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1、第第3 3章章 模拟传输模拟传输2023/8/311信源调制器发射机信道接收机解调器信宿噪声发送设备接收设备基带信号基带信号基带信号基带信号调制信号调制信号已调带通信号已调带通信号带通信号带通信号模拟通信系统模拟通信系统信道中传输模拟波形的通信系统。信道中传输模拟波形的通信系统。2023/8/312调制器调制器调制信号调制信号已调信号已调信号幅度调制幅度调制角度调制角度调制都是 的函数被调信号被调信号2023/8/313已调带通信号已调带通信号:的谱的谱:的功率谱的功率谱:的归一化平均功率为：的归一化平均功率为：2023/8/314本章内容本章内容-模拟信号的调制、解调模拟信号的调制、解调3.
2、1 幅度调制幅度调制3.2 模拟角度调制模拟角度调制3.3 幅度调制系统的抗噪声性能幅度调制系统的抗噪声性能3.4*角度调制系统的抗噪声性能角度调制系统的抗噪声性能3.5 各类通信系统的比较与应用各类通信系统的比较与应用 2023/8/3153.1 幅度调制(Amplitude Modulation)2023/8/316已调带通信号的频谱是基带信号频谱的简单搬移已调带通信号的频谱是基带信号频谱的简单搬移幅度调制幅度调制-用信号去迫使高频载波瞬时幅度变化。用信号去迫使高频载波瞬时幅度变化。模拟常规调幅模拟常规调幅（AM）抑制载波双边带调幅（抑制载波双边带调幅（DSB-SC）单边带调幅（单边带调幅
3、（SSB）残留边带调幅（残留边带调幅（VSB）信号）信号2023/8/317(conventional AM)3.1.1 常规调幅常规调幅AM 1表达式：表达式：调制：调制：复包络复包络:2023/8/318图（图（a）常规调幅）常规调幅图（图（b）过调幅）过调幅波形波形:2023/8/319（常规调幅（常规调幅:）一般：一般：常规调幅常规调幅:2023/8/3110过调幅：过调幅：载波反相点载波反相点2023/8/3111定义定义调幅指数：调幅指数：常：常规调规调幅幅其中其中：临临界界调调制制：过调过调制制波形如图（波形如图（b）所示。）所示。调幅指数影响功率分配调幅指数影响功率分配modu
4、lation index2023/8/31122.频域分析频域分析 频谱：频谱：频谱图：频谱图：Upper sidebandLower sideband2023/8/3113常规常规AM信号的波形及频谱信号的波形及频谱2023/8/31143.功率与效率功率与效率 归一化功率：归一化功率：2023/8/3115调调制效率：制效率：2023/8/3116例：对于例：对于调福指数为调福指数为100的的AM信号信号1.周期方波调制信号：周期方波调制信号：2.单频正弦波调制信号：单频正弦波调制信号：2023/8/31174.接收接收 常规调幅常用的二极管常规调幅常用的二极管包络检波器包络检波器解调：解
5、调：非相干解调：接收机不需要产非相干解调：接收机不需要产生与接收信号中的载波同频同生与接收信号中的载波同频同相的本地载波的接收方式。相的本地载波的接收方式。2023/8/3118总结：总结：AM 信号的特点信号的特点:l 包络检波器包络检波器 用于检测用于检测 AM（常规调幅）（常规调幅）信号（接收信号（接收机简单），这是机简单），这是离散载波项的功劳。离散载波项的功劳。l AM信号的信号的功率效率功率效率 很低，因为离散载波项浪费功率。很低，因为离散载波项浪费功率。l AM 信号的信号的带宽带宽是是 信息信号信息信号 m(t)带宽的带宽的2倍倍.上下两上下两个边带完全对称，带宽浪费一半。个边
