第3章模擬調(diào)制系統(tǒng)

1、信道的定義及分類

2、典型的恒參信道、恒參信道的特性

3、典型的隨參信道、隨參信道的特性△

4、信道容量的計算（連續(xù)）第二章小結(jié)通信系統(tǒng)的一般模型模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)第3章模擬調(diào)制系統(tǒng)3.1模擬調(diào)制的概念3.2

線性調(diào)制原理3.3

線性調(diào)制的抗噪聲性能3.4

非線性調(diào)制3.5

模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較3.6頻分復用與多級調(diào)制3.1調(diào)制的概念

調(diào)制是通信原理中一個十分重要的概念，是一種信號處理技術(shù)。無論在模擬通信、數(shù)字通信還是數(shù)據(jù)通信中都扮演著重要角色。那么為什么要對信號進行調(diào)制處理？什么是調(diào)制呢？P39模擬調(diào)制的功能

調(diào)制解調(diào)從頻域角度看是一個頻譜搬移過程。（1）適合信號傳輸將基帶信號轉(zhuǎn)換成適合信號傳輸?shù)囊颜{(diào)信號。（2）實現(xiàn)有效輻射(天線尺寸）（3）實現(xiàn)頻率分配（信號選擇）（4）實現(xiàn)多路復用（5）提高系統(tǒng)的抗噪聲性能

(1)調(diào)制：用調(diào)制信號去控制載波信號的某一個參數(shù)的過程。

信號定義：信號

載波信號：（等幅）高頻振蕩信號

正弦波

方波

三角波

鋸齒波調(diào)制信號：需要傳輸?shù)男盘枺ㄔ夹盘枺?/p>

語言圖像

密碼已調(diào)信號（已調(diào)波）：經(jīng)過調(diào)制后的高頻信號（射頻信號）(2)解調(diào)：調(diào)制的逆過程，即從已調(diào)波中恢復原調(diào)制信號的過程。概述模擬調(diào)制的分類

1、根據(jù)載波的不同分類（1）連續(xù)波調(diào)制：載波信號為一連續(xù)波形，單頻余弦波或正弦波（2）脈沖波調(diào)制：載波信號為一個脈沖序列(脈沖振幅調(diào)制)2、根據(jù)所調(diào)載波參數(shù)分類（1）幅度調(diào)制(AM)（2）頻率調(diào)制(FM)

（3）相位調(diào)制(PM)3、根據(jù)調(diào)制器頻譜特性的不同分類（1）線性調(diào)制：輸出已調(diào)信號的頻譜和調(diào)制信號的頻譜之間呈線性搬移。(AM,DSB,SSB,VSB)（2）非線性調(diào)制：輸出已調(diào)信號的頻譜和調(diào)制信號的頻譜之間呈非線性搬移。(FM,PM)3.2線性調(diào)制原理(調(diào)幅)線性調(diào)制的一般模型：(調(diào)制的本質(zhì)是進行頻譜變換，把攜帶消息的基帶信號的頻譜搬移到較高的頻帶上）

特征：調(diào)制前后的信號頻譜從形狀上沒有根本變化，僅僅是頻譜的幅度和位置發(fā)生了變化。A0為外加的直流分量；m(t)為輸入調(diào)制信號，不含直流分量一、振幅調(diào)制AM(AmplitudeModulation)設(shè)載波信號：

調(diào)制信號：

式中為比例常數(shù)即AM時域表達式：

式中ma為調(diào)幅系數(shù)

1.AM調(diào)幅波的定義

定義：用調(diào)制信號控制載波信號的幅度，使載波信號幅度按照調(diào)制信號規(guī)律變化。調(diào)幅信號波形

波形特點：（1）調(diào)幅波的振幅（包絡(luò)）變化規(guī)律

與調(diào)制信號波形一致;

