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1、1 其次章其次章 模拟线性调制模拟线性调制2主要内容和重点主要内容和重点n调制分类调制分类n调制、解调模型和方法调制、解调模型和方法nAM、DSB、SSB、VSBn抗噪声性能分析抗噪声性能分析nAM、DSB、SSB、VSB32.1 引言引言 n点-点通信系统 通常假定为志向恒参信道：信道的数学模型：r(t)=c(t)s(t)+n(t)4问题：n为什么要对信号进行调制？n什么是调制？2.1 引言引言 5对无线传输信号而言，信号须要通过放射天线发送对无线传输信号而言，信号须要通过放射天线发送对无线传输信号而言，信号须要通过放射天线发送对无线传输信号而言，信号须要通过放射天线发送出去。依据天线理论，
2、放射天线的尺度与信号的波长满出去。依据天线理论，放射天线的尺度与信号的波长满出去。依据天线理论，放射天线的尺度与信号的波长满出去。依据天线理论，放射天线的尺度与信号的波长满足确定的关系式时，信号才能得到有效的放射。即足确定的关系式时，信号才能得到有效的放射。即足确定的关系式时，信号才能得到有效的放射。即足确定的关系式时，信号才能得到有效的放射。即 如：如：因此，因此，GSM手机的工作频段规定在手机的工作频段规定在 9001800MHzA.A.便于信号的发送（频谱搬移）便于信号的发送（频谱搬移）便于信号的发送（频谱搬移）便于信号的发送（频谱搬移）2.1 引言引言 6B.B.提高信道的利用率提高信
3、道的利用率提高信道的利用率提高信道的利用率以以无无线线电电广广播播的的中中波波波波段段为为例例：可可用用波波段段范范围围为为530KHz1600KHz，而而语语音音信信号号的的频频率率范范围围为为3003400Hz，经经调调制制后后每每一一个个广播电台频道的带宽为广播电台频道的带宽为9KHz530KHz1600KHz300 9000这样中波波段中就可以匀整分布多个电台这样中波波段中就可以匀整分布多个电台!上述即为上述即为频分复用频分复用频分复用频分复用，它通过不同载波频率的调制完成，它通过不同载波频率的调制完成只传输一路信号。只传输一路信号。只传输一路信号。只传输一路信号。奢侈！奢侈！奢侈！奢
4、侈！7 7n调制：就是将基带信号进行各种变换后再传输的过程。其中包括调制映射，傅立叶变换，频率搬移等等。频率搬移频率搬移数学分析82.1 引言引言 n调制分类n正弦（连续波）调制：n脉冲调制：nC(t)：脉冲周期信号n复合调制：n对同一载波同时进行多种方式（幅度、频率、相位）的调制过程n多级调制：n对同一基带信号进行多次调制的过程 幅度调制频率调制相位调制线性调制非线性调制92.1 引言引言 n调制分类n正弦调制：C(t)=cosct n模拟调制：m(t)为模拟信号，如AM、DSB、SSB、VSB、FM、PMn数字调制：m(t)为数字信号，如ASK、FSK、PSK等n脉冲调制：C(t)为脉冲周
5、期信号n脉冲无编码调制n用模拟信号m(t)变更脉冲的幅度(PAM)、宽度(PDM)、相位(PPM)n脉冲编码调制(PCM)n用脉冲串对模拟信号m(t)抽样、量化、编码为PCM信号n增量调制(DM)nm(t)为模拟信号，依据两相邻采样信号之差来进行编码n脉冲数字调制nm(t)为数字信号，常用多进制脉位调制10 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理n主要内容n一般调制方法nAM的调制解调方法nDSB的调制解调方法nSSB的调制解调方法nVSB的调制解调方法11 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理一般调制方法一般调制方法n调制方法：滤波法 n不同的H(f)DSB、SSB、VSB、AM
6、n频谱分析 线性调制的一般模型12 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理一般调制方法一般调制方法 n频谱分析（续）13 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理一般调制方法一般调制方法n频谱分析示意图nDSB、AM14 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理AM nAM信号的产生n时域表达式：SAM(t)=A+m(t)cosctnH(f)：志向带通 nAM信号频谱：S(f)nAM信号带宽：BAM=2fH15nAM的解调方法n包络检波：要求 A+m(t)0 n相干解调 0fHf隔直 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理AM 16n相干解调（续）n频谱示意图 2.2 调制调制/解
