数字通信第3章-tc模拟调制系统(1)

1、第三章第三章 模拟信号的调制与解调模拟信号的调制与解调3.1 模拟信号的线性调制模拟信号的线性调制v3.1.1双边带调幅双边带调幅v3.1.2 单边带调制（单边带调制（SSB）v3.1.3 残留边带调制（残留边带调制（VSB） 3.1.1 常规双边带调制常规双边带调制标准调幅为：标准调幅为： )cos(cc0AMttfAts)()(适用包络检波的条件！A0与f(t)的关系 若若 )cos(mmmtAtf)()cos()cos(ccmmm0AMttAAts)(0AMmmcc1cos() cos()Att上式中，上式中， ，称为调幅指数，用百分，称为调幅指数，用百分比表示时，称为调制度。比表示时，

2、称为调制度。（通常取（通常取30%60%）0mAMAA /AM0max( )/f tA调制度调制度 小于小于1 1 等于等于1 1 大于大于1 1 正常调幅正常调幅 满调幅满调幅 过调幅过调幅若调制信号为一般信号，则取调幅指数为：若调制信号为一般信号，则取调幅指数为： 当载波初相为当载波初相为0时，已调信号为：时，已调信号为：AM0c( )( ) cosstAf tt0cccos( )cosAtf tt0c0ccccc( )( )cos()()1( )cos()()2f tFAtAf ttFF)()()()(cccc0AM21FFAS频域特性分析若有：若有：则已调信号的频谱为：则已调信号的频谱

3、为： 已调信号的频谱图：已调信号的频谱图：1. 形状相同，位置搬移；形状相同，位置搬移；2. AM信号含载波分量；信号含载波分量；3. AM 信号是双边带信号，信号是双边带信号，带宽带宽 BAM=2W=2fH4. 下边带是上边带的镜像下边带是上边带的镜像下边带下边带上边带上边带上边带上边带载频分量载频分量载频分量载频分量 调幅信号的平均功率为：调幅信号的平均功率为：2AMAM220c222220cc0c( )( )coscos( )cos2( ) cosPstAf ttAtfttA f tt0)(tf02cos2cos121cosccc2tttfc220AM22PPtfAP)(功率特性分析常规

4、调幅信号的功率由载波功率常规调幅信号的功率由载波功率P Pc c和边带功率和边带功率P Pf f组成；组成；边带功率与调制信号有关，是有用功率：边带功率与调制信号有关，是有用功率：载波功率？载波功率？因为因为 调制效率：边带功率与总功率之比，即：调制效率：边带功率与总功率之比，即：fcfAMfAMPPPPP)()()()(tfAtftfAtf22022202212121当当 时，有：时，有： 此时：此时：)cos(mmmtAtf)(22m( )2/ftA2AM2AM2m202m2m202mAM222121AAAAAA若若 ，调制效率最大值为，调制效率最大值为1/3。1AM常规调幅调制效率低，载

5、波分量不携带信息却占用大部分功率！改进方案-抑制载波双边带调制 例例3-1 已知一个已知一个AM广播电台输出功率是广播电台输出功率是50KW，采用单频余弦信，采用单频余弦信号进行调制，调幅指数为号进行调制，调幅指数为0.707。 （1）试计算调制效率和载波功率；）试计算调制效率和载波功率； （2）如果天线用）如果天线用50的电阻负载表示，求载波信号的峰值幅度。的电阻负载表示，求载波信号的峰值幅度。解解（1） 由以上的公式有由以上的公式有 则调制效率则调制效率 载波功率为载波功率为 （2）载波功率）载波功率Pc与载波峰值与载波峰值A的关系为的关系为 所以所以 51707. 02707. 0222