(2)調(diào)幅度ma反映了調(diào)幅的強弱程度，

可以看出：

一般ma值越大調(diào)幅越深：

AM信號波形與頻譜圖（P43MATLAB3-2-5）上邊帶USB下邊帶LSB2、AM信號的頻帶寬度:3、AM信號平均功率AM信號在1歐姆電阻上的平均功率等于它的均方值。因為調(diào)制信號沒有直流分量，所以3、調(diào)幅波的功率

單音調(diào)制的調(diào)幅波在負載電阻RL（R=1）上的功率為：(1)最大功率：(2)最小功率：調(diào)制信號一周內(nèi)的平均功率：RL上消耗的載波功率：

總邊頻功率：

4、AM信號的調(diào)制效率在普通調(diào)幅波信號中，有用信息只攜帶在邊頻帶內(nèi)，而載波本身并不攜帶信息，但它的功率卻占了整個調(diào)幅波功率的絕大部分，因而調(diào)幅波的功率浪費大，效率低。這是振幅調(diào)制的最大缺點。調(diào)幅波的波形如圖所示，其中、

,試寫出表達式？

例1:AM信號的相干解調(diào)（同步解調(diào)）5、AM信號的接收（解調(diào)）要求：相干解調(diào)接收性能好，但本地載波必須與發(fā)送端的載波保持嚴格的同頻同相。。經(jīng)LPF后AM信號的非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波）非相干解調(diào)優(yōu)點：實現(xiàn)簡單，成本低，不需要同步載波缺點：系統(tǒng)抗噪聲性能差，只適用AM。LED把AM信號的包絡(luò)直接提取出來，即把一個高頻信號直接變成低頻信號。已知調(diào)幅波表示式為：試求出頻帶寬度。

若已知，試求載波功率、邊頻功率、

調(diào)幅波的平均功率和調(diào)制效率。例2：在普通調(diào)幅波信號中，有用信息只攜帶在邊頻帶內(nèi)，而載波本身并不攜帶信息，但它的功率卻占了整個調(diào)幅波功率的絕大部分，因而調(diào)幅波的功率浪費大，效率低。這是振幅調(diào)制的最大缺點。二、抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB)在AM調(diào)制過程中，如果將載波分量抑制就形成抑制載波的雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號，它可以用載波和調(diào)制信號直接相乘得到，即：DSB信號波形與頻譜圖(MATLAB?P42)載波反相點AM信號波形與頻譜圖1、DSB信號的頻帶寬度：2、DSB信號的平均功率3、DSB信號的解調(diào)（相干解調(diào)法）SDSB(t)經(jīng)LPF后\DSB信號波形與頻譜圖DSB調(diào)制效率雖然達到了100%，但DSB調(diào)制信號的頻譜由上、下兩個邊帶組成，而且上、下邊帶攜帶的信息完全一樣，因此，只需選擇其中一個邊帶傳輸即可。如果只傳輸一個邊帶，則可以節(jié)省一半的功率。三、單邊帶調(diào)制（SSB)SSB信號濾波法產(chǎn)生單邊帶(SSB)信號是由雙邊帶調(diào)幅信號中取出其中的任一個邊帶部分，即可成為單邊帶調(diào)幅信號。產(chǎn)生方法：濾波法和相移法。

在現(xiàn)代電子通信系統(tǒng)的設(shè)計中，為節(jié)約頻帶，提高系統(tǒng)的功率和帶寬效率，常采用單邊帶（SSB）調(diào)制系統(tǒng)。

單邊帶信號產(chǎn)生頻譜示意圖上邊帶調(diào)制下邊帶調(diào)制上邊帶濾波器下邊帶濾波器若保留上邊帶，則HSSB(ω)應(yīng)具有高通特性若保留下邊帶，則應(yīng)具有低通特性SSB信號的時域表達式：下邊帶上邊帶相移法產(chǎn)生單邊帶信號希爾伯特濾波器SSB信號的頻域表達式（3-2-19）：

