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1、1 第二章 模拟线性调制 复习 n通信本质是实现信息交互 n通信解决的关键问题是距离问题 n模拟通信与数字通信 n将模拟信号直接调制 n将模拟信号/离散消息经过信源编码后调制 n通信系统组成（三要素：信源、信道、信宿） n通信原理涵盖内容 n调制与信道编码（传输比特，面向信道） n信源编码（生成比特，面向信源） 2 3 主要内容和重点 n引言：调制分类 n模拟线性调制/解调原理和方法 nAM、DSB、SSB、VSB n抗噪声性能分析 nAM、DSB、SSB、VSB 4 2.1 引言 n点-点通信系统 通常假定为理想恒参信道： 信道的数学模型：r(t) = c(t)s(t) + n(t) 5 问
2、题： n为什么要对信号进行调制？ n什么是调制？ 2.1 引言 6 对无线传输信号而言，信号需要通过发射天线发送对无线传输信号而言，信号需要通过发射天线发送 出去。出去。根据天线理论，发射天线的尺度与信号的波长满根据天线理论，发射天线的尺度与信号的波长满 足一定的关系式时，信号才能得到有效的发射。即足一定的关系式时，信号才能得到有效的发射。即 如： 因此，GSM手机的工作频段规定在 9001800MHz A. A. 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 7 B. B. 提高信道的利用率提高信道的利用率 以无线电广播的中波波段为例：可用波 段范围为530KHz160
3、0KHz，而语音信号的 频率范围为3003400Hz，经调制后每一个 广播电台频道的带宽为9KHz 530KHz1600KHz 300 9000 这样中波波段中就可以均匀分布多个电台这样中波波段中就可以均匀分布多个电台 ! 上述即为频分复用频分复用，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 。浪费！。浪费！ 8 8 n调制：就是将基带信号进行各种变换后再传输 的过程。主要包括调制映射、频率搬移及滤波 。 频率搬移 数学分析 现实生活中存在复数 （虚数）吗？ 不存在，但两个正交维度 的实数可以联合定义复数 9 2.1 引言 n调制分类 n正弦（连续波）调制： n脉冲调制： nC
4、(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 10 2.1 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、PM n数字调制：m(t)为数字信号，如ASK、FSK、PSK等 n脉冲调制：C(t)为脉冲周期信号 n脉冲无编码调制 n用模拟信号m(t)改变脉冲的幅度(PAM)、宽度(PWM)、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
5、码为PCM信号 n增量调制(DM) nm(t)为模拟信号，根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 本质是 信源编 码技术 11 主要内容和重点 n引言：调制分类 n模拟线性调制/解调原理和方法 nAM、DSB、SSB、VSB n抗噪声性能分析 nAM、DSB、SSB、VSB 12 2.2 调制/解调原理和方法 n主要内容 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 n一般调制方法 13 2.2 调幅（ AM ） nAM信号的产生 nAmplitude Modulation n时域表达式：SAM
6、(t)=A+m(t)cosct nH(f)：理想带通 nAM信号频谱：S(f) nAM信号带宽：BAM=2fH 上边带下边带 实信号频谱共轭对称 M(f)=M*(-f) 2.2 调幅（ AM ） 14 nAM信号时域示意图 n时域：SAM(t)=A+m(t)cosct n接收到调幅信号后，如何恢 复低频信号（解调）？ n包络检波法 n直接检测低频包络 n上下包络对称 n为什么低频信号要加直流分 量A？ 15 nAM的解调方法 n包络检波：要求 A+m(t)0 n相干解调 0fH f 隔直 2.2 调幅（ AM ） 16 n相干解调（续） n频谱示意图 2.2 调幅（ AM ） 17 波形特点：
7、波形特点：已调波包络完全反映调制信号，印刻 频谱特点：频谱特点： AM信号的频谱SAM()由载频分量载频分量和上上、下两下两 个边带个边带组成 上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构 相同，下边带是上边带的镜像下边带是上边带的镜像 带宽：带宽：AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽是带宽是 基带信号带宽基带信号带宽B B b b 的两倍的两倍，即 B B AMAM=2B =2B b b 2.2 调幅（ AM ） 18 功率分配：功率分配： 式中， PC为载波功率，PS为边带功率 可见，AM信号的总功率包括载波功率载波功率和边带功率边带功率两部分， 只有边带功率才与调制信号有关，载波分量不携带
8、信息 载波分量占据大部分功率，而含有用信息的两个边带占有功 率较小。因此，从功率上讲，AM的功率利用率比较低 AMAM信号的缺点：信号的缺点： 功率利用率比较低；(不携带信息的载波分量占据大部分功率总功率) 占用频带宽，BAM= 2B2B b b 。(含有用信息的两个边带) 克服措施：克服措施：将载波抑制掉再传输 抑制载波的双边带调制 2.2 调幅（ AM ） 19 2.2 双边带调制（DSB） nDSB（或DSBSC，double side band with suppressed carrier）信号的产生 nSDSB(t)=m(t)cosct 20 w w c c w w c c 0 0
