工學(xué)通信原理

2023/12/6山東大學(xué)曹葉文1第三章模擬信號(hào)的發(fā)送與接收3.1調(diào)制簡(jiǎn)介

3.2振幅調(diào)制(AM)2023/12/6山東大學(xué)曹葉文2

引言

大量的信源都是模擬信源。語(yǔ)音、圖像和影像都是模擬信源的例子。盡管總的趨勢(shì)是模擬信號(hào)向著數(shù)字傳送發(fā)展，但是至今為止仍然存在著大量的模擬信號(hào)傳輸，尤其是在音頻和視頻廣播中。 本章將研究通過(guò)載波調(diào)制的模擬信號(hào)傳輸，而噪聲情況下這些系統(tǒng)的性能分析將在第5章討論。2023/12/6山東大學(xué)曹葉文33.1調(diào)制調(diào)制 1、概念

正弦載波信號(hào)表示為：

給定一個(gè)消息信號(hào)，它一般是低頻信號(hào)：

怎樣調(diào)制？包含：三個(gè)參數(shù)2023/12/6山東大學(xué)曹葉文43.1調(diào)制簡(jiǎn)介

調(diào)制的結(jié)果：時(shí)域：載波的幅度、頻率或相位將是消息信號(hào)的函數(shù)。頻域：將消息信號(hào)由低通信號(hào)（低頻）變換成帶通信號(hào)（高頻）。實(shí)際上在中心頻率附近。

2023/12/6山東大學(xué)曹葉文53.1調(diào)制簡(jiǎn)介

2、為什么要調(diào)制？

ⅰ)匹配信道低通信號(hào)(低頻)帶通信號(hào)(高頻)(如無(wú)線(xiàn)，有線(xiàn)，帶限等) ⅱ)信道共享 通過(guò)頻分復(fù)用，可以在同一信道同時(shí)傳送多個(gè)消息源的信號(hào)。

ⅲ)

提高系統(tǒng)抗躁性能 通過(guò)擴(kuò)展發(fā)送信號(hào)帶寬（為代價(jià)）來(lái)增加抗噪聲性能。如FM、CDMA系統(tǒng)。2023/12/6山東大學(xué)曹葉文63.1調(diào)制簡(jiǎn)介3模擬調(diào)制的分類(lèi)

AM：載波振幅調(diào)制

FM：載波頻率調(diào)制

PM：載波相位調(diào)制本節(jié)課的學(xué)習(xí)重點(diǎn)2023/12/6山東大學(xué)曹葉文73.2振幅調(diào)制(AM)振幅調(diào)制(AM)定義：載波的幅度隨基帶信號(hào)的變化而變化。種類(lèi)：4種DSB-SCAMAMSSBVSB2023/12/6山東大學(xué)曹葉文83.2振幅調(diào)制(AM)1、DSB-SCAM

A、概念

DSB-SC:Double-SideBand-SuppressedCarrier稱(chēng)為：雙邊帶抑制載波AM

簡(jiǎn)稱(chēng)：雙邊帶信號(hào)通過(guò)消息信號(hào)m(t)與載波信號(hào)c(t)直接相乘而得。如下圖所示。2023/12/6山東大學(xué)曹葉文93.2振幅調(diào)制(AM)

……(A)AM信號(hào)表示：載波：消息信號(hào)：2023/12/6山東大學(xué)曹葉文103.2振幅調(diào)制(AM)B.波形2023/12/6山東大學(xué)曹葉文113.2振幅調(diào)制(AM)C.頻譜和帶寬 通過(guò)對(duì)(A)式兩邊取FT，有2023/12/6山東大學(xué)曹葉文12a)帶寬：b)無(wú)載波頻譜分量頻譜示意圖：不失一般性：為作示意圖方便,設(shè)基帶信號(hào)帶寬2023/12/6山東大學(xué)曹葉文133.2振幅調(diào)制(AM)D.功率和功率譜

現(xiàn)：其中，我們?cè)O(shè)載波相位，不影響結(jié)果的一般性，因?yàn)樾盘?hào)的功率是獨(dú)立于信號(hào)的相位的。回顧：2023/12/6山東大學(xué)曹葉文143.2振幅調(diào)制(AM)其中自相關(guān)函數(shù)2023/12/6山東大學(xué)曹葉文153.2振幅調(diào)制(AM)然而，時(shí)帕塞瓦爾定理頻譜沒(méi)有重疊2023/12/6山東大學(xué)曹葉文163.2振幅調(diào)制(AM)因此：其中功率譜密度2023/12/6山東大學(xué)曹葉文173.2振幅調(diào)制(AM)例5.1

設(shè)消息信號(hào)m(t)是正弦形式 求：DSB-SCAM調(diào)制信號(hào),信號(hào)譜，功率譜和功率。解：

ⅰ)DSB-SC信號(hào)為2023/12/6山東大學(xué)曹葉文183.2振幅調(diào)制(AM)信號(hào)譜2023/12/6山東大學(xué)曹葉文193.2振幅調(diào)制(AM)2023/12/6山東大學(xué)曹葉文203.2振幅調(diào)制(AM)ⅱ)消息信號(hào)是，可求得其時(shí)間平均自相關(guān)函數(shù)其中2023/12/6山東大學(xué)曹葉文213.2振幅調(diào)制(AM)我們得到：ⅲ)功率或者2023/12/6山東大學(xué)曹葉文223.2振幅調(diào)制(AM)E.相干或同步解調(diào)(coherentorsynchronizeddemodulation)

