通信原理模擬調(diào)制系統(tǒng)5152學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1通信原理模擬通信原理模擬(mn)調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制系統(tǒng)5152第一頁，共40頁。2調(diào)制調(diào)制(tiozh)的作用的作用 信道復(fù)用：將多路信號互不干擾的安排在同一物理(wl)信道中 傳輸。 改善系統(tǒng)抗噪能力(nngl)：通?？赏ㄟ^犧牲有效性來提高抗干擾 性，如FM替代AM。 頻率變換頻率變換：如將（0.33.4KHz）有效帶寬內(nèi)的語音信號調(diào)制 到高頻段上去。 調(diào)制系統(tǒng)模型調(diào)制系統(tǒng)模型)(ts調(diào)制的分類調(diào)制的分類 調(diào)制信調(diào)制信號號已調(diào)信號已調(diào)信號載波信載波信號號第1頁/共39頁第二頁，共40頁。3（第（第7 7章）章）殘留邊帶殘留邊帶（VSB- Vestigial Side Band ）分類分類(

2、fn li)(fn li)幅度幅度(fd)(fd)調(diào)制調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)字(shz)(shz)調(diào)制調(diào)制調(diào)幅調(diào)幅（AM- Amplitude Modulation ）雙邊帶雙邊帶（DSB- Double Side Band）模擬調(diào)制模擬調(diào)制角度調(diào)制角度調(diào)制調(diào)頻調(diào)頻（FM- Frequency Modulation ）調(diào)相調(diào)相（PMPhase Modulation）單邊帶單邊帶（SSB- Single Side Band）按調(diào)制器傳輸函數(shù)分類：按調(diào)制器傳輸函數(shù)分類：按載波信號分類按載波信號分類連續(xù)波調(diào)制連續(xù)波調(diào)制：脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制：c(t) 連續(xù)，如c(t)=cosct；c(t)為脈沖，如周期矩形脈沖序列

3、。 線性調(diào)制線性調(diào)制 ：調(diào)制前、后的頻譜呈線性搬移關(guān)系。非線性調(diào)制非線性調(diào)制 ：調(diào)制后會產(chǎn)生新的頻率成份。 第2頁/共39頁第三頁，共40頁。4 討論的主要問題：討論的主要問題： （1）工作原理；）工作原理； （2）已調(diào)信號）已調(diào)信號(xnho)的帶寬；的帶寬； （3）功率關(guān)系；）功率關(guān)系； （4）噪聲對調(diào)制系統(tǒng)的影響。）噪聲對調(diào)制系統(tǒng)的影響。 主要參數(shù)：主要參數(shù)： （1）發(fā)送功率；）發(fā)送功率； （2）傳輸）傳輸(chun sh)帶寬；帶寬； （3）抗噪聲性能；）抗噪聲性能； （4）設(shè)備的復(fù)雜性。）設(shè)備的復(fù)雜性。 這些參數(shù)是各種調(diào)制系統(tǒng)比較的基礎(chǔ)，也是選擇和設(shè)計調(diào)制系統(tǒng)的依據(jù)。第3頁/共39頁

4、第四頁，共40頁。5 用調(diào)制信號去控制高頻載波(zib)的振幅，使其振幅隨調(diào)制信號作線性變化的過程。幅度調(diào)制幅度調(diào)制(tiozh)的概念的概念設(shè)正弦型載波為：設(shè)正弦型載波為：幅度調(diào)制信號的一般表達(dá)式為：幅度調(diào)制信號的一般表達(dá)式為：)()cos()()(0thttAmtscm h(t)m(t)sm(t)cosct)cos()(0 tAtcc幅度調(diào)制器的一般模型幅度調(diào)制器的一般模型第4頁/共39頁第五頁，共40頁。6對應(yīng)對應(yīng)(duyng)頻譜為：頻譜為：)()()()()( HMMAtsFSccmm2線性調(diào)制：已調(diào)信號的譜結(jié)構(gòu)是基帶調(diào)制信號頻譜結(jié)構(gòu)的簡單平移線性調(diào)制：已調(diào)信號的譜結(jié)構(gòu)是基帶調(diào)制信號

5、頻譜結(jié)構(gòu)的簡單平移及線性變換，因此及線性變換，因此(ync)幅度調(diào)制又稱為線性調(diào)制。幅度調(diào)制又稱為線性調(diào)制。h(t)m(t)sm(t)cosct不同不同(b tn)h(t)的特性的特性AMDSBSSBVSB常規(guī)調(diào)幅常規(guī)調(diào)幅AM：H()為全通全通網(wǎng)絡(luò)，m(t) 有直流成分。抑制載波雙邊帶調(diào)制抑制載波雙邊帶調(diào)制DSB :H()為全通全通網(wǎng)絡(luò),m(t) 無直流成分。抑制載波單邊帶調(diào)制抑制載波單邊帶調(diào)制SSB :H()為截至頻率為c的高通高通或低通低通濾波器，m(t) 無直流成分。殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制VSB :H() 是特定的互補(bǔ)特性互補(bǔ)特性濾波器，m(t) 無直流成分。)()cos()()(0t

