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1、会计学1模拟模拟(mn)调制系统调制系统ch分解分解第一页，共66页。227 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）4.1 引言引言从消息从消息(xio xi)变换过来的原始信号具有频率较变换过来的原始信号具有频率较低频谱低频谱 分量分量,这种信号在许多信道中不适宜进行传输这种信号在许多信道中不适宜进行传输.载波调制载波调制 按调制信号按调制信号(基带信号基带信号)的变化规律去改变的变化规律去改变 载波某些参数的过程载波某些参数的过程.载波的分类载波的分类 用正弦信号作为载波；用脉冲串或一组数用正弦信号作为载波；用脉冲串或一
2、组数 字信号作为载波。字信号作为载波。第1页/共66页第二页，共66页。327 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）n调制的两种方式n 模拟(连续调制)和数字调制.n调制在通信系统中的作用n 进行频谱搬移,将调制信号转换:1)适合于信n 道传输;2)已调信号便于信道多路频分复用.n常用的重要(zhngyo)的模拟调制方式n 1、用正弦波作为载波的幅度调制包括：调幅AM，n 双 边带DSB，残留边带VSB，单边带SSB.n 2、角度调制包括:频率调制FM，相位调制PM.第2页/共66页第三页，共66页。427 二月 2023
3、 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能幅度调制的原理及抗噪声性能幅度调制的原理幅度调制的原理正弦正弦(zhngxin)载波为：载波为：4.2-1 为载波角频率;为载波的初始相位;A为载波的幅度.第3页/共66页第四页，共66页。527 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）n幅度调制是正弦载波的幅度随调制信号(xnho)作n 线性变化的过程。幅度已调信号(xnho)可表示成：4.2-2当 时:为基带调制信号.第4页/共66页第五页，共6
4、6页。627 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）l设调制信号 的频谱为 。由傅式变换的 频移特性，已调信号 的频谱 u幅度已调信号(xnho)的频谱u 是基带信号(xnho)频谱结构在频域内的简单搬移.u 这种搬移是线性的,因此,幅度调制又称为u 线性调制.4.2-3第5页/共66页第六页，共66页。727 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）n 线性调制器的一般(ybn)模型:为带通滤波器图4-1第6页/共66页第七页，共66页。827 二月 20
5、23 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）l线性调制器模型输出(shch)信号的时域和频域l 表示式为:l 时域:4.2-44.2-2第7页/共66页第八页，共66页。927 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）频域频域:由式4.2-3和时域的卷积定理可得 4.2-5u上述模型称为调制器的一般模型称为调制器的一般模型,在该模型中,适当选择带通滤波器的冲激相应 ,便可得 到各种幅度调制信号.(上次课讲到此处)第8页/共66页第九页，共66页。1027 二月 2023 第
6、四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）n双边带DSB信号 图4-1中，如果输入基带信号m(t)没有直流分量 且 是理想带通滤波器，则得到的输出信号 便是无载波分量的双边带调制信号或称抑制载 波双边带(DSB-SC)调制信号.其波形和频谱 如图4-2所示.第9页/共66页第十页，共66页。1127 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）第10页/共66页第十一页，共66页。1227 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative
7、system）第11页/共66页第十二页，共66页。1327 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）图4-2 DSB信号(xnho)的波形及频谱第12页/共66页第十三页，共66页。1427 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）n调幅AM信号 如果输入基带信号 带有直流分量 和交 流分量 ,也是理想带通滤波器的冲 激响应,得到的输出信号便是有载波分量的双 边带信号.l若 ，则该信号为标准调幅信号:l 即：SAMu时域表示:第13页/共66页第十四页，共6
8、6页。1527 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）载波信号DSBSC信号4.2-64.2-7u频域表示:第14页/共66页第十五页，共66页。1627 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）n单边带SSB信号n双边带调制信号包含有两个边带,即上、下边n 带.这两个边带包含的信息相同(xin tn).n在调制器的一般模型中,将带通滤波器设计成n 图4-3的带通或带阻形式,带阻(a)将产生上边n 带信号，带通(b)将产生下边带信号。频谱如n 图4-4所示。
