通信原理模拟线性调制系统

通信原理模拟线性调制系统调制的研究对象问题：

为什么要对信号进行调制？什么是调制？第2页,共55页，2024年2月25日，星期天调制的目的将消息变换为便于传输的形式。也就是说，变换为某种形式使信道容量达到最大，而且传输更可靠和有效。提高性能，特别是提高抗干扰性。有效的利用频带。第3页,共55页，2024年2月25日，星期天调制的概念调制：就是将基带信号进行各种变换后再传输的过程。其中包括调制映射，傅立叶变换(OFDM)，频率搬移等等。数学分析：频率搬移第4页,共55页，2024年2月25日，星期天调制分类调制信号：载波信号：调幅：主要内容：原理，频域分析和性能分析幅度调制频率调制相位调制线性调制非线性调制第5页,共55页，2024年2月25日，星期天内容

模拟线性调制1.常规调幅(AM)2.抑制载波双边带调幅(DSB-SC)3.单边带调制(SSB)4.残留边带调制(VSB)线性调制和解调的一般模型线性调制系统的抗噪声性能（＃）1.通信系统抗噪声性能的分析模型2.线性调制相干解调的抗噪声性能第6页,共55页，2024年2月25日，星期天5.1常规调幅(AM)

AM调制时域表达式调制直流调制信号第7页,共55页，2024年2月25日，星期天常规调幅解调解调---包络检波无失真恢复条件过调幅第8页,共55页，2024年2月25日，星期天调幅指数调制信号调幅信号调幅指数第9页,共55页，2024年2月25日，星期天确知信号调幅的频域分析傅立叶变换频域表达式直流分量信号分量第10页,共55页，2024年2月25日，星期天随机信号调幅的频域分析分析方法：功率谱密度函数第11页,共55页，2024年2月25日，星期天常规调幅信号的功率分配功率组成调制效率：有用功率（用于传输有用信息的边带功率）占信号总功率的比例称为调制效率：第12页,共55页，2024年2月25日，星期天

当f(t)=Amcos

mt时， 代入上式，得到

当|f(t)|max=A0时（100％调制），调制效率最高，这时

max

＝1/3第13页,共55页，2024年2月25日，星期天常规调幅小结优点：结构简单，实现容易，适用于广播通信。缺点：功率效率非常低，最大为1/3频谱效率也不高，为信号最高频率的2倍。第14页,共55页，2024年2月25日，星期天5.2改进一：抑制载波的双边带调幅信号表达式调制：解调---相干解调第15页,共55页，2024年2月25日，星期天DSB的频域分析频域分析确知信号：随机信号：频谱：功率效率：第16页,共55页，2024年2月25日，星期天调制效率：100％优点：节省了载波功率缺点：不能用包络检波，需用相干检波，较复杂。第17页,共55页，2024年2月25日，星期天5.3改进二：单边带调幅原理：频域表示表示式：滤波器：第18页,共55页，2024年2月25日，星期天滤波法的技术难点滤波特性很难做到具有陡峭的截止特性。当载频较高时，采用一级调制直接滤波的方法已不可能实现单边带调制。可以采用多级（一般采用两级）DSB调制及边带滤波的方法，即先在较低的载频上进行DSB调制，目的是增大过渡带的归一化值，以利于滤波器的制作。再在要求的载频上进行第二次调制。当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就不适用了。第19页,共55页，2024年2月25日，星期天滤波法—多级调制第20页,共55页，2024年2月25日，星期天相移法分析频域表示：频域因果，时域解析时域表示式第21页,共55页，2024年2月25日，星期天希尔伯特滤波器希尔伯特变换希尔伯特滤波器---宽带相移网络第22页,共55页，2024年2月25日，星期天单边带信号时域表达式时域关系：滤波器：时域表达式：第23页,共55页，2024年2月25日，星期天单边带信号的相移法产生相移法产生优点：不需要滤波器具有陡峭的截止特性。问题：载波准确相移90°所有频率成分相移90°宽带相移网络难用硬件实现。第24页,共55页，2024年2月25日，星期天单边带信号的解调相干解调第25页,共55页，2024年2月25日，星期天SSB信号的实现比AM、DSB要复杂，但SSB调制方式在传输信息时，不仅可节省发射功率，而且它所占用的频带宽度比AM、DSB减少了一半。它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。第26页,共55页，2024年2月25日，星期天5.4改进三：残留边带调幅原理：频域表示第27页,共55页，2024年2月25日，星期天残留边带滤波器特性VSB信号解调器方框图 图中 因为根据频域卷积定理可知，乘积sp(t)对应的频谱为

