CH5模拟调制系统

1、2022-7-41通信工程学院通信工程学院 陈爱萍陈爱萍8171-23信息源调制器信道解调器受信者噪声源2022-7-456)()(:)()(:,),cos()(:00HthMtmAtAtSc滤波器冲击响应滤波器冲击响应调制信号调制信号为初始相位为初始相位为幅度为幅度载波载波)()()(2)()()()cos()()(:0HMMAtsFSthttAmtsccmmcm已调信号已调信号)()(Hth一般模型：一般模型：789ttmtscmcos)()(时域：时域：)()()(21)(HMMSccM频域：频域：H( )为普通为普通BPF，对对BPF的要求：的要求：中心频率中心频率 0= c；带宽约大

2、于带宽约大于DSB信号带宽，信号带宽，BBPF BDSB 。l 采用相干解调。采用相干解调。插入载波，且幅度较大时也可采用后置包络检波器来解调。h(t)sm(t)m(t)()(HthttSccos)(能采用包络能采用包络解调吗？解调吗？10cosctOtOm(t)sDSB(t)OtOccM()OHHSDSB()Occ载波反相点2Ht11ttmmttmtsccmcos)( cos)()(0ttmtmcccos)( cos0)( )( 21)()()(0ccccmMMmS：h(t)sm(t)m(t)()(HthttSccos)(120t0tm(t)m0m0+m(t)m0-m0HHSAM00m0SA

3、Mt m0m0cc13为为例例）的的特特性性（下下边边带带的的带带通通)(H)()(21)(ccSgnSgnH 经过滤波后的信号频谱为：经过滤波后的信号频谱为：h(t)sm(t)m(t)()(HthttSccos)(H( )10 c c H( )0 c c 1(a)(b)上边带带通上边带带通下边带带通下边带带通)()()(21)(HMMSccSSB0101)(-Sgn其中符号函数：ccc-Sgn11)(ccc1-1)-(Sgn)()(21ccSgnSgn)()()()(41)()(41ccccccSgnMSgnMMM)()()()(41)()(41ccccccSgnMSgnMMM)()()()

4、(41)1()(1)(41ccccccSgnMSgnMMM)()()()(41)1()(1)(41ccccccSgnMSgnMMM)()()()(41)()()()(41)()()(21)(ccccccccccSSBSgnMSgnMSgnMSgnMHMMS)()()()(41)()()()(41)()()(21)(ccccccccccssbSgnMSgnMSgnMSgnMHMMS )()()()(41)()()()(41)()()(21)(ccccccccccssbSgnMSgnMSgnMSgnMHMMS)()()()(41)()()()(41)()()(21)(ccccccccccssbSg

5、nMSgnMSgnMSgnMHMMS)()(21)(ccSgnSgnH )(sin)(21cos)(21下边带下边带ttmttmcc)sgn()()(1)()(jMMttmtmttmttmtsccSSBsin)(cos)()(宽带宽带 /2移移相器相器15M()HHSM()ccOO 上边带 下边带 下边带 上边带ccO上边带频谱Occ下边带频谱功率和带宽利用率高；功率和带宽利用率高；产生、解调复杂产生、解调复杂长途（载波）电话长途（载波）电话16BPF1f1m(t)BPF2f2sm(t)ttmttmtsccSSBsin)(cos)()(Hh( )-/2m(t)cosctsinctsm(t)(

6、tm)sgn()(:jHh希希尔尔伯伯特特滤滤波波器器l 17为为调调制制信信号号的的最最高高频频率率，HccHCHH)()(|性性具具有有互互补补对对称称的的截截止止特特处处在在)(HcHVSB()10.50cccc00.51HVSB()(a)下边带(b)上边带HVSB( )sVSB(t)m(t)cos c tH( )S(t)m(t)调制调制信道信道LPF载波载波同步同步mo(t)S(t)sm(t)sm(t)19cOcHVSB()HVSB(c)cOcHVSB(c)HVSB(c) HVSB(c)OOcc(a)(b)(c)(d)CHHccH)()(|，20根据同步解调原理：根据同步解调原理： )