9、第15页/共66页第十六页，共66页。1727 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）图4-3 形成(xngchng)单边带信号的滤波特性上边带上边带下边带下边带第16页/共66页第十七页，共66页。1827 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）上边带上边带下边带下边带第17页/共66页第十八页，共66页。1927 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）图4-4 单边带信号(xnho)
10、的频谱上边带频谱下边带频谱第18页/共66页第十九页，共66页。2027 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）l单边带信号的时域表示，以下边带的单边调 制为例：u下边带SSB信号,可由一个DSB信号通过理想 低通滤波器获得.令下边带信号频谱为 .由式4.2-5得:4.2-8第19页/共66页第二十页，共66页。2127 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）带通滤波器的频率特性可表示(biosh)为：4.2-94.2-10将式4.2-9代入式4.2-8得
11、：4.2-8第20页/共66页第二十一页，共66页。2227 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）图4-4 单边带信号(xnho)的频谱第21页/共66页第二十二页，共66页。2327 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）由于(yuy)4.2-114.2-12第22页/共66页第二十三页，共66页。2427 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）是 的希尔伯特变换,故得到下边带 SS
12、B信号(xnho)的时域表示式为:4.2-134.2-14同理可得上边带SSB信号(xnho)的时域表示式为:第23页/共66页第二十四页，共66页。2527 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）n残留边带VSB信号n 双边带信号调制占用频带宽,单边带实现上较n 困难.残留边带调制是介于双边带与单边带之n 间的一种(y zhn)线性调制.残留边带信号的频域表示n 式为:4.2-15第24页/共66页第二十五页，共66页。2627 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative
13、system）l残留边带滤波器的特性 接收端如果采用同步解调法进行解调,如 图4-5所示.相乘器输出信号应为残留边带 信号 与同步载波 的乘积.该乘积信 号的频谱应等于 和 相应频谱的卷 积,即 4.2-16第25页/共66页第二十六页，共66页。2727 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）l 残留边带滤波器的传输(chun sh)特性的意义:低通滤波器图4-5 同步解调(ji dio)法组成方框图第26页/共66页第二十七页，共66页。2827 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog m
14、odulative system）4.2-174.2-18所以(suy)由式4.2-16和式4.2-17可得:u若设同步载波 ,其频谱为:第27页/共66页第二十八页，共66页。2927 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）因为(yn wi)4.2-194.2-18第28页/共66页第二十九页，共66页。3027 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）式4.2-19代入式4.2-18得:4.2-20式中,与 是 搬移到 处的频谱.它可由解调中解调中的低通
15、滤波器滤除的低通滤波器滤除.低 通滤波器输出的频谱为:第29页/共66页第三十页，共66页。3127 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）4.2-214.2-22 a4.2-22 b上式中c为常数.由于 信号带宽为 ,即 时 .所以,上式4.2-22a成立的条件为 即残留边带滤波器传输特性 必须满足的条件为:为了准确地获得 ,上式中 必须满足:第30页/共66页第三十一页，共66页。3227 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）l 残留边带滤波器的传输
16、(chun sh)特性的意义:低通滤波器图4-5 同步(tngb)解调法组成方框图第31页/共66页第三十二页，共66页。3327 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）第32页/共66页第三十三页，共66页。3427 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）图4-6 残留边带滤波器的几何(j h)解释第33页/共66页第三十四页，共66页。3527 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）
