通信原理+第5章-1

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1、第五章 模拟调制(Modulation)系统,主要内容： 模拟调制系统的组成框图 幅度调制、角度调制的基本概念 幅度调制的四种调制方法 抗噪声性能的分析方法 频分复用系统,重点： 模拟调制系统的组成框图 四种调幅信号的表达式和参数计算 信噪比的推导公式 频分复用的概念,目 录,5.1 引 言,5.1.1 基本概念 1、调制信号：原始电信号（低频信号） 2、载波(Carrier)：单一频率的正弦波（高频信号） 3、已调信号：调制信号和载波的合成信号（高频信号） 4、调制：用调制信号去控制载波信号的某个参数，使参数 随调制信号的变化而变化。 5、解调(Demodulation)：调制的逆过程,5.

2、1.2 调制的目的 将调制信号变换成适合信道传输的已调信号 提高性能，特别是抗干扰能力，有效利用频带,5.1.3 调制的方法,幅度: AM、DSB、SSB、VSB,角度: FM、PM,模拟,数字,调制器,m (t ),C (t ),sm (t ),单音正弦波,连续变化的模拟量：,模拟调制,离散的数字量：,二进制数字脉冲,数字调制,单频正弦波,连续波形,连续载波调制,脉冲波形,脉冲载波调制,矩形周期脉冲,5.2 幅度调制的原理及抗噪性能,5.2.2 线性调制系统的抗噪性能,5.2.1 幅度调制原理,5.2.1 幅度调制原理,2、四种调幅信号,1) AM (Amplitude Modulation

3、)信号：普通调幅波,2) DSB(Double Side-Band ) 信号：双边带信号,3) SSB（Single Side-Band）信号：单边带信号,4) VSB （Vestigial Side Band)信号：残余边带信号,1、调幅定义：载波的振幅随调制信号的变化而线性变化,设 载波为,调制信号为,则已调信号为,相位,角频率,振幅,AM 信号,2）频谱结构,3）调制方法 四种信号同时演示,4）解调方法 （1）非相干解调：包络检波法(envelope ) （2）相干解调：同步检波法,1）信号表达式,频谱计算,频谱图,（1）信号表达式：,形成条件：,其中： 是直流分量。 是交流分量,（2）

4、信号波形：,包络,卷积定理,常用运算公式,常用信号频谱,复习,AM 频谱公式： 卷积运算,因为,所以,且,上边带,下边带,AM 频谱示意图：,从频谱结构上看， 的频谱是 的频谱在频域内的线性搬移,称之为线性调制,调制模型,1）AM 信号：,2）DSB 信号：,4）VSB 信号：,3）SSB 信号：,DSB 信号,4）解调方法 只有相干解调,1）信号表达式,2）频谱结构,DSB 信号表达式：,信号波形：,DSB 频谱结构,频谱图：,单一频率,复合频率,包络,SSB 信号,4）解调方法 只有相干解调,2）频谱结构,SSB 信号表达式,下边带：,上边带：,希尔伯特变换公式：,是 的希尔伯特变换,SS

5、B 频谱结构,上边带要求,下边带要求,下边带推导,表达式,注：,VSB 信号,1）频谱结构,解决DSB信号频带宽，SSB信号难于实现的问题,3）解调方法 （1）非相干解调：包络检波法 （2）相干解调：同步检波法,分析 同步解调 方法,讨论满足要求的,VSB 频谱结构,分析思路：（1）发送端对信号进行调制的目的是为了使接收端完整不失真地还原信号，因而 的作用需和接收机的功能综合考虑。 （2）接收端收到的信号是 ，因而还原信号与接收方法有关。,结论：,同步解调,低 通,AM 信号频谱,在载频c 处具有互补对称的截止特性（不唯一），且相对陡峭。,VSB： 同步解调过程：,还原信号：,5.2.2 线性

