92数字通信原理第4章-模拟调制系统

1第四章模拟调制系统„调制的定义和分类„幅度调制的原理及抗噪声性能„角度调制的原理及抗噪声性能„各种模拟调制系统的比较„频分复用(FDM)21调制的定义和分类(1)„调制„目的：将原始电信号变换成频带适合信道传输的信号„方式：按调制信号的变化规律去改变载波的某些参数„作用：„频谱搬移„影响系统的传输有效性和可靠性„调制信号：原始基带信号„载波：携带调制信号的信号„正弦波调制：正弦型信号作为载波„脉冲调制：脉冲串作为载波„模拟调制：调制信号取值连续„数字调制：调制信号取值离散正弦波模拟调制正弦波数字调制脉冲模拟调制脉冲数字调制31调制的定义和分类(2)„正弦波模拟调制„调制信号：模拟信号：„载波：连续正弦波：()mt()()0coscstAtωϕ=+()()()cosmcstAtttωϕ⎡⎤=+⎣⎦„已调信号()()::Attϕ已调信号的瞬时幅度已调信号的瞬时相位()()Atmt幅度调制：随成比例变化■()()tmtϕ相位调制：随成比例变化■()()dtmtdtϕ频率调制：随成比例变化■~线性调制角度调制/非线性调制42.1幅度调制的原理(1)„幅度调制：正弦型载波的幅度随调制信号作线性变化的过程()()()0cosmcstAmttωϕ=+，()0,,cmtAωϕ基带调制信号常数()()()002jjmccASMeMeϕϕωωωωω−⎡⎤=++−⎣⎦()()2ccAMMωωωω⎡⎤++−⎣⎦已调信号的频谱是调制信号频谱的线性搬移。已调信号的频谱是调制信号频谱的线性搬移。线性调制线性调制00ϕ=„时域„频域()()()mtMω↔假定52.1幅度调制的原理(2)„幅度调制器的一般模型×()cosctω()ht()mt()mst()()htHω↔()()()()cosmcstmtthtω⎡⎤=∗⎣⎦()()()()12mccSMMHωωωωωω⎡⎤=++−⎣⎦()()mtht,不同双边带调幅(DSB)标准调幅(AM)单边带调幅(SSB)残留边带调幅(VSB)62.1幅度调制的原理(3)„双边带(DSB)信号():mt无直流分量():ht理想带通滤波器()()()cosDSBcstmttω=()()()12DSBccSMMωωωωω⎡⎤=++−⎣⎦72.1幅度调制的原理(4)„已调信号的包络与m(t)不同„反相点：当载波与m(t)同时改变极性时出现(不影响性能)提取提取包络包络tsm(t)T反相点反相点()()()cossincmttstAtω=Ω=例.4cω=Ω反相点反相点A−A()Amt()()cosmcstAmttω=2Tπ=Ω82.1幅度调制的原理(5)„DSB信号的频谱特点cω±无载波分量，信号频谱搬移至处.■22.HHωω→已调信号带宽扩展为调制信号带宽的倍：■双边带频谱■,,ccHcHcωωωωωωωω∈+∈−−−⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦上边带或.■,,cHcccHωωωωωωωω∈−∈−−+⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦下边带或.■„上下边带分别包含调制信号的全部信息.0()Mωω2AHω−Hω0()mSωωAcHωω+cωcHωω−cHωω−+cω−cHωω−−92.1幅度调制的原理(6)„DSB信号的解调——相干解调×()cosctωLPF()omt()DSBst()mtα()()()()()()coscoscosDSBcccmtsttmtttαωωω==()()()11cos222cmtmttω=+()()()()112224ccMMMMαωωωωωω⎡⎤=+++−⎣⎦()()12omtmt=„载波提取：发端加小功率导频()()()()'coscosDSBcpcstmttAtωω=+102.1幅度调制的原理(7)„调幅(AM)信号()()0'mtmmt=+含直流分量()ht理想带通滤波器()()()0'cosAMcstmmttω⎡⎤=+⎣⎦()()()()()01''2AMccccSmMMωπδωωδωωωωωω⎡⎤⎡⎤=++−+++−⎣⎦⎣⎦()()()0cos'cosccmtmttωω=+载波分量载波分量DSBDSB分量分量()'mt()AMst0m()()where''.mtMω⇔112.1幅度调制的原理(8)„调幅系数()max0'AMmtmβ=1≤()'mt()AMst0m()AMst0m()0max'mmt()0max'mmt包络包络已调信号的包络与调制信号成比例变化.1AMβ若过调制过调制0'()mmt+0'()mmt+122.1幅度调制的原理(9)„AM信号的解调()()()()()()0cos'coscosAMcccmtsttmmtttαωωω⎡⎤==+⎣⎦()()01'1cos22cmmttω⎡⎤⎡⎤=++⎣⎦⎣⎦()()01'2omtmmt⎡⎤=+⎣⎦×()cosctωLPF()omt()AMst()mtα去直流去直流()1'2mt„相干解调()'mt132.1幅度调制的原理(10)包络提取方式：半波整流—低通()()00''0mtmmmt≤⇒+„非相干解调~包络检波+隔直()0'()cosAMcstmmttω=+⎡⎤⎣⎦~~包络包络142.1幅度调制的原理(10)„AM信号的功率()()()0'cosAMcstmmttω⎡⎤=+⎣⎦()()()()2220'cosAMAMcPtstmmttω⎡⎤==+⎣⎦()()201'1cos22cmmttω⎡⎤=++⎣⎦()201'2mmt⎡⎤=+⎣⎦()22011'22mmt=+载波载波功率功率边带边带功率功率152.1幅度调制的原理(11)„单边带(SSB)信号()mt无直流分量()LPF/HPF/BPFht×()cosctω()ht()mt()mstUSBUSBLSBLSB162.1幅度调制的原理(12)()sgncωω−ω0cω1-1()sgncωω+ω0cω−-11-()()()1sgnsgn2LSBccHωωωωω⎡⎤=+−−⎣⎦()()()LSBDSBLSBSSHωωω=⋅()()()()11sgnsgn22ccccMMωωωωωωωω⎡⎤⎡⎤=++−⋅+−−⎣⎦⎣⎦()()()()()()sgnsgnccccccMMMMωωωωωωωωωωωω⎡⎤+++−=+++−⎣⎦Q()()()()()()sgnsgnccccccMMMMωωωωωωωωωωωω⎡⎤−−++−=+−−−⎣⎦()()()()()()()141sgnsgn4LSBccccccSMMMMωωωωωωωωωωωωω⎡⎤∴=++−⎣⎦⎡⎤+++−−−⎣⎦()1cos2cmttω()1ˆsin2cmttω172.1幅度调制的原理(13)()()()11ˆcossin22LSBccstmttmttωω=+()()()11ˆcossin22USBccstmttmttωω=−„SSB信号的产生„滤波法：频域„相移法：时域„SSB信号的解调——相干解调()()()cosSSBcmtsttαω=()()()111ˆcos2sin2444ccmtmttmttωω=+m()()14omtmt=×()cosctωLPF()omt()SSBst()mtα×cosctω2π−2π−×sinctω∑()SSBst+/-+()mt()ˆmt182.1幅度调制的原理(14)„残留边带(VSB)信号()mt无直流分量()ht残留边带滤波器×cosctω()ht()mt()VSBst()VSBHω()()()cosVSBcstmtthtω⎡⎤=∗⎣⎦()()()()12VSBccSMMHωωωωωω⎡⎤=−++⎣⎦×()cosctωLPF()omt()VSBst()mtα()()cosVSBcmtsttαω=()()()12VSBcVSBcMSSαωωωωω⎡⎤=−++⎣⎦()()()()()()()112244ccccMMMHMMHαωωωωωωωωωωω⎡⎤⎡⎤=−+−++++⎣⎦⎣⎦LPFLPF()()()()14occMMHHωωωωωω⎡⎤=++−⎣⎦()(),ccHHcωωωω++−=Hωω192.1幅度调制的原理(15)()(),ccHHHcωωωωωω++−=()cHωω的截止特性在载频左右具有互补对称特性。