17、u结论u 只要残留边带滤波器的截止特性 在载频处具有u 互补对称特性,采用同步解调法解调残留边带信u 号就 能准确地恢复所需的基带信号.u滤波器截止特性的影响u 如果滤波器截止特性非常陡峭,那么所得到的残u 留边带信号便接近单边带信号;如果滤波器截止u 特性的陡峭程度变差,则残留部分就自然增多,残u 留边带信号所占据的带宽也越宽,甚至(shnzh)越来越逼u 近双边带信号.第34页/共66页第三十五页，共66页。3627 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）线性调制系统的抗噪声性能问题 信道存在加性高斯白噪声时,各种线性调
18、制系统 的抗噪声性能.通常(tngchng)认为加性噪声只对信号的接收产生影响,故调制 系统的抗噪声性能是利用解调器的抗噪声能力来衡 量.信噪比 信号与噪声的平均功率之比.第35页/共66页第三十六页，共66页。3727 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）n 解调器的模型(mxng)+带通滤波器解调器已调信号高斯白噪声带通型噪声基带信号解调器输出噪声图4-7 分析解调器性能的模型(1)的平均功率的平均功率(4)的直流功率的直流功率(5)方差，方差，的交流功率的交流功率第36页/共66页第三十七页，共66页。3827 二月
19、 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）l解调器输入噪声是带通型噪声，通常是一个 窄带高斯噪声 :4.2-234.2-24或写成u 、和 具有相同的平均功率 (方差):4.2-254.2-26 或记为第37页/共66页第三十八页，共66页。3927 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）u解调器输入噪声 具有带宽B,输入噪声平 均功率为:4.2-274.2-28l设经解调器解调后得到有用基带信号记为 ,解 调器输出噪声记为 ,解调器输出信号的平均功率 与输出噪声
20、平均功率 之比可表示为:第38页/共66页第三十九页，共66页。4027 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）n调制制度(zhd)增益Gn 解调器输出信噪比与输入信噪比的比值.nDSB调制(tiozh)系统的性能n DSB信号的解调器为同步解调器,由相乘器和n 低通滤波器构成.4.2-27第39页/共66页第四十页，共66页。4127 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）u 若解调器输入(shr)信号为4.2-29 其平均功率为:第40页/共66页第四
21、十一页，共66页。4227 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）u若同步解调器中相干载波为 ,则解调 器输出信号为:滤掉 输出输出(shch)有用信号有用信号功率为功率为:4.2-30第41页/共66页第四十二页，共66页。4327 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）u同步解调相乘器输出的噪声 为:解调器的低通滤波滤除第42页/共66页第四十三页，共66页。4427 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modula
22、tive system）u 输出(shch)噪声功率为:4.2-314.2-32第43页/共66页第四十四页，共66页。4527 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）u 解调器输入(shr)信噪比为:4.2-334.2-34u 解调器输出(shch)信噪比为:u调制制度增益(DSB调制系统)为:4.2-35结论：结论：DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。信号的解调器使信噪比改善一倍。第44页/共66页第四十五页，共66页。4627 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative
23、 system）nSSB调制系统的性能nSSB信号解调与DSB信号解调方法的区别n 解调方法相同,区别是解调之前的带通滤波器.n SSB带通滤波器只让一个边带信号通过(tnggu)；DSBn 带通滤波器让两个边带信号通过(tnggu).前者带宽是n 后者的一半.n单边带信号解调器输入噪声与输出噪声为:4.2-36第45页/共66页第四十六页，共66页。4727 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）l 解调器的输入(shr)信号为:4.2-37 是 的所有频率成分都相移 的信号(希尔伯特变换),“+”形成下边带,“”形成上边
24、带.l 单边带解调器输入信号功率 为:4.2-38第46页/共66页第四十七页，共66页。4827 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）l 单边带解调器输入信号功率 为:4.2-38u 所以(suy)得4.2-394.2-40u由于 与 具有相同的功率谱密度或相同的平均功率,故有:第47页/共66页第四十八页，共66页。4927 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）l 单边带解调器输出功率 由输出信号m0(t)推导得到:u 通过通过(tnggu)滤滤波
