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第3章模拟调制系统 1 实验通知 停课时间 周五的两次课全部停掉实验时间 第一批 1班 第四周周三下午1 30 4 30第二批 2班 4 第四周周三晚上6 00 9 00第三批 3班 第五周周一晚上6 00 9 00地点 10 509 510内容 实验1 Simulink仿真环境实验2 信源与信道模型的建立与仿真参考书 Matlab Simulink通信系统建模与仿真实例分析 邵玉斌清华大学出版社 2 内容 3 1调制概述3 2线性调制3 3线性调制系统抗噪声性能3 4非线性调制原理及抗噪声性能3 5模拟调制系统的性能比较3 6频分复用与多级调制 3 3 1调制概述 问题 什么是调制 为什么要对信号进行调制 4 一 调制的概念 调制 在发送端把具有较低频率分量 频谱分布在零频附近 的低通基带信号搬移到信道通带 处在较高频段 内的过程解调 在接收端把已搬到给定信道通带内的频谱还原为基带信号频谱的过程 5 二 调制的功能 适合信道传输实现有效辐射实现频率分配实现多路复用提高系统抗噪声性能 6 三 调制的分类 1 根据m t 的不同分类 模拟调制和数字调制 2 根据c t 的不同分类 连续波调制和脉冲波调制 3 根据所调载波参数不同分类 幅度调制 频率调制和相位调制 4 根据调制器的不同分类 线性调制和非线性调制 调制器模型 7 3 2线性调制 内容 线性调制的一般原理常规双边带调幅AM抑制载波双边带调幅DSB SC单边带调幅SSB残留边带调幅VSB讲解思路 调制和解调原理频域分析性能分析 8 一 线性调制的一般原理 一般模型 9 10 二 常规双边带调幅AM 1 AM信号时域表达式及时域波形图 2 AM信号频域表达式及频域波形图 时域波形图 频域波形图 11 交互 12 13 二 常规双边带调幅AM 3 AM信号平均功率 4 AM信号调制效率 时 如果m t 为常数 则如果m t 为正弦波时 14 二 常规双边带调幅AM 5 AM信号的解调 相干解调法 15 二 常规双边带调幅AM 非相干解调法 包络检波法 16 AM小结 优点 结构简单 实现容易 缺点 功率效率非常低频谱效率也不高 为信号最高频率的2倍应用 中短波段AM广播 17 三 抑制载波双边带调制 DSB SC 1 DSB信号时域表达式及时域波形图 2 DSB信号频域表达式及频域波形图 时域波形图 频域波形图 18 19 20 三 抑制载波双边带调制 DSB SC 3 DSB信号平均功率 4 DSB信号解调 21 四 单边带调制 SSB 1 SSB信号的滤波法产生 2 SSB信号的频域表达式及频谱图 其中 频域波形图 22 23 四 单边带调制 SSB 3 SSB信号的时域表达式及其波形 设 则 一般信号 24 四 单边带调制 SSB 4 SSB信号的相移法产生 25 四 单边带调制 SSB 5 SSB信号平均功率和频带宽度 发送功率为 频带宽度为 26 四 单边带调制 SSB 6 SSB信号的接收 频域表示 27 28 五 残留边带调制 VSB 1 VSB调制原理 它具有互补对称特性 29 五 残留边带调制 VSB 2 VSB解调原理 3 VSB滤波器传输特性 因此要求 30 五 残留边带调制 VSB 4 VSB信号发送功率和频带宽度 31 例3 1 已知调制信号 载波为 分别写出AM DSB USB LSB信号的表示式 并画出频谱图 32 3 3线性调制系统的抗噪声性能 内容 抗噪声性能分析模型相干解调输出端的信噪比非相干解调输出端的信噪比 33 一 抗噪声性能分析模型 34 二 相干解调输出端的信噪比 1 DSB调制系统性能 35 二 相干解调输出端的信噪比 2 AM调制系统性能 36 二 相干解调输出端的信噪比 3 SSB调制系统性能 37 三 非相干解调输出端的信噪比 