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1信号的发射与接收(以模拟信号为例)通信系统的组成框图23引言基带信号:频谱限于f=0(直流)附近的低通型信号为基带信号。模拟基带信号:模拟的基带信号频带信号:频谱限于某一频率附近的信号。在频带信道中传输信号,需要通过正弦型载波调制将模拟基带信号变换为频带信号,该频带信号是在中心频率fc附近。()cos(2)cccctAftcA:cf:c:载波幅度载波频率载波初始相位4模拟基带信号m(t)对载波c(t)进行调制:用m(t)的变化规律去控制载波c(t)的幅度,或者频率,或者相位。()cos(2)cccctAftcA:cf:c:载波幅度载波频率载波初始相位幅度调制(AM)频率调制(FM)相位调制(PM)调制信号5调制的实质是频谱搬移,其作用和目的是:1、将调制信号(基带信号)转换成适合于信道传输的已调信号(频带信号);2、实现信道的多路复用,提高信道利用率;3、通过不同的调制方式兼顾通信的有效性和可靠性,实现传输带宽与信噪比之间的互换。6幅度调制(线性调制)幅度调制中,正弦载波的幅度是随模拟信号m(t)的变化规律成正比变化。对应有四种幅度调制方法:(1)双边带抑制载波调幅(DSB-SC)(4)残留边带调制(VSB)(2)具有离散大载波的双边带调幅(AM)(3)单边带调幅(SSB)7幅度调制的一般原理h(t)m(t)s(t)×()cos()cccctAth(t)不同,对应不同的幅度调制方式8双边带抑制载波调幅(DSB-SC)1、双边带抑制载波调幅信号的产生h(t)m(t)s(t)×()cos()cccctAt()()cos()()()cos()ccccccstmtAthtmtAt带通滤波器带通滤波器确保已调信号完全通过9cos0tOttOm(t)sDSB(t)OtO-ccM()OH-HSDSB()O-cc载波反相点2H10附1傅立叶变换)(d)()(jtfFtetfFtFFeFtft1jd21)(j2()()d()ftFfftetFftj21()dftftFfefFFf11能量谱密度(f(t):实能量信号;傅立叶变换存在)附2能量谱密度与功率谱密度2221()()(2)2fEftdtFdFfdf双边能量谱密度单边能量谱密度:22(),2(2)EFEfFf2(),0()00EG能量守恒12f(t)的功率22211lim()()(2)2TfTTPftdtPdPfdfT双边功率谱密度:单边功率谱密度()(2)PPf或2(),0()00PB132、双边带抑制载波调幅信号的频谱特性()()()()2()()2ccccccASMMHAMM()()cos()()()cos()ccccccstmtAthtmtAt为简便起见,只考虑m(t)是确定信号的情况确定信号的频谱:付氏频谱随机信号的频谱:功率谱14cos0tOttOm(t)sDSB(t)OtO-ccM()OH-HSDSB()O-cc载波反相点2H15M()HHccS()002cA经幅度调制后,基带信号的频谱被搬移到载频处。若模拟基带信号的带宽为W,则已调信号的带宽为2W。结论:传输此已调信号s(t)的信道带宽为2W。16M()-HH-ccS()002cA无论S(f)的上边带或下边带均与M(f)的所有频率分量相对应说明1:上、下边带携带相同的消息,所以称此调幅信号为双边带信号。说明2:该调幅信号的频谱中不包含离散的载频分量,所以称其为双边带抑制载波调幅信号。上边带上边带下边带下边带1722()()[()()]4jfsscMcMcPfRedAPffPff模拟基带信号M(t)的功率谱密度DSB-SBAM信号的功率谱:():MPf调幅信号的功率谱是模拟基带信号功率谱线性搬移的结果——线性调制18DSB-SC的相干解调框图LPFr(t)yo(t)×cos(2)cft载波提取电路19双边带抑制载波调幅信号的相干解调()()()cos()cccrtstmtAtLPF的输出!yo(t)相干解调:利用恢复载波cos(2)cft()cos(2)()cos(2)cos(2)()cos()()cos(4)22ccccccccccrtftmtAftftAAmtmtft20载波提取发端加一离散载频分量(导频)收端用平方环法或COSTAS环法从接收信号中提取载波加导频的缺点:在发端要分配一部分功率给导频。21具有离散大载波的双边带调幅(AM)()()()1()()2ccccccSAAMM()[1()]cos2ccstAmtftmax()1mt()()()max()()max()nnmtmtamtamtmtmt调制指数调幅系数双边带抑制载波调幅信号频谱+离散大载波分量m(t)的归一化表示式22m(t)OtA0+m(t)OtOOttcosctsAM(t)1M()A0-HH-ccA0SAM()0210max()1mt2AMHBf00()()cos,()1()cosAMcAMcstAmttstAmtt23AM波信号功率=携带消息的已调信号功率+载波功率22(0)21(0)2cMcMARAR2()()()()()4csMcMcccAPfPffPffffff调制效率:携带消息的已调信号功率与已调信号总功率之比24简单、经济1、包络检波:半波整流、低通滤波器、隔直流2、相干解调!AM信号的解调:25①需采用相干解调(同步检波),不能采用简单的包络检波。②在调制信号m(t)的过零点处,载波相位有180°的突变。