7、调系统原理解调系统原理AM 17波形特点：已调波包络完全反映调制信号变更规律波形特点：已调波包络完全反映调制信号变更规律波形特点：已调波包络完全反映调制信号变更规律波形特点：已调波包络完全反映调制信号变更规律频谱特点：频谱特点：频谱特点：频谱特点：AMAM信信信信号号号号的的的的频频频频谱谱谱谱SAM()SAM()由由由由载载载载频频频频重重重重量量量量和和和和上上上上、下下下下两两两两个个个个边边边边带带带带组组组组成成成成上上上上边边边边带带带带的的的的频频频频谱谱谱谱结结结结构构构构与与与与原原原原调调调调制制制制信信信信号号号号的的的的频频频频谱谱谱谱结结结结构构构构相相相相同同同同，
8、下下下下边边边边带是上边带的镜像带是上边带的镜像带是上边带的镜像带是上边带的镜像带带带带宽宽宽宽：AMAM信信信信号号号号是是是是带带带带有有有有载载载载波波波波的的的的双双双双边边边边带带带带信信信信号号号号，它它它它的的的的带带带带宽宽宽宽是是是是基带信号带宽基带信号带宽基带信号带宽基带信号带宽BbBb的两倍，即的两倍，即的两倍，即的两倍，即BAM=2Bb BAM=2Bb 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理AM 18 功率安排：功率安排：式中，式中，PC为载波功率，为载波功率，PS为边带功率为边带功率 可可见见，AM信信号号的的总总功功率率包包括括载载波波功功率率和和边边带带功功率
9、率两两部部分分，只有边带功率才与调制信号有关，载波重量不携带信息只有边带功率才与调制信号有关，载波重量不携带信息载载波波重重量量占占据据大大部部分分功功率率，而而含含有有用用信信息息的的两两个个边边带带占占有有功功率较小。因此，从功率上讲，率较小。因此，从功率上讲，AM的功率利用率比较低的功率利用率比较低 AMAM信号的缺点：信号的缺点：信号的缺点：信号的缺点：功率利用率比较低；功率利用率比较低；功率利用率比较低；功率利用率比较低；(不携带信息的载波重量占据大部分功率总功率不携带信息的载波重量占据大部分功率总功率不携带信息的载波重量占据大部分功率总功率不携带信息的载波重量占据大部分功率总功率)
10、占用频带宽，占用频带宽，占用频带宽，占用频带宽，BAM=2Bb BAM=2Bb。(含有用信息的两个边带含有用信息的两个边带含有用信息的两个边带含有用信息的两个边带)克服措施：将载波抑制掉再传输克服措施：将载波抑制掉再传输克服措施：将载波抑制掉再传输克服措施：将载波抑制掉再传输 抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理AM 19 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理DSB nDSB（或DSBSC）信号的产生 nSDSB(t)=m(t)cosct 20 w w w wc cw w w wc c0 02 21
11、1w w w wOt1 1w w w w0 0A A0 0+mm(t t)Ott tO Omm(t t)cosw0tOtOwcwcwOt载波反相点载波反相点 w w w wc cw w w wc c0 02 21 1w w w w1 1w w w w0 0DSBDSB信号的波形和频谱信号的波形和频谱信号的波形和频谱信号的波形和频谱21 由由时时间间波波形形可可知知，DSB信信号号的的包包络络不不再再与与调调制制信信号号的的变变更更规规律律一一样样，因因而而不不能能接接受受简简洁洁的的包包络络检检波波来来复复原原调调制制信信号号，需需接接受受相相干干解解调调(同同步步检检波波)。另另外外，在在调
12、调制制信信号号m(t)的的过过零零点处，高频载波相位有点处，高频载波相位有180的突变的突变 由由频频谱谱图图可可知知，DSB信信号号虽虽然然节节约约了了载载波波功功率率，功功率率利利用用率率提提高高了了，但但它它的的频频带带宽宽度度仍仍是是调调制制信信号号带带宽宽的的两两倍倍，与与AM信信号号带带宽宽相相同同。由由于于DSB信信号号的的上上、下下两两个个边边带带是是完完全全对称的，对称的，因此它们都携带了调制信号的全部信息因此它们都携带了调制信号的全部信息 22DSB频谱频谱上边带上边带下边带下边带DSBDSB信号的缺点：信号的缺点：信号的缺点：信号的缺点：占用频带宽，占用频带宽，BDSB=
13、2B2Bb b。(含有两个完全相同的边带含有两个完全相同的边带)克服措施：克服措施：克服措施：克服措施：将只传输一个边带将只传输一个边带 单单边带调制边带调制23n 解调n不能用包络检波法解调n相干解调：同AM 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理DSB 0fHf24 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理SSB nSSB信号的产生方法nH(f)fc+fL fc fc+fHfH(f)由得上边带USBfcfH fcfLfH(f)由得下边带LSB25 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理SSB nSSB信号的时域表达式 n下边带带通滤波器可表示为26 2.2 调制调制/解调系统原理
