电子科大通信原理第3章 模拟传输复习

1、2021-12-231/39通信原理第第3 3章章 模拟传输模拟传输2/392021-12-231.1.掌握掌握 AMAM、DSB-SCDSB-SC、SSBSSB调制原理和解调方法，会计算调制原理和解调方法，会计算各种已调信号的调幅指数、调制效率、平均功率、频谱、各种已调信号的调幅指数、调制效率、平均功率、频谱、带宽；会画带宽；会画AMAM、DSB-SCDSB-SC信号的波形。信号的波形。2.2.掌握瞬时相位、瞬时频率、瞬时相位偏移、瞬时频率掌握瞬时相位、瞬时频率、瞬时相位偏移、瞬时频率偏移的等概念，掌握调频、调相的概念，深刻理解频偏偏移的等概念，掌握调频、调相的概念，深刻理解频偏比与调频指数

2、、调相指数之间的关系。会估算比与调频指数、调相指数之间的关系。会估算FMFM、PMPM信信号的带宽。号的带宽。3.3.会计算各种调制系统的输入、输出信噪比、系统增益会计算各种调制系统的输入、输出信噪比、系统增益和解调增益，会比较各系统的性能优劣（可靠性和有效和解调增益，会比较各系统的性能优劣（可靠性和有效性）（包括性）（包括FMFM、PMPM系统）系统） u 本章要求：本章要求：3/392021-12-23模拟通信系统模拟通信系统信道中传输模拟波形的通信系统。信道中传输模拟波形的通信系统。 信源调制器发射机信道接收机解调器信宿 m t m t噪声发送设备接收设备 s t r t n t基带信号

3、基带信号基带信号基带信号调制信号调制信号已调带通信号已调带通信号带通信号带通信号4/392021-12-23已调带通信号已调带通信号:( )Re ( ) cjts tg t e 的谱的谱:( ) s t 1/2ccS fG ffGff 1/4 sgcgcPfPffPff : G fF g t其中 PSDgPfg t是的( )( )g ts t其中：为的复包络 的功率谱的功率谱:( )s t2221( )21( )( )2Ps tttag 的归一化平均功率为：的归一化平均功率为：( )s t5/392021-12-23调制的目的是：调制的目的是：（1 1）将调制信号（基带信号）转换成适合于信道传

4、输的）将调制信号（基带信号）转换成适合于信道传输的已调信号（频带信号）；已调信号（频带信号）；（2 2）实现信道的多路复用，提高信道利用率；）实现信道的多路复用，提高信道利用率；（3 3）提高系统抗干扰能力；）提高系统抗干扰能力；（4 4）实现传输带宽与信噪比之间的互换。）实现传输带宽与信噪比之间的互换。总结：总结：6/392021-12-23 (conventional AM)3.1.1常规调幅AM 1表达式：表达式： ( )1( ) cos2AMccstAm tf t产生方案：产生方案： 1cg tAm t复包络复包络:3.1 3.1 幅度调制幅度调制7/392021-12-23图（图（a

5、）常规调幅）常规调幅图（图（b）过调幅）过调幅波形波形:cos2cf t1( )cAm t1( )cAm t( )AMstcos2cf t( )AMstcAcA000cAcA0cAcA011011 max m ttttttt8/392021-12-23定义定义调幅指数：调幅指数： maxmaxAMcAMcstAm tA max1m t1AM：常规调幅：常规调幅其中其中1AM：临界调制：临界调制 1AM：过调制：过调制 max1m t max1m t波形如图（波形如图（b）所示。）所示。调幅指数影响功率分配调幅指数影响功率分配modulation index min1orm t min1orm

6、t 9/392021-12-232. 频域分析频域分析 频谱：频谱： 2( )2cAMcccccAffASfMfffMfff频谱图：频谱图： fMfBB02AMBB fSfcfcfUpper sidebandLower sideband( )1( ) cos2( )cocos2s2AcccMcccAstAm tf tAmfttft10/392021-12-233. 功率与效率功率与效率 归一化功率：归一化功率： 222211122AMAMcPstatAm t( )( )1( )ca tg tAm t调制效率：调制效率：22( )1( )AMm tm t边带功率总功率 22222cccmAAmt