6、带完全对称，带宽浪费一半。l 乘积检波器乘积检波器 用于检测用于检测 AM（常规调幅、过调幅）（常规调幅、过调幅）信信号，接收机复杂，这是号，接收机复杂，这是调幅只用常规调幅的原因。调幅只用常规调幅的原因。2023/8/3119例例 AM 信号的功率信号的功率 联邦通信委员会（联邦通信委员会（FCC）用）用平均载波功率平均载波功率对对AM 广播频广播频段发射机评级段发射机评级;这种评级系统在这种评级系统在 AM 音频应用中很普通音频应用中很普通.假设一个假设一个 5,000-W AM 发射机发射机 与一个与一个 50-负载相连负载相连.如如果发射机被一个果发射机被一个1000hz的测试音的测试
7、音 100%调制调制.我们计算一我们计算一些参数些参数未调制时载波未调制时载波 功率为功率为(设载波为电压信号设载波为电压信号)：平均载波功率平均载波功率2023/8/3120调制信号调制信号:已调信号已调信号:AM 信号的归一化平均功率信号的归一化平均功率:2023/8/3121在在 50-负载上负载上 AM 信号的实际功率信号的实际功率:在在 50-负载上负载上 AM 信号的峰值电压信号的峰值电压:调制效率调制效率:作业：2、3 2023/8/31223.1.2 抑制载波双边带调幅 Double-Sideband Suppressed Carrier (DSB-SC)1.DSB-SC信号信
8、号 2023/8/3123载波反相点载波反相点波形：波形：2023/8/31242.频域分析频域分析 频谱：频谱：Upper sidebandLower sideband2023/8/31253.功率与效率功率与效率调制效率调制效率:归一化功率归一化功率:2023/8/31264.发射和接收发射和接收发射（调制）：发射（调制）：接收（解调）：相干解调（接收机本地载波与接收载波同接收（解调）：相干解调（接收机本地载波与接收载波同频同相）频同相）LPF2023/8/3127LPFAfter LPF:相干解调原理：相干解调原理：乘积检波器乘积检波器2023/8/3128Discuss:同步检波同步检
9、波相干解调相干解调乘积检波乘积检波2023/8/3129接收机产生本地相干载波的方法：接收机产生本地相干载波的方法：1.发送端发射小功率离散载波发送端发射小功率离散载波（导频单音信号）（导频单音信号）2.接收端用锁相环提取同频同相载波接收端用锁相环提取同频同相载波注意：常规注意：常规AMAM也可以用相干解调获取基带信息信号也可以用相干解调获取基带信息信号2023/8/3130总结：总结：DSB 信号的特点信号的特点:l 乘积检波器乘积检波器用于检测用于检测 DSB信号，信号，乘积检波器较包络检乘积检波器较包络检波器昂贵波器昂贵。l DSB信号的信号的功率效率功率效率 高。高。l DSB信号的信
10、号的带宽带宽是是 信息信号信息信号 m(t)带宽的带宽的2倍倍.上下两上下两个边带完全对称，带宽浪费一半。个边带完全对称，带宽浪费一半。2023/8/3131single sideband signal(SSB)3.1.3 单边带调幅（单边带调幅（SSB）1.SSB信号信号 只取只取DSB-SC信号中的上边带或下边带分量。信号中的上边带或下边带分量。上上边带边带信号信号：，频谱频谱：下下边带边带信号信号：，频谱频谱：2023/8/3132频谱：频谱：2023/8/313311/2时域表达式时域表达式:截取基带信号的负频率部分或正频率部分再直接用截取基带信号的负频率部分或正频率部分再直接用DSB
11、-SC调幅可产生单边带信号。如下：调幅可产生单边带信号。如下：设设 的希尔伯特变换为的希尔伯特变换为 ，解析信号为，解析信号为 。则则:由图示可以看出：由图示可以看出：m+(t)是是sUSB(t)的复包络的复包络2023/8/3134因为因为 是是 的复包络的复包络2023/8/3135单边带信号表达式：单边带信号表达式：SSB 信号的复包络信号的复包络:2.单边带信号的产生：单边带信号的产生：(2)相移法相移法(1)滤波法滤波法(3)维佛法维佛法2023/8/3136(1)(1)滤波法滤波法 保留上边带的边带滤波器：保留上边带的边带滤波器：保留下边带的边带滤波器：保留下边带的边带滤波器：11