6、2AM2AMAMAMffcfPPPPPAM)(40)511 (50)1 (kWPPPPAMAMfAMcRAPc22)(2000501040223VRPAc 3.1.2 抑制载波双边带调幅（抑制载波双边带调幅（DSB-SC） DSB-SCDSB-SC信号表达式为：信号表达式为： 已调波频谱为：已调波频谱为： 已调信号平均功率为：已调信号平均功率为： 可见，边带功率是全部功率，其调制效率为可见，边带功率是全部功率，其调制效率为)()()(ttftscDSBcos)()()(ccDSB2121FFSttftsPc222DSBDSBcos)()(22/ )(tf1DSB DSB-SC波形图及频谱图如下

7、：波形图及频谱图如下：DSB-SCDSB-SC与与AMAM信号的比较信号的比较vDSB-SC的调制效率：的调制效率：100v优点：节省了载波功率。优点：节省了载波功率。v缺点：不能用包络检波，需用相干检波，较缺点：不能用包络检波，需用相干检波，较复杂。复杂。v双边带的上、下两个边带有什么关系？双边带的上、下两个边带有什么关系？一个边带携带了调制信号的全部信息。一个边带携带了调制信号的全部信息。v进一步改进：单边带调制进一步改进：单边带调制进一步节省载波功率和带宽进一步节省载波功率和带宽 3.1.2 调制与解调调制与解调 AM与与DSB-SC调制模型如下图所示。调制模型如下图所示。 实际中，任何

8、具有载实际中，任何具有载 波频率的周期性信号波频率的周期性信号 都可以充当载波信号都可以充当载波信号 。图中仅以正弦信。图中仅以正弦信 号为例加以说明。号为例加以说明。 解调包括解调包括相干解调相干解调和和包络检波包络检波两种方式。两种方式。 相干解调相干解调模型模型 如右图所示。如右图所示。v 关键是必须关键是必须 有一个同频同有一个同频同 相的载波。相的载波。v 表达式如下：表达式如下： 经低通后，得到：经低通后，得到： 从而恢复了原有的调制信号。从而恢复了原有的调制信号。 ttftfttfttscc2cDSB2cos2121coscos)()()()()()(tfts21d 3.1.3

9、SSB信号信号 滤波法形成滤波法形成SSB信号原理如下图所示。信号原理如下图所示。 cSSBUSBc1,| ( )( )0,| HHccLSBSSB 0 1|,|,)()(HH SSB信号频谱为：信号频谱为：)()()(HSSDSBSSB 相移法形成单边带信号原理如下图所示。相移法形成单边带信号原理如下图所示。 SSB信号第一项为同相分量，第二项为正交分量。信号第一项为同相分量，第二项为正交分量。 若调制信号为非周期信号，则通过若调制信号为非周期信号，则通过希尔伯特变换希尔伯特变换实现实现SSB信号的产生。信号的产生。 3.1.3 SSB信号的解调信号的解调 不能用包络解调。相干解调原理如右下

10、图所示。不能用包络解调。相干解调原理如右下图所示。 由于输入信号为：由于输入信号为： 所以所以 经低通后输出为：经低通后输出为：ttfttftsccSSBsincos)()()(ttfttftfttstscccSSBp2sin212cos2121cos)()()()()()()(tfts21d单边带调制分析v性能分析性能分析SSB信号的实现比信号的实现比AM、DSB要复杂，但要复杂，但SSB调制调制方式在传输信息时，不仅可节省发射功率，而且方式在传输信息时，不仅可节省发射功率，而且它所占用的频带宽度比它所占用的频带宽度比AM、DSB减少了一半。减少了一半。它目前已成为短波通信中一种重要的调制方

11、式。它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。单边带调制节省带宽和功率，实现困难单边带调制节省带宽和功率，实现困难双边带调制容易实现，占用双边带调制容易实现，占用2 2倍带宽倍带宽折衷方案：折衷方案：在实现难度和在实现难度和占用带宽中折衷占用带宽中折衷 3.1.4 残留边带调制(VSB)v原理：原理：介于介于SSB与与DSB之间的一种折衷方式之间的一种折衷方式它既克服了它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信信号实现的困难。号实现的困难。不像不像SSB那样完全抑制那样完全抑制DSB信号的一个边带，而是使其残信号的一个边带，而是使其残留一小部分。留一小

