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1、第四章 模拟调制系统,主要内容：模拟调制系统的原理及特点抗噪声性能的分析方法频分复用系统,重点：模拟调制系统的组成框图调制信号的表达式和参数计算信噪比的比较频分复用的概念,目 录,4.1 引 言,基本概念 1、调制信号：基带信号（低频信号）2、载波：单一频率的正弦波（高频信号）3、已调信号：调制以后的信号，调制信号和载波的合成信号 4、解调：调制的逆过程,什么是调制 用调制信号去控制载波信号的某个参数，使参数随调制信号的变化而变化。为什么要调制 将调制信号变换成适合信道传输的已调信号,调制的方法,幅度:AM、DSB、SSB、VSB,角度:FM、PM,模拟,数字,4.2 幅度调制的原理及抗噪性能
2、,4.2.1 幅度调制原理,1、幅度调制是正弦载波的幅度随调制信号作线性变化的过程,设 载波为,调制信号为,则 已调信号为,2、四种调幅信号,1)AM 信号：普通调幅波,2)DSB 信号：双边带信号,3)SSB 信号：单边带信号,4)VSB 信号：残余边带信号,线性调制器的一般模型,1）信号表达式：,形成条件：,其中：是直流分量。是交流分量,2）信号波形：,包络,AM 信号,信道带宽,3）频谱结构,4）解调方法（1）非相干解调：包络检波法（2）相干解调：同步检波法,重要参数：信号带宽,AM 频谱示意图：,从频谱结构上看，SAM(t)的频谱是m(t)的频谱在频域内的线性搬移称之为线性调制,卷积定
3、理,常用运算公式,常用信号频谱,复习,AM 频谱公式：卷积运算,因为,所以,且,调制模型,1）AM 信号：,2）DSB 信号：,4）VSB 信号：,3）SSB 信号：,1)信号表达式,信号波形：,2)DSB 频谱结构,频谱图：,单一频率,复合频率,包络,DSB 信号,4）解调方法：只有相干解调,3）信号带宽：,SSB 信号：只传输一个边带。,SSB 信号表达式,下边带：,上边带：,希尔伯特变换公式：,是 希尔伯特变换,SSB 频谱结构,上边带要求,下边带要求,下边带推导,表达式,注：,VSB 信号,1）频谱结构,解决DSB信号频带宽，SSB信号难于实现的问题,3）解调方法（1）非相干解调：包络
4、检波法（2）相干解调：同步检波法,分析 同步解调 方法,讨论满足要求的,VSB 频谱结构,分析思路：（1）发送端对信号进行调制的目的是为了使接收端完整不失真地还原信号，因而 的作用需和接收机的功能综合考虑。（2）接收端收到的信号是，因而还原信号与接收方法有关。,结论：,同步解调,AM 信号频谱,VSB的滤波器H()在载频c 处具有互补对称的截止特性（不唯一），且相对陡峭。,VSB：同步解调过程：,还原信号：,VSB 信号,=C H,4.2.2 线性调制系统的抗噪性能,基本概念 1)抗噪性能针对接收机而言 接收机收到的信号是有效信号和噪声信号之和 2)所有噪声均为加性高斯白噪声 3)抗噪性能参数
5、为信噪比,1.性能分析模型,接收机,信道,解调器的抗噪声性能用调制制度增益衡量要计算：So，Si，No，Ni,2.噪声描述,AM系统 非相干解调 相干解调DSB系统 相干解调SSB系统 相干解调VSB系统,3.接收系统特性 对同一系统,不同的解调方法其性能会变,接收机框图：,解调器框图：,接收机,信道,分析思路：计算解调器输入端和输出端的信号功率、噪声功率，得到信噪比参数 根据信噪比判断接收机的性能,噪声描述：,（统计平均功率相等）,是高斯白噪声,（双边功率谱）,（输入噪声功率）,输出噪声功率值取决于解调方式,解调器输入噪声：是高斯窄带白噪声，频宽由带通滤波器的带宽决定。,解调器输出噪声：,输
