《工学通信原理》PPT课件.ppt

1、2020/9/13,山东大学 曹叶文,1,第三章 模拟信号的发送与接收,3.1 调制简介 3.2 振幅调制(AM),2020/9/13,山东大学 曹叶文,2,引 言 大量的信源都是模拟信源。语音、图像和影像都是模拟信源的例子。尽管总的趋势是模拟信号向着数字传送发展，但是至今为止仍然存在着大量的模拟信号传输，尤其是在音频和视频广播中。 本章将研究通过载波调制的模拟信号传输，而噪声情况下这些系统的性能分析将在第5章讨论。,2020/9/13,山东大学 曹叶文,3,3.1 调 制,调 制 1、 概念 正弦载波信号表示为： 给定一个消息信号 ，它一般是低频信号：,怎样调制？,包含：三个参数,2020/

2、9/13,山东大学 曹叶文,4,3.1 调制简介,调制的结果： 时域：载波 的幅度、频率或相位将是消息信号 的函数。 频域：将消息信号 由低通 信号（低频）变换成带通 信号（高频）。实际上在中心频率 附近。,2020/9/13,山东大学 曹叶文,5,3.1 调制简介,2、 为什么要调制？ ) 匹配信道 低通信号(低频) 带通信号(高频)(如无线，有 线，带限等) ) 信道共享 通过频分复用，可以在同一信道同时传送多个消息 源的信号。 ) 提高系统抗躁性能 通过扩展发送信号带宽（为代价）来增加抗噪声性能。如FM、CDMA系统。,2020/9/13,山东大学 曹叶文,6,3.1 调制简介,3 模拟

3、调制的分类 AM：载波振幅调制 FM：载波频率调制 PM：载波相位调制,本节课的学习重点,2020/9/13,山东大学 曹叶文,7,3.2 振幅调制(AM),振幅调制(AM) 定义：载波的幅度随基带信号的变化而变化。 种类：4种 DSB-SC AM AM SSB VSB,2020/9/13,山东大学 曹叶文,8,3.2 振幅调制(AM),1 、DSB-SC AM A、概念 DSB-SC: Double-Side Band-Suppressed Carrier 称为： 双边带抑制载波AM 简称：双边带信号 通过消息信号m(t)与载波信号c(t)直接相乘而得。如下 图所示。,2020/9/13,山

4、东大学 曹叶文,9,3.2 振幅调制(AM),(A),AM信号表示：,载波：,消息信号：,2020/9/13,山东大学 曹叶文,10,3.2 振幅调制(AM),B. 波形,2020/9/13,山东大学 曹叶文,11,3.2 振幅调制(AM),C. 频谱和带宽 通过对(A)式两边取FT，有,2020/9/13,山东大学 曹叶文,12,a) 带宽 ： b) 无载波频谱分量,频谱示意图：,不失一般性：为作示意图方便, 设,基带信号带宽,2020/9/13,山东大学 曹叶文,13,3.2 振幅调制(AM),D. 功率和功率谱,现：,其中，我们设载波相位 ， 不影响结果的一般性，因为信号的功率是独立于信

5、号的相位的。,回顾：,2020/9/13,山东大学 曹叶文,14,3.2 振幅调制(AM),其中,自相关函数,2020/9/13,山东大学 曹叶文,15,3.2 振幅调制(AM),然而， 时,帕塞瓦尔定理,频谱没有重叠,2020/9/13,山东大学 曹叶文,16,3.2 振幅调制(AM),因此：,其中,功率谱密度,2020/9/13,山东大学 曹叶文,17,3.2 振幅调制(AM),例 5.1设消息信号m(t)是正弦形式 求：DSB-SC AM调制信号, 信号谱，功率谱和功率。 解： ) DSB-SC信号为,2020/9/13,山东大学 曹叶文,18,3.2 振幅调制(AM),信号谱,2020