6、httAmtscm 第5頁/共39頁第六頁，共40頁。7基本原理基本原理m(t)Acos ctsAM(t)m (t)A0A+m (t)(tmttmAc cos)(線性調(diào)幅不過線性調(diào)幅不過(bgu)(bgu)調(diào)的調(diào)的條件：條件：max)(tmA第6頁/共39頁第七頁，共40頁。8頻譜特點頻譜特點(tdin)A-Ac(t)m (t)A00A0+m (t)tsAM(t)tM (f)ffmC(f)fc-fcfS (f)2 fm2 fm-fcfcf)()()()()(ccccAMMMAS 21第7頁/共39頁第八頁，共40頁。9AM信號在信號在1電阻電阻(dinz)上的平均功率應(yīng)等于上的平均功率應(yīng)等于s

7、AM(t)的均方值。的均方值。功率功率(gngl)當(dāng)m(t)為確知信號時，sAM(t)的均方值即為其平方的時間(shjin)平均。)(2tsPAMAM ttmAc 22cos)(ttmAttmtAccc 222222cos)(cos)(cosscAMPPtmAP2222)(0邊帶功率邊帶功率當(dāng)m(t)為余弦波，且max)(tmA“滿調(diào)幅滿調(diào)幅”兩邊帶功率之和兩邊帶功率之和 載波功率之半載波功率之半42APs第8頁/共39頁第九頁，共40頁。10調(diào)制調(diào)制(tiozh)效率效率總功率總功率邊帶功率邊帶功率 AM AMsPP 2)(22)(2202tmAtm )()(2202tmAtm 若tAtmm

8、m cos)( 2)(22mAtm 220222022)()(mmAMAAAtmAtm “滿調(diào)幅滿調(diào)幅(dio f)”時時31 AM 第9頁/共39頁第十頁，共40頁。11基本原理基本原理調(diào)制信號m(t)沒有(mi yu)直流分量時，得到DSB信號 。 )(th)(tmtccos)(tsDSB ttmscDSB cos)( 第10頁/共39頁第十一頁，共40頁。12上、下邊帶均包含調(diào)制(tiozh)信號的全部信息；幅度減半，帶寬(di kun)加倍；線性調(diào)制。頻譜特點頻譜特點(tdin)()()(ccDBSMMS 21mDSBBB2 第11頁/共39頁第十二頁，共40頁。13功率功率(gngl

9、)DSB信號信號(xnho)的功率僅由邊帶功率構(gòu)成：的功率僅由邊帶功率構(gòu)成：)(2tsPDSBDSB ttmc 22cos)()cos()()(ttmtmc 2212122)(tm221總功率總功率邊帶功率邊帶功率 DSB 1調(diào)制調(diào)制(tiozh)效率效率第12頁/共39頁第十三頁，共40頁。14基本原理基本原理 DSB信號(xnho)兩個邊帶包含的信息相同，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜紤]，傳輸一個邊帶就足夠了。用濾波用濾波(lb)法形成單邊帶信號法形成單邊帶信號 單邊帶調(diào)制的一般模型 )(th)(tmtAccos)( tsSSBmSSBBB 第13頁/共39頁第十四頁，共40頁。15 dtftf)(

10、)(1ttf 1)(正變換正變換(binh(binhun)un) dtftf)()(1反變換反變換(binh(binhun)un)在時間域的數(shù)學(xué)在時間域的數(shù)學(xué)(shxu)(shxu)描述如下：描述如下： 在在頻率域頻率域中的數(shù)學(xué)描述為：中的數(shù)學(xué)描述為： )()sgn()( FjF 將一個信號波形中的全部頻率分量相移-90后所得的時間信號就叫做原信號的希爾波特變換。 基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識-希爾波特（希爾波特（Hilbert）變換）變換 第14頁/共39頁第十五頁，共40頁。16 信號和它的希爾波特變換具有相同信號和它的希爾波特變換具有相同(xin(xin tn tn) )的能量譜密度或相同的能量譜密

11、度或相同(xin(xin tn tn) )的功率譜密度。的功率譜密度。推論推論(tuln)(tuln)：a、信號和它的希爾波特變換的能量、信號和它的希爾波特變換的能量(nngling)(或功率或功率)相同。相同。b、信號和它的希爾波特變換具有相同的自相關(guān)函數(shù)。c、信號和它的希爾波特變換互為正交。)()(tftfd的希爾波特變換為、Hilbert變換的性質(zhì)變換的性質(zhì): :常用的希爾波特變換對：常用的希爾波特變換對： 第15頁/共39頁第十六頁，共40頁。17頻譜表達(dá)式頻譜表達(dá)式)()()()( HMMSccSSB21)sgn()sgn()(ccH 21c c 211)sgn(c 21)sgn(c