HωHω−202.1幅度调制的原理(16)„随机调制信号的功率谱密度特性()()()MMMtRPτω↔假设消息随机过程是一均值为零，自相关函数为的广义平稳随机过程.()()()cosDSBcstMttω=()()()14DSBsMcMcPPPωωωωω⎡⎤=++−⎣⎦()()()cosAMcstAMttω⎡⎤=+⎣⎦()()()()()2214AMsccMcMcPAAPPωδωωδωωωωωω⎡=++−⎣⎤+++−⎦212.2线性调制系统的抗噪声性能(1)„性能分析模型()ntBPF()mst+解调器()mst()int()omt()ont()()()cossiniccscntnttnttωω=−■()()coscVtttωθ⎡⎤=+⎣⎦222,icsnnnσσσ==()()()222..icsientntnt==()20iiNntNB==(B~BPF带宽/已调信号带宽)„输入信噪比：()()22miiistSNnt=„输出信噪比：()()22oooomtSNnt=„调制制度增益：ooiiSNGSN=222.2线性调制系统的抗噪声性能(2)„DSB调制系统的性能()()cosDSBcstmttω=■()()2212iDSBSstmt==002iNNBNW==02iiiSSNNW=()()()1cos2oDSBcLPFmtsttmtω==相干解调：■()()2214ooSmtmt==()()cosoicLPFntnttω=()()cossincosccsccLPFnttntttωωω⎡⎤=−⎣⎦()12cnt=()()()2220111442oociNntntntNW====()202oomtSNNW=2G=■()204mtNW=0iSNW=(W~调制信号带宽；B=2W)232.2线性调制系统的抗噪声性能(3)„SSB调制系统的性能()()()11ˆcossin22USBccstmttmttωω=−■()()(){}2221ˆcossin4iUSBccSstmttmttωω⎡⎤⎡⎤==+⎣⎦⎣⎦00iNNBNW==0iiiSSNNW=()()()11ˆcossincos22occcLPFmtmttmtttωωω⎡⎤=−⎢⎥⎣⎦■()()22116ooSmtmt==()()()cossincosoccsccLPFntnttntttωωω⎡⎤=−⎣⎦()12cnt=()201144ocNntNW==()204oomtSNNW=1G=■()204mtNW=0iSNW=(B=W)()214mt=()()22111ˆ422mtmt⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦()14mt=242.2线性调制系统的抗噪声性能(4)ƒ比较DSB-SC与SSB-SC系统的抗噪声性能ooooSSBDSBSSNN⎛⎞⎛⎞=⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠0iSNW=2DSBG=■1SSBG=■ƒ若解调器输入端DSB与SSB信号的平均功率Si相同，且输入噪声双边功率谱密度N0/2相同，则有252.2线性调制系统的抗噪声性能(5)„AM系统的性能()()cos,AMcstAmttω⎡⎤=+⎣⎦()()()cossiniccscntnttnttωω=−()2222imtAS=+002iNNBNW==()()()()()coscossinAMicccscstntAmttnttnttωωω⎡⎤+=++−⎣⎦()()()cossinccscAmtnttnttωω⎡⎤=++−⎣⎦()()coscEtttωψ⎡⎤=+⎣⎦()()()()22csEtAmtntnt⎡⎤=+++⎣⎦()()()()scnttarctgAmtntψ=++()2202iiAmtSNNB+=()maxAmt≥~包络检波器输出262.2线性调制系统的抗噪声性能(6)„大信噪比情况:()(),iAmtnt+()cnt(),snt()()()()22csEtAmtntnt⎡⎤=+++⎣⎦()()