第五章模拟调制系统-线性调制系统的抗噪声性能课件.ppt

1、第五章第五章 模拟调制系统模拟调制系统回顾回顾一、调制的概念：一、调制的概念：二、调制目的：二、调制目的：将基带信号进行各种变换后再传输的过程将基带信号进行各种变换后再传输的过程1、将消息变换为便于传输的形式。、将消息变换为便于传输的形式。2、提高抗干扰性。、提高抗干扰性。3、有效的利用频带。、有效的利用频带。回顾回顾（1）波形特点：幅度随基带信号变化呈正比变化（2）频谱特点：从基带简单的搬移到频带上频谱的搬移是线性的，所以称为线性调制三、幅度调制特点三、幅度调制特点回顾回顾1、优点：结构简单，实现容易，适用于广播通信。2、缺点：（1）功率效率非常低，最大为1/3（2）频谱效率也不高，为信号最

2、高频率的2倍。四、调幅方式的分类四、调幅方式的分类回顾回顾（1）调制效率 1ssscsPPPPPDSB（2）DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号（3）SDSB(t)频带宽度和宽度和SAM(t)相等，是调制信号带宽的两倍回顾回顾优点：优点：1、提高频带利用率（与、提高频带利用率（与AM相比，频带节省一半）相比，频带节省一半）2、节省功率、节省功率3、减小由选择性衰落引起的信号失真、减小由选择性衰落引起的信号失真缺点：缺点：1、收发两端的载频要求严格同步、收发两端的载频要求严

3、格同步2、SSB信号产生较为复杂信号产生较为复杂克服克服DSB频带宽频带宽、SSB实现困难实现困难 回顾回顾（1）常规双边带调幅解调（AM）-包络检波（2）抑制载波双边带调幅解调（DSB）同步解调或相干解调（3）单边带解调（SSB）相干解调（4）残留边带解调（VSB）相干解调五、相干解调与包络检波五、相干解调与包络检波例题1某单边带调幅信号的载波幅度某单边带调幅信号的载波幅度Ac=100，载波频率，载波频率fc=800KHz，调制信号为调制信号为()cos(2000)2sin(2000)m ttt（1）写出）写出m(t)的的Hillert变换的表达式变换的表达式（2）写出下边带调制信号的时域表

4、达式）写出下边带调制信号的时域表达式（3）画出下边带调制信号的振幅频谱）画出下边带调制信号的振幅频谱解：（解：（1）由）由Hillert变换的性质，可直接写出变换的性质，可直接写出m(t)的的Hillert变换变换()sin(2000)2cos(2000)m ttt例题1（2）写出下边带调制信号的时域表达式）写出下边带调制信号的时域表达式)101598sin(100)101598cos(50 )101600sin()2000cos(100)101600cos()2000sin(100 )101600sin()2000sin(50)101600cos()2000cos(50 )101600sin

5、()2000cos(2)2000(sin(50 )101600cos()2000sin(2)2000(cos(50 )101600sin()(2)101600cos()(2 )()(21)()(21)(3333333333ttttttttttttttttttmAttmAtctmtctmtsccm例题1（3）画出下边带调制信号的振幅频谱）画出下边带调制信号的振幅频谱)21()21(25 )21Re(50 2Re50Re50 Re100Re50 )101598sin(100)101598cos(50)()107992()107992()107992()107992()107992()107992(

6、)107992(333333333tjtjtjtjtjtjtjmejejejjeejeettts)()2(ctfjffec例题1)10799()10799(525)()10799()21()10799()21(25)(3333fffsfjfjfsmm5.1 幅度调制的原理幅度调制的原理5.2 线性系统的抗噪声性能线性系统的抗噪声性能5.3 角度调制原理角度调制原理5.4 调频系统的抗噪声性能调频系统的抗噪声性能5.5 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较5.6 频分复用和调频立体声频分复用和调频立体声5.2线性系统的抗噪声性能线性系统的抗噪声性能1、分析模型)(tsm 解调器 BPF)

