通信原理 课件 8-模拟调制系统的抗噪声性能、9-数字基带传输系统概述

1第5章模拟调制系统5.1幅度调制5.2角度调制5.3模拟调制系统抗噪声性能2

分析模型

DSB系统抗噪声性能模拟调制系统性能分析模拟调制系统性能比较5.3模拟调制系统抗噪声性能3

图中：sm(t)－已调信号

n(t)－加性平稳高斯白噪声

ni

(t)－带通滤波后的噪声

m(t)－输出有用信号

no(t)－输出噪声分析模型目标：分析模拟系统可靠性指标解调器的输入信噪比解调器输出信噪比解调器调制制度增益4带通滤波器的作用--让有用信号通过，滤除带外噪声。带宽B

：等于已调信号的频带宽度对于AM，DSB系统：B=2WH

对于SSB：B=WH对于VSB：B≈WHB当然也是窄带噪声ni(t)的带宽带通滤波器输出噪声功率Ni(即解调器输入噪声ni(t)的功率)为：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幅值为1，带宽为B的理想矩形函数，则：B为带通滤波器的带宽解调器输入噪声功率Ni5

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DSB系统抗噪声性能模拟调制系统性能分析模拟调制系统性能比较5.3幅度调制系统抗噪声性能6DSB系统抗噪声性能DSB相干解调抗噪声性能分析模型解调器7解调器输入信号功率为输入噪声功率

输入信噪比解调器输入信噪比8解调器输入信号为DSB信号：与相干载波cos

ct相乘后，得经低通滤波器后，输出信号为因此，解调器输出端的有用信号功率为解调器输出信号功率S09解调器输入端的窄带噪声可表示为它与相干载波相乘后，得经低通滤波器后，解调器最终的输出噪声为故输出噪声功率为解调器输出噪声功率N010由此可见，DSB调制系统的制度增益为2。也就是说，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。调制制度增益解调器输出信噪比和调制制度增益解调器输出信噪比11

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DSB系统抗噪声性能模拟调制系统性能分析模拟调制系统性能比较5.3幅度调制系统抗噪声性能12模拟调制系统抗噪声性能列表SiNiSi/NiS0N0S0/N0GDSB2SSB1AMFM注：DSB和SSB采用相干解调，AM采用包络检波且在大信噪比下；FM在单音调频大信噪比下；VSB系统的抗噪声性能与SSB类似131.AM信号的调制制度增益GAM随A0的减小而增加，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。例如：对于100%的调制，且m(t)是单频正弦信号，这时AM的调制制度增益为2.对于AM调制系统，在大信噪比时，采用包络检波器解调时的性能与同步检测器时的性能几乎一样。讨论1：针对AM系统14讨论2：AM系统和FM系统存在门限效应门限效应：在小信噪比时，解调器输出中没有单独的信号项，有用信号m(t)淹没在噪声中，输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比下降，而是急剧恶化，通常把这种现象称为门限效应。开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值。产生原因：解调器的非线性引起。非相干解调存在门限效应，而相干解调不存在门限效应。15讨论3：表中，GDSB=2，GSSB=1，这能否说明DSB系统的抗噪声性能比SSB系统好呢？回答是否定的。因为，两者的输入信号功率不同、带宽不同，在相同的噪声功率谱密度条件下，输入噪声功率也不同，所以两者的输出信噪比是在不同条件下得到的。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，对这两种调制方式进行比较：比较结果：输出信噪比相等。这就是说，两者的抗噪声性能相同。但SSB所需的传输带宽仅是DSB的一半，因此SSB得到普遍应用。16FM的调频指数mf越大，抗噪声性能越好。FM系统的带宽和信噪比可以互换，可以牺牲带宽--有效性来换取可靠性的提高。其它模拟调制系统无此特性。mf值的选择要从通信质量和带宽限制两方面考虑。对于高质量通信（高保真音乐广播，电视伴音、双向式固定或移动通信、卫星通信和蜂窝电话系统）采用WBFM，mf值选大些。讨论4：FM系统的带宽和信噪比可以互换17