14、解调系统原理SSB nSSB信号的时域表达式（续）27载波为cosct 是m(t)的希尔伯特变换 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理SSB nSSB信号的时域表达式（续）sinct是cosct的希尔伯特变换28 同理 载波为cosct 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理SSB nSSB信号的时域表达式（续）29 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理SSB nSSB信号的时域表达式（续）n当载波为sinct时式中系数1/2可为任一常数30 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理SSB nSSB信号的产生n相移法：依据时域表达式载波为cosct 31n解调n相干解调：同A
15、Mn插入强载波+包络检波 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理SSB 0fHf32n强载波Acosct的获得方法n 发端插入导频acosct，收端提取acosct后，放大得Acosct，Aan不发导频，收端的振荡器输出Acosct作为强载波n语音单边带允许 15Hz 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理SSB 3333n综综上上所所述述：SSB调调制制方方式式在在传传输输信信号号时时，所所占占用用的的频频带带宽宽度度为为BSSB=Bb，只只有有AM、DSB的的一一半半，它它目目前前已已成成为短波通信中的一种重要调制方式为短波通信中的一种重要调制方式nSSB信信号号的的解解调调和和D
16、SB一一样样不不能能接接受受简简洁洁的的包包络络检检波波，因因为为SSB信信号号也也是是抑抑制制载载波波的的已已调调信信号号，它它的的包包络络不不能能干脆反映调制信号的变更，干脆反映调制信号的变更，所以仍需接受相干解调所以仍需接受相干解调SSBSSB信号的缺点：信号的缺点：信号的缺点：信号的缺点：对对对对边边边边带带带带滤滤滤滤波波波波器器器器的的的的滤滤滤滤波波波波性性性性能能能能要要要要求求求求很很很很高高高高，实实实实际际际际制制制制造造造造这这这这样的滤波器特别困难样的滤波器特别困难样的滤波器特别困难样的滤波器特别困难 克服措施：对一个边带进行渐渐截止克服措施：对一个边带进行渐渐截止克
17、服措施：对一个边带进行渐渐截止克服措施：对一个边带进行渐渐截止 残留边带调制残留边带调制残留边带调制残留边带调制34DSB、SSB和和VSB信号的频谱信号的频谱35nVSB调制/解调系统 nfL很小时，无法用滤波器得到SSB信号，只能得到VSB信号 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理VSB 36 2.2 调制调制/解调系统原理解调系统原理VSB nH(f)=GT(f)C(f)GR(f)n 对H(f)的要求：nH(f+fC)+H(ffC)=C，|ffc|将调幅波与本地载波相乘将调幅波与本地载波相乘将调幅波与本地载波相乘将调幅波与本地载波相乘非相干解调：从已调信号的幅度变更中提取调制非相干
18、解调：从已调信号的幅度变更中提取调制非相干解调：从已调信号的幅度变更中提取调制非相干解调：从已调信号的幅度变更中提取调制信号信号信号信号5050线性调制系统的相干解调n适用于：AM，DSB，SSB，VSBn数学分析n输入信号：n滤波前n滤波后5151插入载波包络检波n适用于DSB，SSB，VSB加入载波后的信号加入载波后的信号Sa(t)=SI(t)+Adcoswct+SQ(t)sinwct =A(t)coswct+(t)522.3 抗噪声性能抗噪声性能n主要内容和重点n线性调制系统的抗噪声性能 nAM、DSB、SSB的相干解调抗噪声性能nAM、DSB、SSB的性能比较n门限效应：包络检波532
19、.3 抗噪声性能抗噪声性能n线性调制系统的抗噪声性能 nAM、DSB、SSB相干解调的抗噪性能 BPF的带宽W等于信号带宽B，B 1时，包络检波的牢靠性同相干解调 n ni(t)时，E(t)A+m(t)+nc(t)mo(t)=m(t)，no(t)=nc(t)可得:2.3 抗噪声性能抗噪声性能6666 小信噪比状况：小信噪比状况：小信噪比状况：小信噪比状况：A+m(t)nc(t)A+m(t)nc(t)在包络检波器的输出端没有单独的信号项。有用信号在包络检波器的输出端没有单独的信号项。有用信号被扰乱，解调器输出只能看作噪声被扰乱，解调器输出只能看作噪声门限效应！门限效应！门限效应！门限效应！所谓门
