第四章模擬調制系統(tǒng)

1、第四章第四章 模擬調制系統(tǒng)模擬調制系統(tǒng)Prof. Li Pingan4.1 4.1 引言引言 4.2 4.2 幅度調制的原理及抗噪性能幅度調制的原理及抗噪性能 4.3 4.3 非線性調制的原理及抗噪性能非線性調制的原理及抗噪性能4.44.4 各種模擬系統(tǒng)的比較各種模擬系統(tǒng)的比較 4.5 4.5 頻分復用（頻分復用（FDM） 4.6 4.6 復合調制和多路調制的概念復合調制和多路調制的概念本章內(nèi)容本章內(nèi)容4.1 4.1 引引 言言 為什么要調制為什么要調制 遠距離傳輸遠距離傳輸未經(jīng)過調制信號稱為未經(jīng)過調制信號稱為基帶信號：基帶信號：直流，低頻分量重直流，低頻分量重 天線設計，天線設計， 干擾抑制

2、干擾抑制kHzfkmfcL3254/4/cfff調制調制解調解調基帶基帶頻帶頻帶 如何進行調制如何進行調制(模擬調制模擬調制) 幅度調制（線性）幅度調制（線性） AM DSB SSB VSB 角度調制（非線性）角度調制（非線性） FM PM)cos()(tAtCc)cos()(tAtmm4.2.1 4.2.1 幅度調制原理幅度調制原理2 2、四種調幅信號四種調幅信號 1 1、調幅定義：載波的、調幅定義：載波的振幅振幅隨調制信號的變化而變化隨調制信號的變化而變化)tcos(A)t(Sc0 設設 載波為載波為)t(m調制信號為調制信號為 1) 1) AM 信號：信號：標準標準調幅調幅2) 2) D

3、SB 信號：雙邊帶信號信號：雙邊帶信號3) 3) SSB 信號：單邊帶信號信號：單邊帶信號4) 4) VSB 信號：殘余邊帶信號信號：殘余邊帶信號4.2 4.2 幅度調制的原理及抗噪性能幅度調制的原理及抗噪性能 AM 信號信號2 2）頻譜結構）頻譜結構 ttmAtStScAMmcos)()()(1 1）信號表達式）信號表達式)()(21)()()(ccccAMMMAS 帶寬帶寬HAMW2)()(MtmFT HAMfB2信號波形：信號波形：)t (Smt包絡ttAAttmAtStSccAMmcoscoscos)()()(0AAAAtmA/)(max(00)(max(tmA 過調制過調制, 圖形？

4、圖形？Hc c Hc )(AMS0Hc Hc c 上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶H 2AM 頻譜示意圖：頻譜示意圖：從頻譜結構上看，從頻譜結構上看， 的頻譜是的頻譜是 的頻譜在頻域內(nèi)的線性搬移的頻譜在頻域內(nèi)的線性搬移) t (SAM)t (m稱之為線性調制稱之為線性調制H)(MDSB 信號信號重要參數(shù)：帶寬重要參數(shù)：帶寬HDSBW2tcos)t (m)t (S)t (ScDSBm 1 1）信號表達式）信號表達式 )(M)(M)(SccDSB 212 2）頻譜結構）頻譜結構HDSBfB2tAtmcos)(信號波形：信號波形：DSB 頻譜頻譜)t (mtA0t0tcoscH)(M0Hc c Hc )(D

5、SBSHc Hc c 0c c 0H 2下邊帶上邊帶單一頻率單一頻率復合頻率復合頻率)t (Smt0包絡SSB 信號信號)(H)(S)(SDSBSSB 2 2）頻譜結構）頻譜結構1 1）信號表達式）信號表達式分為上邊帶分為上邊帶 SSB SSB 和下邊帶和下邊帶 SSB SSB 信號信號Hc c Hc )(AMS0Hc Hc c 上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶H 2Hc c Hc )(AMS0Hc Hc c SSB信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生 DSB+FilterHc c Hc )(AMS0Hc Hc c 上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶H 2)()()()(11SSBUSSBUSSBDSSBDSFtSSFtS2/

6、)sgn()sgn()(2/)sgn()sgn()(ccUccDHH)(M)(M)(SccDSB21)()()()()()(UDSBSSBUDDSBSSBDHSSHSSttmttmtsccdmsin)(21cos)(21)(,ttmttmtsccumsin)(21cos)(21)(,)(M)(Sgn)(M)(M)(Sgn)(Mcccccc 注：注：M(t)的Hilbert變換ttxdtxtxHtXT1)()(1)()(希爾伯特變換公式：希爾伯特變換公式：h(t)H(f) Hilbert Transform and Hilbert Filter)sgn()(1)(1)()(fjfHtthttxt

7、X)( fH2/12/)( fVSB 信號信號 )(H)(S)(SDSBVSB 頻譜結構頻譜結構解決解決DSBDSB信號頻帶寬，信號頻帶寬，SSBSSB信號難于實現(xiàn)的問題信號難于實現(xiàn)的問題( (濾波器不需要十分陡峭的頻率特性濾波器不需要十分陡峭的頻率特性) )bHVSBWWWbHVSBBfB)()()(21)(HMMSccVSB討論滿足要求的討論滿足要求的)(HVSB 頻譜結構頻譜結構 低 通)()(VSBVSBStS)()(11StS)()(StS)(M)(S0同步解調同步解調)()()(ccS關鍵在其設計關鍵在其設計)()(21)()(21)(1cVSBcVSBVSBSSSSS)()2()

