模拟线性调制课件.ppt

1、 第第3章章 模拟线性调制模拟线性调制2022年8月4日2调制的研究对象调制的研究对象问题：问题：为什么要对信号进行调制？什么是调制？信源 信源编码 信道编码 调制 发射 传输媒质 接收 解调 信道译码 信源解码 信宿 2022年8月4日3调制的目的调制的目的将基带信号变换为便于传输的形式。将基带信号变换为便于传输的形式。变换为某种形式使信道容量达到最大变换为某种形式使信道容量达到最大 而且传输更可靠和有效。而且传输更可靠和有效。提高性能，特别是提高抗噪声性能。提高性能，特别是提高抗噪声性能。实现信道的多路复用，有效的利用频带。实现信道的多路复用，有效的利用频带。2022年8月4日4调制的概念

2、调制的概念调制：一种对信号进行变换的过程，把信号频调制：一种对信号进行变换的过程，把信号频 谱搬移到适合信道的频率范围进行传输谱搬移到适合信道的频率范围进行传输 w Sy(w)频率搬移 w Sy(w)wc 2022年8月4日5调制分类调制分类调制信号：调制信号：载波信号：载波信号：已调信号已调信号主要内容：原理，频域分析和性能分析主要内容：原理，频域分析和性能分析数字调制数字信号模拟调制模拟信号)(tf)(cos)(0twAtcc幅度调制频率调制相位调制线性调制非线性调制)(cos)()(0ttwtAtsc2022年8月4日6内容内容 模拟线性调制模拟线性调制 1.双边带调幅双边带调幅，包括，

3、包括AM和和DSB-SC 2.单边带调制单边带调制(SSB)3.残留边带调制残留边带调制(VSB)线性调制和解调的一般模型线性调制和解调的一般模型2022年8月4日73.1.1 常规调幅常规调幅(AM：Amplitude Modulation）时域表达式时域表达式调制调制)(cos)()(0ccAMtwtfAtS直流调制信号零均值随机确知)(tf)cos(twc)(tSAM 0A 2022年8月4日8常规调幅解调常规调幅解调解调解调-包络检波包络检波无失真恢复条件无失真恢复条件过调幅过调幅)(tSAM LPF Atf)(0)(0tfAfcww 2022年8月4日9A0与与f(t)间的关系间的关

4、系是常规调幅信号的重要特征是常规调幅信号的重要特征 调幅指数调幅指数AM：|f(t)|max/A0满足：满足：A0|f(t)|max，AM 1 已调信号的包络与已调信号的包络与f(t)成正比成正比 正常调幅正常调幅 A0=|f(t)|max，AM=1 满调幅满调幅 A01 已调信号的包络与已调信号的包络与f(t)不成正比不成正比 过调幅过调幅2022年8月4日10调幅指数（调制度）调幅指数（调制度）调制信号调制信号调幅信号调幅信号调幅指数调幅指数)(cos)(mmmtAtf)(cos)(cos1)(00ccmmmAMtwtAAAtS10AMmAMAA无失真包络检波条件：2022年8月4日11确

5、知信号调幅的频域分析确知信号调幅的频域分析傅立叶变换傅立叶变换频域表达式频域表达式)()(cos)()(ccFouriercFourierwwwwtwwFtf直流分量信号分量000()()cos1()()21()()2AMcccccsAf ttAFAF F2022年8月4日12随机信号调幅的频域分析随机信号调幅的频域分析分析方法：分析方法：功率谱密度函数功率谱密度函数B=2W2倍倍f(t)的带宽的带宽频带利用率低频带利用率低功率谱的自相关函数随机信号傅立叶变换自相关)()(tftf)()(41)()(2)(20cfcfccAMwwwwwwwwAw2022年8月4日13常规调幅信号的功率分配常规

6、调幅信号的功率分配功率组成功率组成调制效率：调制效率：最大：最大：1/32)(2220tfAPPPfcAM2222022)()(AMAMfcfAMfAMtfAtfPPPPP2022年8月4日14常规调幅小结常规调幅小结优点：结构简单，实现容易，适用于优点：结构简单，实现容易，适用于 广播通信。广播通信。缺点：缺点：功率效率非常低，最大为1/3频谱效率也不高，为信号最高频率的2倍。2022年8月4日153.1.2抑制载波的双边带调幅抑制载波的双边带调幅信号表达式信号表达式调制：调制：解调解调-相干解调相干解调)(cos)()(twtftScDSB)(tf)cos(twc)(tSDSB )(tSD

