第三章 模擬信號的調(diào)制傳輸

第三章模擬調(diào)制系統(tǒng)1、了解調(diào)制的功能和調(diào)制的分類2、掌握模擬調(diào)制的概念和模擬調(diào)制信號的表達式3、掌握模擬線性調(diào)制AM、DSB的時域波形、頻域特性，帶寬，功率分配4、掌握NBFM、WBFM的頻譜分布、帶寬、功率分配5、了解模擬調(diào)制與解調(diào)6、掌握模擬調(diào)制中幾種調(diào)制方式的抗噪性能比較課程目標(biāo)2.1調(diào)制的功能及分類一、調(diào)制的功能1、信道傳輸頻率特性的需要2、把基帶信號調(diào)制到較高的頻率使天線容易輻射3、便于頻率分配4、有利于實現(xiàn)信道多路復(fù)用，提高系統(tǒng)的傳輸有效性5、可減少噪聲和干擾的影響，提高系統(tǒng)的傳輸可靠性二、調(diào)制的分類1、根據(jù)調(diào)制信號的分類模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制2、根據(jù)載波分類連續(xù)波調(diào)制：高頻載波是正弦波脈沖波調(diào)制：載波是脈沖序列4、根據(jù)調(diào)制前后信號的頻譜結(jié)構(gòu)關(guān)系分類線性調(diào)制

非線性調(diào)制3、根據(jù)調(diào)制器的功能分類幅度調(diào)制頻率調(diào)制相位調(diào)制載波：幅度角頻率初相位調(diào)制信號f(t)調(diào)制后：瞬時幅度載波的相位偏移A(t)隨f(t)作線性變換，稱線性調(diào)制或幅度調(diào)制；(t)或(t)的導(dǎo)數(shù)隨f(t)作線性變換，稱非線性調(diào)制或角度調(diào)制；2.2線性調(diào)制系統(tǒng)3.2.1常規(guī)雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)－AM用信號f(t)疊加一個直流分量后去控制載波的幅度，稱為調(diào)幅（AM）AM的時域表示：一個例子

設(shè)：調(diào)幅指數(shù)：則時域可表示為：正弦波AM調(diào)制時域波形圖過調(diào)幅滿調(diào)幅正常調(diào)幅周期方波AM調(diào)制波形F()10BSAM()1/20A0A0-cc2B4、功率分配調(diào)制效率載波功率邊帶功率3、帶寬BAM=2BAM調(diào)制原理框圖AM解調(diào)原理框圖包絡(luò)檢波相干檢波4、應(yīng)用調(diào)幅廣播（AM）——常規(guī)調(diào)幅方式，收音機波段：中波535KHz~1605KHz,自由空間，地區(qū)性廣播

短波3.9MHz~18MHz，電離層反射，距離數(shù)千公里二、抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC）1、時域表達式及頻譜圖f(t)t調(diào)制信號時域波形圖s(t)t輸出信號時域波形圖時域波形圖

1F()B01/2－

0SDSB()2B頻譜圖c(t)t載波信號時域波形圖3、平均功率及效率2、帶寬BDSB=2Bf(t)t01t01c(t)sDSB（t)t01C()F()00SDSB()0100π－100π400π－400π300π500π－500π－300π1/21三、單邊帶調(diào)制（SSB）頻譜圖SUSB()

C-

C

C-

CHLSB()

C-

CB1/2

C-

CSLSB()B1/2HUSB()

C-

CSDSB()2B1/2上邊帶調(diào)制下邊帶調(diào)制四、殘留邊帶調(diào)制（VSB）頻譜圖

C-

CSDSB()2B1/2HVSB()SVSB()

C-

CB1/2

C-

CB1/2HVSB()SVSB()殘留上邊帶殘留下邊帶2、信噪比（SNR:singalnoiseratio）p36信號功率噪聲功率3、信噪比增益（G:Gain） ——衡量系統(tǒng)抗噪聲性能的重要參數(shù)表征信號通過系統(tǒng)傳輸后信噪比的改善情況，G越大抗噪聲性能越好信噪比增益n0/2高斯白噪聲雙邊功率譜密度Pn()噪聲功率譜密度窄帶高斯白噪聲（AM、DSB）n0/2