8、(21)()()()2(21)(cccVSBcccVSBHMMSHMMS )(M)(H)(H)(M)(Scc 410 )(H)(M)(M)(H)(M)(M)(Scccc 2412411Const.在載頻在載頻c c 處具有處具有互補對稱的截止特互補對稱的截止特性（不唯一性（不唯一)(H 還原信號：還原信號： )(Hrcc0c20c2cc)()(ccHHHcccHH)()(.2 線性調制系統(tǒng)的抗噪性能線性調制系統(tǒng)的抗噪性能基本概念基本概念 1) 1) 抗噪性能針對接收機而言抗噪性能針對接收機而言 接收機收到的信號是有效信號和噪聲信號之和接收機收到的信號是有效信號和噪聲信號之和 2

9、) 2) 所有噪聲均為加性高斯白噪聲所有噪聲均為加性高斯白噪聲 3) 3) 抗噪性能參數(shù)為輸出抗噪性能參數(shù)為輸出信噪比，信噪比，SNR GainSNR Gain1)AM系統(tǒng)系統(tǒng) 非相干解調非相干解調 相干解調相干解調2)DSB系統(tǒng)系統(tǒng) 相干解調相干解調3)SSB系統(tǒng)系統(tǒng) 相干解調相干解調接收系統(tǒng)接收系統(tǒng)接收機框圖：接收機框圖：解調器框圖：解調器框圖：低低 通通) t (Smtcosc) t (S0 相干相干包絡檢波器包絡檢波器) t (Sm) t (S0非相干非相干帶帶 通通解解 調調)t(Sm)(tSm)(tni)(tno)(tnBWc)t(S0AM 非相干解調非相干解調包絡檢波器包絡檢波器

10、) t (Sm) t (S0) t (ni) t (no帶通帶通BWc 解調器輸入端解調器輸入端)(maxtmA 2)()(222tmAtSSAMittmAtStScAMmcos)()()(ttnttntncsccisin)(cos)()( 是窄帶是窄帶GaussianGaussian白噪聲白噪聲)t(ni)()()(222tntntnsci（統(tǒng)計平均功率相等）（統(tǒng)計平均功率相等）2)(0nPn（雙邊功率譜）（雙邊功率譜）BntnNii02)(（輸入噪聲功率）（輸入噪聲功率）解調器輸入噪聲：解調器輸入噪聲：)t (niBn)t(mAiNiSi0222 （輸入（輸入SNR）HfB2解調器輸出端解

11、調器輸出端0S信號功率信號功率)t(n)t(mA)t(narctg)t(cs )t (n)t (n)t (mA)t (Esc22 令令 包絡包絡)(cos)()()(sin)(cos)()(sin)(cos)(cos)()()(22tttntntmAttnttntmAttnttnttmAtntScsccscccscccim大信噪比情況：大信噪比情況： 條件條件 )t (n)t (mAi 211121x)x(,x 時時當當Bn)t(mNS02000 輸出輸出信噪比信噪比 )t(n)t(mA)t(mA)t(n)t(mA)t(mA)t(n)t(mA)t(n)t(mA)t(mA)t(n)t(mA)t(

12、n)t(n)t(mA)t(Ecccccsc 12122212222SNR 增益增益Bn)t (mAiNiSi0222 Bn)t (mNS02000 )()(22)(/)(/222022020tmAtmBntmABntmGiAM3/2)2/()2/(2)()(2222222AAAtmAtmGAM100%調制（正弦波）調制（正弦波）（2 2） 小信噪比情況小信噪比情況)t (n)t (n)t (Rsc22 其中：其中：)t (R)t (n)t (cosc )t (n)t (narctg)t (cs )t (n)t (mAi 條件條件)(cos)()()(cos)()(1)()()()()(21)(

13、)()()(2)()()()(212222222ttmAtRttRtmAtRtntntntmAtntntntmAtntntmAtEsccsccsc噪聲噪聲-“門限門限”效應效應 tcos)t(mA)t(mAtcos)t(mA)t(Scc 2212121 )t(mA)t(S 210 tcos)t(mA)t(Scm AM 相干解調相干解調解調器輸出端解調器輸出端解調器輸入端解調器輸入端(與非相干相同與非相干相同)t (mS2041 信號功率信號功率低低 通通tcosc )t(S0) t (Sm)t (ni) t (no帶通帶通BWc )t(S1ttnttntntttnttntncscccccscc

14、2sin)(212cos)(21)(21cossin)(cos)()(1BntnNc02041)(41噪聲功率噪聲功率BntmNS02000)()t (mA)t (mSSNSNSGioiioo2222 G定義：調制制度增益定義：調制制度增益)(21)(0tntnc與大信噪比的包與大信噪比的包絡檢波性能一樣絡檢波性能一樣DSB 同步檢波（相干解調）同步檢波（相干解調）ttmtScmcos)()()(21)(22tmtSSmi低低 通通tcosc )t(S0) t (Sm)t(ni)t (no帶通帶通BWc)t(S1解調器輸入端解調器輸入端BnNi0HfB2解調器輸出端解調器輸出端)(21)(0tmtS)(4120tmS)(21)(0tntncBntnNc02041)(412 iiooNSNSGSSB 同步檢波同步檢波低低 通通tcosc)t (S0) t (Sm)(tni)(tno帶通帶通BW)t (S1解調器輸入端解調器輸入端ttmttmtSccmsin)(21cos)(21)()(41)(22tmtSSmiHBBnNi0)(41)(,0tmtSLF)(16120tmS)(21)(0tntncBntnNc02041)(41解調器輸出端解調器輸出端1iiooNSNSG結論結論: :