（上邊帶信號）（下邊帶信號）相移法產(chǎn)生單邊帶信號由兩個相乘器、兩個900移相器和加法器組成。難點：載波和基帶兩個信號都需要準確的900相移，而且電路要求對稱才能完全抵消。下邊帶上邊帶SSB信號的頻帶寬度：SSB信號的平均功率：SSB信號的發(fā)射功率和頻帶都壓縮了一倍，功率的利用率提高了一倍，但SSB濾波器難以實現(xiàn)。SSB信號的解調(diào)（相干解調(diào)）經(jīng)LPF后\\四、殘留邊帶調(diào)制(VSB)殘留邊帶調(diào)制是介于SSB與DSB之間的一種調(diào)制方式，它既克服了DSB信號占用頻帶寬的缺點，又解決了SSB濾波器難以實現(xiàn)的問題。殘留邊帶濾波器SDSB(t)殘留部分上邊帶的濾波器特性殘留部分下邊帶的濾波器特性殘留邊帶濾波器的特性：讓一個邊帶的絕大部分通過，僅衰減靠近附近的一小部分信號，同時抑制另一個邊帶的絕大部分信號，只保留靠近附近的一小部分。VSB信號頻譜示意圖在解調(diào)中，讓殘留的那部分邊帶來補償衰減的那部分邊帶，解調(diào)后的輸出信號不會失真。VSB濾波器的傳輸特性互補對稱特性VSB的解調(diào)(相干解調(diào))VSB信號發(fā)送功率和頻帶寬度：例3-2-1已知調(diào)制信號，載波為，外加直流分量為，分別寫出AM、DSB、USB、LSB信號的表示式，并畫出頻譜圖。例題1:已知調(diào)幅信號頻率范圍為300Hz～4KHz,分別采用AM（調(diào)幅指數(shù)ma=0.3）、DSB、SSB三種調(diào)幅方式，如要求邊帶總功率PS為10W，分別求出每種方式的頻帶寬度BW、發(fā)射總功率P及功率利用率。其中=邊帶功率PS/總功率PRL=1例題2：P71習題3-2。經(jīng)包絡(luò)檢波器后

主要討論信道存在加性高斯白噪聲(AWGN)時，各種線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能。3.3線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能

由于加性噪聲被認為只對信號的接收產(chǎn)生影響。調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能是利用解調(diào)器的抗噪聲能力來衡量?？乖肼暷芰νǔＳ谩靶旁氡取眮矶攘?。信噪比：信號與噪聲的平均功率之比抗噪聲性能分析模型Sm(t):已調(diào)制信號n(t)：加性高斯白噪聲ni(t)：帶通型噪聲帶通濾波器:濾除已調(diào)信號頻帶以外的噪聲解調(diào)器輸入端的噪聲帶寬與已調(diào)制信號的帶寬相同窄帶高斯白噪聲表示為：窄帶噪聲具有相同的平均功率：n0單邊噪聲功率譜密度其中：同相分量正交分量

只要解調(diào)器輸出端有用信號能與噪聲分開，則輸出信噪比就能確定。輸出信噪比與調(diào)制方式有關(guān)，也與解調(diào)方式有關(guān)。輸出信噪比和輸入信噪比的比值用G來表示，即G越大，表明解調(diào)器的抗噪聲性能越好。調(diào)制制度增益1、相干解調(diào)輸出端的信噪比（DSB為例）

DSB信號的解調(diào)器采用相干解調(diào)，其模型：

SDSB(t)SDSB(t)m0(t)n(t)ni(t)cosωctn0(t)+BPFLPF解調(diào)器因DSB相干解調(diào)屬于線性解調(diào)，輸入信號和噪聲可以單獨解調(diào)。先討論信號輸入信號輸出信號經(jīng)LPF再討論噪聲解調(diào)器輸入噪聲功率：解調(diào)器輸出噪聲n0(t)：經(jīng)LPF輸出噪聲功率：討論信噪比輸入信噪比：輸出信噪比：