输出信噪比 输入信噪比 38 三 非相干解调输出端的信噪比 大输入信噪比情况 39 三 非相干解调输出端的信噪比 小输入信噪比情况 40 门限效应 门限效应 就是当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定的数值后 检波器输出信噪比出现急剧恶化的一种现象 该特定的输入信噪比值称为 门限值 41 例题1 的带宽为5KHz 发射功率为1000W 信道衰减为50dB 相干解调 双边噪声功率谱为 1 如果是DSB系统 求解调器四个功率 2 如果是SSB系统 求解调器四个功率 42 二 相干解调输出端的信噪比 1 DSB调制系统性能 43 二 相干解调输出端的信噪比 2 SSB调制系统性能 44 45 3 4非线性调制原理及抗噪声性能 内容 角度调制的概念调频信号带宽调频信号解调输出性能 46 一 角度调制的概念 1 频率调制 2 相位调制 47 二 调频信号带宽 窄带调频 1 NBFM频带宽度 非线性的 与AM比较 48 49 二 调频信号带宽 2 WBFM频带宽度 设调制信号为 则 此时 其中 有无穷个频率分量 50 例3 3 已知某单频调频波的振幅是10V 瞬时频率为试求 此调频波的表达式 此调频波的频率偏移 调频指数和频带宽度 若调制信号频率提高到 调频波的频偏 调频指数和频带宽度如何变化 51 例3 3 1 2 3 52 三 调频信号解调输出性能 1 调频信号非相干解调原理 称为鉴频器灵敏度 53 2 调频系统抗噪声性能 三 调频信号解调输出性能 1 输入信噪比 54 2 调频系统抗噪声性能 2 输出信噪比 a 大信噪比情况 其中 请参考 曹志刚等 现代通信原理 P86 55 2 调频系统抗噪声性能 鉴频器输出为 有用信号 噪声项 56 2 调频系统抗噪声性能 噪声角均匀分布 微分电路的功率传输函数为 设 57 2 调频系统抗噪声性能 58 b 小信噪比情况 经过分析可知 当输入信噪比减小到一定程度时 解调器的输出中不存在单独的有用信号项 信号被噪声扰乱 因而输出信噪比急剧下降 这种情况与AM包络检波时相似 称为 门限效应 2 调频系统抗噪声性能 59 例3 4 设一宽带频率调制系统 载波振幅为100V 频率为100MHz 调制信号的频带限制于5kHz 最大频偏 并设信道中噪声功率谱密度是均匀的 n0为 单边谱 试求 接收机输入端理想带通滤波器的传输特性解调器输入端的信噪功率比解调器输出端的信噪功率比若m t 以振幅调制方法传输 并以包络检波器检波 试比较在输出信噪比和所需带宽方面与频率调制系统有何不同 60 例3 4 1 2 3 4 61 3 5模拟调制系统的性能比较 有效性比较 可靠性比较 62 3 6频分复用与多级调制 一 频分复用 FDM 63 二 复合调制和多级调制 3 6频分复用与多级调制 复合调制 对同一载波进行两种或更多种的调制 例如 对一个调频波再进行一次振幅调制 所得结果就变成了调频调幅波 多级调制 将同一基带信号实施两次或更多次的调制过程 前后级的调制方式可以是相同的 也可以是不同的 64 例3 5 设有一个频分多路复用系统 副载波用SSB调制 主载波用FM调制 如果有60路等幅的音频输入通路 则每路频带限制在3 3kHz以下 防护频带为0 7kHz 1 如果最大频偏为800kHz 试求传输信号的带宽 2 试分析与第1路相比 第60路输出信噪比降低的程度 假定鉴频器输入的噪声是白噪声 且解调器中无去加重电路 65 例3 5 1 2 66 小结 1 调制方式 四种 2 模拟调制分类 线性调制和非线性调制 3 线性调制 67 5 各模拟调制系统的抗噪声性能 小结 4 非线性调制 68 对各种模拟调制系统的有效性和可靠性进行比较可知 SSB带宽最窄 有效性最好 其次是VSB 接下来是DSB AM 而FM的带宽最宽 但FM的输入信噪比最大 可靠性最好 其次是DSB SS