7、()()(21)(HMMSccm)()(21)()(SStstsmm从解调看：从解调看：)()()(cos)(cccStts)()(21)()(21cmcmmSSSS)()()(41)(ccoHHMSLPF后，输出的后，输出的通过通过HccHHM|)()( :),(常常数数则则根根据据频频谱谱，要要准准确确恢恢复复LPF载载波波同同步步sm(t)m0(t)s(t)()()2(21)()()()2(21)(cccmcccmHMMSHMMS其中其中2022-7-42122+ +BPF解解调调器器sm(t)n(t)sm(t)ni(t)mo(t)no(t)解解调调器器噪噪声声模模型型接接收收端端23t

8、tnttntncsccisin)(cos)()(引入参数引入参数 iiooNSNSG输输入入信信噪噪比比输输出出信信噪噪比比：求出求出Si/Ni、So/No和和G)(tni)(tnc)(tns：222nsncni)()()(2202tntnBntnNscii+ +BPF解解调调器器sm(t)n(t)sm(t)ni(t)mo(t)no(t)解解调调器器噪噪声声模模型型接接收收端端24设设: sm(t)=m(t)cosct BnttmBntsNScmii0202cos)()(02costc2cos)(ttmc)(22cos12tmtc)(212tmBntmNSii02/ )(21LPFcos c

9、ct tsm(t)m(t)同步解调器同步解调器根据同步解调原理：根据同步解调原理： tttmcccoscos)()(2cos21)(21)()2cos1 (21tmttmtmtcc被滤掉被滤掉其中其中)(2cos21,tmtc)(21)(tmtmo输出信号输出信号)(41)(22tmtmSoottntnciocos)()(对于输出噪声：对于输出噪声：tttnttnccscccossin)(cos)(ttnttncscc2sin)(21)22cos1)(的部分被滤波器滤掉的部分被滤波器滤掉含有含有c2)(21)(tntnco)(41)(22tntnNcooBntntnic022)()(又又ioN

10、N41BntmNtmNSoioo)(41)(4122被消除被消除26BntmNSii02/ )(21:) 1 (输入信噪比输入信噪比BntmNtmNSoioo)(41)(41:)2(22输出信噪比输出信噪比2:) 3(00iiNSNSG调制度增益调制度增益?了了一一倍倍，原原因因是是信信号号解解调调后后信信噪噪比比改改善善DSB)(tns量量消除了噪声中的正交分消除了噪声中的正交分设设: sm(t)=m(t)cosct27SSB信号解调器与信号解调器与DSB信号解调器相同，但信号解调器相同，但SSB的带宽只有的带宽只有DSB的一半的一半 不不同同表表达达式式不不变变，但但是是 B噪声：噪声：

11、BnNNoio4141信号：信号： ttmttmtsccmsin)(21cos)(21)(以以为例为例 22sin)(cos)(41)(:ttmttmtsSccmi信号功率信号功率cossin)()(2sin)(cos)( 4122tttmtmttmttmcccc2sin)()()(21)(214122ttmtmtmtmc02sintc8)(8)(22tmtmSi与相干载波相乘后，经低通滤波器的输出为：与相干载波相乘后，经低通滤波器的输出为： )(41)(tmtmo功功率率也也相相同同功功率率谱谱密密度度相相同同，平平均均只只是是相相移移关关系系与与又又)()(tmtm8)(8)(22tmtm

12、4)(2tmSi)(41)(tmtmo由16)(4)(22tmtmSoBntmNSii024)(416)(02BntmNSoo1G8)(8)(22tmtmSi与相干载波相乘再与相干载波相乘再经经LPF后的输出后的输出29ttmttmtSccmsin)(21cos)(21)(:信信号号BntmNSii024)(:)1 (输输入入信信噪噪比比BntmNSoo024)(:)2(输输出出信信噪噪比比1:) 3(00iiNSNSG调制度增益调制度增益。故故抗抗噪噪声声性性能能是是一一样样的的样样的的，解解调调器器输输出出信信噪噪比比是是一一在在相相同同的的带带宽宽下下和和所所以以的的一一半半）不不同同，

13、只只有有（因因为为,DSBSSBDSBSSBB信号的正交分信号的正交分量也被滤除了量也被滤除了30)(tmAM络络，输输出出的的信信号号应应该该是是包包经经过过正正常常的的包包络络检检波波后后合合成成信信号号的的包包络络但但实实际际的的输输出出信信号号是是：)()(tntsimttnttnttmAtntscscccimsin)(cos)(cos)()()(ttnttntmAcsccsin)(cos)()()(cos)()()(22tttntntmAcsc)()()(22tntntmAsc其中包络为：其中包络为：时时即即intmA )(为噪声为噪声是需要的，是需要的，其中其中，包络包络)()()