7、(tn)(tsm)(tni)(tno)(tmo 已调信已调信号号传输过程中叠加的平稳传输过程中叠加的平稳高斯白噪声高斯白噪声带通滤波带通滤波器器信道信道带通噪声带通噪声带通滤波器的带宽远小于其中心频率带通滤波器的带宽远小于其中心频率w0时，可视为窄带时，可视为窄带滤波器，故滤波器，故ni(t)为平稳窄带高斯噪声。为平稳窄带高斯噪声。窄带需满窄带需满足的两个足的两个条件？条件？窄带随机过程窄带随机过程：若随机过程(t)的谱密度集中在中心频率fc附近相对窄的频带范围f内，即满足f远小于中心频率fc，且fc远离零频率，则称该(t)为窄带随机过程同相分量正交分量)(cos()(sin)(cos)()(

8、ttwtVtwtntwtntnocscci)(Scfcf5.2线性系统的抗噪声性能线性系统的抗噪声性能tttttcsccsin)(cos)()(统计统计特性特性c c(t)(t)和和s s(t)(t)的统计特性的统计特性a a(t)(t)和和(t)(t)的统计特性的统计特性5.2线性系统的抗噪声性能线性系统的抗噪声性能0)()(tEtEsc回忆窄带随机过程的统计特性：222sc)0()0()0(scRRR平均功率相等5.2线性系统的抗噪声性能线性系统的抗噪声性能1、分析模型可得出窄带噪声ni(t)及其同相分量nc(t)和正交分量ns(t)的统计特性：BnNtntntnoisci：方差相同，)(

9、),(),(率均为解调器噪声输入功具有相同的平均功率iN0nB 解调器输入噪声ni(t)具有的带宽为解调器输入噪声的平均功率 为白噪声的单边功率谱密度 5.2线性系统的抗噪声性能线性系统的抗噪声性能（2）模拟通信系统的主要质量指标是解调器的输出信噪比：200200m()=()StNn t解调器输出有用信号的平均功率解调器输出噪声的平均功率 在已调信号平均功率相同，噪声功率谱密度也相同的情况下，不同的调制方式和解调方式对应的输出信噪比 不同，即 反映了解调器的抗噪声性能 00NS00NS（2）模拟通信系统的主要质量指标是解调器的输出信噪比：同样地，信噪比增益iiooioNSNSSNRSNRG显然

10、，信噪比增益越大则系统抗噪声性能越好5.2线性系统的抗噪声性能线性系统的抗噪声性能（3）幅度调制系统的抗噪声能力比较1.DSB调制系统性能调制系统性能2.SSB调制系统性能调制系统性能3.普通普通AM系统性能系统性能5.2线性系统的抗噪声性能线性系统的抗噪声性能)(tsm 解调器 BPF)(tn)(tsm)(tni)(tno)(tmo C1.DSB调制系统性能调制系统性能)(tsm LPF BPF)(tn)(tsm)(tni)(tno)(tmo)(costwc 解调器解调器对于DSB解调器为同步解调器，在解调过程中输入信号及噪声可以分别单独解调！解调模型：解调模型：数学分析数学分析的中心频率是

11、BPFwtwtntwtntntwtmtwtstwtstsccscciccsccmsin)(cos)()(cos)(sin)(cos)()()(21)()()(21tntntmtmcoo解调前解调前解调后解调后twtntscimcos)()(1.DSB调制系统性能调制系统性能)(tsm LPF BPF)(tn)(tsm)(tni)(tno)(tmo)(costwc Ctttmcccoscos)()(2cos21)(21)()2cos1(21tmttmtmtcc被滤掉其中)(2cos21tmtc)(21)(tmtmo输出信号m0(t)Rn0(t)tttnttnttntnccsccciocossin

12、)(cos)(cos)()(对于输出噪声：ttnttncscc2sin)(21)22cos1)(的部分被滤波器滤掉含有c2)(21)(tntncoR)(41)(22tmtmSoo数学分析数学分析1.DSB调制系统性能调制系统性能输出端的有用信号功率输出端的有用信号功率输出端的噪声功率输出端的噪声功率)(41)(22tntnNcoo)()(22tntnic又ioNN41BntmNtmNSoioo)(41)(4122输出信噪比数学分析数学分析1.DSB调制系统性能调制系统性能BnttmBntsNScmii0202cos)()(2cos)(ttmc)(22cos12tmtc02costc)(212t