6、/9/13,山东大学 曹叶文,19,3.2 振幅调制(AM),2020/9/13,山东大学 曹叶文,20,3.2 振幅调制(AM),) 消息信号是 ，可求得其时间平均自相关函数,其中,2020/9/13,山东大学 曹叶文,21,3.2 振幅调制(AM),我们得到：,)功率,或者,2020/9/13,山东大学 曹叶文,22,3.2 振幅调制(AM),E. 相干或同步解调 (coherent or synchronized demodulation) 在没有噪声且信道理想的假设条件下，接收信号等于已调信号，即： (忽略传输时延) E.1 相干解调需要一个本地正弦信号，如图5.5所示,图5.5,LP

7、F： 低通滤波器,2020/9/13,山东大学 曹叶文,23,3.2 振幅调制(AM),对DSB-SC信号：,有：,低通滤波器滤除倍频成分，仅让低频成分通过。 因此，低通滤波器的输出为：,解调过程:,2020/9/13,山东大学 曹叶文,24,3.2 振幅调制(AM),可见：LPF的输出是发送的消息信号m(t) 乘一个因子 。该因子取决于接收信号中的相位与本地生成的正弦波相位之差。 ) 本地载波就是相干载波 ) 有用信号的幅度将减小一个乘积因子 ，特别是 ，则有用信号完全消失。,信号恢复完美,2020/9/13,山东大学 曹叶文,25,问题,实际系统，肯定有传输时延 ，即,此时，本地的相干载波

8、应该是 ？,其中,与载波频率有关,2020/9/13,山东大学 曹叶文,26,3.2 振幅调制(AM),E.2 相干载波的产生 在接收端， 有两种产生相干载波的方法。 A) 使用导频单音 发送端 插入载波，叫导频单音 接收端 提取载波(通过窄带滤波器) B) 通过信号变换(第5章的锁相环(PLL)实现),2020/9/13,山东大学 曹叶文,27,3.2 振幅调制(AM),2、 常规振幅调制 AM （Conventional AM） A) 发送信号 包含一个很大的载波成分 =很大的载波成分+DSB-SC AM信号 B) 典型波形,m(t) ：不含直流 ！,m(t),2020/9/13,山东大学

9、 曹叶文,28,3.2 振幅调制(AM),调制指数 利用调制指数，AM已调信号可表达为,叫做归一化消息信号,2020/9/13,山东大学 曹叶文,29,3.2 振幅调制(AM),C) 频谱和带宽,含频率为 载波成分,a)带宽：,b) 频谱：,容易得到(参考DSB-SC信号的情形),2020/9/13,山东大学 曹叶文,30,3.2 振幅调制(AM),定义：,=0,类似DSB-SC，有：,D) 功率,其中：,2020/9/13,山东大学 曹叶文,31,3.2 振幅调制(AM),则有： 功率的第一个部分是由于载波的存在，而且该分量不包含任何信息。第二个部分是承载信息的分量。注意到第二个分量通常远小

10、于第一个分量 ，且对于具有大动态范围的信号， 。,2020/9/13,山东大学 曹叶文,32,3.2 振幅调制(AM),E) 解调 E.1 相干解调,通过LPF滤波和隔DC，可得,同步下，即有,2020/9/13,山东大学 曹叶文,33,3.2 振幅调制(AM),E.2 包络检测(ED),rectifier,LPF,r(t),y(t),对rectifier （整流）,2020/9/13,山东大学 曹叶文,34,ED的典型实现,3.2 振幅调制(AM),充放电过程示意：,在输入信号的4个正半周期，二极管导通、电容充电直至输入信号的峰值。当输出电压低于电容电压时，二极管截止，输入不能到达输出。在这期间，电容通过电阻R缓慢的放电。这个过程周期性的重复。,2020/9/13,山东大学 曹叶文,35,3.2 振幅调制(AM),ED 解调输出,其中 表示直流分量，m(t)为ED输入信号的包络,在理想的情况下，ED的输出可表示为,对于AM 信号输入，我们得到,通过膈直流，ED最后输出为,2020/9/13,山东大学 曹叶文,36,3.2 振幅调制(AM),ED 解调的优点/缺点,优点：实现简单（不需载波同步）,缺点：存在门限效应（下一章）,问题：DSC-AM信号采用包络解调