通信原理西安電子科技大學黃葆華第二版第5章

第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制的概念及分類線性調(diào)制系統(tǒng)（AM、DSB、SSB）線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析頻分復(fù)用（FDM）及其應(yīng)用調(diào)制：讓載波的某個參數(shù)（或幾個）隨調(diào)制信號（原始信號）的變化而變化的過程或方式稱為調(diào)制。經(jīng)調(diào)制后的信號稱為已調(diào)信號或頻帶信號。調(diào)制的分類：線性調(diào)制與非線性調(diào)制(1)線性調(diào)制：調(diào)制前后，已調(diào)信號的頻譜和調(diào)制信號的頻譜之間呈線性搬移關(guān)系。eg:AM,DSB,SSB等(2)非線性調(diào)制：調(diào)制前后，已調(diào)信號的頻譜和調(diào)制信號的頻譜之間呈非線性關(guān)系。eg:FM5.1調(diào)制的概念及分類5.2線性調(diào)制系統(tǒng)幅度調(diào)制是用調(diào)制信號m(t)控制高頻載波c(t)的振幅，使載波的振幅隨調(diào)制信號作線性變化。圖5.1幅度調(diào)制器的一般模型載波c(t)=A0cos(2πfct+θ0)，調(diào)幅信號s(t)為：設(shè)A0=1，θ0=0，則若調(diào)制信號m(t)的頻譜為M(f)，調(diào)幅信號的頻域表示式為載波c(t)的頻譜調(diào)幅(AM)：這時H(f)＝1為全通網(wǎng)絡(luò)，且m(t)含有直流成分。雙邊帶(DSB)：這時H(f)＝1為全通網(wǎng)絡(luò)，且m(t)不含有直流成分。單邊帶(SSB)：這時H(f)是截止頻率為載頻fc的高通或低通濾波器。

適當選擇濾波器的傳輸特性H(f)，便可以得到各種幅度調(diào)制信號。如：5.2.1標準調(diào)幅(AM)圖5.2AM調(diào)制器模型A0表示直流分量則調(diào)幅信號為：1.AM信號的時域描述和波形式中，假定當滿足|m(t)|max≤A0時，AM信號振幅包絡(luò)的形狀與基帶信號形狀一致，所以可以用包絡(luò)檢波的方法對AM信號進行解調(diào)，圖5.3AM信號的波形調(diào)幅波包絡(luò)不失真的條件是基帶信號最大振幅值不大于載波信號的幅度，即|m(t)|max≤A0當m<1時，正常調(diào)幅；當m=1時，稱為滿調(diào)幅；此時|m(t)|max=A0當m>1時，［A(t)］min為負值，AM信號包絡(luò)過零點處載波相位反相，包絡(luò)和基帶信號不再保持線性關(guān)系，產(chǎn)生了過調(diào)幅失真。分析：調(diào)幅度m的定義為：調(diào)幅系數(shù)例5.1

已知調(diào)幅波sAM(t)=(100+30cosΩt+20cos3Ωt)cos2πfct(V)，求其調(diào)幅系數(shù)。2.AM信號的頻域描述和頻譜sAM(t)=［A0+m(t)］cos2πfct圖5.4AM信號的頻譜其中：M(f)表示基帶信號m(t)的頻譜；C(f)表示載波的頻譜；SAM(f)表示調(diào)幅信號的頻譜。上邊帶下邊帶結(jié)論：BAM=2fm(Hz)；攜帶基帶信號信息的是邊帶分量。3.AM信號的功率和調(diào)制效率AM信號在1Ω電阻上的平均功率應(yīng)等于sAM(t)的均方值。假定調(diào)制信號m(t)沒有直流分量，即由于所以載頻功率邊帶功率調(diào)幅信號中攜帶調(diào)制信號信息的是邊帶分量，將邊帶功率與調(diào)幅信號平均功率的比值稱為調(diào)幅信號的調(diào)制效率。分析：調(diào)制效率ηAM＜1，在“滿調(diào)幅”條件下，如果m(t)為矩形波形，則最大可得到ηAM=50%；如果m(t)為正弦波，則可得到ηAM=33.3%。說明AM信號的功率利用率比較低。5.2.2抑制載波雙邊帶調(diào)制(DSB)AM信號的調(diào)制效率比較低，是因為不含信息的載波分量占據(jù)大部分信號功率。如果只傳送兩個邊帶分量，而抑制載波分量，就能夠提高功率利用率，這種抑制載波的調(diào)幅(DSB-SC)也稱為雙邊帶調(diào)制(DSB)。圖5.5DSB調(diào)制器模型1.DSB信號的時域表示式和波形2.DSB信號的頻域表達式和頻譜圖5.6DSB信號的頻譜若調(diào)制信號的最高頻率為fm，則DSB信號的帶寬為BDSB=2fm由于DSB信號的上、下兩個邊帶是完全對稱的，因此僅傳輸其中一個邊帶即可，這就是提出單邊帶調(diào)制的原因。5.2.3單邊帶調(diào)制(SSB)可以從簡單的單頻調(diào)制出發(fā)，得到SSB信號的時域表示式。設(shè)單頻調(diào)制信號m(t)=Amcos2πfmt，載波c(t)=cos2πfct，兩者相乘得到DSB信號的時域表示式為保留上邊帶項，則得上邊帶(USB)信號保留下邊帶項，則得下邊帶(LSB)信號把上、下邊帶合并起來，則SSB信號的一般表示式為

