樊昌信通信原理第5章 模擬調(diào)制(7版)

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模擬調(diào)制系統(tǒng)

通信原理（第7版）第5章樊昌信曹麗娜編著調(diào)制簡(jiǎn)介—定義目的分類線性調(diào)制（幅度調(diào)制）原理

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能非線性調(diào)制（角度調(diào)制）原理

各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較

頻分復(fù)用（FDM）

本章內(nèi)容:

第5章模擬調(diào)制

調(diào)制目的

各種調(diào)制解調(diào)原理

抗噪性能

特點(diǎn)

應(yīng)用

FDM調(diào)制簡(jiǎn)介

調(diào)制定義調(diào)制：把消息信號(hào)搭載到載波的某個(gè)參數(shù)上。比喻——貨物運(yùn)輸：

將貨物裝載到飛機(jī)/輪船的某個(gè)倉(cāng)位上載波：一種高頻周期振蕩信號(hào)，如正弦波。

受調(diào)載波稱為已調(diào)信號(hào)，含有消息信號(hào)特征。解調(diào)：調(diào)制的逆過(guò)程，從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)消息信號(hào)。何謂調(diào)制？進(jìn)行頻譜搬移，匹配信道特性，減小天線尺寸；實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，提高信道利用率；改善系統(tǒng)性能（有效性、可靠性）；實(shí)現(xiàn)頻率分配看來(lái)，調(diào)制在通信系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用！對(duì)呀，不同的調(diào)制方式，具有不同的特點(diǎn)和性能!

調(diào)制目的為什么要進(jìn)行調(diào)制？消息信號(hào)基帶信號(hào)

正弦波脈沖序列受調(diào)載波含有m(t)信息

調(diào)制信號(hào)

載波已調(diào)信號(hào)

調(diào)制分類運(yùn)載工具多種形式同義詞先認(rèn)識(shí)一下調(diào)制過(guò)程所涉及的三種信號(hào)模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制連續(xù)波調(diào)制脈沖調(diào)制幅度調(diào)制頻率調(diào)制相位調(diào)制按調(diào)制信號(hào)m(t)的類型分按載波信號(hào)c(t)的類型分線性調(diào)制非線性調(diào)制按正弦載波的受調(diào)參量分

按已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)分可從不同角度分類：都有哪些調(diào)制方式？7幅度調(diào)制（線性）：AM、DSBSSB、VSB

角度調(diào)制（非線性）：FM、PM

本章研究的模擬調(diào)制方式：

——是以正弦信號(hào)作為載波的

一般模型§5.1

幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理邊帶濾波器§5.1.1

常規(guī)調(diào)幅（AM）AM表達(dá)式AM調(diào)制器條件：邊帶項(xiàng)載波項(xiàng)AM波形和頻譜AM信號(hào)的特點(diǎn)時(shí)，AM波的包絡(luò)正比于調(diào)制信號(hào)m(t)，故可采用包絡(luò)檢波。

AM的頻譜由載頻分量、上邊帶和下邊帶組成。AM傳輸帶寬是調(diào)制信號(hào)帶寬的兩倍：

AM的優(yōu)勢(shì)在于接收機(jī)簡(jiǎn)單，廣泛用于中短調(diào)幅廣播。12AM信號(hào)功率：AM信號(hào)的缺點(diǎn)邊帶功率載波功率AM功率利用率低！調(diào)制效率（功率利用率）：---不含有用信息

，卻“浪費(fèi)”大部分的發(fā)射功率。

---包含有用信息m(t)，滿調(diào)幅時(shí)，邊帶功率最大。定義調(diào)幅系數(shù)m（用百分比表示時(shí)，又稱調(diào)幅度）

——反映基帶信號(hào)改變載波幅度的程度：

m<1

正常調(diào)幅m=1

臨界狀態(tài)，滿調(diào)幅（100）

m>1

過(guò)調(diào)幅載波邊帶當(dāng)然，

AM正是利用這種“浪費(fèi)”去換取解調(diào)的便宜“，即包檢。當(dāng)m=1(滿調(diào)幅)時(shí)，AM調(diào)制效率的最大值僅為1/3，可見(jiàn)，AM的功率利用率很低。高調(diào)幅度的重要性！條件：如何提高調(diào)制效率？——抑制載波！

QA§5.1.2

雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）條件：DSB表達(dá)式DSB調(diào)制器double-sidebandsuppressedcarrierDSB波形和頻譜DSB信號(hào)的特點(diǎn)包絡(luò)不再與m(t)成正比；當(dāng)m(t)改變符號(hào)時(shí)載波相位反轉(zhuǎn)，故不能采用包絡(luò)檢波，需相干解調(diào)。

無(wú)載頻分量，只有上、下邊帶。帶寬與AM的相同：調(diào)制效率100，即功率利用率高。主要用作SSB、VSB的技術(shù)基礎(chǔ)，調(diào)頻立體聲中的差信號(hào)調(diào)制等。

能否只傳輸一個(gè)邊帶？

QA§5.1.3

單邊帶調(diào)制（SSB）SSB信號(hào)的產(chǎn)生（1）濾波法技術(shù)難點(diǎn)之一原理：

先形成DSB信號(hào)，邊帶濾波即得上或下邊帶信號(hào)。要求：濾波器HSSB(

)