6、调制系统的抗噪性能,基本概念 1) 抗噪性能针对接收机而言 接收机收到的信号是有效信号和噪声信号之和 2) 所有噪声均为加性高斯白噪声 3) 抗噪性能参数为信噪比,1. 接收机框图,2. 噪声描述,AM系统 非相干解调 相干解调 DSB系统 相干解调 SSB系统 相干解调 VSB系统,3. 接收系统特性 对同一系统,不同的解调方法其性能可能不同,接收机框图：,解调器框图：,分析思路： 计算解调器输入端和输出端的信号功率、 噪声功率，得到信噪比参数 根据信噪比判断接收机的性能,噪声描述：,是高斯窄带白噪声，频宽由带通滤波器的带宽 决定,（统计平均功率相等）,是高斯白噪声,（双边功率谱密度）,令,

7、（输入噪声功率）,输出噪声功率值取决于解调方式,令,解调器输入噪声：,解调器输出噪声：,（单边功率谱密度）,AM 非相干解调,解调器输入端,定义：输入信噪比,解调器输出端,定义：信号功率,输出信号与包络检波器输入信号的包络 有关 分析 的形成,讨论大信噪比、小信噪比,大信噪比情况： 条件,定义：输出信噪比,噪声功率,定义：调制制度增益,（2） 小信噪比情况,条件,说明：输出噪声 输出信号 表示输出信号中没有单独的信号项 而 被 扰乱成为一个随机噪声，使得输出信噪比急剧恶化，这种现象称为“门限效应”。导致这种现象出现的输入信噪比称为“门限(threshold)”。这种门限效应是由包络检波器的非线

8、性解调作用引起的。,AM 相干解调,解调器输出端,定义：信号功率,解调器输入端,定义：输入信噪比,定义：输出信噪比,定义：噪声功率,结论：与大信噪比前提下的包络检波器的性能一样,定义：调制制度增益,DSB 同步检波,解调器输入端,定义：输入信噪比,解调器输出端,定义：信号功率,定义：噪声功率,定义：输出信噪比,定义：调制制度增益,结论： 说明输出信号性能提高一倍，原因是输入噪声中的正交分量被抑制,SSB 同步检波,解调器输入端,P71,定义：输入信噪比,解调器输出端,定义：信号功率,定义：噪声功率,定义：输出信噪比,定义：调制制度增益,结论: 1）SSB系统与DSB系统的不同之处是带通滤波器的

9、带宽小一半。 2）虽然GDSBGSSB，但从抗噪观点效果出发，两系统的性能一样。,例：设DSB和SSB系统于发送端发出的信号功率相等,因此，虽然GDSB2GSSB，但两者在接收端的 信噪比是相同的，其抗噪性能相同。,5.3 非线性调制的原理及抗噪性能,5.3.1 非线性调制的原理,5.3.2 非线性调制系统的抗噪性能,FM(Frequency Modulation) 信号,4）解调方法：鉴频法,2）频谱结构,3）调制方法：直接调频 间接调频,1）信号表达式,5.3.1 非线性调制的原理 定义: 调制信号控制载波信号的频率或相位,使频率或相位随调制信号的变化而变化,称为角度调制,PM (Phas

10、e Modulation)信号,信号带宽,1）信号表达式,设 载波为,调制信号为,则 调频波为,FM 信号,令,设 载波为,调制信号为,则 调相波为,PM 信号,令,FM 的频谱,令,定义：,调频指数,特征： FM 的频谱理论值无穷大，但可根据调频指数分为宽带调频和窄带调频 其频谱随n增大，频率分量可无限增加。,结论： 信号带宽,FM 解调框图,鉴 频 器,低 通,带通限幅,讨论各点信号间的关系,矢量图及公式推导,5.3.2 非线性调制系统的抗噪性能,讨论 FM 信号 解调框图,1、 输入端 Si /Ni,讨论：,2、 输出端,计算,低通的输出信号：,输出噪声功率,均匀分布,非均匀分布,举例,例,5.4 各种模拟系统的比较,在输入条件相同下，即解调器输入端的信噪比相同,参考矢量,FDM定义：使不同的信号占据不同频率范围的技术 复用：若干路相互独立的信号合并成一路复合信号 分接：将一路复合信号无失真地分接成若干路独立信号,5.5 频分复用（FDM）,频分复用组成框图,特点：FDM是模拟通信中的一种主要复用方式，信道复用率高，复用路数多，分接方便。,56 复合调制和多路调制的概念,5.6.1 复合调制,对同一载波进行两种或两种以上的调制,