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DSB系统抗噪声性能模拟调制系统性能分析模拟调制系统性能比较5.3幅度调制系统抗噪声性能18调制方式传输带宽设备复杂程度主要应用AM2fm简单中短波无线电广播DSB2fm中等应用较少SSBfm复杂短波无线电广播、话音频分复用、载波通信、数据传输VSB略大于fm

近似SSB复杂电视广播、数据传输FM中等超短波小功率电台（窄带FM）；调频立体声广播等高质量通信（宽带FM）模拟调制系统性能比较在相同的输入信号功率、输入噪声功率谱密度、基带信号带宽条件下的比较：19抗噪声性能

FM最好，

DSB、SSB、VSB次之，

AM能最差；DSB、SSB性能相同；VSB与SSB性能相近；圆点表示门限点20频带利用率SSB的带宽最窄，其频带利用率最高；DSB其次；FM占用的带宽随调频指数mf的增大而增大，频带利用率最低。21特点与应用AM：优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差。主要用在中波和短波调幅广播。DSB调制：优点是功率利用率高，且带宽与AM相同，但设备较复杂。应用较少，一般用于点对点专用通信。SSB调制：优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于AM，而带宽只有AM的一半；缺点是发送和接收设备都复杂。SSB常用于频分多路复用系统中。VSB调制：抗噪声性能和频带利用率与SSB相当。在电视广播、数传等系统中得到了广泛应用。FM：FM的抗干扰能力强，广泛应用于长距离高质量的通信系统中。缺点是频带利用率低，存在门限效应。22设计一个单边带下边带调制系统，信道白噪声的双边功率谱密度为n0/2=0.5×10-5W/Hz，载波频率fc为100kHz。模拟基带调制信号为m(t),功率为4W，频带在0～fm范围内，fm=4k，求：（1）单边带已调信号的表达式；（2）单边带已调信号所在的频带范围；（3）画出接收端原理方框图；（4）解调器输入端信噪比？输出端信噪比？（5）解调器输出端的噪声功率谱密度？（6）若N路最高频率为fm的信号按SSB方式进行频分复用，再进行调频，最大频偏为△f。求调频后输出信号带宽。

[例5.3-1]23（4）

w，=1w，w

（5）=0.01w，N0=PN0(f)*2fm,PN0(f)=N0/(2fm)=0.01/(2*4e3)=1.25e-6（双边谱）（6）B=2(Nfm+△f)（1）（2）通带为96～100kHz；（3）24[例5.3-2]信道双边噪声功率谱密度n0/2=0.5×10-6W/Hz,传输抑制载波单边带(下边带)信号。设基带信号m(t)的频带限制在10kHz，功率是20W。载波频率是1MHz。采用相干解调，接收机在输入信号加至解调器之前先经过一理想带通滤波器。试问：(1)解调器输入端的信噪比是多少？(2)解调器输出端的信噪比是多少？调制制度增益是多少？(3)解调器输出端的信号功率是多少？

(1)Si/Ni=/[4(n0×B)]=20/[4(2×0.5×10-6×10×103](2)G=1，S0/N0=Si/Ni=500(3)S0=/16=20/16=1.25W。或N0=[n0B]/4=1/400，S0/N0=Si/Ni=500，S0=500×(1/400)=1.25W=500第六章数字基带传输系统主要内容：数字基带传输系统概述数字基带信号的波形数字基带信号的功率谱基带传输的常用码型无码间干扰的基带传输特性部分响应系统基带传输系统的抗噪声性能以及眼图时域均衡重点：基带信号的频谱特征常用码型的规则和选择方法奈奎斯特准则的应用时域均衡器27几个基本概念本章与其他通信系统的关系？为什么要研究数字基带系统？数字基带传输系统的简化数学模型是什么?

