通信原理-第7講

第五章模擬調(diào)制系統(tǒng)5.0一些基本概念5.1幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理5.2線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能5.3非線性調(diào)制（角度調(diào)制）原理5.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能5.5各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較5.6頻分復(fù)用和調(diào)頻立體聲5.7小結(jié)2/7/202315.0一些基本概念調(diào)制—把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過(guò)程。廣義調(diào)制—分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱(chēng)載波調(diào)制）。

狹義調(diào)制—僅指帶通調(diào)制。在無(wú)線通信和其他大多數(shù)場(chǎng)合，調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。調(diào)制信號(hào)—指來(lái)自信源的基帶信號(hào)，可以是模擬的或數(shù)字的。載波調(diào)制—用調(diào)制信號(hào)去控制載波的參數(shù)的過(guò)程，使載波的一個(gè)或某幾個(gè)參數(shù)按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。載波—未受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào)，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。已調(diào)信號(hào)—載波受調(diào)制后稱(chēng)為已調(diào)信號(hào)。2/7/202325.0一些基本概念調(diào)制的目的提高無(wú)線通信時(shí)的天線輻射效率。把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處，以實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率。擴(kuò)展信號(hào)帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。

調(diào)制方式

模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制

常見(jiàn)的模擬調(diào)制

幅度調(diào)制：調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶和殘留邊帶

角度調(diào)制：頻率調(diào)制、相位調(diào)制2/7/202335.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理設(shè)：正弦型載波為：c(t)=Acos(ct+0)式中：A—載波幅度；

c—載波角頻率；

0—載波初始相位（以后假定0=0）。則根據(jù)調(diào)制定義，幅度調(diào)制信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）一般可表示成m(t)—基帶調(diào)制信號(hào)。幅度調(diào)制通常又稱(chēng)為線性調(diào)制。但應(yīng)注意，這里的“線性”并不意味著已調(diào)信號(hào)與調(diào)制信號(hào)之間符合線性變換關(guān)系。事實(shí)上，任何調(diào)制過(guò)程都是一種非線性的變換過(guò)程。

2/7/202345.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理一、調(diào)幅（AM）二、雙邊帶調(diào)制（DSB）三、單邊帶調(diào)制（SSB）四、殘留邊帶調(diào)制（VSB）五、線性調(diào)制的一般模型六、相干解調(diào)七、包絡(luò)檢波2/7/20235調(diào)制器模型：5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理一、調(diào)幅（AM）2/7/20236標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅—常規(guī)雙邊帶調(diào)幅時(shí)域表示式：sAM(t)=[A0+m(t)]cos(ct)=A0cos(ct)+m(t)cos(ct)式中：m(t)—調(diào)制信號(hào)，均值為0；A0—常數(shù)，表示疊加的直流分量。頻譜：若m(t)為確知信號(hào)，則AM信號(hào)的頻譜為：