信噪比改善了一倍。

采用相干解調(diào)，使輸入噪聲中的一個正交分量ns(t)被消除的原因，抑制了噪聲。結(jié)論原因例：對抑制載波的雙邊帶信號進行相干解調(diào)，設(shè)接收端輸入信號功率為2mW，載波為，并設(shè)調(diào)制信號的頻帶限制在4kHz，信道噪聲雙邊功率譜密度。試求：（1）該理想帶通濾波器應(yīng)具有怎樣的傳輸性？（2）解調(diào)器輸入端的信噪功率比？（3）解調(diào)器輸出端的信噪功率比？（4）求解調(diào)器輸出端的噪聲功率譜密度，并用圖表示出來？DSB信號的解調(diào)器采用相干解調(diào)，其模型：

SDSB(t)SDSB(t)m0(t)n(t)ni(t)cosωctn0(t)+BPFLPF解調(diào)器2、SSB調(diào)制系統(tǒng)

解調(diào)方法與DSB相同，區(qū)別在BPF，SSB的BPF的帶寬是DSB的一半。故計算信噪比的方法相同。

輸入、輸出的噪聲功率與DSB的一樣

B是單邊帶的BPF的帶寬;

單邊帶信號：

是m(t)的所有頻率成分都相移π/2的信號。以上邊帶為例，計算輸入、輸出信號的功率.信號的平均功率則不一樣

輸入信號功率：輸出功率：經(jīng)乘法器后經(jīng)LPF信噪比：

G是DSB的一半，原因是SSB中，信號和噪聲的表現(xiàn)形式中都有正交分量，解調(diào)過程中，信號和噪聲的正交分量均被抑制掉了，所以信噪比沒有改善。結(jié)論根據(jù)上述結(jié)果，不能得出DSB比SSB解調(diào)性能好的結(jié)論。因SSB信號所需帶寬僅是DSB的一半，在噪聲功率密度相同的情況下，DSB解調(diào)器的輸入噪聲功率是SSB的二倍，從而也使其輸出噪聲功率比SSB的大一倍，因此，盡管DSB的G比SSB的大，但他的實際解調(diào)性能不會優(yōu)于SSB。如果解調(diào)器的輸入噪聲功率密度相同，輸入的信號功率也相同，則兩者的在解調(diào)器輸出端的信噪比是相等的。注意3、AM相干解調(diào)輸入的信號功率、噪聲功率：輸出的信號功率、噪聲功率：調(diào)制制度增益：對100%的調(diào)制

Gmax=2/3因此AM系統(tǒng)的抗噪聲性能沒有DSB系統(tǒng)的抗噪聲性能好。4、VSB相干解調(diào)5、非相干解調(diào)輸出端的信噪比

AM信號的解調(diào)可采用非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）。

Sm(t)Sm(t)m0(t)n(t)ni(t)n0(t)+BPFLED解調(diào)器設(shè)解調(diào)器輸入信號為：

輸入噪聲：解調(diào)器輸入的信號功率、噪聲功率：討論解調(diào)器輸出的信號功率、噪聲功率即求包絡(luò)檢波器輸出的信號功率、噪聲功率。先研究輸入端信號與噪聲的合成包絡(luò)。包絡(luò)相位E(t)中的信號和噪聲存在著非線性關(guān)系，分析比較困難。為使討論簡明，考慮兩種特殊情況1）大信噪比情況輸出的信號功率、噪聲功率：

包絡(luò)檢波器結(jié)果與相干解調(diào)的結(jié)果一樣。2）小信噪比情況在小信噪比情況下，包絡(luò)檢波器會把有用信號擾亂成噪聲，這種現(xiàn)象通常稱為“門限效應(yīng)”：指當包絡(luò)檢波器的輸入信噪比降低到一個特定的數(shù)值后，檢波器輸出信噪比出現(xiàn)急劇惡化的一種現(xiàn)象.該特定的輸入信噪比被稱為“門限效應(yīng)”。P72例題3-8P723-9作業(yè)P713-63.4非線性調(diào)制(角度調(diào)制)的原理

