數(shù)字通信第3章-tc模擬調(diào)制系統(tǒng)(1)

1、第三章第三章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào)3.1 模擬信號的線性調(diào)制模擬信號的線性調(diào)制v3.1.1雙邊帶調(diào)幅雙邊帶調(diào)幅v3.1.2 單邊帶調(diào)制（單邊帶調(diào)制（SSB）v3.1.3 殘留邊帶調(diào)制（殘留邊帶調(diào)制（VSB） 3.1.1 常規(guī)雙邊帶調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅為：標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅為： )cos(cc0AMttfAts)()(適用包絡(luò)檢波的條件！A0與f(t)的關(guān)系 若若 )cos(mmmtAtf)()cos()cos(ccmmm0AMttAAts)(0AMmmcc1cos() cos()Att上式中，上式中， ，稱為調(diào)幅指數(shù)，用百分，稱為調(diào)幅指數(shù)，用百分比表示時，稱為調(diào)制度。比表示時，

2、稱為調(diào)制度。（通常?。ㄍǔＨ?0%60%）0mAMAA /AM0max( )/f tA調(diào)制度調(diào)制度 小于小于1 1 等于等于1 1 大于大于1 1 正常調(diào)幅正常調(diào)幅 滿調(diào)幅滿調(diào)幅 過調(diào)幅過調(diào)幅若調(diào)制信號為一般信號，則取調(diào)幅指數(shù)為：若調(diào)制信號為一般信號，則取調(diào)幅指數(shù)為： 當(dāng)載波初相為當(dāng)載波初相為0時，已調(diào)信號為：時，已調(diào)信號為：AM0c( )( ) cosstAf tt0cccos( )cosAtf tt0c0ccccc( )( )cos()()1( )cos()()2f tFAtAf ttFF )()()()(cccc0AM21FFAS頻域特性分析若有：若有：則已調(diào)信號的頻譜為：則已調(diào)信號的頻

3、譜為： 已調(diào)信號的頻譜圖：已調(diào)信號的頻譜圖：1. 形狀相同，位置搬移；形狀相同，位置搬移；2. AM信號含載波分量；信號含載波分量；3. AM 信號是雙邊帶信號，信號是雙邊帶信號，帶寬帶寬 BAM=2W=2fH4. 下邊帶是上邊帶的鏡像下邊帶是上邊帶的鏡像下邊帶下邊帶上邊帶上邊帶上邊帶上邊帶載頻分量載頻分量載頻分量載頻分量 調(diào)幅信號的平均功率為：調(diào)幅信號的平均功率為：2AMAM220c222220cc0c( )( )coscos( )cos2( ) cosPstAf ttAtfttA f tt0)(tf02cos2cos121cosccc2tttfc220AM22PPtfAP)(功率特性分析常

4、規(guī)調(diào)幅信號的功率由載波功率常規(guī)調(diào)幅信號的功率由載波功率P Pc c和邊帶功率和邊帶功率P Pf f組成；組成；邊帶功率與調(diào)制信號有關(guān)，是有用功率：邊帶功率與調(diào)制信號有關(guān)，是有用功率：載波功率？載波功率？因?yàn)橐驗(yàn)?調(diào)制效率：邊帶功率與總功率之比，即：調(diào)制效率：邊帶功率與總功率之比，即：fcfAMfAMPPPPP)()()()(tfAtftfAtf22022202212121當(dāng)當(dāng) 時，有：時，有： 此時：此時：)cos(mmmtAtf)(22m( )2/ftA2AM2AM2m202m2m202mAM222121AAAAAA若若 ，調(diào)制效率最大值為，調(diào)制效率最大值為1/3。1AM常規(guī)調(diào)幅調(diào)制效率低，

