通信原理课件(樊昌信)

第四章模拟通信系统信源输出的基带信号：)(tm模拟信号（低通）信道是带通型的高频正弦波：)cos()(0tAtsc起着运载基带信号的作用，故称为载波。载波有幅度、频率和相位三个参量，调制就是基带信号去控制高频载波的某一参量，使高频载波的某一参量随基带信号的变化而变化。用基带信号控制载波的幅度，使幅度随基带信号的变化而变化，称为幅度调制。用基带信号控制载波的频率，使频率随基带信号的变化而变化，称为频率调制。用基带信号控制载波的相位，使相位随基带信号的变化而变化，称为相位调制。Ac0调制的目的：1、为了信号与信道匹配；调制的本质就是把信号的频谱搬移到信道的通频带内，使信号的特性与信道匹配。2、为了频分复用；3、为了频率分配；使通信、电视、广播互不干扰。4、可减小干扰。基带信号也称为调制信号，调制后所得的某参数随基带信号变化的高频信号称为已调信号。)(tSm第一节幅度调制基带信号：高频载波信号：)cos()(0tAtsc)(tm幅度调制就是用基带信号去控制高频载波的振幅，使的振幅随基带信号的变化而变化。（载波的幅度随调制信号作线性变化）)(tm)(ts)(ts载波幅度A载波角频率c载波初始相位0已调信号的时域表达式可以表示为：)cos()()(0ttAmtScm)()(Mtm)cos()()(0ttAmtScm设00)]()([2)()(ccmmMMAStS为已调信号的频域表达式。)(M00)(mScc时域表达式若设，且，幅度调制的数学模型为：1A00乘法器)(th带通滤波器)(tm)(tSmtccos输出的时域表达式为：dttmhtScm)(cos)()()(输出的频域表达式为：)()]()([21)(HMMtSccm)()(Hth这为调制器的一般模型，根据滤波器的不同特性和调制信号的不同频谱成分，可分为四种调制：（1）完全调幅（AM）：滤波器为全通网络，调制信号有直流成分。)(tm（2）抑制载波双边带（DSB）：滤波器为全通网络，调制信号无直流成分。)(tm（3）单边带调制（SSB）：滤波器为截止频率为的高通或低通滤波器。c（4）残留边带调制（VSB）：滤波器为互补特性的滤波器。一、双边带调制信号（DSB/SC）：乘法器)(tm)(tSmtccos时域表达式：ttmtScmcos)()(频域表达式：)]()([21)()(ccmmMMStS是频谱在频率轴上的简单搬移，不改变其频谱结构，已调信号的带宽为调制信号带宽的两倍。mSBBm2二、完全调幅信号（AM）乘法器)(tm)(tSmtccos)()(0tmmtmmax0|)(|tmm时域表达式：ttmtmttmtScccmcos)(coscos)()(0频域表达式：为载波项、为双边带信号项tmccos0ttmccos)()]()([21)]()([)()(0ccccmmMMmStSmSBBm2三、单边带（SSB/SC）信号：乘法器)(thc低通滤波器高或截至频率)(tm)(tSmtccos)(M00)(mScc只传送调幅的一个边带的通信方式就称为单边带通信。mSBBm单边带按所选取边带的不同，可分为上边带调制和下边带调制，单边带数学模型可为：乘法器)(th单边带滤波器)(tm)(tSmtccos下边带时域表达式为：ttmttmtSccmsin)(ˆ21cos)(21)(上边带的时域表达式为：ttmttmtSccmsin)(ˆ21cos)(21)(是的希尔伯特变换：)(ˆtm)(tmdtmtm)(1)(ˆ仍为基带信号对于单频信号，可将基带信号移相，也是一样的结果。2由于dtdtmtmdttmtm)(1)()(ˆ)(dmmdtdttmm)(ˆ)()(1)(和的希尔伯特变换是正交的。)(ˆtm)(tm0)(ˆ)(dttmtm对于幅度调制，由于它的频谱完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移，这种搬移是线性的，并不改变信号的频谱结构，所以，幅度调制也称为线性调制。关于解调，先看一例题。例4.1P86，4-6某调制系统如图所示，为了在输出端同时得到及。试确定接收端的及。)(1tf)(2tf)(2tc)(1tcLPFLPF)(1tf)(2tft0cost0sin)(1tc)(2tc)(1tf)(2tfAttfttf0201sin)(cos)(LPFLPF)(1tf)(2tft0cost0sin)(1tc)(2tc)(1tf)(2tfAA点的信号为：是两个互相正交的双边带信号，采用相干解调，所以：ttc01cos2)(ttc02sin2)(看上支路：tttfttf002021cossin)(2cos)(2tttfttf002021cossin)(2cos)(2ttfttf02012sin)()2cos1)((ttfttftf020112sin)(2cos)()(低通滤波器滤出高频部分，故上支路的输出为：)(1tf同理：ttftttf022001sin)(2cossin)(2)(2cos)(2sin)(20201tfttfttf低通滤波器滤出高频部分，故上支路的输出为：)(2tf例4.2将双边带抑制载波信号(DSB/SC)经平方律检波器，然后用中心频率为的带通滤波器滤波。试证明滤波器输出信号的包络近似正比于消息信号的能量。cf22xBPF)(0ts)(ts)(tSDSB提示：ttmScDSBcos)()2cos1)((21cos)()(222ttmttmtscc经过带通滤波器后，第一项低频被滤出，所以：ttmtsc2cos)(21)(20其包络为，近似正比于消息信号的能量。)