13、mBntmNSii02/)(21数学分析数学分析结论结论1.DSB调制系统性能调制系统性能BntmNtmNSoioo)(41)(41)1(22输出信噪比2)2(G?)3(了一倍，原因是信号解调后信噪比改善DSB)(tns量消除了噪声中的正交分R2.SSB调制系统性能调制系统性能注意：SSB的带宽只有DSB的一半噪声：噪声：BnNNoio4141不同表达式不变，但是B信号：信号：8)(8)(22tmtmSiC功率也相同功率谱密度相同，平均只是相移关系与又)()(tmtm8)(8)(22tmtm4)(2tmSittmttmtsccmsin)(21cos)(21)(以上边带为例以上边带为例 22si

14、n)(cos)(41)(ttmttmtSSccmi信号功率2sin)()()(21)(214122ttmtmtmtmc02sintcSi(t)twtwAtwtAtscmmcmmSSBsinsin21coscos21)(8)(8)(22tmtmSiR)(41)(tmtmo由16)(4)(22tmtmSo2.SSB调制系统性能调制系统性能BntmNSii024)(416)(02BntmNSoo1GC)(41)(tmtmottmttmtsccmsin)(21cos)(21)(已知单边带已知单边带信号表达式：信号表达式：)(tsm LPF BPF)(tn)(tsm)(tni)(tno)(tmo)(co

15、stwc)(41 cossin)(21coscos)(21cos)(tmtttmtttmttscccccmR注：注：SSB和和DSB的性能对比的性能对比:、A+m(t)(1)1(|1)2xxx 利用，02()()()1cos()()Am tE tR ttR t调制信号m(t)无法与噪声分开，而且有用信号“淹没”在噪声之中。(2)小信噪比情况这时候输出信噪比不是按比例随输入信噪比下降，而是急剧恶化，通常把这种现象称为调制器的门限效应 开始出现门限效应的输出信噪比称为门限值 这种门限效应是由包络检波器的非线性解调作用引起的，用相干解调的方法解调各种线性调制信号时不存在门限效应 相干解调不存在门限效

16、应原因相干解调不存在门限效应原因：信号与噪声可分别进行解调，解调器的输出端总是单独存在有用信号项。3.普通普通AM系统性能系统性能结论：1、在大信噪比情况下，AM信号包络检波器的性能几乎与相干解调法相同2、当输入信噪比低于门限值时，将会出现门限效应。这时系统无法正常工作R小结5.2 线性系统的抗噪声性能线性系统的抗噪声性能1、分析模型)(tui 解调器 BPF)(tn)(tui)(tni)(tno)(tmo 已调信号传输过程中叠加的白噪声带通滤波器信道带通噪声（2）模拟通信系统的主要质量指标是解调器的输出信噪比：200200m()=()StNn t解调器输出有用信号的平均功率解调器输出噪声的平

17、均功率不同的调制方式和解调方式对应的输出信噪比不同信噪比反映了系统的抗噪声性能同样地，信噪比增益iiooioNSNSSNRSNRG也反映不同系统的抗噪声性能1.DSB调制系统性能调制系统性能2.SSB调制系统性能调制系统性能3.普通普通AM系统性能系统性能2GBntmNtmNSoioo)(41)(4122BntmNSii02/)(211.DSB调制系统性能调制系统性能2.SSB调制系统性能调制系统性能3.普通普通AM系统性能系统性能416)(02BntmNSoo1GBntmNSii024)(1.DSB调制系统性能调制系统性能2.SSB调制系统性能调制系统性能3.普通普通AM系统性能系统性能)(

18、)(222c2tmAtmG20m()St200()cNn tn B2)(222tmASciBntnNii0)(结论：1、在大信噪比情况下，AM信号包络检波器的性能几乎与相干解调法相同2、当输入信噪比低于门限值时，将会出现门限效应。这时系统无法正常工作3.普通普通AM系统性能系统性能例题2已知语音信号已知语音信号m(t)的频率范围限制在的频率范围限制在04KHz，其单边带下，其单边带下边带调制信号时域表达式为边带调制信号时域表达式为()()cos()sinmccstm tw tm tw t（1）试画出一种产生该单边带信号的原理图）试画出一种产生该单边带信号的原理图（2）如采用相干解调器对该信号进行解调，当输入信噪比）如采用相干解调器对该信号进行解调，当输入信噪比为为20dB时，试计算解调输出信噪比时，试计算解调输出信噪比()m t Acoswc(t)2/2/)(wHh()m tAsinwc(t)()mst（2）由于）由于SSB信信号的调制增益为号的调制增益为1，所以输出信噪比等所以输出信噪比等于输入信噪比，所于输入信噪比，所以以0020SdBN