5、載波分量不攜帶信息卻占用大部分功率！改進(jìn)方案-抑制載波雙邊帶調(diào)制 例例3-1 已知一個已知一個AM廣播電臺輸出功率是廣播電臺輸出功率是50KW，采用單頻余弦信，采用單頻余弦信號進(jìn)行調(diào)制，調(diào)幅指數(shù)為號進(jìn)行調(diào)制，調(diào)幅指數(shù)為0.707。 （1）試計(jì)算調(diào)制效率和載波功率；）試計(jì)算調(diào)制效率和載波功率； （2）如果天線用）如果天線用50的電阻負(fù)載表示，求載波信號的峰值幅度。的電阻負(fù)載表示，求載波信號的峰值幅度。解解（1） 由以上的公式有由以上的公式有 則調(diào)制效率則調(diào)制效率 載波功率為載波功率為 （2）載波功率）載波功率Pc與載波峰值與載波峰值A(chǔ)的關(guān)系為的關(guān)系為 所以所以 51707. 02707. 022

6、22AM2AMAMAMffcfPPPPPAM)(40)511 (50)1 (kWPPPPAMAMfAMcRAPc22)(2000501040223VRPAc 3.1.2 抑制載波雙邊帶調(diào)幅（抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC） DSB-SCDSB-SC信號表達(dá)式為：信號表達(dá)式為： 已調(diào)波頻譜為：已調(diào)波頻譜為： 已調(diào)信號平均功率為：已調(diào)信號平均功率為： 可見，邊帶功率是全部功率，其調(diào)制效率為可見，邊帶功率是全部功率，其調(diào)制效率為)()()(ttftscDSBcos)()()(ccDSB2121FFSttftsPc222DSBDSBcos)()(22/ )(tf1DSB DSB-SC波形圖及頻譜圖如

7、下：波形圖及頻譜圖如下：DSB-SCDSB-SC與與AMAM信號的比較信號的比較vDSB-SC的調(diào)制效率：的調(diào)制效率：100v優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省了載波功率。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省了載波功率。v缺點(diǎn)：不能用包絡(luò)檢波，需用相干檢波，較缺點(diǎn)：不能用包絡(luò)檢波，需用相干檢波，較復(fù)雜。復(fù)雜。v雙邊帶的上、下兩個邊帶有什么關(guān)系？雙邊帶的上、下兩個邊帶有什么關(guān)系？一個邊帶攜帶了調(diào)制信號的全部信息。一個邊帶攜帶了調(diào)制信號的全部信息。v進(jìn)一步改進(jìn)：單邊帶調(diào)制進(jìn)一步改進(jìn)：單邊帶調(diào)制進(jìn)一步節(jié)省載波功率和帶寬進(jìn)一步節(jié)省載波功率和帶寬 3.1.2 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) AM與與DSB-SC調(diào)制模型如下圖所示。調(diào)制模型如下圖所示。 實(shí)際中，任

8、何具有載實(shí)際中，任何具有載 波頻率的周期性信號波頻率的周期性信號 都可以充當(dāng)載波信號都可以充當(dāng)載波信號 。圖中僅以正弦信。圖中僅以正弦信 號為例加以說明。號為例加以說明。 解調(diào)包括解調(diào)包括相干解調(diào)相干解調(diào)和和包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波兩種方式。兩種方式。 相干解調(diào)相干解調(diào)模型模型 如右圖所示。如右圖所示。v 關(guān)鍵是必須關(guān)鍵是必須 有一個同頻同有一個同頻同 相的載波。相的載波。v 表達(dá)式如下：表達(dá)式如下： 經(jīng)低通后，得到：經(jīng)低通后，得到： 從而恢復(fù)了原有的調(diào)制信號。從而恢復(fù)了原有的調(diào)制信號。 ttftfttfttscc2cDSB2cos2121coscos)()()()()()(tfts21d 3.1.3