0-

0Pn()2BB窄帶高斯白噪聲（USB）n0/2

0-

0Pn()B窄帶高斯白噪聲（LSB）n0/2

0-

0Pn()注意；我們遇到的絕大多數(shù)噪聲都是高斯白噪聲。我們在分析問題時都將噪聲作為高斯白噪聲處理??！n0高斯白噪聲單邊功率譜密度Pn()

1w|F(w)|2B調(diào)制信號功率譜圖功率譜圖信號功率譜圖注意這里哦！表示的是功率譜密度面積表示功率功率譜圖

01/4－

0|SDSB()|22B

01/4－

0|Sam()|22B

01/4－

0|SLSB()|2B

01/4－

0|SUSB()|2B調(diào)制后信號功率譜疊加噪聲的調(diào)制信號（輸入信號）功率譜圖

1|F()|2Bn0/2功率譜圖輸入信噪比＝功率譜圖疊加噪聲的輸出信號功率譜

01/4－

0|SDSB()|22B

01/4－

0|SAM()|22B

01/4－

0|SLSB()|2B

01/4－

0|SUSB()|2B信噪比＝4、結(jié)論：①SDB解調(diào)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了，從而使噪聲功率減半的緣故②SSB中信號和噪聲有相同的表示形式，所以在相干解調(diào)過程中，信號和噪聲的正交分量均被抑制調(diào)，故信噪比沒有改善，即G=1③AM在大信噪比時G<1總結(jié)調(diào)制方式帶寬SNRiSNRoG典型解調(diào)方式DSB2B2相干解調(diào)SSBB1相干解調(diào)VSB略大于BAM2B包絡(luò)檢波B：基帶信號帶寬f(t)為單頻正弦信號時<＝2/3練習(xí)題1.已知：調(diào)制信號f(t)=cos

0t；載波信號c(t)=cos4

0t;請畫出調(diào)制信號、載波信號及AM、DSB、HSB、LSB調(diào)制時的頻譜圖(AM時直流電平為A0)作業(yè)1、Page67,第1、4題2.3非線性調(diào)制系統(tǒng)瞬時相角瞬時幅度一、調(diào)頻信號與調(diào)相信號常量相移常數(shù)1、相位調(diào)制（PM:PhaseModulation）2、頻率調(diào)制(FM:FrequencyModulation)頻偏常數(shù)（表征調(diào)頻器的靈敏度）載波頻率(常數(shù))AMFM各種調(diào)制時的時域波形圖時域波形圖f(t)f(t)f(t)結(jié)論：1、FM信號是一個等幅波，它的幅度與調(diào)制信號無關(guān)；2、FM信號的頻率與調(diào)制信號電壓有比例關(guān)系二、頻率調(diào)制FM1、窄帶調(diào)頻和寬帶調(diào)頻的定義(P28)由調(diào)頻所引起的最大瞬時相位偏移遠小于30o時，就稱為窄帶調(diào)頻（NBFM:narrowbandfrequencymodulation）(p28,2-30式)不滿足窄帶條件的調(diào)頻稱為寬帶調(diào)頻（WBFM:WideBandfrequencymodulation）(2-30)2、窄帶調(diào)頻的帶寬（P29）

m0F()－

m

c0

c－

m

c+

m-

c-

c－

m--

c+

mSNBFM()

c0

c－

m

c+

m-

c-

c－

m--

c+

mSAM()3、寬帶調(diào)頻的帶寬(P61)

