通信原理模拟调制系统5152知识分享

1、北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统通信原理模拟调制系统5152北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统（第（第7 7章）章）残留边带残留边带（VSB- Vestigial Side Band ）分分类类幅度调制幅度调制数字数字调制调制调幅调幅（AM- Amplitude Modulation ）双边带双边带（DSB- Double Side Band）模拟模拟调制调制角度调制角度调制调频调频（FM- Frequency Modulation ）调相调相（PMPhase Modulation）单边带单边带（SSB- Single Side B

2、and）按调制器传输按调制器传输函数分类：函数分类：按载波信号分类按载波信号分类连续波调制连续波调制：脉冲调制脉冲调制：c(t) 连续，如c(t)=cosct；c(t)为脉冲，如周期矩形脉冲序列。 线性调制线性调制 ：调制前、后的频谱呈线性搬移关系。非线性调制非线性调制 ：调制后会产生新的频率成份。 北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统 调制系统中讨论的主要问题和主要参数调制系统中讨论的主要问题和主要参数 讨论的主要问题：讨论的主要问题： （1）工作原理； （2）已调信号的带宽； （3）功率关系； （4）噪声对调制系统的影响。 主要参数主要参数： （1）发送功率；

3、（2）传输带宽； （3）抗噪声性能； （4）设备的复杂性。 这些参数是各种调制系统比较的基础，也是选择和设计调制系统的依据。北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.1 幅度调制的原理幅度调制的原理 用调制信号去控制高频载波的振幅载波的振幅，使其振幅随调制信号作线性变化的过程。 幅度调制的概念幅度调制的概念设正弦型载波为：设正弦型载波为：幅度调制信号的一般表达式为：幅度调制信号的一般表达式为：)()cos()()(0thttAmtscm h(t)m(t)sm(t)cosct)cos()(0 tAtcc幅度调制器的一般模型幅度调制器的一般模型北京工商大学 信息工程学院

4、电子科学与技术系第5章 模拟调制系统对应频谱为：对应频谱为：)()()()()( HMMAtsFSccmm2n线性调制线性调制：已调信号的谱结构是基带调制信号频谱结构的简单简单平移及线性变换平移及线性变换，因此幅度调制又称为线性调制。h(t)m(t)sm(t)cosct不同不同h(t)的特性的特性AMDSBSSBVSBn常规调幅常规调幅AM：H()为全通全通网络，m(t) 有直流成分。n抑制载波双边带调制抑制载波双边带调制DSB :H()为全通全通网络,m(t) 无直流成分。n抑制载波单边带调制抑制载波单边带调制SSB :H()为截至频率为c的高通高通或低通低通滤波器，m(t) 无直流成分。n

5、残留边带调制残留边带调制VSB :H() 是特定的互补特性互补特性滤波器，m(t) 无直流成分。)()cos()()(0thttAmtscm 北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.1.1 调幅调幅(AM) 基本原理基本原理m(t)Acos ctsAM(t)m (t)A0A+m (t)(tmttmAc cos)(线性调幅线性调幅不过调不过调的条件：的条件：max)(tmA北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统 频谱特点频谱特点A-Ac(t)m (t)A00A0+m (t)tsAM(t)tM (f)ffmC(f)fc-fcfS (f)2fm2

6、fm-fcfcf)()()()()(ccccAMMMAS 21北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统AM信号在1电阻上的平均功率应等于sAM(t)的均方值。 功率功率当m(t)为确知信号时，sAM(t)的均方值即为其平方的时间平均。)(2tsPAMAM ttmAc 22cos)(ttmAttmtAccc 222222cos)(cos)(cosscAMPPtmAP2222)(0边带功率边带功率n当m(t)为余弦波，且max)(tmA“满调幅满调幅”两边带功率之和两边带功率之和 载波功率之半载波功率之半42APs北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制

7、系统 调制效率调制效率总功率总功率边带功率边带功率 AM AMsPP 2)(22)(2202tmAtm )()(2202tmAtm 若tAtmmm cos)( 2)(22mAtm 220222022)()(mmAMAAAtmAtm “满调幅满调幅”时时31 AM 北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.1.2 双边带（双边带（DSB）调制）调制 基本原理基本原理调制信号m(t)没有直流分量时，得到DSB信号 。 )(th)(tmtccos)(tsDSB ttmscDSB cos)( 北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统n上、下边带均包含调