若m(t)為隨機(jī)信號(hào)，則已調(diào)信號(hào)的頻域表示式必須用功率譜描述。

5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理一、調(diào)幅（AM）2/7/20237波形圖：5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理一、調(diào)幅（AM）2/7/20238由波形可以看出：當(dāng)滿(mǎn)足條件：|m(t)|maxA0時(shí)，其包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)波形相同，因此用包絡(luò)檢波法很容易恢復(fù)出原始調(diào)制信號(hào)。否則，出現(xiàn)“過(guò)調(diào)幅”現(xiàn)象。這時(shí)用包絡(luò)檢波將發(fā)生失真。但是，可以采用其它的解調(diào)方法，如同步檢波。5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理一、調(diào)幅（AM）2/7/20239第五章模擬調(diào)制系統(tǒng)載頻分量載頻分量上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶頻譜圖：2/7/202310由頻譜可以看出，AM信號(hào)的頻譜由：載頻分量、上邊帶、下邊帶三部分組成。上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理一、調(diào)幅（AM）2/7/202311AM信號(hào)的特性：帶寬：它是帶有載波分量的雙邊帶信號(hào)，帶寬是基帶信號(hào)帶寬fH的兩倍：功率：設(shè)m(t)為確知信號(hào)5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理一、調(diào)幅（AM）2/7/202312AM信號(hào)的特性：調(diào)制效率：AM信號(hào)的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。只有邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有關(guān)，載波分量并不攜帶信息。有用功率（用于傳輸有用信息的邊帶功率）占信號(hào)總功率的比例稱(chēng)為調(diào)制效率：5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理一、調(diào)幅（AM）2/7/202313AM信號(hào)的特性：調(diào)制效率：當(dāng)m(t)=Amcosmt時(shí)，，代入上式，得到：當(dāng)|m(t)|max=A0時(shí)（100％調(diào)制），調(diào)制效率最高，這時(shí)：max=1/35.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理一、調(diào)幅（AM）2/7/202314時(shí)域表示式：無(wú)直流分量A0：頻譜：無(wú)載頻分量：5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理二、雙邊帶調(diào)制（DSB）2/7/202315調(diào)制效率：100％優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省了載波功率缺點(diǎn)：不能用包絡(luò)檢波，需用相干檢波，較復(fù)雜。5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理二、雙邊帶調(diào)制（DSB）2/7/202316原理：雙邊帶信號(hào)兩個(gè)邊帶中的任意一個(gè)都包含了調(diào)制信號(hào)頻譜M()的所有頻譜成分，因此僅傳輸其中一個(gè)邊帶即可。這樣既節(jié)省發(fā)送功率，還可節(jié)省一半傳輸頻帶，這種方式稱(chēng)為單邊帶調(diào)制。產(chǎn)生SSB信號(hào)的方法有兩種：濾波法和相移法。5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理三、單邊帶調(diào)制（SSB）2/7/202317濾波法及SSB信號(hào)的頻域表示濾波法的原理方框圖——用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶：H()為單邊帶濾波器的傳輸函數(shù)，若它具有如下理想高通特性：則可濾除下邊帶。5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理三、單邊帶調(diào)制（SSB）2/7/202318濾波法及SSB信號(hào)的頻域表示濾波法的原理方框圖——用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶：若具有如下理想低通特性：，則可濾除上邊帶。SSB信號(hào)的頻譜：5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理三、單邊帶調(diào)制（SSB）2/7/202319濾波法及SSB信號(hào)的頻域表示濾波法的原理方框圖5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理三、單邊帶調(diào)制（SSB）2/7/202320濾波法及SSB信號(hào)的頻域表示濾波法的技術(shù)難點(diǎn)：①濾波特性很難做到具有陡峭的截止特性。②例如：若經(jīng)過(guò)濾波后的話(huà)音信號(hào)的最低頻率為300Hz，則上下邊帶之間的頻率間隔為600Hz，即允許過(guò)渡帶為600Hz。在600Hz過(guò)渡帶和不太高的載頻情況下，濾波器不難實(shí)現(xiàn)；但當(dāng)載頻較高時(shí)，采用一級(jí)調(diào)制直接濾波的方法已不可能實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制。5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理三、單邊帶調(diào)制（SSB）2/7/202321濾波法及SSB信號(hào)的頻域表示濾波法的技術(shù)難點(diǎn)：③*可以采用多級(jí)（一般采用兩級(jí)）DSB調(diào)制及邊帶濾波的方法，即先在較低的載頻上進(jìn)行DSB調(diào)制，目的是增大過(guò)渡帶的歸一化值，以利于濾波器的制作。再在要求的載頻上進(jìn)行第二次調(diào)制。④當(dāng)調(diào)制信號(hào)中含有直流及低頻分量時(shí)濾波法就不適用了。5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理三、單邊帶調(diào)制（SSB）2/7/202322相移法和SSB信號(hào)的時(shí)域表示：若m(t)是確定信號(hào)，其傅氏頻譜為M(f)，上邊帶濾波器的傳遞函數(shù)為：此HUSB(f)也可表示為：HUSB(f)=u(f－fc)+u(－f－fc)，式中u(·)表示單位階躍函數(shù)。基本思路：為得到單邊帶調(diào)幅信號(hào)的時(shí)域表示式，先寫(xiě)出單邊帶調(diào)幅信號(hào)的頻域表示式，再?gòu)乃母凳戏醋儞Q得到時(shí)域表示式。5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理三、單邊帶調(diào)制（SSB）2/7/202323相移法和SSB信號(hào)的時(shí)域表示：上邊帶信號(hào)的頻域表示式為：

對(duì)上式進(jìn)行傅氏反變換，并利用傅氏變換的調(diào)制定理，得到：利用下列傅氏變換關(guān)系式：5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理三、單邊帶調(diào)制（SSB）SDSB(t)2/7/202324相移法和SSB信號(hào)的時(shí)域表示：得到：在上式中使用了下列恒等式：5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理三、單邊帶調(diào)制（SSB）2/7/202325相移法和SSB信號(hào)的時(shí)域表示：式中的是m(t)的希爾伯特變換。將m(t)輸入希爾伯特濾波器，其輸出是，如下圖所示：希爾伯特濾波器是沖激響應(yīng)為的線型濾波器，其相應(yīng)的頻率響應(yīng)為：