③DSB信号功率利用率高,但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍,与AM信号带宽相同。DSB信号的特点(与AM信号相比):26单边带调幅(SSB)单边带信号的产生方法:滤波法和相移法。h(t)m(t)s(t)×()2cos2ccctAft1、用滤波法形成单边带信号27图4–5形成SSB信号的滤波特性H()10-ccH()0-cc1(a)(b)28图4-6SSB信号的频谱M()-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29滤波法的技术难点:单边带滤波器要求在fc附近具有陡峭的截止特性,才能有效地抑制无用的一个边带。在工程中往往采用多级调制滤波的方法。30上、下边带信号的时域表达式()()cos2()sin2ccccstAmtftAmtft上()()cos2()sin2ccccstAmtftAmtft下()()cos2()sin2ccccstAmtftAmtftSSB312、用相移法产生单边带信号希尔伯特滤波器2-∑m(t)sSSB(t)m(t)cos2ccAft+sin2ccAft()()cos2()sin2ccccstAmtftAmtftSSB32单边带信号的解调方法1、相干解调:相位差要尽量小!LPFr(t)yo(t)×cos(2)cft载波提取电路11()()cos()sin22ccytAmtAmto发端加导频分量332、非相干解调:()cos2[()cos2()sin2]ccccstAftAmtftmtft借用AM的非相干解调思路发端增加离散大载波,包络检波1cA1222()()cos2()sin2()()()cos2()()cos2()ccccstAmtftmtftmtAmtmtftarctgAmtatftt34(),()AmtAmt如果有1122222222()2()()()()()1mtmtmtatAmtmtAAAA122()()()11()mtmtatAAAmtAA35残留边带调幅(VSBAM)残留边带调制是界于SSB与DSB之间的一种调制方式,它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点,又解决了SSB信号实现上的难题。在VSB中,不是完全抑制一个边带,而是逐渐切割,使其残留一小部分,如图所示:36DSB、SSB和VSB信号的频谱M()-2B2BODSB()-ccO(a)(b)SSB()O-cc-ccVSB()O(c)(d)下边带残留37VSBAM信号的调制与解调框图LPFsVSB(t)(b)cos2cft()yt()oytfWHVSB()m(t)sVSB(t)(a)cos2ccAft38()[()()]()2cVSBccVSBASfMffMffHf1()[()()]2[(2)()]()[(2)()]()44VSBcVSBcccccccYfSffSffAAMffMfHffMffMfHff()()cos2()VSBccstAmtftht()()()()4coccAYfMfHffHff()()ccHffHfffW常数39(a)残留部分上边带的滤波器特性cc00.51HVSB()(b)残留部分下边带的滤波器特性HVSB()10.50-cc(a)40-cOcHVSB()(a)HVSB(c)cO(b)cHVSB(+c)O(c)HVSB(c)+HVSB(+c)Occ(d)41VSB的解调方式1、相干解调2、具有离散大载波的VSBAM信号的包络检波42①BVSB=BSSB;②实现容易;③只要HVSB(ω)在±ωc处具有互补对称(奇对称)特性,那么,采用相干解调法解调残留边带信号就能够准确地恢复所需的基带信号。VSB信号的特点:43角度调制幅度调制属于线性调制,它是通过改变载波的幅度,以实现调制信号频谱的平移及线性变换的。因此,我们不仅可以把调制信号的信息寄托在载波的幅度变化中,还可以寄托在载波的频率或相位变化中。一个正弦载波有幅度、频率和相位三个参量载波的频率或相位按调制信号的规律变化而振幅保持恒定的调制方式,称为频率调制(FM)和相位调制(PM)。频率或相位的变化都可以看成是载波角度的变化,故调频和调相又统称为角度调制。44角度调制与线性调制不同,已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移,而是频谱的非线性变换,会产生与频谱搬移不同的新的频率成分,又称为非线性调制。由于频率和相位之间存在微分与积分的关系,故调频与调相之间存在密切的关系,即调频必调相,调相必调频。角度调制的另一特点是它占有较宽的信道带宽,角调信号的带宽是基带信号的许多倍。但是该系统的可靠性好(信噪比高)——应用广泛。45调频及调相信号1()()2idtftdtc()cos()stAt角度调制信号:()2()titfd1、调频及调相信号的表示式()t信号瞬时相位:信号瞬时频率:46带通型的角度调制信号:()cos2()mccstAftt1()()2icdtftfdt()2()ctftt信号瞬时相位信号瞬时频率:m(t):模拟基带信号()()ptKmt调相系统:1()()()2icfdtftfKmtdt调频系统:相移与基带
本文标题:信号的发射与接收.
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