现代通信原理031课件

单击此处编辑母版标题样式,2020-09-22,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,现代通信原理,第三章 幅度调制(1),2024/11/16,1,现代通信原理第三章 幅度调制(1)2023/9/291,单元概述,常规双边带幅度调制（AM）中，已调正弦波的幅度与输入信号成正比，不发生过载时，用包络检波即可恢复原始输入信号。已调信号频谱具有载频分量和上下对称的两个边带。,为了节省功率，可将载波抑制，即演变为抑制载波双边带调幅（DSB-SC）。其已调信号频谱中载波分量已消失，只具有两个边带，简单的包络检波已不能恢复原始信号。,2024/11/16,2,单元概述 常规双边带幅度调制（AM）中，已调,单边带调制（SSB）中只传输双边带调幅信号中的一个边带，因而频道利用率提高一倍。必须采用相干解调才能恢复信号。,残留边带调制（VSB）从频域上来看是介于DSB-SC与SSB之间的一种调制方式，它保留了一个边带和另一边带的一部分。,2024/11/16,3,单边带调制（SSB）中只传输双边带调幅信号,单元学习提纲,（1）输入为单频信号时，上述调制方式的时域和频域表达式以及它们的调制方法；,（2）包络检波和相干解调原理；,（3）单边带信号的相移法产生；,（4）残留边带信号滤波法形成及互补特性；,（5）线性调制的调制和解调的一般模型；,2024/11/16,4,单元学习提纲 （1）输入为单频信号时，上述调制,（6）加性白色高斯噪声（AWGN）信道中，线性调制系统采用相干解调时的抗噪声性能；,（7）定性地了解常规调幅包络检波在低信噪比时出现的门限效应；,模拟调制在广播、电视中的应用。,2024/11/16,5,（6）加性白色高斯噪声（AWGN）信道,第三章 幅度调制,载波调制(,Carrier Modulation,)：,将载波变换为一个载有信息的已调信号.,解调(,De-Modulation,)：,接收端从已调信号中恢复基带信号.,2024/11/16,6,第三章 幅度调制载波调制(Carrier Modulatio,2024/11/16,7,2023/9/297,3.1,常规双边带调幅,(AM),一,.AM,的时域表示,幅度调制用基带信号f(t)去迫使高频载波的瞬时幅度随f(t)的变化而变化.,其中,c,为载波,角频率,;,c,为载波,起始相位,;,A,0,为载波,幅度,2024/11/16,8,3.1 常规双边带调幅(AM)一.AM 的时域表示其中c,2024/11/16,9,2023/9/299,2024/11/16,10,2023/9/2910,为防止过调制现象的出现,必须满足A,0,+f(t)0,即,|f(t)|maxA0,2024/11/16,11,为防止过调制现象的出现,必须满足A0+f(t)0,2023,当调制信号为,单频余弦,时,令 f(t)=A,m,cos(,m,t+,m,),则 S,AM,(t)=A,0,+A,m,cos(,m,t+,m,)cos(,c,t+,c,),=A,0,1+,Am,cos(,m,t+,m,)cos(,c,t+,c,),其中,Am=,A,m,/A,0,1，称为,调幅指数,。,2024/11/16,12,当调制信号为单频余弦时2023/9/2912,2调制信号为,确定信号,时，已调信号的频谱,S,AM,(t)=A,0,+f(t)cos(,c,t+,c,),=A,0,+f(t)e,j(,ct+,c),+e-,j(,ct+,c),已知,f(t),的频谱为,F(,),由付里叶变换,FA,0,=2A,0,(,),Ff(t)e,j,ct,=F(,-,C,),Ff(t)e,-j,ct,=F(,+,C,),2024/11/16,13,2调制信号为确定信号时，已调信号的频谱2023/9/291,由此可得S,AM,(,)=(1/2)2,A,0,(,-,C,)+F(,-,C,)e,j,c,+(1/2),2,A0,(,+,C,)+F(,+,C,)e,-j,c,令,c,=0，则,S,AM,(,)=,A,0,(,-,C,)+(1/2)F(,-,C,),+,A,0,(,+,C,)+(1/2)F(,+,C,),调制前后的频谱如图3-2所示。