本章研究的主要问题是什么?6.1数字基带传输系统概述28几个基本概念

基带信号：原始电信号。特点：没有经过正弦载波调制,频带在零频0~最高截至频率fH之间。往往包含丰富的低频分量，甚至直流分量。fH——最高截止频率带宽：B=fH（Hz）29例如：话音信号：30LabView程序前面板计算机开机声音信号31Chirp信号波形及频谱32正弦信号波形及频谱33方波波形及频谱34数字基带信号：二进制（或多进制）的脉冲序列（码流或比特流）特点：没有经过正弦载波调制,频带在零频0~最高截至频率fH之间。往往包含丰富的低频分量，甚至直流分量。例如：计算机输出的二进制序列电传机输出的代码

PCM码组，ΔM序列数字基带传输：是在具有低通特性的有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，直接传输基带信号。--本章的主要研究内容

数字频带（或带通）传输：是将数字基带信号经过正弦载波调制，把频谱搬移到高频处在带通型信道（如各种无线信道和光信道）中传输。--本课第7、8章的主要研究内容--本章6.2的主要内容35依据此分类方法：与数字通信系统对应的是？与基带通信系统对应的是？模拟通信系统频带通信系统本章与其他通信系统的关系通信系统一般按在信道中传输的信号的特点来分类模拟通信系统与数字通信系统区别的核心：在于基带信号的幅值是否连续：若基带信号幅值连续，是模拟信号，该系统就是模拟系统；若基带信号幅值离散，是数字信号，该系统就是数字系统。基带通信系统与频带通信系统区别的核心：在于是否将基带信号经过正弦载波调制：若基带信号没有经过正弦载波调制，在信道中直接传输，就是基带通信系统。若基带信号经过正弦载波调制，把频谱搬移到高载波处，在带通型信道中的传输，在信道中传输的是频带信号，就是频带通信系统，也称为调制或载波传输。36

例如：1000Hz的正弦波时域波形f(t)功率谱PDF调制--将信号乘以正弦载波，将信号频谱搬移到高频处3738例题6-1：区分基带系统与频带通信系统模拟通信系统与数字通信系统1）AM、DSB、SSB、VSB、PM、FM；2）升余弦系统函数的系统、部分响应系统；3）ASK、FSK、PSK、DPSK、MSK;4)PAM、PCM、DPCM、ADPCM等。39调制--将信号乘以载波，将信号频谱搬移到高频处频分复用（FDM）：(frequencydivisionmultiply)就是以频段分割的方法在一个信道内实现多路通信的传输体制。基带信号：频带信号：（已调调制）：以频分复用为例：40数字基带传输系统属于数字系统、基带系统，信道中传输的是数字基带信号基带信号是数字信号，信号含丰富的低频分量，甚至直流分量没有经过正弦载波调制，在信道中直接传输，如在某些具有低通特性的有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下。研究基带传输系统的原因在利用对称电缆构成的近程数据通信系统广泛采用了这种传输方式；因为基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题，是频带传输系统研究的基础；任何一个采用线性调制的频带传输系统可等效为基带传输系统来研究。41信道信号形成器：把传输码变换成适宜于信道传输的基带信号波形。信道：信道的传输特性一般不满足无失真传输条件，因此会引起传输波形的失真。另外信道还会引入噪声n(t)，并假设它是均值为零的高斯白噪声。接收滤波器：它用来接收信号，滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。同步提取：用同步提取电路从接收信号中提取定时脉冲。抽样判决器：对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。数字基带传输系统的简化数学模型是什么?基带传输系统模型42基带传输系统模型

数字基带通信系统中两个变换：消息（离散的或连续的）与数字信号间的变换。--信源编码—模拟信号的数字传输—第9章主要研究内容本章默认的输入是已经经过信源编码的数字信号。数字基带信号与信道信号间的变换----在信道信号形成器中完成。数字基带传输系统的简化数学模型是什么?43数字基带信号信道接收滤波器抽样判决器同步提取

干扰数字基带信号波形变换器发送滤波器均衡器信道信号形成器发送滤波器接收滤波器把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变换主要是通过码型变换、波形变换和发送滤波器来实现的。信道是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道，如市话电缆、架空明线等。数字基带信号信道接收滤波器抽样判决器同步提取

干扰数字基带信号波形变换器发送滤波器均衡器信道信号形成器数字基带信号信道接收滤波器抽样判决器同步提取

干扰数字基带信号波形变换器发送滤波器均衡器信道信号形成器数字基带信号信道接收滤波器抽样判决器同步提取

干扰数字基带信号波形变换器发送滤波器均衡器信道信号形成器数字基带信号信道