12、2023/8/3137(2)相移法相移法 2023/8/31383.单边带信号的接收单边带信号的接收 SSB信号信号既有既有AM又有又有PM对于对于AM分量（实包络）分量（实包络）对于对于PM分量分量2023/8/3139上边带信号的波形及频谱变换上边带信号的波形及频谱变换2023/8/3140相干解调接收：相干解调接收：乘积检波器乘积检波器:LPF：以基带信号：以基带信号 的最高频率为截止频率的低通滤波器。的最高频率为截止频率的低通滤波器。2023/8/31414.功率功率 归一化平均功率归一化平均功率调制效率调制效率:2023/8/3142例：例：SSB-AM 发射机被一正弦信号发射机被一
13、正弦信号 调调制制,其中其中 。(a)计算计算 。(b)确定下边带确定下边带 SSB 信号的表达式。信号的表达式。(c)确定确定SSB 信号的归一化平均功率。信号的归一化平均功率。(d)确定确定SSB 信号的峰值。信号的峰值。(e)确定确定SSB 信号的均方根（信号的均方根（rms）值。）值。解解:2023/8/31432023/8/3144总结：总结：SSB 信号的特点信号的特点:l 乘积检波器乘积检波器用于检测用于检测 SSB信号信号。而且。而且SSB信号的产生信号的产生比比AM、DSB复杂。复杂。l SSB信号的信号的功率效率功率效率 高。高。l SSB信号的信号的带宽带宽等于信息信号等
14、于信息信号 m(t)的带宽。只有的带宽。只有 AM、DSB带宽的一半。带宽的一半。作业：4、112023/8/31453.1.4 残留边带调幅残留边带调幅(VSB)1.用滤波法产生用滤波法产生 VSB 信号信号令令2023/8/31462023/8/3147DSB、SSB和和VSB信号的频谱信号的频谱 M(f)SDSB(f)SSSB(f)SVSB(f)ffff0000fc-fcfc-fcfc-fc都是基带都是基带信号频谱的简单平移信号频谱的简单平移 2023/8/3148残留下边带调制的波形及频谱变换残留下边带调制的波形及频谱变换2023/8/31492.接收机接收机LPF2023/8/315
15、0选择合适的LPF的截止频率可滤除第二项。After LPF:2023/8/3151 为了恢复无失真调制信号为了恢复无失真调制信号 M(f),HV(f)必须满足必须满足下面条件下面条件:互补对称性2023/8/31522023/8/31533.2 模拟角度调制 2023/8/31543.2.1角调制的基本概念角调制的基本概念 角调信号表达式：角调信号表达式：随随 变化。变化。1.相位调制与频率调制的概念相位调制与频率调制的概念(PM and FM)（1）相位）相位 和和 频率频率瞬时相位瞬时相位:对对 的瞬时相位偏移的瞬时相位偏移 :：载载波波频频率率 非线性调制，已调带通信号的谱不再是基带信
16、号谱的简单搬移非线性调制，已调带通信号的谱不再是基带信号谱的简单搬移2023/8/3155瞬时频率瞬时频率:瞬时频率偏移瞬时频率偏移:instantaneous2023/8/3156(2)(2)相位调制（相位调制（PMPM）相位偏移正比于调制信号相位偏移正比于调制信号其中其中:相偏常数相偏常数PM 信号信号 表达式表达式:(调调相相器的灵敏度器的灵敏度)其含义是单位调制信号幅度引起其含义是单位调制信号幅度引起PM信号的相位偏移量信号的相位偏移量2023/8/3157（3）调频）调频(FM)其中其中:频偏常数（频偏常数（调频器灵敏度调频器灵敏度）频率偏移正比于调制信号频率偏移正比于调制信号 。调频调频信号表达式：信号表达式：其含义是单位调制信号幅度引起其含义是单位调制信号幅度引起FM信号的频率偏移量信号的频率偏移量相位偏移正比于调制信号相位偏移正比于调制信号 的积分。的积分。2023/8/3158例例3.1 3.1 图示方波与锯齿波信号的调相与调频信号波形。图示方波与锯齿波信号的调相与调频信号波形。解：解：2023/8/3159用用 FM 器产生器产生PM信号信号2.FM、PM 之间的转