14、()(tntmtntmAccBntmtntmNScoo0222)()()(ttmAtscmcos)()(已已调调信信号号：2)(222tmASiBntnN2ii0)(BntmANSii022)(21)()(2222tmAtmG噪声，噪声，当信号当信号 31ttmAtScmcos)()(已调信号：已调信号：BntmANSii0224)(:)1 (输输入入信信噪噪比比)()(:)2(02在大输入信噪比下在大输入信噪比下输出信噪比输出信噪比BntmNSoo)()()(2:)3(222相相同同采采用用同同步步检检波波时时结结果果也也调调制制制制度度增增益益tmAtmG）调调制制（即即为为正正弦弦波波，

15、且且假假设设，Atmtm)(max%100)()(322)(max22三三者者中中最最差差的的，此此时时GAtm解调器对输入信噪比没有改善，解调器对输入信噪比没有改善， 而是恶化了而是恶化了！ 32aS0 0Si i的的包包络络及及相相位位代代表表合合成成信信号号包包络络)()(),()(cos)()(tnttRttmAtRi时时输输入入小小信信噪噪比比即即intmA )(,)()()(22tntntmAsc输出端无单独信号项，只有受输出端无单独信号项，只有受cos (t)调制的调制的 项（随机噪声）项（随机噪声）解调器的非线性特性所致。包络检波器、鉴频器等才有门解调器的非线性特性所致。包络检

16、波器、鉴频器等才有门限效应现象（采用相干解调时不存在门限效应？）限效应现象（采用相干解调时不存在门限效应？）信号与噪声可分别进行解调，解调器输出端总是单独存在有用信号项！假设某信道具有均匀的双边噪声功率谱密度假设某信道具有均匀的双边噪声功率谱密度Pn(f)=0.510-3W/Hz，在该信道中传输在该信道中传输DSB-SC信号，并设调制信号信号，并设调制信号m(t)频带限制在频带限制在5kHz，fC=100kHz，已调信号已调信号10kW。若接收机输入信号加至解调器之前，先要滤若接收机输入信号加至解调器之前，先要滤除带外噪声。求：除带外噪声。求：1、滤波器的理想传输特性、滤波器的理想传输特性H(

17、 ) 2、输入信噪比输入信噪比3、输出信噪比、输出信噪比 4、输出的噪声功率谱密度、输出的噪声功率谱密度1、滤波器特性、滤波器特性（1）带宽）带宽B=2fm=10kHz（2）中心频率中心频率fc=100kHz所以，所以，otherkHzfkKH105|950)(2、输入信噪比、输入信噪比Si=10kWNi=2B Pn(f)=10WSi/Ni=10003、输出信噪比输出信噪比GDSB=2所以，所以，So/No=2 Si/Ni=20004、输出的噪声功率谱密度输出的噪声功率谱密度由由DSB的噪声功率关系的噪声功率关系No=Ni/4=fm 2 Pno双双(f)=2.5W所以，所以，Pno双双(f)=

18、0.25 10-3W/Hz (|f|5kHz)线性调制系统要求输出信噪比为线性调制系统要求输出信噪比为20dB，输出噪声功率为输出噪声功率为10-9W，发发射机输出端到解调器的输入传输损耗为射机输出端到解调器的输入传输损耗为100dB，求：求： 1、DSB-SC的发射机功率的发射机功率 2、SSB-SC的发射机功率的发射机功率解：解：假设发射功率为假设发射功率为ST，损耗损耗K=ST/Si=100dB=1010已知，已知，So/No=20dB=100，No=10-9W1、DSB-SCG=2Si/Ni=(So/No)/2=100/2=50Ni=4No Si=50Ni=200No=210-7W S