9、 SSB信號信號 濾波法形成濾波法形成SSB信號原理如下圖所示。信號原理如下圖所示。 cSSBUSBc1,| ( )( )0,| HHccLSBSSB 0 1|,|,)()(HH SSB信號頻譜為：信號頻譜為：)()()(HSSDSBSSB 相移法形成單邊帶信號原理如下圖所示。相移法形成單邊帶信號原理如下圖所示。 SSB信號第一項(xiàng)為同相分量，第二項(xiàng)為正交分量。信號第一項(xiàng)為同相分量，第二項(xiàng)為正交分量。 若調(diào)制信號為非周期信號，則通過若調(diào)制信號為非周期信號，則通過希爾伯特變換希爾伯特變換實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)SSB信號的產(chǎn)生。信號的產(chǎn)生。 3.1.3 SSB信號的解調(diào)信號的解調(diào) 不能用包絡(luò)解調(diào)。相干解調(diào)原理如右

10、下圖所示。不能用包絡(luò)解調(diào)。相干解調(diào)原理如右下圖所示。 由于輸入信號為：由于輸入信號為： 所以所以 經(jīng)低通后輸出為：經(jīng)低通后輸出為：ttfttftsccSSBsincos)()()(ttfttftfttstscccSSBp2sin212cos2121cos)()()()()()()(tfts21d單邊帶調(diào)制分析v性能分析性能分析SSB信號的實(shí)現(xiàn)比信號的實(shí)現(xiàn)比AM、DSB要復(fù)雜，但要復(fù)雜，但SSB調(diào)制調(diào)制方式在傳輸信息時，不僅可節(jié)省發(fā)射功率，而且方式在傳輸信息時，不僅可節(jié)省發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度比它所占用的頻帶寬度比AM、DSB減少了一半。減少了一半。它目前已成為短波通信中一種重要的調(diào)制

11、方式。它目前已成為短波通信中一種重要的調(diào)制方式。單邊帶調(diào)制節(jié)省帶寬和功率，實(shí)現(xiàn)困難單邊帶調(diào)制節(jié)省帶寬和功率，實(shí)現(xiàn)困難雙邊帶調(diào)制容易實(shí)現(xiàn)，占用雙邊帶調(diào)制容易實(shí)現(xiàn)，占用2 2倍帶寬倍帶寬折衷方案：折衷方案：在實(shí)現(xiàn)難度和在實(shí)現(xiàn)難度和占用帶寬中折衷占用帶寬中折衷 3.1.4 殘留邊帶調(diào)制(VSB)v原理：原理：介于介于SSB與與DSB之間的一種折衷方式之間的一種折衷方式它既克服了它既克服了DSB信號占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了信號占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了SSB信信號實(shí)現(xiàn)的困難。號實(shí)現(xiàn)的困難。不像不像SSB那樣完全抑制那樣完全抑制DSB信號的一個邊帶，而是使其殘信號的一個邊帶，而是使其殘留一小部分。留一

12、小部分。 殘留邊帶信號的產(chǎn)生殘留邊帶信號的產(chǎn)生v使用濾波法產(chǎn)生殘留邊帶信號：使用濾波法產(chǎn)生殘留邊帶信號：殘留上邊帶信號殘留上邊帶信號殘留下邊帶信號殘留下邊帶信號 可見，只要有下式成立，解調(diào)輸出就不會失真。可見，只要有下式成立，解調(diào)輸出就不會失真。 常數(shù))()(cVSBcVSBHHH只要等式左只要等式左側(cè)兩個函數(shù)側(cè)兩個函數(shù)在在=0=0處具處具有互補(bǔ)對稱有互補(bǔ)對稱（奇對稱）（奇對稱）特性，解調(diào)特性，解調(diào)就不失真。就不失真。載波和線性調(diào)制信號的關(guān)系vAM 有載波有載波效率低效率低包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波vDSB無載波無載波效率高效率高相干解調(diào)相干解調(diào)vSSB無載波無載波效率高效率高相干解調(diào)相干解調(diào)vVSB無