Amsin2πf

mt可以看成是Amcos2πf

mt相移π/2得到。把一個信號所含的所有頻率成分相移π/2的過程稱為希爾伯特變換，所形成的信號稱為原信號的正交信號，記為“∧”，即所以任意調(diào)制信號m(t)的SSB信號的時域表示式如下：式由單頻調(diào)制得到的，但是任意一個基帶信號可以由n個正弦信號之和來表示。SSB信號的產(chǎn)生—相移法由式可以畫出用相移法產(chǎn)生SSB信號的原理框圖，如圖5.7所示。圖中Hh(f)為希爾伯特濾波器的傳遞特性，它實質(zhì)上是一個寬帶相移網(wǎng)絡(luò)，將m(t)的所有頻率分量相移π/2，而幅度保持不變，即得到。圖5.7相移法產(chǎn)生SSB信號5.2.4調(diào)幅系統(tǒng)的解調(diào)

調(diào)幅系統(tǒng)的相干解調(diào)相干解調(diào)也稱為同步解調(diào)，即接收端提供一個與發(fā)端調(diào)制載波同頻同相的相干載波。圖5.8是調(diào)幅系統(tǒng)相干解調(diào)的原理框圖，圖中，sr(t)為接收的已調(diào)信號，c(t)為接收機提供的本地相干載波，即c(t)=cos2πf

ct。圖5.8相干解調(diào)原理框圖(1)AM信號相干解調(diào)通過低通濾波器LPF，抑制高頻分量2fc，消除直流分量，得(2)DSB信號相干解調(diào)通過低通濾波器LPF，抑制高頻分量2fc，得(2)SSB信號相干解調(diào)通過低通濾波器LPF，抑制高頻分量2fc，得5.3線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析1.線性調(diào)制系統(tǒng)相干解調(diào)器的抗噪聲性能相干解調(diào)器抗噪聲性能的分析模型如圖5.9所示。圖5.9相干解調(diào)器抗噪聲性能分析模型解調(diào)器輸入端的噪聲ni(t)=nI(t)cos2πfct-nQ(t)sin2πf

ct與本地載波相乘后，得通過LPF，濾除2f

c分量，得解調(diào)器輸出噪聲和噪聲平均功率為由于帶通濾波器帶寬遠小于其中心頻率fc，根據(jù)第3章所學知識，ni(t)為窄帶平穩(wěn)高斯白噪聲，它的表示式為窄帶噪聲ni(t)有以下統(tǒng)計特性：平均功率Ni為解調(diào)器輸入噪聲ni(t)的平均功率。若白噪聲的單邊功率譜密度為no，則則而Ni=noB，其中，B應(yīng)等于輸入信號sr(t)的帶寬。1）DSB調(diào)制系統(tǒng)相干解調(diào)時的抗噪聲性能分析解調(diào)器輸入信號和輸入信號功率為DSB信號相干解調(diào)時，解調(diào)器輸出信號及功率為而Ni=noB，其中，B應(yīng)等于DSB信號的帶寬，即B=BDSB=2f

m，fm是基帶信號的帶寬。輸入信噪比為輸出信噪比為注：為了比較各種調(diào)制系統(tǒng)的性能，還可用輸出信噪比和輸入信噪比的比值G來表示，G稱為調(diào)制制度增益。結(jié)論：即DSB信號的解調(diào)器使信噪比改善一倍。2）AM調(diào)制系統(tǒng)相干解調(diào)時的抗噪聲性能分析解調(diào)器輸入信號和輸入信號功率為∵AM信號相干解調(diào)時，解調(diào)器輸出信號和輸出信號平均功率為而Ni=noB，其中，B應(yīng)等于AM信號的帶寬，即B=BAM=2f

