率2例：試用峰—峰值為2Am且不含直流分量的方波對振幅為A0的載波進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅。試求已調(diào)波的功率和效率。11例：單頻調(diào)制AM的效率在各種調(diào)制信號(hào)中，調(diào)制效率最高的是100%調(diào)制時(shí)的方波，為50％，標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅最大缺點(diǎn)，效率低12

3.2抑制載波雙邊帶調(diào)制(DSB)1、波形及其頻譜13m(t)改變符號(hào)的時(shí)刻,載波相位出現(xiàn)倒相點(diǎn),包絡(luò)不再與m(t)的形狀相同，而按|m(t)|的規(guī)律變化,信息包含在振幅和相位兩者之中.DSB和AM頻譜的區(qū)別僅在于前者頻譜中不含載波分量.帶寬與AM一樣2WM142、DSB產(chǎn)生DSB的實(shí)現(xiàn):在標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波中令A(yù)0=0，實(shí)際常采用簡單穩(wěn)定,平衡性好，可很好抑制載波信號(hào)的平衡調(diào)制器.DSB解調(diào):必須用相干解調(diào).區(qū)別于AM,不可用包絡(luò)檢波器進(jìn)行非相干解調(diào)，倒相點(diǎn)的存在使得已調(diào)波的包絡(luò)不再與m(t)形狀相同.m(t)153.3單邊帶調(diào)幅（SSB)單邊帶調(diào)幅(SSB)在AM或DSB中,ω0處出現(xiàn)了兩個(gè)與F(ω)形狀完全相同的頻譜,但任何物理可實(shí)現(xiàn)信號(hào)其頻譜都是ω的偶函數(shù),因此不可能做到只傳送其中一個(gè)頻譜.以ω0為中心的頻譜分成USB和LSB兩部分后,我們可以只傳送USB或LSB,它們均為ω的偶函數(shù),且包含了F(ω)的全部信息.SSB帶寬比AM或DSB減小了一倍.提高了信道的利用率而不發(fā)送載波只發(fā)送一個(gè)邊帶,可以更節(jié)省功率1、單邊帶信號(hào)的頻譜圖162、濾波法形成單邊帶信號(hào)(從頻域概念出發(fā))濾波法的概念:在雙邊帶調(diào)制后接上一個(gè)邊帶濾波器,讓有用邊帶通過而抑制掉無用邊帶.濾波器可用高通(產(chǎn)生USB)或低通濾波器(產(chǎn)生LSB).濾波法實(shí)現(xiàn)SSB的數(shù)學(xué)模型如圖.θ(ω)

f(t)φSSB(t)cos(ω0t)缺點(diǎn)：要求在ω0處有銳截止特性,實(shí)際濾波器難易程度與過渡帶相對載頻的歸一化值有關(guān)。解決辦法是采用多級(jí)頻率搬移,即在低載頻上形成單邊帶信號(hào),然后通過變頻將頻譜搬移到更高的載頻.θ1(ω)θ2(ω)cos

(ω1t)cos(ω2t)f(t)17下邊帶頻域下邊帶時(shí)域18同理得上邊帶SSB信號(hào)時(shí)域表示式上、下邊帶的SSB信號(hào)時(shí)域表示SSB信號(hào)可節(jié)省載波發(fā)射功率，頻帶寬度只有雙邊帶的一半，即頻帶利用率提高一倍193.4殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)幅(VSB)1、頻譜f(t)的頻譜有豐富的低頻成份時(shí),不宜采用SSB.在VSB中,不是對一個(gè)邊帶完全抑制,而是使它逐漸截止.截止特性使傳輸邊帶在載頻附近被抑制的部分被不需要邊帶的殘留部分精確補(bǔ)償。202、慮波法產(chǎn)生VSB信號(hào)殘留邊帶濾波器:頻率特性在|ω0|附近具有滾降特性,且要求這段具有互補(bǔ)對稱性,如圖,這將意味著將|HV(ω)|分別移動(dòng)-ω0和+ω0后所得HV(ωω0)相加后在零頻附近恒為常數(shù).在|ω|<Wm范圍內(nèi)有:HV(ω-ω0)+HV(ω+ω0)=const=221VSB的頻譜表達(dá)式優(yōu)點(diǎn):(1)在節(jié)省帶寬方面幾乎與單邊帶系統(tǒng)相同，并有雙邊帶所具有的良好低頻基帶特性

(2)VSB濾波器比SSB銳截止特性濾波器易于制作對于電視信號(hào)以及要求有良好相位特性的信號(hào)或低頻分量的傳輸很重要的信號(hào)，采用VSB是一種標(biāo)準(zhǔn)的方法。223.5調(diào)幅信號(hào)的相干解調(diào)解調(diào):也是一個(gè)頻譜搬移過程，在接收端恢復(fù)信號(hào)的時(shí)候,從已調(diào)信號(hào)的頻譜中,將位于載頻的信號(hào)頻譜從載頻位置再搬回低頻.解調(diào)幾種主要方法:

相干解調(diào):AM,DSB,SSB以及VSB都適用.非相干解調(diào):標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)AM以及具有大載波的DSB、SSB、VSB信號(hào)適用.