一、角度調(diào)制的原理DSB、AM、SSB和VSB都是幅度調(diào)制，即把傳送的信號調(diào)制到載波的幅值上。頻率調(diào)制和相位調(diào)制，統(tǒng)稱為角度調(diào)制，這種調(diào)制是已調(diào)信號頻譜與基帶信號頻譜之間存在著非線性變換關(guān)系，所以稱為非線性調(diào)制。角度調(diào)制載波信號的一般表達式：：信號的瞬時相位：瞬時相位偏移：信號的瞬時角頻率

：瞬時角頻率偏移，即相對于ωc的瞬時角頻率偏移頻率調(diào)制：是瞬時頻率偏移與基帶信號成正比關(guān)系。Kf為調(diào)頻靈敏度調(diào)頻信號波形

相位調(diào)制：是瞬時相位偏移與基帶信號成比例關(guān)系。是比例常數(shù)，調(diào)相靈敏度相位調(diào)制信號可表示為：

調(diào)相波的波形示意討論：如果預先不知道調(diào)制信號m(t)的具體形式，能否判斷已調(diào)信號是調(diào)相信號還是調(diào)頻信號？判斷是調(diào)頻、調(diào)相？例題：二、調(diào)頻信號帶寬1、窄帶調(diào)頻（NBFM）NBFM信號的頻譜由

處的載頻與位于載頻兩側(cè)的邊頻組成。BNBFM=2Fm單音調(diào)制的AM與NBFM頻譜2、寬帶調(diào)頻（WBFM）最大相位偏移比較大，調(diào)頻信號的頻譜比較寬。最大頻率偏移（最大頻偏）調(diào)頻指數(shù)調(diào)頻信號的頻譜（mf=5）（3）調(diào)制信號頻率提高，頻率偏移不變

三、非線性調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)調(diào)頻信號的解調(diào)方法通常采用鑒頻法(非相干解調(diào))。調(diào)頻信號的非相干解調(diào)方框圖微分后包絡(luò)檢波器取出振幅，并濾去直流后的輸出信號：Kd為鑒頻器的靈敏度計算解調(diào)器的輸入信噪比設(shè)輸入調(diào)頻信號為

輸入信號功率

理想帶通濾波器的帶寬與調(diào)頻信號的帶寬BFM相同，所以輸入噪聲功率

Ni=n0BFM

輸入信噪比

計算輸出信噪比時，和AM信號的非相干解調(diào)一樣，考慮兩種極端情況，即大信噪比情況和小信噪比情況。1.大信噪比情況在大信噪比條件下，信號和噪聲的相互作用可以忽略，這時可以把信號和噪聲分開來算，經(jīng)過分析，我們直接給出解調(diào)器的輸出信噪比得解調(diào)器的制度增益在寬帶調(diào)頻時，信號帶寬為BFM=2(mf+1)fm

所以GFM=3m2f(mf+1)≈3m3f

大信噪比時寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的制度增益是很高的，它與調(diào)制指數(shù)的立方成正比，可使調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能迅速改善。

當(Si/Ni)減小到一定程度時，解調(diào)器的輸出中不存在單獨的有用信號項，信號被噪聲擾亂，因而(So/No)急劇下降。這種情況與AM包檢時相似，稱之為門限效應(yīng)。出現(xiàn)門限效應(yīng)時所對應(yīng)的(Si/Ni)值被稱為門限值。P64

2.小信噪比情況與門限效應(yīng)例題3-4-21、已知一角度調(diào)制信號為

(1)如果它是調(diào)相波，且，求調(diào)制信號;(