现代通信原理(03-1)

1、2021-11-61现代通信原理第三章 幅度调制(1)2021-11-62单元概述单元概述 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。2021-11-63 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

2、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。2021-11-64单元学习提纲单元学习提纲 （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；2021-11-65 （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。2021-11-66第三章 幅度调制载波调制(Carrier Modu

3、lation)： 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.2021-11-672021-11-683.1 3.1 常规双边带调幅( (AM)AM)一. .AM 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; A0 为载波幅度2021-11-692021-11-6102021-11-611为防止过调制现象的出现,必须满足A0+f(t)0, 即,|f(t)|maxA02021-11-612当调制信号为单频余弦时令 f(t)=Amcos(mt+m

4、)则 SAM(t)=A0+ Amcos(mt+m)cos(ct+c) =A01+Amcos(mt+m)cos(ct+c)其中Am=Am/A01，称为调幅指数。2021-11-6132调制信号为确定信号时，已调信号的频谱 SAM(t)=A0+f(t)cos(ct+c) =A0+f(t)ej(ct+c)+ e-j(ct+c) 已知f(t)的频谱为F(),由付里叶变换 FA0=2A0() Ff(t)ejct=F(-C) Ff(t)e-jct=F(+C)2021-11-614由此可得SAM()=(1/2)2A0(-C)+F(- C)ejc+(1/2)2A0(+C)+F(+C)e-jc令c =0，则 S

5、AM()=A0(-C)+(1/2)F(-C) +A0(+C)+(1/2)F(+C)调制前后的频谱如图3-2所示。2021-11-6152021-11-6162021-11-6172021-11-6182021-11-619 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 SAM(t)=A0+f(t)cosct=m(t)C(T) SAM()=(1/2)M()*C() 其中m(t)=A0+f(t) C(T)=cosct 它们的付氏变换分别为 M（）=Fm(t)=2A0()+F() C（）=Fcosct=(-C)+(+C)2021-11

6、-620所以 SAM() =(1/2)(-C)+(+C)*2A0()+F() =A0(-C)+(+C) +(1/2)F(-C)+F(+C)2021-11-6213、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SAM（t）的均方制。当f(t)为确知信号时，SAM（t）的均方值即为其平方的时间平均，即 SAM= ES2AM（t） = EA0+f(t)2cos2ct = EA02cos2ct + Ef2(t)cos2ct+E2A0f(t)cos2ct2021-11-622设调制信号没有直流分量，即Ef(t)=0 此外，cos2ct=1/21+cos2ct Ecos2ct=0所以 SAM=（

7、A02/2）+（f2(t)/2）=Sc+Sf其中Sc=为载波功率，Sf=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AM2021-11-623当调制信号为单频余弦时， Ef2(t)=EAm2cos2(mt) =EAm2+ EAm2cos（2mt) =Am2/2 在临界调制条件下， AM=1 A0=Am AM=（Am2/2）/（Am2+Am2/2）=（1/3）2021-11-624在各种调制信号中，调制效率最高的是幅度为 A0的方波， AM=0.5。 2021-11-625 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

8、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。 2021-11-626二.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2021-11-6272021-11-628 平衡调制器,可以完成乘法器运算，实现平衡调制。2021-11-629 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。2021-11-6302021-11-631五.解调1、相干解调2021-11-6321) 相位差乘法器的输入是：SAM(t)=A0+f(t)cos(ct+c) ； Cd(t)=cos(ct+)乘法器的输出是：Sp(t)=SAM(t)Cd(t) =A0+f(t

9、)cos(ct+c)cos(ct+) =A0+f(t)cos(c-)+cos(2ct+c+)/2用LPF 滤除2c 的分量： Sd(t)=A0+f(t)cos(c-)/2采用相位相干(Phase-coherent)/同步(Synchronous)解调，锁相环技术。2021-11-6332) 频率差本地载波 Cd(t)=cos(ct+ t +c) 输出 Sd(t)=A0+f(t)cost/22.非相干解调包络检波(Envelope Detection)2021-11-6342021-11-635 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

10、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。2021-11-6363.2 3.2 抑制载波抑制载波双边带调幅( (DSB-AMDSB-AM) )一. 时、频域表示时域SDSB(t)=f(t)cos(ct+c)2021-11-6372. 频域2021-11-6381)线性搬移2)USB/LSB3)带宽BDSB=2B=2fm2021-11-639双边带调幅信号的频谱1.调制SDSB(t)=f(t)cos(ct+c)乘法器平衡调制器(Balanced Modulation)2021-11-640例：若非线性器件的输入-输出特性为:y=a1x+a2x2解：由图x1=f(t)+cosct ; x2=-f(t)+coscty1=a1f(t)+cosct +a2f(t)+cosct2y2=a1-f(t)+cosct +a2-f(t)+cosct2 y=y1-y2=