7、SB)(tkf LPF 载波恢复)cos(twc 2022年8月4日163.1.2 DSB-SC：（：（Double Side Band-Suppressed Carrier）的频域分析）的频域分析频域分析频域分析确知信号：频谱：频谱：B=2W2倍倍f(t)的带宽的带宽频带利用率低频带利用率低调制效率：调制效率：)(21)(21)(ccDSBwwFwwFwS1DSB2022年8月4日173.2 单边带调制单边带调制（SSB：Single Side Band）原理：原理：频域表示频域表示表示式：滤波器：)(tf)cos(twc)(tSDSB)(wHSSB)(tSSSB w SDSB(w)-wc

8、wc)()()(wHwSwSSSBDSBSSBccLSBccUSBSSBwwwwwHwwwwwHwH|1|0)(|0|1)()(下边带上边带2022年8月4日182022年8月4日19注意注意要求双边带信号的上下边带间有一定的频率间隔要求双边带信号的上下边带间有一定的频率间隔B 滤波器的过渡带滤波器的过渡带f B上下边带之间的频率间隔上下边带之间的频率间隔滤波器的制作难易程度和过渡带与工作频率之间的滤波器的制作难易程度和过渡带与工作频率之间的相对值有关相对值有关 定义：定义：单边带滤波器归一化值：单边带滤波器归一化值：=f/fc 反映滤波器衰减特性的陡峭程度，反映滤波器衰减特性的陡峭程度，要求

9、不低于要求不低于10-32022年8月4日20 多级调制（多级滤波）多级调制（多级滤波）某单边带调制信号要求载频为10MHz，调制信号频带为3003400Hz，试用两级滤波法实现2022年8月4日21例例3-3用单边带方式传输模拟电话信号。设载用单边带方式传输模拟电话信号。设载频为频为12MHz，电话信号的频带为，电话信号的频带为3003400Hz，滤波器归一化值为，滤波器归一化值为103。试。试设计滤波器方案。设计滤波器方案。2022年8月4日223.2.2 用相移法形成单边带信号用相移法形成单边带信号单频调制单频调制希尔伯特变换希尔伯特变换解析信号：解析信号：频域表示：频域表示：频域因果，

10、时域解析频域因果，时域解析时域表示式时域表示式0)(0)()()()()(wwjFwwjFwFwFjwFwZ为阶跃函数)()()(2)(wUwUwFwZ)(1)()()(1dttfjtfwZFtz()()()z tf tjf t2022年8月4日23希尔伯特滤波器希尔伯特滤波器希尔伯特变换希尔伯特变换希尔伯特反变换希尔伯特反变换希尔伯特滤波器希尔伯特滤波器-宽带相移网络宽带相移网络dttftf)(1)(w()HH w H(w)o 2 2 dttftf)(1)(2022年8月4日24一般情况下的时域表达式一般情况下的时域表达式频域表达式：频域表达式：SSSB()=SDSB()HSSB()时域关系

11、：时域关系：滤波器：滤波器：时域表达式时域表达式：SLSB(t)=SDSB(t)*hLSB(t)=f(t)Cosct *Sinct/(t)()()(thtStSSSBDSBSSBttwthttwtthcLSBcUSBsin1)(sin1)()(twtftwtftStwtftwtftSccUSBccLSBsin)(21cos)(21)(sin)(21cos)(21)(2022年8月4日25单边带信号的相移法产生单边带信号的相移法产生相移法产生相移法产生问题：问题：载波准确相移90所有频率成分相移90)(21tf)cos(twc twtfcsin)(21)(tSSSB 2/)(wHH twtfcc

12、os)(21 2022年8月4日263.2.3 单边带信号的解调单边带信号的解调相干解调相干解调要求：接收机解调时所使用的载波与发送端调制要求：接收机解调时所使用的载波与发送端调制 时的载波同频同相时的载波同频同相同步同步)(tSSSB)(tkf LPF 载波恢复)cos(twc 2022年8月4日273.3 残留边带调制残留边带调制（VSB：Vestigial Side Band）残留边带信号的产生：残留边带信号的产生：频域表示：频域表示：SVSB()=SDSB()HVSB()(tf)cos(twc)(tSDSB)(wHVSB)(tSVSB)()()(21)(ccVSBVSBwwFwwFwH