c+

m

c

c－

m

FM=0.5

c+3

m

c

c－3

m

FM=2

c

c+10

m

c-10

mFM=9卡森公式（3-3-14）窄帶調(diào)頻寬帶調(diào)頻4、調(diào)頻信號的功率(P61)已調(diào)信號的總功率＝未調(diào)載波的功率＝A2/2總功率與調(diào)制過程及調(diào)頻指數(shù)無關(guān)（二）、調(diào)頻信號的解調(diào)－非相干解調(diào)調(diào)頻信號有相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方式相干解調(diào)——窄帶調(diào)頻信號非相干解調(diào)——窄帶和寬帶調(diào)頻信號fc斜率為Kd輸入頻率輸出電壓限幅器及帶通微分器包絡(luò)檢波低通濾波器sd(t)鑒頻器鑒頻器特性及組成帶通濾波器低通濾波器sFM(t)n(t)si(t)ni(t)so(t)no(t)高斯白噪聲限幅鑒頻解調(diào)器寬帶調(diào)頻系統(tǒng)抗噪聲性能分析模型模擬調(diào)制性能比較調(diào)制方式帶寬G典型應(yīng)用DSB2B2較少應(yīng)用SSBB1短波無線電廣播話音頻分多路VSB略大于B商用電視廣播AM2B中短波無線電廣播FM2(1+FM)fm超短波電臺(窄帶FM)調(diào)頻立體聲廣播（寬帶FM）B：基帶信號帶寬作業(yè)總結(jié)模擬調(diào)制的知識，用圖表形式畫出。內(nèi)容包括5、調(diào)頻信號的應(yīng)用1、調(diào)頻廣播（WBFM）2、超短波電臺（NBFM）練習(xí)題1.已知：調(diào)制信號f(t)=cos

0t；載波信號c(t)=cos4

0t;請畫出調(diào)制信號、載波信號及AM、DSB、HSB、LSB調(diào)制時的頻譜圖(AM時直流電平為A0)

0-

0F(

)w0-w0F(w)4w0-4w0w

0-

0SDSB(

)4

0-4

0w5

03

0-3

0-5

0ww0-w0SAM(w)4w0-4w0w5W03W0-3W0-5W0練習(xí)題ww0-w0SUSB(w)4w0-4w0w5W0-5W0ww0-w0SLSB(w)4w0-4w0w3W0-3W01、在通信系統(tǒng)中，模擬線性調(diào)制是指

。（A）調(diào)幅（B）調(diào)頻（C）調(diào)相（D）調(diào)角2.下列有關(guān)通信系統(tǒng)中的調(diào)制、解調(diào)說法哪種是正確的。（A）調(diào)制、解調(diào)都在發(fā)射端B）調(diào)制、解調(diào)都在接收端（C）調(diào)制在發(fā)射端，解調(diào)在接收端（D）調(diào)制在接收端，解調(diào)在發(fā)射端3.在模擬無線通信的系統(tǒng)中，下列哪種說法是正確的。。（A）基帶信號一定是正弦波。（B）基帶信號一定是方波。（C）載波信號主要是正弦波。（D）載波信號一定是方波。2.4模擬調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能一、線性調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)f(t)sAM(t)cosctA0常規(guī)調(diào)幅調(diào)制模型f(t)sDSB(t)cosct雙邊帶調(diào)幅調(diào)制模型F()10SDSB()1/2c－c雙邊帶調(diào)制F’()1/2c－c2c－2c低通濾波器雙邊帶信號的解調(diào)sDSB(t)cosctsd(t)相干解調(diào)F()10常規(guī)調(diào)幅調(diào)制常規(guī)調(diào)幅信號的解調(diào)SAM()1/2c－cA0A0t012sAM（t）3t012sd（t）3sAM（t）sd（t）非相干解調(diào)包絡(luò)檢波講解內(nèi)容1、相干解調(diào)的分析模型？2、抗噪聲性能通過什么質(zhì)量指標(biāo)描述？其意義是什么？3、AM、DSB、SSB抗噪聲性能的比較？（用指標(biāo)G、帶寬、解調(diào)方式說明）4、不同調(diào)制方式之間如何比較其抗噪聲性能？我們的問題？單邊帶調(diào)制的實現(xiàn)采用濾波法二、線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能分析模型帶通濾波器低通濾波器s(t)n(t)si(t)ni(t)so(t)no(t)cd(t)=cosct高斯白噪聲窄帶高斯白噪聲1、抗噪聲性能分析模型（p34）我們的目標(biāo)；在給定s(t)及n

(t)的情況下，1、確定各種解調(diào)器的輸入及輸出信噪比；2、對各種調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能作出評價2、信噪比（SNR:singalnoiseratio）p36信號功率噪聲功率3、信噪比增益（G:Gain） ——衡量系統(tǒng)抗噪聲性能的重要參數(shù)表征信號通過系統(tǒng)傳輸后信噪比的改善情況，G越大抗噪聲性能越好回顧：能量譜密度和功率譜密度功率譜密度(周期性信號)：能量譜密度（非周期性信號）：總結(jié)調(diào)制方