12、 21)sgn()sgn()()(41ccccMM )sgn()()sgn()()sgn()()sgn()(ccccccccMMMM 41)()(ccMM 41)sgn()()sgn()(ccccMM 41第16頁/共39頁第十七頁，共40頁。18SSB信號信號(xnho)的時域表達(dá)式的時域表達(dá)式 ttmMMccc cos)()()(2141)()()sgn(tmMj tjcccetmjM )()sgn()(1tjcccetmjM )()sgn()(1tjtjcSSBccetmjetmjttmts )()(cos)()(114121 ttmttmtsccSSB sin)(21cos)(21 （

13、下）上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶 ttmttmtsccSSB sin)(21cos)(21( 上） )sgn()()sgn()(4141ccccccSSBMMMMS 第17頁/共39頁第十八頁，共40頁。19用相移法形成用相移法形成(xngchng)單邊帶信號單邊帶信號 ttmttmtsccSSB sin)(21cos)(21 Hh()21m(t)sSSB(t)21m(t) cos ctcos ct21m(t)sinct21m(t)2 優(yōu)點：具有優(yōu)點：具有(jyu)(jyu)最窄的傳輸帶寬，信道利用率最高；最窄的傳輸帶寬，信道利用率最高；缺點缺點(qudin)(qudin)：電路實現(xiàn)復(fù)雜，技術(shù)要求

14、高；解調(diào)時同步誤：電路實現(xiàn)復(fù)雜，技術(shù)要求高；解調(diào)時同步誤差要小。差要小。第18頁/共39頁第十九頁，共40頁。20基本原理基本原理 殘留邊帶調(diào)制(tiozh)是介于SSB與DSB之間的一種調(diào)制(tiozh)方式， 它既克服了DSB信號占用頻帶寬的缺點，又解決了SSB信號實現(xiàn)上的難題。)( DSBS)( SSBS)( VSBS第19頁/共39頁第二十頁，共40頁。21VSB的過程的過程(guchng)分析分析)()()()( VSBccVSBHMMS21VSBVSB解調(diào)器模型解調(diào)器模型(mxng)(mxng)ttstscVSBp cos)()( )()( VSBVSBSts)()(21)(cVS

15、BcVSBpSSS )()()(cVSBcHMM 241)()()(cVSBcHMM 241濾波濾波(lb)法實現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制法實現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制)(tsd)()()(41)(cVSBcVSBdHHMS 第20頁/共39頁第二十一頁，共40頁。22)()()(41)(cVSBcVSBdHHMS CHHcVBScVBS)()( 當(dāng)當(dāng))()( MCM40m )(tsd傳輸殘留部分傳輸殘留部分(b fen)(b fen)下邊帶的濾波器特性下邊帶的濾波器特性傳輸殘留傳輸殘留(cnli)(cnli)部分部分上邊帶的濾波器特性上邊帶的濾波器特性 第21頁/共39頁第二十二頁，共40頁。23cOcHVSB()

16、HVSB(c)cOcHVSB(c)HVSB(c) HVSB(c)OOcc(a)(b)(c)(d)殘留邊帶濾波器的殘留邊帶濾波器的幾何幾何(j h)(j h)解釋解釋第22頁/共39頁第二十三頁，共40頁。24濾波濾波(lb)法模型法模型輸出信號(xnho)時域表示式:)(cos)()(thttmtscm 輸出信號頻域表示式:)()()()( HMMSccm21移相法模型移相法模型(p95)第23頁/共39頁第二十四頁，共40頁。25相干相干(xinggn)解調(diào)解調(diào)設(shè)已調(diào)信號(xnho)的表達(dá)式為：( )( )cos( ) inmIcQcsts ttst st ( )cos111( )( )co

17、s2( ) in2222pmcIIcQcststts ts ttst st 1( )2dIsts t)(tm第24頁/共39頁第二十五頁，共40頁。26包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波適用條件(tiojin)：AM信號，且要求|m(t)|max A0ttmAtscAM cos)()(0選擇RC滿足(mnz)如下關(guān)系：cHfRCf /1檢波器的輸出(shch)： 0( )dstAm t設(shè)輸入信號是：第25頁/共39頁第二十六頁，共40頁。275.2.1分析模型分析模型帶通濾波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)解調(diào)器mo(t)no(t)解調(diào)器抗噪聲性能分析模型解調(diào)器抗噪聲性能分析模型噪聲噪聲(zoshng)