12、部分。 残留边带信号的产生残留边带信号的产生v使用滤波法产生残留边带信号：使用滤波法产生残留边带信号：残留上边带信号残留上边带信号残留下边带信号残留下边带信号 可见，只要有下式成立，解调输出就不会失真。可见，只要有下式成立，解调输出就不会失真。 常数)()(cVSBcVSBHHH只要等式左只要等式左侧两个函数侧两个函数在在=0=0处具处具有互补对称有互补对称（奇对称）（奇对称）特性，解调特性，解调就不失真。就不失真。载波和线性调制信号的关系vAM 有载波有载波效率低效率低包络检波包络检波vDSB无载波无载波效率高效率高相干解调相干解调vSSB无载波无载波效率高效率高相干解调相干解调vVSB无载

13、波无载波效率高效率高相干解调相干解调用用dBdB值表示信噪比值表示信噪比:10lg(S/N):10lg(S/N)为什么用为什么用dB值表示信噪比值表示信噪比 ？vdB：单位，无量纲：单位，无量纲v声音功率倍数：声音功率倍数：增强增强10倍；增强倍；增强100倍；增强倍；增强1000倍倍 v人耳的感觉：人耳的感觉：增加增加1倍；增加倍；增加2倍；增加倍；增加3倍倍 人耳的感觉与声音功率倍数的对数成正人耳的感觉与声音功率倍数的对数成正比，使用比，使用dB值符合人体感官规律。值符合人体感官规律。通信系统质量的最终衡量v质量标准是根据人的感官生理特点而确定的质量标准是根据人的感官生理特点而确定的听觉对

14、声音信号的要求在听觉对声音信号的要求在20dB40dB （25dB）视觉对图象信号的要求在视觉对图象信号的要求在40dB60dB （45dB）v So/No确定的条件是有用信号与噪声能分开确定的条件是有用信号与噪声能分开v 影响的因素是调制方式和解调方式影响的因素是调制方式和解调方式v 物理意义分析vDSB调制系统的信噪比增益为调制系统的信噪比增益为2。DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。信号的解调器使信噪比改善一倍。v原因：原因：采用相干解调，使输入噪声中的正交分量被消除采用相干解调，使输入噪声中的正交分量被消除的缘故。的缘故。物理意义分析vGSSB=1，解调对信噪比没有改善。，解调对信噪比

15、没有改善。因为在因为在SSB系统中，信号和噪声有相同表示形式，系统中，信号和噪声有相同表示形式，所以相干解调过程中，信号和噪声中的正交分量所以相干解调过程中，信号和噪声中的正交分量均被抑制掉，故信噪比没有改善。均被抑制掉，故信噪比没有改善。讨 论如果我们在相同的输入信号功率，相同的输入噪如果我们在相同的输入信号功率，相同的输入噪声功率谱密度，相同的基带信号带宽条件下，对声功率谱密度，相同的基带信号带宽条件下，对DSB/SSB这两种调制方式进行比较，可以发现它这两种调制方式进行比较，可以发现它们的输出信噪比是相等的。们的输出信噪比是相等的。v两者的抗噪声性能是相同的。但两者的抗噪声性能是相同的。但SSB所需的传所需的传输带宽仅是输带宽仅是DSB的一半。的一半。v因此因此SSB得到普遍应用，在短波通信中单边带得到普遍应用，在短波通信中单边带调制是一种重要的调制方式。调制是一种重要的调制方式。残留边带调制相干解调的抗噪声性能v由于残留边带信号的带宽在取值范围内有不由于残留边带信号的带宽在取值范围内有不同的情况，所以抗噪声性能的计算比较复杂。同的情况，所以抗噪声性能的计算比较复杂。v如果残留的边带不是太宽，可以近似认为其如果残留的边带不是太宽，可以近似认为其抗噪声性能与单边带调制相同。抗噪声性能与单边带调制相同。 讨 论vAM信号的信噪比增益信号的信噪比