8、制信号的全部信息；n幅度减半，带宽加倍；n线性调制。 频谱特点频谱特点)()()(ccDBSMMS 21mDSBBB2 北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统 功率功率DSB信号的功率仅由边带功率构成：)(2tsPDSBDSB ttmc 22cos)()cos()()(ttmtmc 2212122)(tm221总总功功率率边边带带功功率率 DSB 1 调制效率调制效率北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.1.3 单边带单边带(SSB)调制调制 基本原理基本原理 DSB信号两个边带包含的信息相同，从信息传输的角度来考虑，传输一个边带就足够了

9、。n用滤波法形成单边带信号用滤波法形成单边带信号 单边带调制的一般模型 )(th)(tmtAccos)( tsSSBmSSBBB 北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统 dtftf)()(1ttf 1)(正变换正变换 dtftf)()(1反变换反变换在在时间域时间域的数学描述如下：的数学描述如下： 在在频率域频率域中的数学描述为：中的数学描述为： )()sgn()( FjF 将一个信号波形中的全部频率分量相移-90后所得的时间信号就叫做原信号的希尔波特变换。 n基础知识基础知识-希尔波特（希尔波特（Hilbert）变换）变换 北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术

10、系第5章 模拟调制系统 信号和它的希尔波特变换具有相同的能量谱密度或相同的功率谱密度。推论：推论：a、信号和它的希尔波特变换的能量(或功率)相同。b、信号和它的希尔波特变换具有相同的自相关函数。c、信号和它的希尔波特变换互为正交。)()(tftfd的希尔波特变换为、Hilbert变换的性质变换的性质: :常用的希尔波特变换对：常用的希尔波特变换对： 北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统 频谱表达式频谱表达式)()()()( HMMSccSSB21)sgn()sgn()(ccH 21c c 211)sgn(c 21)sgn(c 21)sgn()sgn()()(41cc

11、ccMM )sgn()()sgn()()sgn()()sgn()(ccccccccMMMM 41)()(ccMM 41)sgn()()sgn()(ccccMM 41北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统 SSB信号的时域表达式信号的时域表达式 ttmMMccc cos)()()(2141)()()sgn(tmMj tjcccetmjM )()sgn()(1tjcccetmjM )()sgn()(1tjtjcSSBccetmjetmjttmts )()(cos)()(114121 ttmttmtsccSSB sin)(21cos)(21 （下）上边带上边带下边带下边带

12、ttmttmtsccSSB sin)(21cos)(21( 上） )sgn()()sgn()(4141ccccccSSBMMMMS 北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统n用相移法形成单边带信号用相移法形成单边带信号 ttmttmtsccSSB sin)(21cos)(21 Hh()21m(t)sSSB(t)21m(t) cosctcosct21m(t)sin ct21m(t)2 优点：优点：具有最窄的传输带宽，信道利用率最高；缺点：缺点：电路实现复杂，技术要求高；解调时同步误差要小。北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.1.4 残留边带

13、调幅（残留边带调幅（VSB） 基本原理基本原理 残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种调制方式， 它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现上的难题。)( DSBS)( SSBS)( VSBS北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统 VSB的过程分析的过程分析)()()()( VSBccVSBHMMS21VSB解调器模型解调器模型ttstscVSBp cos)()( )()( VSBVSBSts)()(21)(cVSBcVSBpSSS )()()(cVSBcHMM 241)()()(cVSBcHMM 241滤波法实现残留边带调制滤波法实现残留边带调

14、制)(tsd)()()(41)(cVSBcVSBdHHMS 北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统)()()(41)(cVSBcVSBdHHMS CHHcVBScVBS)()( 当当)()( MCM40m )(tsd传输残留部分传输残留部分下边带下边带的滤波器特性的滤波器特性传输残留部分传输残留部分上边带上边带的滤波器特性的滤波器特性 北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统cOcHVSB()HVSB(c)cOcHVSB(c)HVSB(c) HVSB(c)OOcc(a)(b)(c)(d)残留边带滤波器残留边带滤波器的几何解释的几何解释北京工商大

15、学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.1.5 线性调制的一般模型线性调制的一般模型 滤波法模型滤波法模型输出信号时域表示式:)(cos)()(thttmtscm 输出信号频域表示式:)()()()( HMMSccm21 移相法模型移相法模型(p95)北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.1.6 相干解调与包络检波相干解调与包络检波 相干解调相干解调设已调信号的表达式为：( )( )cos( ) inmIcQcsts ttst st ( )cos111( )( )cos2( ) in2222pmcIIcQcsts tts ts tts t st