18、分析分析窄帶(zhi di)的高斯噪聲:ttnttntnsci00 sin)(cos)()()(cos)()(tttVtni 0isciNtntntn)()()(222第26頁/共39頁第二十七頁，共40頁。28|H( f )|1.00f0f0fB 若白噪聲的雙邊功率(gngl)譜密度為n0/2，帶通濾波器傳輸特性是高度為1。BnNi0解調(diào)器輸出解調(diào)器輸出(shch)信噪比信噪比2oo2oo( )( )Sm tNn t解調(diào)器輸出有用信號的平均功率解調(diào)器輸出噪聲的平均功率調(diào)制制度調(diào)制制度(zhd)增益增益iiNSNSG/00第27頁/共39頁第二十八頁，共40頁。29 ( )ms t LPF B

19、PF )(tn ( )ms t )(tni )(tno o( )m t cosct DSB相干解調(diào)相干解調(diào)(ji dio)抗噪聲性能分析模型抗噪聲性能分析模型信號信號(xnho)功率計算功率計算ttmtscm cos)()(ttmtmttmcc2cos)(21)(21cos)(2o1( )( )2mtm t解調(diào)器輸出端的有用信號功率：22oo1( )( )4Sm tm tB=2fH第28頁/共39頁第二十九頁，共40頁。30 ( )ms t LPF BPF )(tn ( )ms t )(tni )(tno o( )m t cosct 噪聲功率噪聲功率(gngl)計算計算ttnttntncscc

20、i sin)(cos)( )(sin)(cos)()(cos)(ttnttntnttncscccci 222121o1( )( )2cn tn t輸出(shch)噪聲功率：)()(tntnNc220041B=2fH第29頁/共39頁第三十頁，共40頁。31信噪比計算信噪比計算(j sun)輸入(shr)信噪比BntmNSii0221)(輸出(shch)信噪比：22oo01( )( )414im tSm tNn BN)(cos)()(tmttmtsScmi22221 制度增益計算制度增益計算200iiDSBNSNSG/B=2fH第30頁/共39頁第三十一頁，共40頁。32 ( )ms t LPF

21、 BPF )(tn ( )ms t )(tni )(tno o( )m t cosct 信號功率信號功率(gngl)計算計算ttmttmtsccm sin)(cos)()(2121 1( )4omtm t22oo1( )( )16Sm tm t輸出(shch)信號平均功率：B=fH輸入信號平均功率： )()(sin)(cos)()(tmtmttmttmtsSccmi222221214141 )(tm241第31頁/共39頁第三十二頁，共40頁。33BnNNi004141噪聲噪聲(zoshng)功率計算功率計算 ( )ms t LPF BPF )(tn ( )ms t )(tni )(tno o

22、( )m t cosct B=fH信噪比計算信噪比計算(j sun)輸入(shr)信噪比：BntmBntmNSii0202441)()(輸出信噪比：BntmNS0200041161)(制度增益計算制度增益計算Bntm0204)(11100 NSNSGSSB/問題：問題：DSB調(diào)制的性能是否優(yōu)于調(diào)制的性能是否優(yōu)于SSB調(diào)制。調(diào)制。第32頁/共39頁第三十三頁，共40頁。34包絡(luò)檢波器分析模型包絡(luò)檢波器分析模型帶通濾波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)包絡(luò)檢波器mo(t)no(t)輸入輸入(shr)信噪比計算信噪比計算ttmAtscmcos)()(0ttnttntncsccisin)(cos

23、)()(222202)()(tmAtsSmiBntnNii02)(BntmANSii02202)(第33頁/共39頁第三十四頁，共40頁。35包絡(luò)包絡(luò)(bo lu)計算計算帶通濾波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)包絡(luò)檢波器mo(t)no(t) )(cos)(sin)(cos)(cos)(tttEttnttnttmAccsccc 0)()()()(tntntmAtEsc220)()()(arctan)(tntmAtntcs0 輸出輸出(shch)信噪比計算信噪比計算大信噪比情況大信噪比情況(qngkung)2 s(t)2c(t)nn)(tmA0)()()()()()(tntntntmAt

24、mAtEscc22202)()()()(tntntmAtmAcc2202)()(tntmAc0)(tmS20BntntnNic0220)()(BntmNS0200)(iiAMNSNSG/00)()(tmAtm22022第34頁/共39頁第三十五頁，共40頁。36)()(tmAtmGAM22022討論討論(toln)1、AM信號的調(diào)制制度(zhd)增益GAM隨A0的減小而增加。2、GAM總是小于1，這說明包絡(luò)檢波器對輸入(shr)信噪比沒有改善，而是惡化了。3、 對于100%的調(diào)制，且m(t)是單頻正弦信號，這時AM 的最大信噪比增益為2202Atm)(32AMG4. 可以證明，采用同步檢測法解調(diào)AM信號時，得到的調(diào)制制度增益與上式給出的結(jié)果相同。第35頁/共39頁第三十六頁，共40頁。3