通信原理第5章(樊昌信第七版)

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,模拟调制系统,通信原理（第,7,版）,第,5,章,樊昌信 曹丽娜 编著,调制简介,定义 目的,分类,线性调制（幅度调制）原理,线性调制系统的抗噪声性能,非线性调制（角度调制）原理,各种模拟调制系统的性能比较,频分复用（,FDM,）,本章内容,:,第,5,章 模拟调制,调制目的,各种调制解调原理,抗噪性能,特点,应用,FDM,调制简介,调制定义,调制,：把,消息信号,搭载到,载波,的某个参数上。,比喻,货物运输：,将,货物,装载到,飞机,/,轮船,的某个仓位上。,载波,：一种高频周期振荡信号，如正弦波。,受调载波称为,已调信号,，含有消息信号特征。,解调,：调制的逆过程，从已调信号中恢复消息信号。,何谓,调制？,进行,频谱搬移,，,匹配信道特性,，,减小天线尺寸,；,实现,多路复用,，,提高信道利用率,；,改善,系统性能,（有效性、可靠性）；,实现,频率分配,看来，调制在通信系统中起着至关重要的作用！,对呀，不同的调制方式，具有不同的特点和性能,!,调制目的,为什么要进行调制？,消息信号基带信号,正弦波,脉冲序列,受调载波,含有,m(t,),信息,调制信号,载波 已调信号,调制分类,运载工具,多种形式,同义词,先认识一下调制过程 所涉及的 三种信号,信源,调制器,发射机,信道,接收机,解调器,信宿,噪声,发送设备,接收设备,基带信号,基带信号,调制信号,已调带通信号,带通信号,模拟通信系统,信道中传输模拟波形的通信系统,7,模拟调制,数字调制,连续波调制,脉冲调制,幅度调制,频率调制,相位调制,按,调制信号,m,(,t,),的类型,分,按,载波信号,c,(,t,),的类型,分,线性调制,非线性调制,按,正弦载波,的受调参量,分,按,已调信号,的频谱结构,分,调制方式分类：,都有哪些,调制方式？,幅度调制,（线 性）,：,AM,、,DSB,SSB,、,VSB,角度调制,（非线性）,：,FM,、,PM,本章研究的,模拟调制,方式：,是以正弦信号 作为载波的,2024/9/22,9,调制系统中讨论的主要问题和主要参数,主要问题：,工作原理（包括调制系统的物理过程，,调制信号、载波信号、已调信号三者的关系）,已调信号的带宽,功率关系,噪声对调制系统性能的影响,主要参数：,发送功率,传输带宽,抗噪声性能,设备的复杂性,一般模型,5.1,幅度调制,(,线性调制,),的原理,边带滤波器,5.1.,1,常规,调幅,(,AM,),AM,表达式,AM,调制器,条件,：,边带项,载波项,AM,波形和频谱,13,AM,信号的,特点,时，,AM,波的包络正比于调制信号,m,(,t,),，,故,可采用包络检波。,AM,的频谱由,载频分量,、,上边带,和,下边带,组成。,AM,传输带宽是调制信号带宽的两倍：,AM,的优势在于接收机简单，广泛用于中短调幅广播,。,AM,信号功率：,AM,信号的缺,点,边带功率,载波功率,AM,功率利用率低！,调制效率,(,功率利用率,),：,-,不含有用信息,，却“浪费”大部分的发射功率。,-,包含有用信息,m,(,t,),， 满调幅时，边带功率最大。,定义,调幅系数,m,（用百分比表示时，又称调幅度）,反映基带信号改变载波幅度的程度：,m,1,过调幅,载波,边带,当然，,AM,正是利用这种“浪费”去换取解调的“便宜”，即包络检波。,当,m,=1,(,满调幅,),时，,AM,调制效率的最大值仅为,1/3,，,可见，,AM,的功率利用率很低,。,高调幅度的重要性！,条件：,如何提高调制效率？,抑制载波！,QA,5.1.,2,双边带调制,(,DSB-SC,),条件：,DSB,表达式,DSB,调制器,double-sideband suppressed carrier,DSB,波形和频谱,DSB,信号的,特点,包络,不再,与,m,(,t,),成正比；当,m,(,t,),改变符号时载波相位反转，故,不能,采用包络检波，需相干解调。,无,载频分量，只有 上、下 边带。,带宽与,AM,的相同：,调制效率,100,，即功率利用率高。,主要用作,SSB,、,VSB,的技术基础，调频立体声中的差信号调制等。,能否只传输,一个边带,？,QA,5.1.,3,单,边带调制,(,SSB,),SSB,信号的产生,(1),滤波法,技术难点之一,原理,：,先形成,DSB,信号，边带滤波即得,上,或,下,边带信号。,要求：,滤波器,H,SSB,(,),在载频处具有陡峭的截止特性。,边带滤波特性,H,SSB,(,),（,2,）,相移法,USB,+,-,-,传递函数,：,是,m,(,t,),的,希尔伯特变换,含义,：,幅度不变，相移,/2,H,h,(),对,m,(,t,),的所有,频率分量精确相移 ,/2,技术难点之二,下边带,上边带,要求,：,SSB,信号的,特点,优点之一是,频带利用率高,。传输带宽为,AM/DSB,的一半：,因此，在频谱拥挤的通信场合获得了广泛应用，尤其在,短波通信,和,多路载波电话,中占有重要的地位。