25、波:第48页/共66页第四十九页，共66页。5027 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）u 输出功率 为:4.2-414.2-42l单边带解调器输入(shr)信噪比为:4.2-40第49页/共66页第五十页，共66页。5127 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）l 单边带解调器输出(shch)信噪比为:4.2-434.2-44l 调制制度(zhd)增益为:4.2-36第50页/共66页第五十一页，共66页。5227 二月 2023 第四章第四章 模
26、拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）nAM系统的性能nAM信号可用同步检测和包络检测两种方法n 解调.实际中,AM信号的解调器几乎都用包络n 检波器(线性检波或平方律检波).下面(xi mian)主要结n 合线性包络检波器讨论.n解调器输入信号为:4.2-45u式中：A|m(t)|max 第51页/共66页第五十二页，共66页。5327 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）4.2-46l 解调器输入信号功率 和噪声功率 为:u输入噪声 为:4.2-474.2-48第52页/共66页第
27、五十三页，共66页。5427 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）l 检波器输入端信号加噪声的合成(hchng)包络：4.2-494.2-50u 其中(qzhng):4.2-51当包络检波器的传输系数 时,就 是检波器的输出。包络 中的信号和噪声存在着非线性关系.第53页/共66页第五十四页，共66页。5527 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）故:l 包络检波器输出端的信号功率 和噪声功 率 :u大信噪比情况条件:由4.2-50第54页/共66页第
28、五十五页，共66页。5627 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）4.2-52第55页/共66页第五十六页，共66页。5727 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）包络检波器输出的有用信号是 ,输出噪 声是 。输出信号功率S0和噪声功率N0分别为：4.2-53第56页/共66页第五十七页，共66页。5827 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）故:调制调制(tiozh)制制度增益为
29、度增益为:4.2-544.2-55结论结论(jiln)：AM信号检波器的信号检波器的G随随A的的减小而增加减小而增加,但但A不小于不小于 。第57页/共66页第五十八页，共66页。5927 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）100%调制时调制制度增益:此时,且 又是正弦型信 号,有:4.2-564.2-57 调制制度调制制度(zhd)增益增益:4.2-55第58页/共66页第五十九页，共66页。6027 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）Z结论结论
30、1：G=2/3是包络检波器能够得到的最大是包络检波器能够得到的最大Z 信噪比改善值。信噪比改善值。Z结论结论2：若采用同步检测法解调：若采用同步检测法解调AM信号信号(xnho)得到得到Z 的调制制度增益也为：（证明略）的调制制度增益也为：（证明略）同步检测器的调制制度增益G不受信号与噪 声相对(xingdu)幅度假设条件的限制,G对一切噪声均 值都相同。第59页/共66页第六十页，共66页。6127 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）u小信噪比情况(qngkung)u条件:此时(c sh)有:4.2-504.2-58第
31、60页/共66页第六十一页，共66页。6227 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）简化(jinhu):4.2-58第61页/共66页第六十二页，共66页。6327 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）第62页/共66页第六十三页，共66页。6427 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）Z结论:1、检波器输出端没有单独的信号项,只有受 调制的 项。2、是依赖于噪声变化的随机函数,他
32、 也是一个随机噪声。3、信号 被包络检波器扰乱,使 也只能看作是噪声。第63页/共66页第六十四页，共66页。6527 二月 2023 第四章第四章 模拟调制系统（模拟调制系统（analog modulative system）门限效应 当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定的 数值后,检波器输出信噪比出现(chxin)急剧恶化的一种 现象.该特定的信噪比被称为“门限效应”.同步解调器不存在门限效应.结论 大信噪比情况下,AM信号包络检波器的性能几 乎与同步检测器相同.但随着信噪比的减小,包 络检波器将在一个特定输入信噪比值上出现(chxin)门 限效应.第64页/共66页第六十五页，共66页。6627 二月 2023第第二二章章 随机信号分析随机信号分析(analysis of random signal)u作业作业7u思考题思考题u 41；42；43；u习习 题题u 315；41；42；使用；使用matlab画图，要求规范画图，要求规范(gufn)，交电子文档，交电子文档程序和图形；程序和图形；u 4 3选作选作第65页/共66页第六十六页，共66页。