在載頻處具有陡峭的截止特性。邊帶濾波特性HSSB(

)（2）相移法USB

+

-

-

傳遞函數(shù)：是m(t)的希爾伯特變換

含義：幅度不變，相移π/2

Hh()對(duì)m(t)的所有頻率分量精確相移π/2

技術(shù)難點(diǎn)之二＋下邊帶－上邊帶

要求：SSB信號(hào)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)之一是頻帶利用率高。其傳輸帶寬僅為AM/DSB的一半：因此，在頻譜擁擠的通信場(chǎng)合獲得了廣泛應(yīng)用，尤其在短波通信和多路載波電話中占有重要的地位。優(yōu)點(diǎn)之二是低功耗特性，因?yàn)椴恍鑲魉洼d波和另一個(gè)邊帶而節(jié)省了功率。這一點(diǎn)對(duì)于移動(dòng)通信系統(tǒng)尤為重要。缺點(diǎn)是設(shè)備較復(fù)雜，存在技術(shù)難點(diǎn)。也需相干解調(diào)?！?.1.4

殘留邊帶調(diào)制（VSB）——介于SSB與DSB之間的折中方案。VSB信號(hào)的產(chǎn)生應(yīng)該具有怎樣的濾波特性？VSB信號(hào)的解調(diào)應(yīng)該具有怎樣的濾波特性？

相乘：LPF—解調(diào)輸出：28若要無(wú)失真恢復(fù)m(t)，

VSB濾波器的傳輸函數(shù)必須滿足：在載頻處

具有互補(bǔ)對(duì)稱特性含義：殘留邊帶濾波器的幾何解釋：VSB信號(hào)的特點(diǎn)僅比SSB所需帶寬有很小的增加，卻換來(lái)了電路的簡(jiǎn)單。應(yīng)用：商業(yè)電視廣播中的電視信號(hào)傳輸?shù)?。濾波法§5.1.5

線性調(diào)制（幅度調(diào)制）的一般模型相移法在接收端，如何從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)m(t)呢？

QA——解調(diào)的任務(wù)!§5.1.6

相干解調(diào)與包絡(luò)檢波相干解調(diào)適用：AM、DSB、SSB、VSB特點(diǎn)：無(wú)門限效應(yīng)要求：載波同步

包絡(luò)檢波適用：AM信號(hào)優(yōu)勢(shì)：簡(jiǎn)單、無(wú)需載波同步

要求：|m(t)|max

A0

35插入載波包絡(luò)檢波法適用：

DSB、SSB或VSB等抑制載波的已調(diào)信號(hào)原理：將這些信號(hào)插入恢復(fù)載波，使之成為或近似

為AM信號(hào)，然后用包絡(luò)檢波器恢復(fù)出m(t)要求：Ad很大，載波同步方法：發(fā)端/收端插入載波

36分析模型§5.2

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能高斯白噪聲已調(diào)信號(hào)B和f0

取決于已調(diào)信號(hào)的頻譜DSB信號(hào)：B=2fHf0=fcSSB信號(hào)：B=fH

f0=fc±fH/2BPF§5.2.1

模型與指標(biāo)37窄帶高斯噪聲輸出噪聲輸出信號(hào)高斯白噪聲已調(diào)信號(hào)BPF解調(diào)器相干解調(diào)包絡(luò)檢波38分析模型解調(diào)器性能指標(biāo)制度增益：輸出信噪比：BPF39§5.2.2

DSB-相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能相干解調(diào)器Si

So

No

Ni

DSB40B=2fH

41相干解調(diào)將ni(t)中的正交分量抑制掉，從而使信噪比改善1倍。原因正交分量§5.2.2DSB-相干解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能相干解調(diào)器SiSo

No

Ni§5.2.3

SSB

B=2fH

B=fH

SSBDSB44相干解調(diào)抑制正交分量（無(wú)論信號(hào)還是噪聲）原因正交分量

能否說(shuō)：DSB系統(tǒng)的抗噪聲性能優(yōu)于

SSB

系統(tǒng)呢？

在相同的Si，n0，fH條件下：

B=2fH

B=fH

∴

DSB和SSB的抗噪聲性能相同。

QA合成包絡(luò)§5.2.4

AM–包絡(luò)檢波系統(tǒng)的抗噪聲性能（1）大信噪比時(shí)隔掉檢波輸出：48

討論：由于|m(t)|max

A0

，所以GAM<1，即100%調(diào)制，且m(t)為單頻正弦時(shí)：相干解調(diào)的GAM如同上式，但不受信噪比條件的限制。49小信噪比時(shí)，信號(hào)被擾亂成噪聲，導(dǎo)致輸出

信噪比急劇惡化——門限效應(yīng)。

（2）小信噪比時(shí)

可見(jiàn)：50原因：包絡(luò)檢波器的非線性解調(diào)作用。大信噪比時(shí)：小信噪比時(shí)：門限效應(yīng)AM-包絡(luò)檢波系統(tǒng)的抗噪聲性能：歸納BPF解調(diào)器相干解調(diào)包絡(luò)檢波B=2fHf0=fcB=fH

f0=fc±fH/2

線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能：DSBSSBVSBAM抑制正交分量相干解調(diào)小結(jié)§5.3

非線性調(diào)制（角度調(diào)制）原理概述角度調(diào)制：FM和PM的總稱。載波的幅度恒定，而頻率或相位受調(diào)制。屬于非線性調(diào)制?？乖肼曅阅軆?yōu)于幅度調(diào)制——優(yōu)勢(shì)。53§5.3.1

角度調(diào)制的基本概念1

角調(diào)信號(hào)一般表達(dá)式載波的恒定振幅[

ct+

(t)]–已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)相位

相對(duì)于

ct的瞬時(shí)相位偏移[

c+d

(t)/dt

]–已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)角頻率

相對(duì)于

c的瞬時(shí)角頻偏54Kf=rad/(s?V)Kp=r