m，f

m是基帶信號的帶寬。輸入信噪比為輸出信噪比為注：（<1）分析：對于單音頻調(diào)制信號，即m(t)=Amcos2πF

t，有采用滿調(diào)幅，即A0=Am，此時調(diào)制制度增益最大值為3）SSB調(diào)制系統(tǒng)相干解調(diào)時的抗噪聲性能分析解調(diào)器輸入信號和輸入信號功率為∴∵m(t)與正交，只是相移了π/2，幅度不變。SSB信號相干解調(diào)時，解調(diào)器輸出信號和輸出信號平均功率為而Ni=noB，其中,B應(yīng)等于SSB信號的帶寬，即B=BSSB=f

m，fm是基帶信號的帶寬。輸入信噪比為輸出信噪比為注：由上面分析得GDSB=2GSSB，從抗噪聲角度看,DSB并不優(yōu)于SSB。分析：NiSSB=noBSSB=nofmNiDSB=noBDSB=2nofmNiDSB=2NiSSB在解調(diào)器輸出端：在解調(diào)器輸入端：5.4頻分復(fù)用(FDM)多路復(fù)用：指多路獨立信號同時利用同一信道進行傳輸。頻分多路復(fù)用：各路信號同時在同一信道中傳輸時占用不同的頻帶。在頻分復(fù)用中，信道的帶寬被分成若干個相互不重疊的頻段，每路信號占用其中一個頻段，因而在接收端可以采用適當?shù)膸V波器將多路信號分開，從而恢復(fù)出所需的信號。FDM系統(tǒng)原理框圖如圖5.10所示。

設(shè)有n路話音信號進行復(fù)用，發(fā)送端各路話音信號首先通過LPF，使其頻率受限在fm(對話音信號，一般為3.4kHz)以內(nèi)，然后將各路信號分別對不同的載波頻率進行調(diào)制，這些載波(f

c1,f

c2,f

cn)稱為副載波。調(diào)制方式常用的是SSB調(diào)制。

調(diào)制器后的BPF將各路已調(diào)信號的頻帶限制在規(guī)定范圍以內(nèi)，然后把各路BPF的輸出合并，形成復(fù)用信號s(t)。但在某些場合，還需進行主載波調(diào)制。復(fù)用信號就可以在信道中傳輸。

在接收端，將主調(diào)制信號進行解調(diào)成為頻分復(fù)用信號s(t)，然后通過分路濾波和SSB解調(diào)，恢復(fù)各路信號m1(t),m2(t),…,mn(t)。fc1fc2fcn圖5.10FDM系統(tǒng)原理框圖FDM有一個重要指標是路際串話。路際串話就是甲路在通話的同時又可聽到乙路之間的講話。為了減小FDM復(fù)用信號頻譜的重疊，各路信號頻譜間應(yīng)留有一定的間隔，此間隔稱為防護頻帶，即fc(i+1)=fci+(fm+fg),i=1,2,…,n式中，fci和fc(i+1)分別為第i路與第i+1路的副載波頻率；fm為每路信號的最高截止頻率；fg為鄰路間隔防護頻帶。復(fù)用信號頻譜結(jié)構(gòu)如圖5.11所示。副載波采用SSB調(diào)制方式。圖5.11復(fù)用信號頻譜結(jié)構(gòu)(采用上邊帶調(diào)制)則n路復(fù)用信號的帶寬為Bn=nf

m+(n-1)fg=(n-1)(f

m+f

g)+fm=(n-1)B1+fmBnfci和fc(i+1)分別為第i路與第i+1路的副載波頻率；fm為每路信號的最高截止頻率；fg為鄰路間隔防護頻帶。5.5FDM應(yīng)用舉例：模擬載波系統(tǒng)

在多路載波電話中采用單邊帶調(diào)制頻分復(fù)用，每路電話信號限帶于0.3~3.4kHz，各路信號間留有保護間隔，因此每路取4kHz作為標準頻帶。1.基群信號頻譜圖

對3路話音基帶信號進行上邊帶調(diào)制(USB)形成一個前群；對4個前群進行下邊帶調(diào)制(LSB)形成一個基群。其頻譜搬移過程如圖5.12所示。圖5.12基群信號頻譜的形成過程2.超群信號的頻譜

超群信號的頻譜是由5個基群信號對相應(yīng)的載波進行下邊帶調(diào)制形成的，如圖5.13所示。圖5.13超群信號頻譜形成過程3.基本主群信號頻譜圖5.14基本主群信號的頻譜形成過程

圖5.14多路載波電話系統(tǒng)原理框圖(ITU-T標準)5第二級第三級（300~3400Hz）(ITU-T標準)例：已知在一個超群中第三基群的第五信道有一個頻率為2KHz的音頻信號。計算出在超群的輸出信號中該信號的頻率。（第一級中載頻為