現(xiàn)代通信原理-清華大學(xué)出版社-第三章

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第3章

模擬線性調(diào)制系統(tǒng)2調(diào)制的研究對(duì)象問(wèn)題：

為什么要對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制？什么是調(diào)制？3調(diào)制的目的將消息變換為便于傳輸?shù)男问健Ｒ簿褪钦f(shuō)，變換為某種形式使信道容量達(dá)到最大，而且傳輸更可靠和效。提高性能，特別是提高抗干性。有效的利用頻帶。4調(diào)制的概念調(diào)制：就是將基帶信號(hào)進(jìn)行各種變換后再傳輸?shù)倪^(guò)程。其中包括調(diào)制映射，傅立葉變換(OFDM)，頻率搬移等等。數(shù)學(xué)分析：頻率搬移5調(diào)制分類(lèi)調(diào)制信號(hào)：載波信號(hào)：調(diào)幅：主要內(nèi)容：原理，頻域分析和性能分析幅度調(diào)制頻率調(diào)制相位調(diào)制線性調(diào)制非線性調(diào)制6內(nèi)容

模擬線性調(diào)制1.常規(guī)調(diào)幅(AM)2.抑制載波雙邊帶調(diào)幅(DSB-SC)3.單邊帶調(diào)制(SSB)4.殘留邊帶調(diào)制(VSB)線性調(diào)制和解調(diào)的一般模型線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能（重點(diǎn)）1.通信系統(tǒng)抗噪聲性能的分析模型2.線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能73.1.1常規(guī)調(diào)幅(AM)時(shí)域表達(dá)式調(diào)制FLASH演示直流調(diào)制信號(hào)8解調(diào)---包絡(luò)檢波無(wú)失真恢復(fù)條件否則會(huì)出現(xiàn)過(guò)調(diào)幅。9若調(diào)制信號(hào)調(diào)幅信號(hào)調(diào)幅指數(shù)10確知信號(hào)調(diào)幅的頻域分析從頻域變換的性質(zhì)分析傅立葉變換頻域表達(dá)式直流分量信號(hào)分量)(21)()(21)()(00ccccAMwwFwwδAπwwFwwδAπwS++++-+-=教材圖3-2從頻域卷積的角度分析11功率組成常規(guī)雙邊帶條幅信號(hào)在1Ω電阻上的平均功率等于SAM(t)的均方值，當(dāng)f(t)為確知信號(hào)時(shí)，均方值即為其平方的時(shí)間平均（假定f(t)均值為0）12邊帶功率載波功率功率組成效率13隨機(jī)信號(hào)——功率譜密度信號(hào)的功率譜密度是信號(hào)自相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換

以下推導(dǎo)中假定f(t)均值為014均值為0同時(shí)考慮到f(t)=0可得進(jìn)行傅里葉變換得：15來(lái)自載波來(lái)自調(diào)制信號(hào)隨機(jī)信號(hào)的平均功率通過(guò)功率譜密度求功率，即進(jìn)行積分運(yùn)算，并進(jìn)而可獲得效率，如教材3-181617AM小結(jié)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易。缺點(diǎn)：功率效率非常低，最大為1/3頻譜效率也不高，為信號(hào)最高頻率的2倍。應(yīng)用：中短波段AM廣播。183.1.2抑制載波的雙邊帶調(diào)幅思路：AM信號(hào)，載波分量占據(jù)了大部分功率，又不包含信息，造成功率浪費(fèi)，可去除直流部分。調(diào)制：頻譜19調(diào)制電路如圖所示平衡調(diào)制器中，非線性器件的輸出——輸入特性為已知調(diào)制信號(hào)的頻帶為300——3400Hz，載頻滿足什么條件時(shí)，可以得到理想的抑制載波雙邊帶信號(hào)解：由圖可知非線性器件的輸出：

因此

通過(guò)頻域圖形可知，fc必須大于2倍信號(hào)最高頻率即，必須大于6800Hz20環(huán)形調(diào)制器載波——方波傅氏級(jí)數(shù)分解環(huán)形調(diào)制器輸出為：分析頻譜2122DSB的頻域分析頻域分析

確知信號(hào)：

隨機(jī)信號(hào)：功率效率：解調(diào)——相干解調(diào)2324

DSB小結(jié)

優(yōu)點(diǎn)：功率利用率較高（與AM相比）。缺點(diǎn)：解調(diào)復(fù)雜。DSB信號(hào)不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波來(lái)恢復(fù)調(diào)制信號(hào)，需采用相干解調(diào)。節(jié)省了載波功率，但頻帶與AM信號(hào)同，是調(diào)制信號(hào)帶寬的2倍。應(yīng)用：FM立體聲中的差信號(hào)調(diào)制，彩色TV系統(tǒng)中的色差信號(hào)調(diào)制，以及正交調(diào)制等。25

3.2單邊帶調(diào)幅思路：DSB信號(hào)中，調(diào)制形成的兩個(gè)邊帶互為對(duì)稱(chēng)，很自然的想到只傳輸一個(gè)邊帶，這就是SSB.原理：26表示式：濾波器：頻域表示實(shí)際濾波器由于存在過(guò)渡帶，理想濾波器是不能實(shí)現(xiàn)的例如電話通信中，語(yǔ)音信號(hào)頻率為300Hz~3400Hz，允許過(guò)渡帶最小為600Hz實(shí)現(xiàn)濾波器的難易程度與有關(guān)