23調(diào)幅信號(hào)的相干解調(diào)條件:為不失真恢復(fù)信號(hào),本地載波和發(fā)送載波必須相位相干或同步,即要求本地載波和接收信號(hào)載波必須保持同頻同相.也叫零拍檢測相干解調(diào)數(shù)學(xué)模型如下圖cos(ω0t+ψ)LPFψ(t)vd(t)Vp(t)241、AM和DSB信號(hào)的相干檢測25理想低通濾波器傳輸特性,它要求:截止頻率等于或大于最高調(diào)制頻率Wm,但遠(yuǎn)小于載頻ω0令:Ao=0時(shí)，上述分析為DSB的結(jié)果

262、SSB信號(hào)的相干檢測同步時(shí)273、殘留邊帶信號(hào)的解調(diào)輸入信號(hào)為VSB,在頻域分析比較方便。假設(shè)本地載波完全相干，由乘法器輸出信號(hào)的傅氏變換為將代入上式得：經(jīng)過LPF后，在|ω|<Wm范圍內(nèi)有:HV(ω-ω0)+HV(ω+ω0)=const=2濾波器互補(bǔ)對稱特性283.6調(diào)幅系統(tǒng)的非相干解調(diào)291、AM信號(hào)的非相干解調(diào)包絡(luò)檢波器30整流檢波：輸出為僅將已調(diào)信號(hào)整流，整流相當(dāng)于將已調(diào)信號(hào)和頻率為的方波相乘。包絡(luò)檢波是一個(gè)非線性系統(tǒng)，整流檢波器是線性時(shí)變參量系統(tǒng)條件才可使用整流檢波。這時(shí)調(diào)幅信號(hào)的零交點(diǎn)周期性的位于載波的半周期點(diǎn)上，整流才等效于與方波相乘。312、具有大載波的SSB信號(hào)的非相干解調(diào)包絡(luò)檢波輸出323.7各種調(diào)幅信號(hào)相干解調(diào)的噪聲性能分析BPF帶寬是已調(diào)信號(hào)帶寬，濾除信號(hào)帶外噪聲n(t)寬帶白高斯噪聲，均值為零，雙邊功率譜密度為ni(t)窄帶白高斯噪聲，均值為零，雙邊功率譜密度為33(1)首先計(jì)算解調(diào)器輸入信號(hào)功率輸入信號(hào)平均功率可由信號(hào)的均方值求得：(2)輸入噪聲功率34(3)為了計(jì)算輸出信號(hào)功率和噪聲，認(rèn)為解調(diào)過程是線性的,滿足疊加定理在Wm和n0相同的情況下，SSB,VSB的輸入端信噪比為雙邊帶時(shí)的4倍P39求噪聲輸出功率35(4)36(5)但是實(shí)際上在各種調(diào)制方法中，已調(diào)波的功率是不相同的，合理的方法是假設(shè)相同輸入信號(hào)功率結(jié)論：在輸入信號(hào)功率和Wm、n0都相同的情況下，DSB,SSB和VSB系統(tǒng)的噪聲性能相同，AM差3dB以上37信噪比增益：輸出信噪比和輸入信噪比的比值—注意：信噪比增益的改善只適用于同類調(diào)制系統(tǒng)，不同的解調(diào)器對輸入信噪比的改善，而不能作為不同調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析。在給定輸入信號(hào)功率下，DSB和SSB輸出端的信噪比是相同的，從信噪比改善觀點(diǎn)看，DSB,SSB性能是相同的。383.8AM系統(tǒng)包洛檢波器的噪聲性能分析輸入信號(hào)為輸入信號(hào)功率輸入噪聲功率輸入信噪比與相干解調(diào)相同39ni(t)窄帶白高斯噪聲，均值為零，雙邊功率譜密度為包絡(luò)檢波器輸入信號(hào)之和（*）(1)大信噪比時(shí)40輸出信號(hào)功率輸出噪聲功率輸出信噪比信噪比增益(2)小信噪比時(shí)與相干解調(diào)相同41（*）式可以化為門限效應(yīng)：輸出信噪比與輸入信噪比不成正比423.9各種調(diào)幅系統(tǒng)的比較1、標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅(AM)優(yōu)點(diǎn)：(1)接收系統(tǒng)簡單(2)大功率信號(hào)的調(diào)幅信號(hào)容易產(chǎn)生缺點(diǎn)：

載波本身不攜帶信息，卻占據(jù)了一半以上的功率，帶寬比較寬，抗選擇性衰落能力差應(yīng)用：

一部發(fā)射機(jī)對千萬部接收機(jī)工作的無線電廣播系統(tǒng)2、抑制載波雙邊帶系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：傳送相同的消息所需功率較小，發(fā)射機(jī)比AM發(fā)射機(jī)經(jīng)濟(jì)，抗選擇性衰落能力優(yōu)于AM系統(tǒng)缺點(diǎn)：接收機(jī)復(fù)雜，需要相干載波應(yīng)用：點(diǎn)對點(diǎn)通信，包括一部發(fā)射機(jī)和一部或幾部接收機(jī)的情況433、單邊帶系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：功率利用率高、帶寬利用率高，抗選擇性衰落能力優(yōu)于DSB系統(tǒng)缺點(diǎn)：接收機(jī)復(fù)雜，需要自動(dòng)頻率控制來穩(wěn)定本地載波頻率和相位應(yīng)用：長距離固定業(yè)務(wù)通信，在特高頻散射通信、航空通信方面也有應(yīng)