6、出噪声功率,AM非相干解调,设解调器输入端信号功率Si，噪声功率Ni,输入信噪比,解调器输出端,信号功率So:,输出信号与包络检波器输入信号的包络E(t)有关分析E(t)的形成,讨论大信噪比、小信噪比,令,包络,(1)大信噪比情况：条件,E(t)含义：输出信号 输出噪声 直流参数,输出信噪比,信号功率,噪声功率,(2)小信噪比情况：,条件,说明：输出噪声 输出信号 这时输出信号中没有单独的信号项m(t)，而m(t)被cos(t)扰乱成为一个随机噪声，输出信噪比几乎为0。当输入信噪比低于某一门限值时，就会出现这种现象，这种现象称为“门限效应”。,AM 相干解调,解调器输出端,信号功率So,解调器
7、输入信噪比,信号功率,噪声功率,输出信噪比,噪声功率,结论：与大信噪比前提下的包络检波器的性能一样,调制制度增益,DSB 同步检波,解调器输入端,输入信噪比,设信号功率Si，,噪声功率Ni,解调器输出端,噪声功率N0,输出信噪比,信号功率So,调制制度增益G,结论：说明输出信号性能提高一倍，原因是输入噪声中的正交分量被抑制,SSB 同步检波,解调器输入端,P71,输入信噪比,设信号功率Si，,噪声功率Ni,解调器输出端,信号功率,噪声功率,输出信噪比,调制制度增益,结论:1）SSB系统与DSB系统的不同之处是带通滤波器的带宽小一半。2）虽然GDSBGSSB，但从抗噪观点效果出发，两系统的性能一
8、样。,如果，DSB和SSB系统于发送端发出的信号功率相等，则DSB系统在解调器输入端的信噪比是SSB系统的一半，最终两系统的输出信噪比相同。,4.3 非线性调制的原理及抗噪性能,4.3.1 非线性调制的原理 定义:载波的频率或相位的变化与调制信号成正比,称为角度调制。,解调方法：鉴频法,调制方法：直接调频、间接调频,设 载波为,，调制信号为,则 调频波为,1、FM 信号,令,:频偏,2、FM 的频带宽度,FM 的频谱理论值无穷大，但可根据调频指数分为宽带调频和窄带调频。,信号带宽：,时,时,只与信号强度有关，与信号频率无关,与 AM 信号带宽相同,当,调频指数：,kf:比例系数；m，fm：调制
9、信号最高频率；m，fm：已调信号最大频偏,=2(fm+fm),当,FM 解调框图,鉴 频 器,低 通,带通限幅,4.3.2 非线性调制系统的抗噪性能,1、输入端 Si/Ni,输出噪声功率谱密度：,Po()=2n0=(2f)2n0|f|B/2,可采用所谓“预加重”和“去加重”技术来改善解调器输出信噪比。,讨论：,2、输出端,计算,输出信号功率,输出噪声功率,例,门限效应；适用于短距离通信。,4.4 各种模拟系统的比较,在输入条件相同下，即解调器输入端的信噪比相同,Bb:调制信号带宽,复用：若干路相互独立的信号合并成一路复合信号分接：将一路复合信号无失真地分接成若干路独立信号FDM定义：使不同的信
10、号占据不同频率范围的技术,4.5 频分复用（FDM）,特点：FDM是模拟通信中的一种主要复用方式，信道复用率高，复用路数多，分接方便。,46 复合调制和多路调制的概念,4.6.1 复合调制,对同一载波进行两种或两种以上的调制,SSB调制,SSB调制,4.6.2多级调制,对同一调制信号，调制以后再调制,常用的有：SSB/SSB、SSB/FM、FM/FM例：频分多路微波通信系统选用 SSB/FM,学号 思考 习题1,9,17,25,33,8 12,1,8 2,10,18,26,34,7,11 2,93,11,19,27,35,6,10 3,104,12,20,28,36,5,9 4,115,13,21,29,37 4,8 5,136,14,22,30,38 3,7 6,147,15,23,31,39 2,6 7,168,16,24,32,40 1,5 8,17,4章作业,