20、限效应，是指当包络检波器的输入信噪比降低所谓门限效应，是指当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定的数值后，检波器输出信噪比急剧恶化的一种到一个特定的数值后，检波器输出信噪比急剧恶化的一种现象，即在小信噪比状况下，包络检波器会把有用信号扰现象，即在小信噪比状况下，包络检波器会把有用信号扰乱成噪声。乱成噪声。注：注：用相干解调的方法解调各种线性调制信号时，由于用相干解调的方法解调各种线性调制信号时，由于解调过程可视为信号与噪声分别解调，故解调器输出端总是解调过程可视为信号与噪声分别解调，故解调器输出端总是单独存在有用信号项。因此单独存在有用信号项。因此相干解调不存在门限效应相干解调不存在门限效应。
21、67n当 A+m(t)ni(t)时，解调器的输出端得不到独立的信号 2.3 抗噪声性能抗噪声性能6868n问题问题：n为什么双边带调制相干解调的信噪比增益比单边带调制的高？n双边带调制相干解调的信噪比增益比单边带调制的高是否说明双边带调制的抗噪声性能比单边带调制的更好？6969练习设模拟调制系统信道和接收端模型如下图所示。已知信道噪声n(t)为加性高斯白噪声，单边功率谱密度为n0=10-6W/Hz；sm(t)为已调信号，载波频率fc=1MHz，对应的调制信号m(t)的最高频率为fH=5KHz。带通滤波器为志向。试分别计算DSB（Si=1kW，相干解调）、USB（Si=1kW，相干解调）、AM（
22、两边带功率Pf=1kW，载波功率Pc=4kW，包络检波）三种状况下的下列参数：1.带通滤波器的中心频率f0、带宽B；2.解调器输入端信噪比Si/Ni；3.信噪比增益G；4.解调器输入端信噪比S0/N0；7070DSB：(1)f0=fc=1MHz,B=2fH=10kHz(2)Ni=n0B=10-6x10 x103=10mW Si/Ni=1x103/10-2=105(3)G=2(4)S0/N0=G x Si/Ni=2x1057171USB：(1)f0=fc+fH/2=1.0025MHz,B=fH=5kHz(2)Ni=n0B=10-6x5x103=5mW Si/Ni=(1x103)/(5x10-3)
23、=2x105(3)G=1(4)S0/N0=G x Si/Ni=2x105当Si，n0，fH相同时，(S0/N0)DSB=(S0/N0)SSB7272AM:(1)f0=fc=1MHz,B=2fH=10kHz(2)Ni=n0B=10-6x10 x103=10mW Si=Pc+Pf=(4+1)kW=5kW Si/Ni=5x103/10-2=5x105(3)AM=Pf/(Pc+Pf)=1/(4+1)=0.2 GAM=2 AM=0.4(4)S0/N0=G x Si/Ni=0.4x5x105=2x1057373复习思索题n1、什么是线性调制？常见的线性调制方式有哪些？n2、与未调载波的功率相比，AM信号在
24、调制过程中功率增加了多少？n3、为什么要抑制载波？相对AM信号来说，抑制载波的双边带信号可以增加多少功效？n4、SSB信号的产生方法有哪些？各有何技术难点？n5、VSB滤波器的传输特性应满足什么条件？为什么？n6、如何比较两个模拟通信系统的抗噪声性能？n7、DSB和SSB调制系统的抗噪声性能是否相同？为什么？n8、什么是门限效应？AM信号接受包络检波时为什么会产生门限效应？74作业：n1、若对某一信号用DSB进行传输，设加至接收机的调制信号m(t)的功率谱密度为n试求：n（1）接收机的输入信号功率；n（2）接收机的输出信号功率；n（3）若叠加于DSB信号的白噪声具有双边带功率谱密度为n0/2，
25、设解调器的输出端接有截至频率为fm的志向低通滤波器，那么，输出信噪功率比为多少？75作业：n2、设调制信号m(t)的功率谱密度与上题相同，若用SSB调制方式进行传输，n试求：n（1）接收机的输入信号功率；n（2）接收机的输出信号功率；n（3）若叠加于SSB信号的白噪声具有双边带功率谱密度为n0/2，设解调器的输出端接有截至频率为fm的志向低通滤波器，那么，输出信噪功率比为多少？n（4）该系统的调制制度增益G为多大？76作业：n3、设被接收的调幅信号为Sm(t)=A+m(t)cosct，接受包络检波法解调，其中m(t)的功率谱密度与题1相同，若一双边功率谱密度为n0/2噪声叠加于已调信号，试求解调器输出的信噪功率比。77作业77(a)(b)4.某调制方框图如图（a）所示，已知m(t)的频谱如图（b）所示，载频 ，且志向低通滤波器的截止频率为 ，试求输出信号S(t)，并说明S(t)为何种已调制信号。