13、載波無載波效率高效率高相干解調(diào)相干解調(diào)用用dBdB值表示信噪比值表示信噪比:10lg(S/N):10lg(S/N)為什么用為什么用dB值表示信噪比值表示信噪比 ？vdB：單位，無量綱：單位，無量綱v聲音功率倍數(shù)：聲音功率倍數(shù)：增強(qiáng)增強(qiáng)10倍；增強(qiáng)倍；增強(qiáng)100倍；增強(qiáng)倍；增強(qiáng)1000倍倍 v人耳的感覺：人耳的感覺：增加增加1倍；增加倍；增加2倍；增加倍；增加3倍倍 人耳的感覺與聲音功率倍數(shù)的對數(shù)成正人耳的感覺與聲音功率倍數(shù)的對數(shù)成正比，使用比，使用dB值符合人體感官規(guī)律。值符合人體感官規(guī)律。通信系統(tǒng)質(zhì)量的最終衡量v質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)人的感官生理特點(diǎn)而確定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)人的感官生理特點(diǎn)而確定的聽覺

14、對聲音信號的要求在聽覺對聲音信號的要求在20dB40dB （25dB）視覺對圖象信號的要求在視覺對圖象信號的要求在40dB60dB （45dB）v So/No確定的條件是有用信號與噪聲能分開確定的條件是有用信號與噪聲能分開v 影響的因素是調(diào)制方式和解調(diào)方式影響的因素是調(diào)制方式和解調(diào)方式v 物理意義分析vDSB調(diào)制系統(tǒng)的信噪比增益為調(diào)制系統(tǒng)的信噪比增益為2。DSB信號的解調(diào)器使信噪比改善一倍。信號的解調(diào)器使信噪比改善一倍。v原因：原因：采用相干解調(diào)，使輸入噪聲中的正交分量被消除采用相干解調(diào)，使輸入噪聲中的正交分量被消除的緣故。的緣故。物理意義分析vGSSB=1，解調(diào)對信噪比沒有改善。，解調(diào)對信噪

15、比沒有改善。因?yàn)樵谝驗(yàn)樵赟SB系統(tǒng)中，信號和噪聲有相同表示形式，系統(tǒng)中，信號和噪聲有相同表示形式，所以相干解調(diào)過程中，信號和噪聲中的正交分量所以相干解調(diào)過程中，信號和噪聲中的正交分量均被抑制掉，故信噪比沒有改善。均被抑制掉，故信噪比沒有改善。討 論如果我們在相同的輸入信號功率，相同的輸入噪如果我們在相同的輸入信號功率，相同的輸入噪聲功率譜密度，相同的基帶信號帶寬條件下，對聲功率譜密度，相同的基帶信號帶寬條件下，對DSB/SSB這兩種調(diào)制方式進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)它這兩種調(diào)制方式進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)它們的輸出信噪比是相等的。們的輸出信噪比是相等的。v兩者的抗噪聲性能是相同的。但兩者的抗噪聲性能是相同的。但SSB所需的傳所需的傳輸帶寬僅是輸帶寬僅是DSB的一半。的一半。v因此因此SSB得到普遍應(yīng)用，在短波通信中單邊帶得到普遍應(yīng)用，在短波通信中單邊帶調(diào)制是一種重要的調(diào)制方式。調(diào)制是一種重要的調(diào)制方式。殘留邊帶調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能v由于殘留邊帶信號的帶寬在取值范圍內(nèi)有不由于殘留邊帶信號的帶寬在取值范圍內(nèi)有不同的情況，所以抗噪聲性能的計(jì)算比較復(fù)雜。同的情況，所以抗噪聲性能的計(jì)算比較復(fù)雜。v如果殘留的邊帶不是太寬，可以近似認(rèn)為其如果殘留的邊帶不是太寬，可以近似認(rèn)為其抗噪聲性能與單邊帶調(diào)制相同?？乖肼曅阅芘c單邊帶調(diào)制相同。 討 論vAM信號的信噪比增益信號的信噪比