CH5模擬調制系統(tǒng)

1、2022-7-41通信工程學院通信工程學院 陳愛萍陳愛萍8171-23信息源調制器信道解調器受信者噪聲源2022-7-456)()(:)()(:,),cos()(:00HthMtmAtAtSc濾波器沖擊響應濾波器沖擊響應調制信號調制信號為初始相位為初始相位為幅度為幅度載波載波)()()(2)()()()cos()()(:0HMMAtsFSthttAmtsccmmcm已調信號已調信號)()(Hth一般模型：一般模型：789ttmtscmcos)()(時域：時域：)()()(21)(HMMSccM頻域：頻域：H( )為普通為普通BPF，對對BPF的要求：的要求：中心頻率中心頻率 0= c；帶寬約大

2、于帶寬約大于DSB信號帶寬，信號帶寬，BBPF BDSB 。l 采用相干解調。采用相干解調。插入載波，且幅度較大時也可采用后置包絡檢波器來解調。h(t)sm(t)m(t)()(HthttSccos)(能采用包絡能采用包絡解調嗎？解調嗎？10cosctOtOm(t)sDSB(t)OtOccM()OHHSDSB()Occ載波反相點2Ht11ttmmttmtsccmcos)( cos)()(0ttmtmcccos)( cos0)( )( 21)()()(0ccccmMMmS：h(t)sm(t)m(t)()(HthttSccos)(120t0tm(t)m0m0+m(t)m0-m0HHSAM00m0SA

3、Mt m0m0cc13為為例例）的的特特性性（下下邊邊帶帶的的帶帶通通)(H)()(21)(ccSgnSgnH 經(jīng)過濾波后的信號頻譜為：經(jīng)過濾波后的信號頻譜為：h(t)sm(t)m(t)()(HthttSccos)(H( )10 c c H( )0 c c 1(a)(b)上邊帶帶通上邊帶帶通下邊帶帶通下邊帶帶通)()()(21)(HMMSccSSB0101)(-Sgn其中符號函數(shù)：ccc-Sgn11)(ccc1-1)-(Sgn)()(21ccSgnSgn)()()()(41)()(41ccccccSgnMSgnMMM)()()()(41)()(41ccccccSgnMSgnMMM)()()()

4、(41)1()(1)(41ccccccSgnMSgnMMM)()()()(41)1()(1)(41ccccccSgnMSgnMMM)()()()(41)()()()(41)()()(21)(ccccccccccSSBSgnMSgnMSgnMSgnMHMMS)()()()(41)()()()(41)()()(21)(ccccccccccssbSgnMSgnMSgnMSgnMHMMS )()()()(41)()()()(41)()()(21)(ccccccccccssbSgnMSgnMSgnMSgnMHMMS)()()()(41)()()()(41)()()(21)(ccccccccccssbSg

5、nMSgnMSgnMSgnMHMMS)()(21)(ccSgnSgnH )(sin)(21cos)(21下邊帶下邊帶ttmttmcc)sgn()()(1)()(jMMttmtmttmttmtsccSSBsin)(cos)()(寬帶寬帶 /2移移相器相器15M()HHSM()ccOO 上邊帶 下邊帶 下邊帶 上邊帶ccO上邊帶頻譜Occ下邊帶頻譜功率和帶寬利用率高；功率和帶寬利用率高；產(chǎn)生、解調復雜產(chǎn)生、解調復雜長途（載波）電話長途（載波）電話16BPF1f1m(t)BPF2f2sm(t)ttmttmtsccSSBsin)(cos)()(Hh( )-/2m(t)cosctsinctsm(t)(

6、tm)sgn()(:jHh希希爾爾伯伯特特濾濾波波器器l 17為為調調制制信信號號的的最最高高頻頻率率，HccHCHH)()(|性性具具有有互互補補對對稱稱的的截截止止特特處處在在)(HcHVSB()10.50cccc00.51HVSB()(a)下邊帶(b)上邊帶HVSB( )sVSB(t)m(t)cos c tH( )S(t)m(t)調制調制信道信道LPF載波載波同步同步mo(t)S(t)sm(t)sm(t)19cOcHVSB()HVSB(c)cOcHVSB(c)HVSB(c) HVSB(c)OOcc(a)(b)(c)(d)CHHccH)()(|，20根據(jù)同步解調原理：根據(jù)同步解調原理： )

