第三章模擬信號調(diào)制傳輸

1、第三章 模擬調(diào)制系統(tǒng)1 1、了解調(diào)制的功能和調(diào)制的分類、了解調(diào)制的功能和調(diào)制的分類2 2、掌握掌握模擬調(diào)制的概念和模擬調(diào)制信號的表達(dá)式模擬調(diào)制的概念和模擬調(diào)制信號的表達(dá)式3 3、掌握掌握模擬線性調(diào)制模擬線性調(diào)制AMAM、DSBDSB的時域波形、頻域特的時域波形、頻域特性，帶寬，功率分配性，帶寬，功率分配4 4、掌握掌握NBFMNBFM、WBFMWBFM的頻譜分布、帶寬、功率分配的頻譜分布、帶寬、功率分配5 5、了解模擬調(diào)制與解調(diào)、了解模擬調(diào)制與解調(diào)6 6、掌握掌握模擬調(diào)制中幾種調(diào)制方式的抗噪性能比較模擬調(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

2、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： )cos()(0tAtcc幅度角頻率初相位調(diào)制信號f(t)調(diào)制后：)(cos)()(0tttAtsc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)制線性調(diào)制

3、或幅度調(diào)制；(t)或(t)的導(dǎo)數(shù)隨f(t)作線性變換，稱非線性非線性調(diào)制或角度調(diào)制；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)AM0( )( )( )( ) cos()AMcccstAf tutAAf tt 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)：( )cosmmf tAw t00( )coscos()1coscos()AMmmcamcstAAw tw tAmw tw tmaAmA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00.511.522.533.544.5x 104-10100.511.522.533.

4、544.5x 104-20200.511.522.533.544.5x 104-10100.511.522.533.544.5x 104-10100.511.522.533.544.5x 104-10100.511.522.533.54x 104-20200.511.522.533.544.5x 104-10100.511.522.533.544.5x 104-20200.511.522.533.544.5x 104-1011am 1am 1am 過調(diào)幅過調(diào)幅滿調(diào)幅滿調(diào)幅正常調(diào)幅正常調(diào)幅00.511.522.533.54x 104-10100.511.522.533.54x 104-10100

5、.511.522.533.54x 104-202周期方波AM調(diào)制波形)()(Ftf)()(cos00cccAtA)()(21cos)(cccFFttfF()10BSAM()1/20A0A0-cc2B4 4、功率分配、功率分配)(2tsPAMAMfcAMPPtfAP 2)(2220調(diào)制效率fcfAMfAMPPPPP載波功率邊帶功率3 3、帶寬、帶寬BAM=2B( )f tA( )Af tcosct( )AMstAM調(diào)制原理框圖( )f t( )AMst低通濾波非線性器件AM解調(diào)原理框圖包絡(luò)檢波( )f t2( ) coscAf ttcosct( )AMst低通濾波相干檢波4 4、應(yīng)用、應(yīng)用調(diào)幅廣

6、播（調(diào)幅廣播（AMAM）常規(guī)調(diào)幅方式，收音機常規(guī)調(diào)幅方式，收音機波段：中波波段：中波535KHz1605KHz,535KHz1605KHz,自由空間，自由空間， 地區(qū)性廣播地區(qū)性廣播 短波短波3.9MHz18MHz3.9MHz18MHz，電離層反射，電離層反射， 距離數(shù)千公里距離數(shù)千公里二、抑制載波雙邊帶調(diào)幅（二、抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB-SCDSB-SC）1 1、時域表達(dá)式及頻譜圖、時域表達(dá)式及頻譜圖ttftscDSBcos)()()(21)(21)(ccDSBFFSf(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)()(21

7、cos)(cccFFttfc(t)t載波信號時域波形圖3 3、平均功率及效率、平均功率及效率)(2tsPDSBDSBfDSBPtfP 2)(21ffDSBfDSBPPPP2 2、帶寬、帶寬BDSB=2B0),400cos()(),100cos()(cttcttff(t)t01t01c(t)sDSB（t)t01C()F()00SDSB()0100100400400300 500 500 300 1/21三、單邊帶調(diào)制（三、單邊帶調(diào)制（SSBSSB）頻譜圖SUSB() C- C C- CHLSB() C- CB1/2 C- CSLSB()B1/2HUSB() C- CSDSB()2B1/2上邊帶調(diào)