13、wS w SDSB(w)-wc wc 2022年8月4日283.3.2 残留边带信号的解调残留边带信号的解调采用相干解调，解调不失真条件：采用相干解调，解调不失真条件：要求滤波器特性满足互补对称性要求滤波器特性满足互补对称性。)(tVSBs)cos()(twtccd)(tsP LPF)(tSd HcVSBcVSBwwconstwwHwwH.)()(w wc)()(cVSBcVSBwwHwwH2022年8月4日293.4.1线性调制信号产生的一般模型线性调制信号产生的一般模型原理框图原理框图频域表达式频域表达式)(tf)cos(twc)(tSDSB)(wH)(tS)()()(21)(ccwwFw

14、wFwHwS2022年8月4日30线性调制相移法的实现线性调制相移法的实现时域表达式时域表达式相移法的产生相移法的产生ttsttstwtfthtwtfthdttfhdttfhdtwtfhthtwtftScQcIcQcIccccccsin)(cos)(sin)()(cos)()(sinsin)()(coscos)()()(cos)()()(cos)()(twththtwththcQcIsin)()(cos)()(同相分量正交分量)(tf)cos(twc)(tSI)(wHI)(tS)(wHQ)(tSQ 2/2022年8月4日31线性调制相移法的实现线性调制相移法的实现双边带调制双边带调制单边带调制

15、单边带调制残留边带调制残留边带调制0)(1)(wHwHQI)()()(2121wHwHwHHQI)()()(2121wHwHwHQQI2022年8月4日32线性调制信号的相干解调线性调制信号的相干解调适用于：适用于：AM，DSB，SSB，VSB数学分析数学分析输入信号：滤波前滤波后)(tS LPF 载波恢复)cos(twc)(tSp)(tSd twtStwtStScQcIsin)(cos)()(twtStwtStStwtStScQcIIcp2sin)(2cos)()(cos)()(212121)()()(21tftStSId2022年8月4日33插入大载波的包络检波插入大载波的包络检波适用于适

16、用于DSB，SSB，VSB)(tS 包络检波 载波恢复)cos(twAcd)(tSa)(tSd 1222222()()()()cos()sincos()cos()sin()cos()()()()2()()()arctan()()()()()adIcQcdcIdcQccQdIdIQIddIQdIs ts tc ts ttsttAts tAtsttA tttstA tAs tA s tstts tAAs tstA tAs t2022年8月4日343.5.1 通信系统抗噪声性能的分析模型通信系统抗噪声性能的分析模型解调器抗噪声性能的分析模型解调器抗噪声性能的分析模型噪声分类噪声分类)(tS 解调器

17、BPF)(tn)(tSi)(tni)(tno)(tSo 起伏干扰脉冲干扰单频干扰加性乘性噪声2022年8月4日35噪声模型噪声模型平稳窄带高斯噪声平稳窄带高斯噪声分布白噪声：功率谱为均匀高斯分布高斯：概率密度分布为时间无关平稳：概率密度函数与时间平均各态历经：统计平均声各态历经平稳高斯白噪AWGNtwtntwtnttwtVtnoQoIoisin)(cos)()(cos()()(瑞利分布均匀分布 w S(w)wo BnNtntntnoiQIi噪声输入功率：方差相同，均为解调器)(),(),(同相分量正交分量0)(),(),(均值相同，均为tntntnQIi2022年8月4日36性能评估指标性能评

18、估指标通信系统的质量指标通信系统的质量指标模拟调制系统的性能评估指标模拟调制系统的性能评估指标 信噪比增益：信噪比增益：率数字：误码率或误符号噪比模拟：接收端的输出信准确程度可靠信数字：信息传输速率模拟：有效传输频带频谱效率有效性质量指标iiooioNSNSSNRSNRG2022年8月4日373.5.2 线性调制相干解调的抗噪声性能线性调制相干解调的抗噪声性能解调模型解调模型)(tS LPF BPF)(tn)(tSi)(tni)(tno)(tSo)(costwc ttnttntntntstntSQIiiii00sin)(cos)()()()()()(2022年8月4日38双边带调制的抗噪声性能

19、双边带调制的抗噪声性能for DSB，BDSB=2W，Wo=Wc解调前解调前输入信噪比输入信噪比WnBnNtfEtftwtfSoDSBoici2)()(21cos)(22122WntfENSoii4)(22022年8月4日39双边带调制的抗噪声性能双边带调制的抗噪声性能WnBntnNtfEtfStntftntsLPFttnttntnttftftttnttnttftttnttnttfttntsDSBIIcQcIIcccQcIcccQcIcci02104124102412410212100212121212122)()()()()()()(2sin)(2cos)()(2cos)()(cossin)