第28页,共55页，2024年2月25日，星期天将代入得到式中M(

+2

c)及M(

-2

c)是搬移到+2

c和-2

c处的频谱，它们可以由解调器中的低通滤波器滤除。于是，低通滤波器的输出频谱为第29页,共55页，2024年2月25日，星期天

显然，为了保证相干解调的输出无失真地恢复调制信号m(t)，上式中的传递函数必须满足：

式中，

H

－调制信号的截止角频率。上述条件的含义是：残留边带滤波器的特性H(

)在

c处必须具有互补对称（奇对称）特性,相干解调时才能无失真地从残留边带信号中恢复所需的调制信号。第30页,共55页，2024年2月25日，星期天残留边带滤波器特性采用相干解调，解调不失真条件：

要求滤波器特性满足互补对称性。第31页,共55页，2024年2月25日，星期天残留边带滤波器特性的两种形式残留“部分上边带”的滤波器特性：下图(a)残留“部分下边带”的滤波器特性：下图(b)第32页,共55页，2024年2月25日，星期天5.5调幅信号产生的一般模型原理框图频域表达式第33页,共55页，2024年2月25日，星期天调幅信号的正交产生时域表达式正交法产生同相分量正交分量第34页,共55页，2024年2月25日，星期天调幅信号的产生双边带调制单边带调制残留边带调制第35页,共55页，2024年2月25日，星期天调幅相干解调适用于：AM，DSB，SSB，VSB数学分析输入信号：滤波前滤波后第36页,共55页，2024年2月25日，星期天包络检波适用条件：AM信号，且要求|m(t)|max

A0

，包络检波器结构：

通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。例如，第37页,共55页，2024年2月25日，星期天插入载波包络检波适用于DSB，SSB，VSB第38页,共55页，2024年2月25日，星期天5.6线性调制系统的抗噪声性能

系统模型噪声分类第39页,共55页，2024年2月25日，星期天噪声模型平稳窄带高斯噪声瑞利分布均匀分布第40页,共55页，2024年2月25日，星期天性能评估指标通信系统的质量指标第41页,共55页，2024年2月25日，星期天模拟调制系统的性能评估指标解调器输出信噪比定义

输出信噪比反映了解调器的抗噪声性能。显然，输出信噪比越大越好。制度增益定义：

用G便于比较同类调制系统采用不同解调器时的性能。

G也反映了这种调制制度的优劣。 式中输入信噪比Si/Ni

的定义是：第42页,共55页，2024年2月25日，星期天相干解调的抗噪声性能解调模型数学分析解调前解调后第43页,共55页，2024年2月25日，星期天双边带调幅的抗噪声性能forDSB，BDSB=2W，Wo=Wc解调前输入信噪比解调后输出信噪比信噪比增益第44页,共55页，2024年2月25日，星期天单边带调幅的抗噪声性能forSSB，BSSB=W，解调前输入信噪比解调后输出信噪比信噪比增益第45页,共55页，2024年2月25日，星期天分析问题：为什么双边带调制相干解调的信噪比增益比单边带调制的高？双边带调制相干解调的信噪比增益比单边带调制的高是否说明双边带调制的抗噪声性能比单边带调制的更好？第46页,共55页，2024年2月25日，星期天DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。这是因为采用相干解调，使输入噪声中的正交分量被消除的缘故。因为在SSB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均被抑制掉，故信噪比没有改善。第47页,共55页，2024年2月25日，星期天应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。这就是说，两者的抗噪声性能是相同的。第48页,共55页，2024年2月25日，星期天AM包络检波的性能包络检波器分析模型

检波输出电压正比于输入信号的包络变化。第49页,共55页，2024年2月25日，星期天输入信噪比计算设解调器输入信号为

解调器输入噪声为

则解调器输入的信号功率和噪声功率分别为

输入信噪比为第50页,共55页，2024年2月25日，星期天包络计算 由于解调器输入是信号加噪声的混合波形，即 式中 上式中E(t)便是所求的合成包络。当包络检波器的传输系数为1时，则检波器的输出就是E(t)。第51页,共55页，2024年2月25日，星期天输出信噪比计算_大信噪比情况大信噪比情况 输入信号幅度远大于噪声幅度，即 因而式 可以简化为第52页,共55页，2024年2月25日，星期天 由上式可见，有用信号与噪声独立地分成两项，因而可分别计算它们的功率。输出信号功率为 输出噪声功率为故输出信噪比为制度增益为制度增益第53页,共55页，2024年2月25日，星期天讨论

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噪比没有改善，而是恶化了。

3.例如：对于100%的调制，且m(t)是单频正弦信号，这时AM的最大