16、1( )2dIsts t)(tm北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统 包络检波包络检波适用条件：AM信号，且要求|m(t)|max A0ttmAtscAM cos)()(0选择RC满足如下关系：cHfRCf /1检波器的输出： 0( )dstAm t设输入信号是：北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.2 5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能5.2.1分析模型分析模型带通滤波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)解调器mo(t)no(t)解调器抗噪声性能分析模型解调器抗噪声性能分析模型 噪声分析噪声分析窄带的高斯噪声

17、:ttnttntnsci00 sin)(cos)()()(cos)()(tttVtni 0isciNtntntn)()()(222北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统|H( f )|1.00f0f0fB 若白噪声的双边功率谱密度为n0/2，带通滤波器传输特性是高度为1。BnNi0 解调器输出信噪比解调器输出信噪比2oo2oo( )( )Sm tNn t解调器输出有用信号的平均功率解调器输出噪声的平均功率 调制制度增益调制制度增益iiNSNSG/00北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统 ( )ms t LPF BPF )(tn ( )ms

18、t )(tni )(tno o( )m t cosct 5.2.2 DSB调制系统的性能调制系统的性能 DSB相干解调抗噪声性能分析模型相干解调抗噪声性能分析模型 信号功率计算信号功率计算ttmtscm cos)()(ttmtmttmcc2cos)(21)(21cos)(2o1( )( )2mtm t解调器输出端的有用信号功率：22oo1( )( )4Sm tm tB=2fH北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统 ( )ms t LPF BPF )(tn ( )ms t )(tni )(tno o( )m t cosct 噪声功率计算噪声功率计算ttnttntncsc

19、ci sin)(cos)( )(sin)(cos)()(cos)(ttnttntnttncscccci 222121o1( )( )2cn tn t输出噪声功率：)()(tntnNc220041B=2fH北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统 信噪比计算信噪比计算输入信噪比BntmNSii0221)(输出信噪比：22oo01( )( )414im tSm tNn BN)(cos)()(tmttmtsScmi22221 制度增益计算制度增益计算200iiDSBNSNSG/B=2fH北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统 ( )ms t LPF

20、BPF )(tn ( )ms t )(tni )(tno o( )m t cosct 5.2.3 SSB调制系统的性能调制系统的性能 信号功率计算信号功率计算ttmttmtsccm sin)(cos)()(2121 1( )4omtm t22oo1( )( )16Sm tm t输出信号平均功率：B=fH输入信号平均功率： )()(sin)(cos)()(tmtmttmttmtsSccmi222221214141 )(tm241北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统BnNNi004141 噪声功率计算噪声功率计算 ( )ms t LPF BPF )(tn ( )ms t

21、 )(tni )(tno o( )m t cosct B=fH 信噪比计算信噪比计算输入信噪比：BntmBntmNSii0202441)()(输出信噪比：BntmNS0200041161)( 制度增益计算制度增益计算Bntm0204)(11100 NSNSGSSB/问题：问题：DSB调制的性能是否优于调制的性能是否优于SSB调制。调制。北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统5.2.4 AM包络检波的性能包络检波的性能 包络检波器分析模型包络检波器分析模型带通滤波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)包络检波器mo(t)no(t) 输入信噪比计算输入信噪比计算ttmA

22、tscmcos)()(0ttnttntncsccisin)(cos)()(222202)()(tmAtsSmiBntnNii02)(BntmANSii02202)(北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统 包络计算包络计算带通滤波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)包络检波器mo(t)no(t) )(cos)(sin)(cos)(cos)(tttEttnttnttmAccsccc 0)()()()(tntntmAtEsc220)()()(arctan)(tntmAtntcs0 输出信噪比计算输出信噪比计算大信噪比情况大信噪比情况2 s(t)2c(t)nn)(tmA0)()()()()()(tntntntmAtmAtEscc22202)()()()(tntntmAtmAcc2202)()(tntmAc0)(tmS20BntntnNic0220)()(BntmNS0200)(iiAMNSNSG/00)()(tmAtm22022北京工商大学 信息工程学院 电子科学与技术系第5章 模拟调制系统)()(tmAtmGAM22022讨论讨论1、AM信号的调制制度增益GAM随A0的减小而增加。2、GAM总是小于1，这说明包络检波器对输入信