在沒(méi)有噪聲且信道理想的假設(shè)條件下，接收信號(hào)等于已調(diào)信號(hào)，即：

(忽略傳輸時(shí)延) E.1相干解調(diào)需要一個(gè)本地正弦信號(hào)，如圖5.5所示圖5.5LPF：低通濾波器2023/12/6山東大學(xué)曹葉文233.2振幅調(diào)制(AM)對(duì)DSB-SC信號(hào)：有：

低通濾波器濾除倍頻成分，僅讓低頻成分通過(guò)。因此，低通濾波器的輸出為：解調(diào)過(guò)程:2023/12/6山東大學(xué)曹葉文243.2振幅調(diào)制(AM)

可見(jiàn)：LPF的輸出是發(fā)送的消息信號(hào)m(t)乘一個(gè)因子。該因子取決于接收信號(hào)中的相位與本地生成的正弦波相位之差。

ⅰ)

本地載波就是相干載波

ⅱ)

有用信號(hào)的幅度將減小一個(gè)乘積因子，特別是 ，則有用信號(hào)完全消失。信號(hào)恢復(fù)完美2023/12/6山東大學(xué)曹葉文25問(wèn)題實(shí)際系統(tǒng)，肯定有傳輸時(shí)延，即此時(shí)，本地的相干載波應(yīng)該是？？？其中與載波頻率有關(guān)2023/12/6山東大學(xué)曹葉文263.2振幅調(diào)制(AM)E.2相干載波的產(chǎn)生

在接收端，有兩種產(chǎn)生相干載波的方法。

A)使用導(dǎo)頻單音 發(fā)送端插入載波，叫導(dǎo)頻單音 接收端提取載波(通過(guò)窄帶濾波器) B)通過(guò)信號(hào)變換(第5章的鎖相環(huán)(PLL)實(shí)現(xiàn))2023/12/6山東大學(xué)曹葉文273.2振幅調(diào)制(AM)2、常規(guī)振幅調(diào)制AM（ConventionalAM）

A)發(fā)送信號(hào)

包含一個(gè)很大的載波成分

=很大的載波成分+DSB-SCAM信號(hào)

B)典型波形m(t)：不含直流?。?！m(t)2023/12/6山東大學(xué)曹葉文283.2振幅調(diào)制(AM)調(diào)制指數(shù)利用調(diào)制指數(shù)，AM已調(diào)信號(hào)可表達(dá)為

叫做歸一化消息信號(hào)2023/12/6山東大學(xué)曹葉文293.2振幅調(diào)制(AM)C)頻譜和帶寬

含頻率為載波成分a)帶寬：b)頻譜：容易得到(參考DSB-SC信號(hào)的情形)2023/12/6山東大學(xué)曹葉文303.2振幅調(diào)制(AM)定義：=0類(lèi)似DSB-SC，有：D)功率其中：2023/12/6山東大學(xué)曹葉文313.2振幅調(diào)制(AM)則有： 功率的第一個(gè)部分是由于載波的存在，而且該分量不包含任何信息。第二個(gè)部分是承載信息的分量。注意到第二個(gè)分量通常遠(yuǎn)小于第一個(gè)分量，且對(duì)于具有大動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)，。2023/12/6山東大學(xué)曹葉文323.2振幅調(diào)制(AM)E)解調(diào)

E.1相干解調(diào) 通過(guò)LPF濾波和隔DC，可得同步下，即有2023/12/6山東大學(xué)曹葉文333.2振幅調(diào)制(AM)E.2包絡(luò)檢測(cè)(ED)

rectifierLPFr(t)y(t)對(duì)rectifier（整流）2023/12/6山東大學(xué)曹葉文34ED的典型實(shí)現(xiàn)3.2振幅調(diào)制(AM)充放電過(guò)程示意：在輸入信號(hào)的4個(gè)正半周期，二極管導(dǎo)通、電容充電直至輸入信號(hào)的峰值。當(dāng)輸出電壓低于電容電壓時(shí)，二極管截止，輸入不能到達(dá)輸出。在這期間，電容通過(guò)電阻R緩慢的放電。這個(gè)過(guò)程周期性的重復(fù)。2023/12/6山東大學(xué)曹葉文353.2振幅調(diào)制(AM)ED解調(diào)輸出

其中表示直流分量，m(t)為ED輸入信號(hào)的包絡(luò)在理想的情況下，ED的輸出可表示為對(duì)于AM信號(hào)輸入，我們得到通過(guò)膈直流，ED最后輸出為2023/12/6山東大學(xué)曹葉文363.2振幅調(diào)制(AM)ED解調(diào)的優(yōu)點(diǎn)/缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單（不需載波同步）缺點(diǎn)：存在門(mén)限效應(yīng)（下一章）問(wèn)題