5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理三、單邊帶調(diào)制（SSB）2/7/202326希爾伯特變換：若信號(hào)存在傅里葉變換對(duì)，則其希爾伯特變換的頻譜等于該信號(hào)頻譜F(ω)的負(fù)頻域全部頻率成分相移+π/2，而正頻域相移－π/2——完成這種變換的傳遞函數(shù)稱(chēng)為希氏濾波器傳遞函數(shù)，即有：Hh(ω)=－j·sgn(ω)5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理三、單邊帶調(diào)制（SSB）2/7/202327

利用歐拉公式得到單邊帶的上邊帶調(diào)幅信號(hào)表示式：5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理三、單邊帶調(diào)制（SSB）2/7/202328

單邊帶的下邊帶調(diào)幅信號(hào)表示式：

由于：得到：

單邊帶調(diào)幅信號(hào)的時(shí)域表示式為：5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理三、單邊帶調(diào)制（SSB）2/7/202329移相法SSB調(diào)制器方框圖：優(yōu)點(diǎn)：不需要濾波器具有陡峭的截止特性。缺點(diǎn)：寬帶相移網(wǎng)絡(luò)難用硬件實(shí)現(xiàn)。5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理三、單邊帶調(diào)制（SSB）希爾伯特濾波器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)寬帶相移網(wǎng)絡(luò)2/7/202330SSB信號(hào)的解調(diào)：SSB信號(hào)的解調(diào)和DSB一樣，不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波，因?yàn)镾SB信號(hào)也是抑制載波的已調(diào)信號(hào)，它的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號(hào)的變化，所以仍需采用相干解調(diào)。SSB信號(hào)的性能：SSB信號(hào)的實(shí)現(xiàn)比AM、DSB要復(fù)雜，但SSB調(diào)制方式在傳輸信息時(shí)，不僅可節(jié)省發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度比AM、DSB減少了一半。它目前已成為短波通信中一種重要的調(diào)制方式?！?.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理三、單邊帶調(diào)制（SSB）2/7/202331原理：殘留邊帶調(diào)制是介于SSB與DSB之間的一種折中方式，它既克服了DSB信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了SSB信號(hào)實(shí)現(xiàn)中的困難。在這種調(diào)制方式中，不像SSB那樣完全抑制DSB信號(hào)的一個(gè)邊帶，而是逐漸切割，使其殘留一小部分，如下圖所示：5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理四、殘留邊帶調(diào)制（VSB）2/7/202332原理：5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理四、殘留邊帶調(diào)制（VSB）2/7/202333調(diào)制方法：用濾波法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制的原理框圖與濾波法SBB調(diào)制器相同。不過(guò)，這時(shí)圖中濾波器的特性應(yīng)按殘留邊帶調(diào)制的要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不再要求十分陡峭的截止特性，因而它比單邊帶濾波器容易制作。5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理四、殘留邊帶調(diào)制（VSB）2/7/202334對(duì)殘留邊帶濾波器特性的要求：(1)殘留邊帶信號(hào)的頻譜為（由濾波法可知）：為了確定上式中殘留邊帶濾波器傳輸特性H()應(yīng)滿(mǎn)足的條件，來(lái)分析一下接收端是如何從該信號(hào)中恢復(fù)原基帶信號(hào)的。5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理四、殘留邊帶調(diào)制（VSB）2/7/202335對(duì)殘留邊帶濾波器特性的要求：(2)VSB信號(hào)解調(diào)器方框圖：因?yàn)椋焊鶕?jù)頻域卷積定理可知，乘積sp(t)對(duì)應(yīng)的頻譜為：5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理四、殘留邊帶調(diào)制（VSB）2/7/202336對(duì)殘留邊帶濾波器特性的要求：(2)VSB信號(hào)解調(diào)器方框圖：將：代入：，得到：式中：M(+2c)及M(－2c)是搬移到+2c和－2c處的頻譜，它們可以由解調(diào)器中的低通濾波器濾除。于是，低通濾波器的輸出頻譜為：5.1幅度調(diào)制(線性調(diào)制)的原理四、殘留邊帶調(diào)制（VSB）2/7/202337對(duì)殘留邊帶濾波器特性的要求：