,2024/11/16,14,由此可得SAM()=(1/2)2A0(-C)+F,2024/11/16,15,2023/9/2915,2024/11/16,16,2023/9/2916,2024/11/16,17,2023/9/2917,2024/11/16,18,2023/9/2918,我们也可以用频域卷积来分析，得到与上式相同的结果。,由付氏变换理论可知，时域相乘对应于频域卷积。因此，若,c,则有,S,AM,(t)=A,0,+f(t)cos,c,t=m(t)C(T),S,AM,(,)=(1/2,),M(,)*C(,),其中m(t)=A,0,+f(t),C(T)=cos,c,t,它们的付氏变换分别为,M,（,）,=,F,m(t)=2,A,0,(,)+F(,),C,（,）,=,F,cos,c,t=,(,-,C,)+,(,+,C,),2024/11/16,19,我们也可以用频域卷积来分析，得到与上式相同的结果。202,所以,S,AM,(,),=(1/2),(,-,C,)+,(,+,C,)*2,A,0,(,)+F(,),=,A,0,(,-,C,)+,(,+,C,),+(1/2)F(,-,C,)+F(,+,C,),2024/11/16,20,所以2023/9/2920,3、功率分配,常规双边带调幅信号在1,电阻上的平均功率应等于S,AM,（t）的均方制。当f(t)为,确知信号,时，S,AM,（t）的均方值即为其平方的时间平均，即,S,AM,=ES,2,AM,（,t,）,=EA,0,+f(t),2,cos,2,c,t,=EA,0,2,cos,2,c,t,+Ef,2,(t)cos,2,c,t+E2A,0,f(t)cos,2,c,t,2024/11/16,21,3、功率分配2023/9/2921,设调制信号没有直流分量，即Ef(t)=0,此外，,cos,2,c,t=1/21+cos2,c,t,Ecos2,c,t=0,所以,S,AM,=（A,0,2,/2）+（f,2,(t)/2）=S,c,+S,f,其中,S,c,=,为载波功率，,S,f,=,为边带功率。,边带功率部分为,有效功率,，所以定义,调制效率,为,AM,2024/11/16,22,设调制信号没有直流分量，即Ef(t)=02023/9/2,当调制信号为,单频余弦,时，,Ef,2,(t)=EA,m,2,cos,2,(,m,t),=EA,m,2,+EA,m,2,cos（2,m,t),=A,m,2,/2,在,临界调制,条件下，,AM,=1 A,0,=A,m,AM,=,（,A,m,2,/2,）,/,（,A,m,2,+A,m,2,/2,）,=（1/3）,2024/11/16,23,当调制信号为单频余弦时，2023/9/2923,在各种调制信号中，调制,效率最高,的是,幅度为,A,0,的方波，,AM,=0.5。,2024/11/16,24,在各种调制信号中，调制效率最高的是幅度为 2,4、调制信号为随机信号时已调信号的功率谱密度,一般情况下，调制信号是随机信号，所以要讨论随机信号的情况。,通信中，调制信号通常是,平稳随机,过程。其,功率谱密度,与,自相关函数,之间是一对付氏变换关系。,2024/11/16,25,4、调制信号为随机信号时已调信号的功率谱密度2023/9/,二.常规双边带调幅的调制过程,1.幅度调制的基本模型,2.调制方式,2024/11/16,26,二.常规双边带调幅的调制过程1.幅度调制的基本模型2.调制,2024/11/16,27,2023/9/2927,平衡调制器,可以完成乘法器运算，实现平衡调制。,2024/11/16,28,平衡调制器,可以完成乘法器运算，实现平衡调制。202,环行调制器也可以完成乘法运算，,实现抑制载波的双边带调幅。