7、()()(21)(HMMSccm)()(21)()(SStstsmm從解調看：從解調看：)()()(cos)(cccStts)()(21)()(21cmcmmSSSS)()()(41)(ccoHHMSLPF后，輸出的后，輸出的通過通過HccHHM|)()( :),(常常數(shù)數(shù)則則根根據(jù)據(jù)頻頻譜譜，要要準準確確恢恢復復LPF載載波波同同步步sm(t)m0(t)s(t)()()2(21)()()()2(21)(cccmcccmHMMSHMMS其中其中2022-7-42122+ +BPF解解調調器器sm(t)n(t)sm(t)ni(t)mo(t)no(t)解解調調器器噪噪聲聲模模型型接接收收端端23t

8、tnttntncsccisin)(cos)()(引入?yún)?shù)引入?yún)?shù) iiooNSNSG輸輸入入信信噪噪比比輸輸出出信信噪噪比比：求出求出Si/Ni、So/No和和G)(tni)(tnc)(tns：222nsncni)()()(2202tntnBntnNscii+ +BPF解解調調器器sm(t)n(t)sm(t)ni(t)mo(t)no(t)解解調調器器噪噪聲聲模模型型接接收收端端24設設: sm(t)=m(t)cosct BnttmBntsNScmii0202cos)()(02costc2cos)(ttmc)(22cos12tmtc)(212tmBntmNSii02/ )(21LPFcos c

9、ct tsm(t)m(t)同步解調器同步解調器根據(jù)同步解調原理：根據(jù)同步解調原理： tttmcccoscos)()(2cos21)(21)()2cos1 (21tmttmtmtcc被濾掉被濾掉其中其中)(2cos21,tmtc)(21)(tmtmo輸出信號輸出信號)(41)(22tmtmSoottntnciocos)()(對于輸出噪聲：對于輸出噪聲：tttnttnccscccossin)(cos)(ttnttncscc2sin)(21)22cos1)(的部分被濾波器濾掉的部分被濾波器濾掉含有含有c2)(21)(tntnco)(41)(22tntnNcooBntntnic022)()(又又ioN

10、N41BntmNtmNSoioo)(41)(4122被消除被消除26BntmNSii02/ )(21:) 1 (輸入信噪比輸入信噪比BntmNtmNSoioo)(41)(41:)2(22輸出信噪比輸出信噪比2:) 3(00iiNSNSG調制度增益調制度增益?了了一一倍倍，原原因因是是信信號號解解調調后后信信噪噪比比改改善善DSB)(tns量量消除了噪聲中的正交分消除了噪聲中的正交分設設: sm(t)=m(t)cosct27SSB信號解調器與信號解調器與DSB信號解調器相同，但信號解調器相同，但SSB的帶寬只有的帶寬只有DSB的一半的一半 不不同同表表達達式式不不變變，但但是是 B噪聲：噪聲：

11、BnNNoio4141信號：信號： ttmttmtsccmsin)(21cos)(21)(以以為例為例 22sin)(cos)(41)(:ttmttmtsSccmi信號功率信號功率cossin)()(2sin)(cos)( 4122tttmtmttmttmcccc2sin)()()(21)(214122ttmtmtmtmc02sintc8)(8)(22tmtmSi與相干載波相乘后，經(jīng)低通濾波器的輸出為：與相干載波相乘后，經(jīng)低通濾波器的輸出為： )(41)(tmtmo功功率率也也相相同同功功率率譜譜密密度度相相同同，平平均均只只是是相相移移關關系系與與又又)()(tmtm8)(8)(22tmtm

12、4)(2tmSi)(41)(tmtmo由16)(4)(22tmtmSoBntmNSii024)(416)(02BntmNSoo1G8)(8)(22tmtmSi與相干載波相乘再與相干載波相乘再經(jīng)經(jīng)LPF后的輸出后的輸出29ttmttmtSccmsin)(21cos)(21)(:信信號號BntmNSii024)(:)1 (輸輸入入信信噪噪比比BntmNSoo024)(:)2(輸輸出出信信噪噪比比1:) 3(00iiNSNSG調制度增益調制度增益。故故抗抗噪噪聲聲性性能能是是一一樣樣的的樣樣的的，解解調調器器輸輸出出信信噪噪比比是是一一在在相相同同的的帶帶寬寬下下和和所所以以的的一一半半）不不同同，

13、只只有有（因因為為,DSBSSBDSBSSBB信號的正交分信號的正交分量也被濾除了量也被濾除了30)(tmAM絡絡，輸輸出出的的信信號號應應該該是是包包經(jīng)經(jīng)過過正正常常的的包包絡絡檢檢波波后后合合成成信信號號的的包包絡絡但但實實際際的的輸輸出出信信號號是是：)()(tntsimttnttnttmAtntscscccimsin)(cos)(cos)()()(ttnttntmAcsccsin)(cos)()()(cos)()()(22tttntntmAcsc)()()(22tntntmAsc其中包絡為：其中包絡為：時時即即intmA )(為噪聲為噪聲是需要的，是需要的，其中其中，包絡包絡)()()