,优点之二是,低功耗,特性，因为,不需传送载波和另一个边带而节省了功率,。,这一点对于移动通信系统尤为重要。,缺点是设备较复杂，存在技术难点,。也,需相干解调。,5.1.,4,残留,边带调制,(,VSB,),介于,SSB,与,DSB,之间的折中方案。,VSB,信号的产生,应该具有怎样,的滤波特性,？,VSB,信号的解调,应该具有怎样,的滤波特性,？,29,相乘,：,LPF,解调输出：,若要无失真恢复,m,(,t,),，,VSB,滤波器的传输函数必须满足：,在,载频,处,具有,互补对称,特性,含义,：,残留边带滤波器的几何解释：,VSB,信号的,特点,仅,比,SSB,所需,带宽有很小的增加，却换来了电路的简单。,应用：商业电视广播中的,电视信号传输,等。,滤波法,5.1.,5,线性,调制,(,幅度调制,),的,一般模型,相移法,在接收端，如何从,已调信号,中恢复出,调制信号,m,(,t,),呢,？,QA,解调的任务,!,5.1.,6,相干解调,与,包络检波,相干解调,适用,：,AM,、,DSB,、,SSB,、,VSB,特点,：无门限效应,要求,：载波同步,36,包络检波,适用,：,AM,信号,优势,：,简单、无需载波同步,要求,：,|,m,(,t,)|,max,小于等于,A,0,37,插入载波包络检波法,适用,：,DSB,、,SSB,或,VSB,等抑制载波的已调信号,原理,：将这些信号插入恢复载波，使之成为或近似,为,AM,信号，然后用包络检波器恢复出,m,(,t,),要求,：,A,d,很大，载波同步,方法,：发端,/,收端插入载波,38,分析模型,5.2,线性调制系统的抗噪声性能,高斯白噪声,已调信号,B,和,f,0,取决于已调信号的频谱,DSB,信号：,B=,2,f,H,f,0,=,f,c,SSB,信号,：,B=,f,H,f,0,=,f,c,f,H,/2,BPF,5.2.,1,模型,与,指标,39,窄带高斯噪声,输出噪声,输出信号,高斯白噪声,已调信号,BPF,解调器,相干解调,包络检波,40,分析模型,解调器,性能指标,制度增益：,输出信噪比：,BPF,相干,低通,同步,解调器框图,41,5.2.,2,DSB-,相干解调,系统的抗噪声性能,相干解调器,S,i,S,o,N,o,N,i,DSB,42,B=,2,f,H,相干解调将,n,i,(,t,),中的,正交分量,抑制掉，,从而使信噪比改善,1,倍,。,原因,正交分量,5.2.2,DSB -,相干解调,系统的抗噪声性能,相干解调器,S,i,S,o,N,o,N,i,5.2.,3,SSB,45,B=,2,f,H,B=,f,H,SSB,DSB,相干解调抑制正交分量,（无论信号还是噪声）,原因,正交分量,能否说：,DSB,系统的抗噪声性能,优于,SSB,系统呢？,在相同的,S,i,，,n,0,，,f,H,条件下,：,B,=,2,f,H,B,=,f,H,DSB,和,SSB,的抗噪声性能相同,。,QA,SSB,和,DSB,抗噪声性能讨论,为什么双边带调制相干解调的信噪比增益比单边带调制的高？,双边带信号,DSB,调制器的信噪比改善了一倍，原因是相干解调把噪声中的,正交分量抑制掉,，从而使噪声功率减半的缘故 。,G,SSB,=1,，,G,DSB,=2,是否说明双边带调制的抗噪声性能比单边带调制的更好？,否,。因为双边带已调信号的平均功率是,单边带的,2,倍,，实际上，双边带和单边的,抗噪性能是相同的,。但双边带信号所需的传输带宽是单边带的倍。,5.2.1,相干解调的抗噪声性能,DSB,和,SSB,两系统发射信号功率均为,S,i,且调制信号的带宽为,B,，输出信噪比是否相同？,【,例,】,对,DSB,和,SSB,分别进行相干解调，接收信号功率为,2,mW,，,噪声,双边,功率谱密度为,210,-9,W/Hz,，,调制信号最高频率为,4kHz,。,(1),比较解调器输入信噪比,(2),比较解调器输出信噪比,相干解调的抗噪声性能,SSB,：,DSB,：,相干解调的抗噪声性能,输入信噪比的比较,:,输出信噪比的比较,:,信噪比增益比较,合成包络,5.2.,4,AM ,包络检波,系统的抗噪声性能,53,（,1,）,大,信噪比时,隔掉,检波输出,：,54,讨论,：,由于,|,m,(,t,)|,max,小于等于,A,0,，所以,G,AM,1,，所以,FM,的抗噪性能优于,AM,，但,FM,信号带宽大于,AM,信号带宽。所以,FM,的抗噪性能优于,AM,，这是以牺牲有效性为代价的。,在相位调制中载波瞬时相位随调制信号,m,(,t,),线性地变化，而在频率调制中载波瞬时相位随调制信号的积分线性地变化。,已调信号的带宽实际上大部分的功率集中在以载频为中心的有限带宽内,调制信号有许多频率分量时，卡森公式中,f,m,的应是调制信号的最高频率分量的频率。,角度调制信号的振幅是恒定的。所以角度调制信号在经过随参信道传输后，虽然信号振幅会因多径衰落和噪声的叠加而发生起伏，但是因为角度调制信号的振幅并不包含调制信号的信息，所以不会因信号振幅的改变而使信息受到损失。角度调制信号的抗干扰能力较强。,