20、(cos)(cos)(cossin)(cos)(cos)(cos)()(输出为：后经WntfENSooo2)(2200iiDSBNSNSG解调后解调后输出信噪比输出信噪比信噪比增益信噪比增益2022年8月4日40单边带调制的抗噪声性能单边带调制的抗噪声性能for SSB，BSSB=W，解调前解调前 输入信噪比输入信噪比 221)(WcowwWnBnNtfEtfEtfEtwtftftwtftwtftwtftwtfSoSSBoiccccci)()()(2sin)()(sin)(cos)(sin)(21cos)(212412812812222412WntfENSoii4)(22022年8月4日41单

21、边带调制的抗噪声性能单边带调制的抗噪声性能解调后解调后输出信噪比输出信噪比 信噪比增益信噪比增益WntfENSooo4)(2WntntnEWttnWttnNtfEtfSWttnWttntftntsLPEtnttnttnttnttfttftftttntttnttfttftttnttnttfttfttntsoQIQIooQIcQcQcIcIcccQcIcccQIccci41221221412412161241212141000210210210214141410041221002121)()()sin()()cos()()()()sin()()cos()()()()()sin()()sin()()

22、cos()()cos()(2sin)(2cos)()(cossin)(coscos)(2sin)(cos)(cossin)(cos)(sin)(cos)(cos)()(后输出为：经100iiSSBNSNSG2022年8月4日42分析分析问题问题：为什么双边带调制相干解调的信噪比增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？益比单边带调制的高？双边带调制相干解调的信噪比增益比单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？噪声性能比单边带调制的更好？2022年8月4日433.5.3常规调幅包络检波的抗噪

23、声性能常规调幅包络检波的抗噪声性能解调模型解调模型for AM，BAM=2W，Wo=Wc)(tSAM 包络 检波器 BPF)(tn)(tSi)(tni)(tno)(tSo ttnttntnttfAtScQcIicisin)(cos)()(cos)()(02022年8月4日44常规调幅包络检波的抗噪声性能常规调幅包络检波的抗噪声性能解调前解调前输入信噪比输入信噪比WnBnNtfEAttfAtSSAMicii00221202122022)(cos)()(WntfEANSoii4)(2202022年8月4日45常规调幅包络检波的抗噪声性能常规调幅包络检波的抗噪声性能)()()(arctan)()()

24、()()()(cos)(sin)(cos)()(sin)(cos)(cos)()()(022000tntfAtnttntntfAtAtttAttnttntfAttnttnttfAtntSIQQIccQcIcQcIcii2022年8月4日46（1）大信噪比情况）大信噪比情况解调后解调后输出信噪比输出信噪比 信噪比增益信噪比增益WntfENSo2)(200WnBntnEtnNtfEtfStntfAtntntfAtntfAtAtntntfAAMIIIQIIQI002202200220202202)()()()()()()()()()(2)()()()()(1)()(2220200AMtfEAtfEN

25、SNSGii2022年8月4日47单频正弦调制的信噪比增益单频正弦调制的信噪比增益AMAMAMAMAMAMAMmmmmAMmmmGAAAAAAGAtftAtf22222222/2/)(,cos)(2222220222022又2022年8月4日48（2）小信噪比的情况）小信噪比的情况解调后解调后用近似公式表示输出信噪比用近似公式表示输出信噪比)()()()()()()()()()(2)()()()()(0222222020220tfAtntntntntntntntfAtntfAtAtntntfAQIIQIQIIQI200AMiiNSNS包络检波解调器的门限效应(由包络检波器的非线性解调作用引起的

26、的）2022年8月4日49例题例题对单频调制的常规调幅信号进行包络检波。设每个边带的功率对单频调制的常规调幅信号进行包络检波。设每个边带的功率为为10mW，载波功率为，载波功率为100mW，接收机带通滤波器的带宽为，接收机带通滤波器的带宽为10kHz，信道噪声单边功率谱密度为，信道噪声单边功率谱密度为5109w/Hz。求解调器输出信噪比；求解调器输出信噪比；如果改为抑制载波双边带信号，其性能优于常规调幅多少分贝？如果改为抑制载波双边带信号，其性能优于常规调幅多少分贝？对双边带和单边带信号进行相干解调，接收信号功率为对双边带和单边带信号进行相干解调，接收信号功率为2mW，噪声双边功率谱密度为噪声双边功率谱密度为2103W/Hz，调制信号是最高频，调制信号是最高频率为率为4kHz的低通信号的低通信号比较解调器输入信噪比比较解调器输入信噪比比较解调器输出信噪比比较解调器输出信噪比