19、T =KSi=1010210-7 =2103W2、SSB-SCG=1 Si/Ni=So/No=100Ni=4No Si=100Ni=400No=4 10-7W ST = KSi=4103W说明相同信噪比下说明相同信噪比下DSB的的发射功率小于发射功率小于SSB2022-7-4353637)(cos)(ttAtScmdttdmKttmKtpp)()()()()(cos)(tmKtAtSpcPMdmKttmKtdttdff)()()()()()(cos)(dmKtAtSfcFM为振幅，恒定值为振幅，恒定值)(ttC为瞬时相位为瞬时相位 )(t为为瞬时相位偏移瞬时相位偏移dtttdC)(为信号瞬时频

20、率为信号瞬时频率 dttd)(为瞬时频率偏移为瞬时频率偏移 38396| )(|6|)(|maxmaxmKdmKpf40tAmtAmtAttAmtAmcfmcfccmfc)cos(21)cos(21cossinsincos6|)(|maxdmKf dmKdmKdmKfff)()(sin1)(cos，tdmAKtAtscfcNBFMsin)(cos)(dmKtAdmKtAdmKtAtsfcfcfcFM)(sinsin)(coscos)(cos)(tAtAtAtsmcmmcmcAM)cos(2)cos(2cos)(tAtmmmcos)(mmmffAKm4142ma 1，三个矢量的合成矢量，三个矢量

21、的合成矢量只改变大小，不改变方向只改变大小，不改变方向去除载波后为去除载波后为DSBDSB，合成矢量，合成矢量在同一直线上，除大小改变外，在同一直线上，除大小改变外，方向也可能方向也可能180180 突变突变434445线性幅频线性幅频特性网络特性网络包络包络检波器检波器uFM(t)u1(t)u0(t)FM/AM)(cos)(dmKtAtstfcFM )(sin)()(dmKttmKAdttdstfcfcFM 为鉴频器灵敏度为鉴频器灵敏度dfdoKtmKKtm)()(46A0CC(t)H()kmtCt(t) = k(t)()222线性相频线性相频特性网络特性网络相位相位检波器检波器uFM(t)

22、u1(t)u0(t)FM-PM特点：鉴频特特点：鉴频特性线性度好性线性度好47 ttctdmAKtAtsccfcNBFMsin)(sin)(cos)( )(2)(tmAKtmfo)2cos1 ()(22sin2)(tdmKAtAtscfcpdmKAtsfd)(2)(2022-7-44849)(cos)(dmKtAtsfcFM为调频比例常数为调频比例常数fKFMFMiiBnABnANS020222mffmB) 1(2为鉴频器灵敏度为鉴频器灵敏度dfdoKtmKKtm)()()()()(222tmKKtmSfdoo)(cos)(sin)(cos)(sin)(cos)(cos)(costttAttn

23、ttnAttnttntAtntAccscccscccic)()(arctan)()()()(22tnAtnttntnAtAcssc相位偏移：包络：AtnAtntss)()(arctan)(xxxarctan1时，时，dttdnAKdttdKtnsddd)()()(2)2()()()(022220FMdnidnBfnfAKfPfHAKfP222242| )(|ffjfH2302238AfnKdfPNmdffnoomm3022228)(3mfoofntmKANSmmmffffKmtm为为单单频频余余弦弦波波，令令设设)(iiffooNSmmNS) 1(32) 1(3200ffiimmNSNSGBn

24、ABnANSii020222mffmB)1(2)()(22tmKKSfdo2302238AfnKNmdo536050403020100051015202010743mf=2( )FM / dBSiNi( )FM / dBSoNo542)2()()()(022220FMdnidnBfnfAKfPfHAKfP 111fjffHd）（）（）（fHfHdp1）（）（fHfHdp1)( fPnmfmff2022-7-45758mffmB) 1(2BntmNSAMoo02)()(2)(%10022Atm调调制制时时，当当BnANSAMoo02%1002)(为基带信号最高频率为基带信号最高频率，其中，其中，mmffB2 mAMoofnANS02%1004)( iiffFMooNSmmNS) 1(3)(2mffnAm022223 2%1003)/()(fAMooFMoomNSNS以以上上系系统统的的系系统统的的输输出出信信噪噪比比是是即即：宽宽带带23fmAMFMnFM：BnABnANSii020222)11) 1(2,2时时（当（当fffAMFMmfFMmAMmmmBBfmBfB与与AM相比，宽带相比，宽带FM的输出信噪比的改善与带宽增的输出信噪比的改善与带宽增大代价的平方成正比（带宽换信噪比或有效性换可靠性）