,2024/11/16,29,环行调制器也可以完成乘法运算，2023/9/,2024/11/16,30,2023/9/2930,五.解调,1、相干解调,2024/11/16,31,五.解调2023/9/2931,1)相位差,乘法器的输入是：S,AM,(t)=A,0,+f(t)cos(,c,t+,c,)；,C,d,(t)=cos(,c,t+),乘法器的输出是：S,p,(t)=S,AM,(t)C,d,(t),=A,0,+f(t)cos(,c,t+,c,)cos(,c,t+),=A,0,+f(t)cos(,c,-)+cos(2,c,t+,c,+)/2,用LPF 滤除2,c,的分量：,S,d,(t)=A,0,+f(t)cos(,c,-)/2,采用相位相干(Phase-coherent)/同步(Synchronous),解调，锁相环技术。,2024/11/16,32,1)相位差采用相位相干(Phase-coherent)/同,2)频率差,本地载波 C,d,(t)=cos(,c,t+t+,c,),输出 S,d,(t)=A,0,+f(t)cost/2,2.非相干解调包络检波(Envelope Detection),2024/11/16,33,2)频率差2.非相干解调包络检波(Envelope De,2024/11/16,34,2023/9/2934,常规双边带调幅信号的频谱中，存在着,载波,分量,，这一部分载波不传递任何信息，传输效率,低，能量耗费大，并干扰其它信道的信号，通常,只在对线性要求较高的模拟通信中使用。,为了提高效率，较少干扰，引出了,抑制载波,双边带调幅。,2024/11/16,35,常规双边带调幅信号的频谱中，存在着载波202,3.2 抑制载波,双边带调幅,(DSB-AM),一.时、频域表示,时域S,DSB,(t)=f(t)cos(,c,t+,c,),2024/11/16,36,3.2 抑制载波双边带调幅(DSB-AM)一.时、频域表,2.频域,2024/11/16,37,2.频域2023/9/2937,1)线性搬移,2)USB/LSB,3)带宽,B,DSB,=2B=2f,m,2024/11/16,38,1)线性搬移2023/9/2938,双边带调幅信号的频谱,1.调制,S,DSB,(t)=f(t)cos(,c,t+c),乘法器平衡调制器(,Balanced Modulation,),2024/11/16,39,双边带调幅信号的频谱2023/9/2939,例：若非线性器件的输入-输出特性为:y=a,1,x+a,2,x,2,解：由图x,1,=f(t)+cos,c,t;x,2,=-f(t)+cos,c,t,y,1,=a,1,f(t)+cos,c,t+a,2,f(t)+cos,c,t,2,y,2,=a,1,-f(t)+cos,c,t+a,2,-f(t)+cos,c,t,2,y=y,1,-y,2,=2a,1,f(t)+4a,2,f(t)cos,c,t,2024/11/16,40,例：若非线性器件的输入-输出特性为:y=a1x+a2x2解：,经过BPF，得到第二项,4a,2,f(t)cos,c,t,为输出,2.解调相干解调：,S,d,(t)=f(t)cos(,c,-)/2,2024/11/16,41,经过BPF，得到第二项4a2f(t)cosct为输出2.,传输双边带调幅信号，所需的带,宽是原调制信号的两倍。常规调幅和,抑制载波调幅具有相同的带宽。,在带宽资源紧张的情况下，采用,单边带调幅,。,2024/11/16,42,传输双边带调幅信号，所需的带2023/9/,绿叶底下防虫害，平静之中防隐患。,11月-24,11月-24,Saturday,November 16,2024,脆弱的生命需要安全的呵护。,03:45:21,03:45:21,03:45,11/16/2024 3:45:21 AM,安全来于警惕，事故出于麻痹。,11月-24,03:45:21,03:45,Nov-2