9、 2 2 1 1 w w O t 1 1 w w 0 0 A A0 0 + +mm( (t t) ) O t t t O O mm( (t t) ) cosw 0t O t Owcwcw O t 载波反相点 w w c c w w c c 0 0 2 2 1 1 w w 1 1 w w 0 0 DSBDSB信号的波形和频谱信号的波形和频谱 21 由时间波形可知，DSB信号的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 ， 需采用相干解调(同步检波)。另外，在调制信号m(t)的过 零点处，高频载波相位有180的突变 由频谱图可知，DSB信号虽然节省了载波功率，功率
10、利 用率提高了，但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍，与 AM信号带宽相同。由于DSB信号的上、下两个边带是完全 对称的， 因此它们都携带了调制信号的全部信息 22 n 解调 n不能用包络检波法解调 n相干解调：同AM 2.2 双边带调制（DSB） 0fH f 23 DSBDSB信号的缺点：信号的缺点： 占用频带宽，BDSB= 2B2B b b 。(含有两个完全相同的边带) 克服措施：克服措施：将只传输一个边带 单边带调制 DSB频谱 上边带 下边带 24 2.2 单边带调制（SSB） nSSB（single side band）信号的产生：滤波法 nH(f) 低通/带通滤 波器可行吗 ？ 理
11、论可行，工 程上代价高， fH/fc很小，过 渡带太窄。 25 2.2 单边带调制（SSB） nSSB信号的产生：移相法 n下边带理想带通滤波器可表示为 sgn(w) 26 2.2 单边带调制（SSB） nSSB信号的产生：移相法（续） F 2.2 单边带调制（SSB） 27 nSSB信号的产生：移相法（续） n利用希尔伯特变换 信号经希尔伯特变换后，在频域各频率分量的幅度保持不 变，但相位将出现90相移。即对正频率滞后/2，对负 频率导前/2，因此希尔伯特变换器又称为90移相器 F F H 28 2.2 单边带调制（SSB） nSSB信号的产生：移相法（续） 同理 载波为 29 2.2 单边
12、带调制（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 单边带调制（SSB） nSSB信号的产生 n相移法：根据时域表达式 载波为cosct DSB信号 单频移 相容易 多频移相困难 ：移相网络 31 n解调 n相干解调：同AM n插入强载波+包络检波 2.2 单边带调制（SSB） 0fH f 3232 n 综上所述： SSB调制方式在传输信号时，所占用的频带 宽度为BSSB=B B b b ，只有AM、DSB的一半，它目前已成为 短波通信中的一种重要调制方式 n SSB信号的解调和DSB一样不能采用简单的包络检波， 因为SSB信号也
13、是抑制载波的已调信号，它的包络不能 直接反映调制信号的变化， 所以仍需采用相干解调 SSBSSB信号的缺点：信号的缺点： 对边带滤波器的滤波性能要求很高，实际制造这样的滤 波器非常困难 克服措施：克服措施：对一个边带进行逐渐截止 残留残留边带调制边带调制 2.2 单边带调制（SSB） 33 nVSB（Vestigial side band）调制/解调系统 nSSB要完全滤出上边带或者下边带，对滤波器要求高，代 价大，实现难度大 nVSB不用完全滤出上边带或者下边带，降低对滤波器的要 求，实现复杂度低 2.2 残留边带调制（VSB） 34 2.2 残留边带调制（VSB） VSB是介于SSB与DS
14、B之间 的一种调制方式，它既克服 了DSB信号占用频带宽的问 题，又解决了单边带滤波器 不易实现的难题。 在残留边带调制中，除了传 送一个边带外，还保留了另 外一个边带的一部分。对于 具有低频及直流分量的调制 信号，用滤波法实现单边带 调制时所需要的过渡带无限 陡的理想滤波器，在残留边 带调制中已不再需要 上边带 下边带 35 2.2 残留边带调制（VSB） 对滤波器H(f)的要求 36 2.2 残留边带调制（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 非相干解调：从已调信号的幅度（包络）
15、变 化中提取调制信号 相干解调能够恢复出幅度、相位、频率信息 ，非相干解调只能恢复出幅度信息 线性调制的一般模型（解调） 4545 n适用于：AM，DSB，SSB，VSB n输入信号： n滤波前 n滤波后 线性调制的一般模型（相干解调 ） 4646 nAM含载波分量，能够包络解调 nDSB，SSB，VSB不含载波分量，无法直接包络解调 n插入强载波包络解调 线性调制的一般模型（包络解调 ） 47 讨论： 若收发两端的载波不能做到同频或者 完全同相，结果如何？还可以完全恢复出 基带信号吗？ 2.2 残留边带调制（VSB） 48 讨论讨论 ：在DSB（SSB与VSB类类似）中，设设 本地载载波信号
16、与发发送载载波的频频率误误差和相 位分别为别为和 试试分析其对对解调结调结 果的影响 解： 解调调器模型为为 相乘输输出 LPF S0(t) S (t) 49 经经LPF后得到 讨论讨论 分别设以下两种特殊情况： 1)设设时时， 输输输输出信号的幅度将受到衰减出信号的幅度将受到衰减，衰减程度取决于，衰减程度取决于 的大小。的大小。当时时，输输出信号为为零。 时时，幅度受到衰减且符号也要改变变 当 50 2) 设设时时， 当两端的载载波只有频频率误误差时时，解调输调输 出仍 为为双边带调边带调 幅信号，但该该信号的载载波角频频率为为 ，输输输输出信号出信号产 产生明显显失真 通常和两种误误差都存在，因此，两种 影响也都存在，从而不同程度的影响了通信的质质量 51 2.3 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