14、()(tntmtntmAccBntmtntmNScoo0222)()()(ttmAtscmcos)()(已已調調信信號號：2)(222tmASiBntnN2ii0)(BntmANSii022)(21)()(2222tmAtmG噪聲，噪聲，當信號當信號 31ttmAtScmcos)()(已調信號：已調信號：BntmANSii0224)(:)1 (輸輸入入信信噪噪比比)()(:)2(02在大輸入信噪比下在大輸入信噪比下輸出信噪比輸出信噪比BntmNSoo)()()(2:)3(222相相同同采采用用同同步步檢檢波波時時結結果果也也調調制制制制度度增增益益tmAtmG）調調制制（即即為為正正弦弦波波，

15、且且假假設設，Atmtm)(max%100)()(322)(max22三三者者中中最最差差的的，此此時時GAtm解調器對輸入信噪比沒有改善，解調器對輸入信噪比沒有改善， 而是惡化了而是惡化了！ 32aS0 0Si i的的包包絡絡及及相相位位代代表表合合成成信信號號包包絡絡)()(),()(cos)()(tnttRttmAtRi時時輸輸入入小小信信噪噪比比即即intmA )(,)()()(22tntntmAsc輸出端無單獨信號項，只有受輸出端無單獨信號項，只有受cos (t)調制的調制的 項（隨機噪聲）項（隨機噪聲）解調器的非線性特性所致。包絡檢波器、鑒頻器等才有門解調器的非線性特性所致。包絡檢

16、波器、鑒頻器等才有門限效應現(xiàn)象（采用相干解調時不存在門限效應？）限效應現(xiàn)象（采用相干解調時不存在門限效應？）信號與噪聲可分別進行解調，解調器輸出端總是單獨存在有用信號項！假設某信道具有均勻的雙邊噪聲功率譜密度假設某信道具有均勻的雙邊噪聲功率譜密度Pn(f)=0.510-3W/Hz，在該信道中傳輸在該信道中傳輸DSB-SC信號，并設調制信號信號，并設調制信號m(t)頻帶限制在頻帶限制在5kHz，fC=100kHz，已調信號已調信號10kW。若接收機輸入信號加至解調器之前，先要濾若接收機輸入信號加至解調器之前，先要濾除帶外噪聲。求：除帶外噪聲。求：1、濾波器的理想傳輸特性、濾波器的理想傳輸特性H(

17、 ) 2、輸入信噪比輸入信噪比3、輸出信噪比、輸出信噪比 4、輸出的噪聲功率譜密度、輸出的噪聲功率譜密度1、濾波器特性、濾波器特性（1）帶寬）帶寬B=2fm=10kHz（2）中心頻率中心頻率fc=100kHz所以，所以，otherkHzfkKH105|950)(2、輸入信噪比、輸入信噪比Si=10kWNi=2B Pn(f)=10WSi/Ni=10003、輸出信噪比輸出信噪比GDSB=2所以，所以，So/No=2 Si/Ni=20004、輸出的噪聲功率譜密度輸出的噪聲功率譜密度由由DSB的噪聲功率關系的噪聲功率關系No=Ni/4=fm 2 Pno雙雙(f)=2.5W所以，所以，Pno雙雙(f)=

18、0.25 10-3W/Hz (|f|5kHz)線性調制系統(tǒng)要求輸出信噪比為線性調制系統(tǒng)要求輸出信噪比為20dB，輸出噪聲功率為輸出噪聲功率為10-9W，發(fā)發(fā)射機輸出端到解調器的輸入傳輸損耗為射機輸出端到解調器的輸入傳輸損耗為100dB，求：求： 1、DSB-SC的發(fā)射機功率的發(fā)射機功率 2、SSB-SC的發(fā)射機功率的發(fā)射機功率解：解：假設發(fā)射功率為假設發(fā)射功率為ST，損耗損耗K=ST/Si=100dB=1010已知，已知，So/No=20dB=100，No=10-9W1、DSB-SCG=2Si/Ni=(So/No)/2=100/2=50Ni=4No Si=50Ni=200No=210-7W S