(212tm第二节线性调制系统的抗噪声性能已调信号通过信道后到达接收端，在信道中受到噪声干扰，主要为加性噪声，取决于起伏噪声，起伏噪声视为高斯白噪声，考虑线性系统存在加性高斯白噪声时的抗噪声性能。1、模型：信道带通滤波器解调器)(tSm)(tn)(tSm)(tni)(0tm)(0tnttnttntncsccisin)(cos)()(222iscnnnB同时0)]([)]([)]([tnEtnEtnEsci所以)]([)]([)]([222tnEtnEtnEsci若信号是确知的或满足各态历经性，用时间平均值代替)()()(222tntntnsci带通滤波器的带宽为B，那么，解调器输入的噪声也具有带宽B，噪声的平均功率为：)(tniBntnaNinininii02222)(n0还是噪声的单边功率谱密度，就为解调器输入噪声的平均功率。)(2tSSmi输入的信噪比BntStntSNSmimii0222)()()(如果用表示解调器输出的有用信号，用表示输出的噪声信号，解调器输出信号的信噪比为：)(0tm)(0tn)()(202000tntmNS为了描述解调器的抗噪声性能，引入调制制度增益iiNSNSG解调器输入的信噪比解调器输出的信噪比00调制制度增益的物理含义：表示解调器输出信噪比比输入信噪比的改善程度。一般G越大，对信噪比的改善就越好。2、DSB/SC的抗噪声性能：ttmtScmcos)()(LPFtccos同步解调器)(tSm)(tni)(0tm)(0tnttnttntncsccisin)(cos)()(输入的信噪比BntmBnttmBntStntSNScmimii020220222)(21cos)()()()(LPFtccos同步解调器)(tSm)(tni)(0tm)(0tnttmtScmcos)()(先解调有用信号，相乘器的输出为：ttmc2cos)()2cos1(2)(cos)(2ttmttmcc经低通滤波器后：2)()(0tmtm同理，窄带噪声经解调后，输出为：2)()(0tntnc输出的信噪比为：BntmNS0200)()(41]2)([)(22200tmtmtmSBntntntntnNicc022220041)(41)(41]2)([)(mBB2调制制度增益为：BntmNSii02)(212//00iiNSNSG说明双边带信号的解调器使信噪比改善了一倍。3、SSB/SC系统的抗噪声性能：ttmttmtSccmsin)(ˆ21cos)(21)(LPFtccos同步解调器)(tSm)(tni)(0tm)(0tnttnttntncsccisin)(cos)()(mBB输入的信噪比22)sin)(cos)((41)(ttmttmtSSccmiBnNi0ttmtmtmtmc2sin)()(41)(81)(8122)(412tmBntmNSii02)(41解调器输出的噪声信号仍然为：2)()(0tntnc解调有用信号：4)()(0tmtm输出的信噪比为：BntnN020041)()(161)(2200tmtmSBntmNS0200)(41调制制度增益为：1G单边带系统的调制制度增益是双边带调制系统的一半，是不是双边带系统的抗噪声能力比单边带强呢？考察相同的噪声功率谱密度，解调器输入信号的功率也相同的情况：miDSBmiiiBnSNSBnSNSNSNSGDSB00000000)(2////2:miSSBmiiiBnSNSBnSNSNSNSGSSB00000000)(////1:对相同的信道，噪声功率谱密度相同，同样的调制信号，单边带和双边带系统输出的信噪比也相同，两者的抗噪声能力是一样的，但单边带只占有双边带一半的带宽，更节约资源。4、AM系统的抗噪声性能（包络检波法）输入输出DRC大信号二极管检波器ttmtmttmtScccmcos)(coscos)()(0ttnttntncsccisin)(cos)()(mBB2ttmmtScmcos)]([)(0输入信号的功率为：)(2121)(2202tmmtSSmi载波功率2021m边带信号功率)(212tm噪声功率为BnNi0输入的信噪比为：BntmmtntSNSimii022022)(21)()(检波器输入端的信号加噪声的合成包络为：ttnttntmmtntScsccimsin)(cos)]()([)()(0)](cos[)(tttEc所以，合成包络为)()]()([)(220tntntmmtEsc若包络检波器的传输系数为1，检波器的输出就为，对大信噪比的情况：)(tE)()()(0tntmmtEc为直流成分，为有用信号，为输出噪声。0m)(tm)(tnc解调器输出的信号功率为：)(20tmS解调器输出的噪声功率为：BntntnNic0220)()(输出的信噪比为：BntmNS0200)(BntmmtntSNSimii022022)(21)()(对于100%调制，，假设为正弦信号max0|)(|tmm)(tm20221)(mtmtmtm00cos)(调制制度增益为：32G在小信噪比情况下，包络检波器会把有用信号扰乱成噪声，作为随机噪声处理。例：P88,4-13设某信道具有均匀的双边带功率谱密度，在该信道中传输振幅调制信号，并设调制信号的频率限制于，载频是，边带功率是，载波功率，若接收机的输入信号先经过一个理想的带通滤波器，然后再加至包络检波器进行解调。求：（1）解调器输入端的信噪