8、制下邊帶調(diào)制四、殘留邊帶調(diào)制（四、殘留邊帶調(diào)制（VSBVSB）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nsppns10log102 2、信噪比（、信噪比（SNR:singal noise ratioSNR:singal noise ratio）p36p36信號功率噪聲功率3 3、信噪比增益（、信噪比增益（G:GainG:Gain）衡量系統(tǒng)抗噪聲性能的重要參數(shù)衡量系統(tǒng)抗噪聲性能的重要參數(shù)iiOONSNSG 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

9、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()2B B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)

10、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：SDB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SSB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=1AM在大信噪比時G1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

11、絡(luò)檢波B：基帶信號帶寬Bntf02)(Bntf022)(Bntf02)(Bntf024)(Bntf024)(BntfA02202/)(1)()(22202tfAtff(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))(cos)()(ttAts瞬時相角瞬時幅度一、調(diào)頻信號與調(diào)相信號一、調(diào)頻信號與調(diào)相信號)(cos)(0ttAtsc常量)(cos)(0tfKtAtsPMcPM)()(

12、tfKtPM相移常數(shù)1 1、相位調(diào)制（、相位調(diào)制（ PM:Phase ModulationPM:Phase Modulation ）2 2、頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM:Frequency Modulation(FM:Frequency Modulation) )(cos)(0dttfKtAtsFMcFM)()()(tfKdttdtFM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)制二、頻率調(diào)制FM1、窄帶調(diào)頻和寬帶調(diào)頻的定義

13、、窄帶調(diào)頻和寬帶調(diào)頻的定義(P28)5.0(6|)(|max或dttfKFM由調(diào)頻所引起的最大瞬時相位偏移遠(yuǎn)小于30 o時，就稱為窄帶調(diào)頻（NBFM:narrow band frequency modulation）(p28,2-30式)不滿足窄帶條件的調(diào)頻稱為寬帶調(diào)頻（WBFM:Wide Band frequency modulation）(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()mNBFMfB23 3、寬帶調(diào)頻的帶寬、寬帶調(diào)頻的帶寬(P61

14、)(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=9max22 )1 (2fffBmmFMFM卡森公式（3-3-14）max22 )1 (2fffBmmFMFM1FM1FMmFMfB2窄帶調(diào)頻max22 )1 (2fffBmmFMFM寬帶調(diào)頻4 4、調(diào)頻信號的功率、調(diào)頻信號的功率(P61)(P61)coscos coscos)(ttAdttAKtAtsmFMcmmFMcFM 已調(diào)信號的總功率未調(diào)載波的功率已調(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)總功率與調(diào)制過程及調(diào)頻指數(shù)無關(guān)cfFMPPP

15、（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)(cos)(dttfKtAtsFMCFM)()(tfKtsFMo)(sin)()(dttfKttfKAtsFMCFMCdfc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FMFMFMG33時有近似式：當(dāng)AMFMFMBB29292)1 (32FMFMFMG模擬調(diào)制性能比較調(diào)制方式帶寬G典型應(yīng)用

16、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)()(22202tfAtf)1 (32FMFM作業(yè)總結(jié)模擬調(diào)制的知識，用圖表形式畫出。內(nèi)容包括調(diào)制類型 調(diào)制方式帶寬信噪比增益 解調(diào)方式應(yīng)用5 5、調(diào)頻信號的應(yīng)用、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)

17、 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，

18、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)ttftscDSBcos)()(ttftAttfAtscccAMcos)(coscos)()(00f(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()1/2cc雙邊帶調(diào)制F()1/2cc2c2c低通濾波器雙邊帶信號的解調(diào)LPFsDSB(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()1/2ccA

19、0A0t012sAM（t）3t012sd（t）3ACRR1CsAM（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nsppns10log102 2、信噪比（、信噪比（SNR:singal noise ratioSNR:singal noise ratio）p36p36信號功率噪聲功率3 3、信噪比增益（、信噪比增益（G:GainG:Gain）衡量系統(tǒng)抗噪聲性能的重要參數(shù)衡量系統(tǒng)抗噪聲性能的重要參數(shù)iiOONSNSG 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TFTTP2)(| )(|lim2| )(|)(