19、T =KSi=1010210-7 =2103W2、SSB-SCG=1 Si/Ni=So/No=100Ni=4No Si=100Ni=400No=4 10-7W ST = KSi=4103W說明相同信噪比下說明相同信噪比下DSB的的發(fā)射功率小于發(fā)射功率小于SSB2022-7-4353637)(cos)(ttAtScmdttdmKttmKtpp)()()()()(cos)(tmKtAtSpcPMdmKttmKtdttdff)()()()()()(cos)(dmKtAtSfcFM為振幅，恒定值為振幅，恒定值)(ttC為瞬時相位為瞬時相位 )(t為為瞬時相位偏移瞬時相位偏移dtttdC)(為信號瞬時頻

20、率為信號瞬時頻率 dttd)(為瞬時頻率偏移為瞬時頻率偏移 38396| )(|6|)(|maxmaxmKdmKpf40tAmtAmtAttAmtAmcfmcfccmfc)cos(21)cos(21cossinsincos6|)(|maxdmKf dmKdmKdmKfff)()(sin1)(cos，tdmAKtAtscfcNBFMsin)(cos)(dmKtAdmKtAdmKtAtsfcfcfcFM)(sinsin)(coscos)(cos)(tAtAtAtsmcmmcmcAM)cos(2)cos(2cos)(tAtmmmcos)(mmmffAKm4142ma 1，三個矢量的合成矢量，三個矢量

21、的合成矢量只改變大小，不改變方向只改變大小，不改變方向去除載波后為去除載波后為DSBDSB，合成矢量，合成矢量在同一直線上，除大小改變外，在同一直線上，除大小改變外，方向也可能方向也可能180180 突變突變434445線性幅頻線性幅頻特性網(wǎng)絡特性網(wǎng)絡包絡包絡檢波器檢波器uFM(t)u1(t)u0(t)FM/AM)(cos)(dmKtAtstfcFM )(sin)()(dmKttmKAdttdstfcfcFM 為鑒頻器靈敏度為鑒頻器靈敏度dfdoKtmKKtm)()(46A0CC(t)H()kmtCt(t) = k(t)()222線性相頻線性相頻特性網(wǎng)絡特性網(wǎng)絡相位相位檢波器檢波器uFM(t)

22、u1(t)u0(t)FM-PM特點：鑒頻特特點：鑒頻特性線性度好性線性度好47 ttctdmAKtAtsccfcNBFMsin)(sin)(cos)( )(2)(tmAKtmfo)2cos1 ()(22sin2)(tdmKAtAtscfcpdmKAtsfd)(2)(2022-7-44849)(cos)(dmKtAtsfcFM為調頻比例常數(shù)為調頻比例常數(shù)fKFMFMiiBnABnANS020222mffmB) 1(2為鑒頻器靈敏度為鑒頻器靈敏度dfdoKtmKKtm)()()()()(222tmKKtmSfdoo)(cos)(sin)(cos)(sin)(cos)(cos)(costttAttn

23、ttnAttnttntAtntAccscccscccic)()(arctan)()()()(22tnAtnttntnAtAcssc相位偏移：包絡：AtnAtntss)()(arctan)(xxxarctan1時，時，dttdnAKdttdKtnsddd)()()(2)2()()()(022220FMdnidnBfnfAKfPfHAKfP222242| )(|ffjfH2302238AfnKdfPNmdffnoomm3022228)(3mfoofntmKANSmmmffffKmtm為為單單頻頻余余弦弦波波，令令設設)(iiffooNSmmNS) 1(32) 1(3200ffiimmNSNSGBn

24、ABnANSii020222mffmB)1(2)()(22tmKKSfdo2302238AfnKNmdo536050403020100051015202010743mf=2( )FM / dBSiNi( )FM / dBSoNo542)2()()()(022220FMdnidnBfnfAKfPfHAKfP 111fjffHd）（）（）（fHfHdp1）（）（fHfHdp1)( fPnmfmff2022-7-45758mffmB) 1(2BntmNSAMoo02)()(2)(%10022Atm調調制制時時，當當BnANSAMoo02%1002)(為基帶信號最高頻率為基帶信號最高頻率，其中，其中，mmffB2 mAMoofnANS02%1004)( iiffFMooNSmmNS) 1(3)(2mffnAm022223 2%1003)/()(fAMooFMoomNSNS以以上上系系統(tǒng)統(tǒng)的的系系統(tǒng)統(tǒng)的的輸輸出出信信噪噪比比是是即即：寬寬帶帶23fmAMFMnFM：BnABnANSii020222)11) 1(2,2時時（當（當fffAMFMmfFMmAMmmmBBfmBfB與與AM相比，寬帶相比，寬帶FM的輸出信噪比的改善與帶寬增的輸出信噪比的改善與帶寬增大代價的平方成正比（帶寬換信噪比或有效性換可靠性）