該數(shù)值越大越容易實(shí)現(xiàn)

教材例3-227相移法28上邊帶下邊帶相移法29希爾伯特變換若系統(tǒng)的沖激響應(yīng)在時(shí)域是因果函數(shù)，則其頻域的實(shí)部與虛部是一對(duì)希爾伯特變換；若系統(tǒng)的沖激響應(yīng)在頻域是因果函數(shù)，則其時(shí)域的實(shí)部與虛部是一對(duì)希爾伯特變換；30時(shí)域?yàn)橐蚬瘮?shù)的證明31希爾伯特變換32頻域?yàn)橐蚬瘮?shù)的證明33實(shí)部虛部頻域34虛部希爾伯特變換的性質(zhì)35則f(t)希爾伯特變換傅里葉變換而且性質(zhì)4證明3637希爾伯特濾波器希爾伯特變換希爾伯特濾波器---寬帶相移網(wǎng)絡(luò)單邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)383940分析第二項(xiàng)分析第二項(xiàng)41兩角和的公式二倍角公式42由希爾伯特變換性質(zhì)1、2希爾伯特變換最終獲得的上邊帶信號(hào)43積化和差44單邊帶相移法框圖(下邊帶)45頻譜圖見(jiàn)教材3-17463.2.3單邊帶信號(hào)時(shí)域表達(dá)式時(shí)域關(guān)系：濾波器：時(shí)域表達(dá)式：473.2.5單邊帶信號(hào)的解調(diào)相干解調(diào)483.2.6小結(jié)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)制前后帶寬保持不變（與調(diào)制信號(hào)相同）。缺點(diǎn)：信號(hào)產(chǎn)生及其解調(diào)復(fù)雜。應(yīng)用：長(zhǎng)途（載波）電話。49

3.3殘留邊帶調(diào)幅思路：AM和DSB信號(hào)的帶寬是原信號(hào)的兩倍，而SSB調(diào)制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)較困難，因此提出了一種介于DSB和SSB之間的調(diào)制方式VSB。原理：50頻域表示殘留邊帶濾波器見(jiàn)教材P44,圖3-21~3-24513.3.1解調(diào)采用相干解調(diào)解調(diào)不失真條件：

要求濾波器特性滿足互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)性。52

推導(dǎo)：由頻域卷積定理

得

若選擇合適的低通濾波器的截止頻率，則有：過(guò)濾53

滿足互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)特性的滾降形狀并不是唯一的，目前應(yīng)用最多的是直線滾降和余弦滾降。它們分別在電視信號(hào)傳輸和數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸中得到應(yīng)用。543.4調(diào)幅信號(hào)產(chǎn)生的一般模型原理框圖頻域表達(dá)式553.4.1調(diào)幅信號(hào)的正交產(chǎn)生時(shí)域表達(dá)式同相分量正交分量56正交法產(chǎn)生同相濾波器正交濾波器573.4.2調(diào)幅信號(hào)的產(chǎn)生雙邊帶調(diào)制單邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制583.4.3調(diào)幅相干解調(diào)適用于：AM，DSB，SSB，VSB數(shù)學(xué)分析輸入信號(hào)：濾波前:濾波后:593.4.4插入載波包絡(luò)檢波適用于DSB，SSB，VSB加入載波后的信號(hào)分析6061

3.5.1噪聲系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型噪聲分類(lèi)62平穩(wěn)窄帶高斯噪聲瑞利分布均勻分布帶通濾波633.5.2性能評(píng)估指標(biāo)通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能評(píng)估指標(biāo)信噪比增益：說(shuō)明：本節(jié)要討論的問(wèn)題是信道存在加性高斯白噪聲時(shí)，各種線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能。而抗噪聲能力通常用“信噪比”來(lái)度量，即信號(hào)的平均功率與噪聲的平均功率之比。643.5.3相干解調(diào)的抗噪聲性能解調(diào)模型數(shù)學(xué)分析解調(diào)前與本地載波相乘之后65經(jīng)LPF解調(diào)后forDSB，BDSB=2w，wo=wc66輸出為計(jì)算輸入信噪比67輸入噪聲功率輸入信噪比雙邊帶只含有同向分量SI(t)683.5.4雙邊帶調(diào)幅的抗噪聲性能解調(diào)前解調(diào)后信噪比增益輸入信噪比輸出信噪比f(wàn)orSSB，BSSB=w，69用于計(jì)算信號(hào)功率用于計(jì)算噪聲功率703.5.5單邊帶調(diào)幅的信噪比增益解調(diào)前解調(diào)后信噪比增益輸入信噪比輸出信噪比713.5.6思考為什么雙邊帶調(diào)制相干解調(diào)的信噪比增益比單邊帶調(diào)制的高？

雙邊帶信號(hào)DSB調(diào)制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，從而使噪聲功率減半的緣故。雙邊帶調(diào)制相干解調(diào)的信噪比增益比單邊帶調(diào)制的高是否說(shuō)明雙邊帶調(diào)制的抗噪聲性能比單邊帶調(diào)制的更好？不能。只是雙邊帶信號(hào)所需的傳輸帶寬是單邊帶的２倍。實(shí)際上，雙邊帶和單