7、PP离散载波功率离散载波功率边带功率（上下两个边带）边带功率（上下两个边带）1AM11/392021-12-234. 接收接收 常规调幅常用的二极管包络检波器包络检波器： ( )1( )coutvtAm t非相干解调：接收机不需要产非相干解调：接收机不需要产生与接收信号中的载波同频同生与接收信号中的载波同频同相的本地载波的接收方式。相的本地载波的接收方式。 接收机简单，成本低廉。12/392021-12-23总结：AM 信号的特点:l 包络检波器 用于检测 AM（常规调幅） 信号（接收机简单），这是离散载波项的功劳。l AM信号的功率效率 很低，因为离散载波项浪费功率。l AM 信号的带宽是

8、信息信号 m(t)带宽的2倍. 上下两个边带完全对称，带宽浪费一半。l 乘积检波器 用于检测 AM（常规调幅、过调幅） 信号，接收机复杂，这是调幅只用常规调幅的原因。13/392021-12-233.1.2 抑制载波双边带调幅 Double-Sideband Suppressed Carrier (DSB-SC)1. DSB-SC信号信号 ( )( )cos2DSBccstA m tf t( )( )cg tA m t tscosccAt tmttt载波反相点载波反相点14/392021-12-232. 频域分析频域分析 1( )2DSBccSfMffMff fMfBB0DSBSffcfcfc

9、A212DSBBB3. 功率与效率功率与效率归一化功率归一化功率: 2222122cDSBDSBA mtPstat调制效率调制效率: 1DSB15/392021-12-234. 发射和接收发射和接收发射：发射： tmtAcccos cosDSBccstA m tt接收：相干解调（接收机本地载波与接收载波同频同相）接收：相干解调（接收机本地载波与接收载波同频同相）cos()cctLPF tr1 tm cos()incccrtA m tt注意：常规注意：常规AMAM也可以用相干解调获取基带信息信号也可以用相干解调获取基带信息信号16/392021-12-23总结：总结：DSB 信号的特点信号的特点

10、:l 乘积检波器乘积检波器用于检测用于检测 DSB信号，信号，乘积检波器较包络乘积检波器较包络检波器昂贵检波器昂贵 。l DSB信号的信号的功率效率功率效率 高。高。l DSB信号的信号的带宽带宽是是 信息信号信息信号 m(t)带宽的带宽的2倍倍. 上下两上下两个边带完全对称，带宽浪费一半。个边带完全对称，带宽浪费一半。17/392021-12-233.1.3 单边带调幅（单边带调幅（SSB） 1. SSB信号信号 只取只取DSB-SC信号中的上边带或下边带分量。信号中的上边带或下边带分量。 上边带信号上边带信号：( )USBst，频谱：，频谱：( )USBSf 下边带信号下边带信号：( )L

11、SBst ，频谱：，频谱：( )LSBSfffffcfcfc-fc-fc-fcM( f )SDSB( f )SLSB( f )SUSB( f )0000fH18/392021-12-23: USB LSB 其中表示表示单边带信号表达式：单边带信号表达式：SSB 信号的复包络信号的复包络: ( ) ( )( )cg tA m tjm t LSB USB 22222221( )( )( )( )( )22ccAs tg tm tm tAm t2.2.归一化功率归一化功率( ) ( )cos( )sincccs tA m ttm ttm19/392021-12-23总结：总结：SSB 信号的特点信号

12、的特点:l 乘积检波器乘积检波器用于检测用于检测 SSB信号信号。而且。而且SSB信号的产生也信号的产生也比比AM、DSB复杂。复杂。l SSB信号的信号的功率效率功率效率 高。高。l SSB信号的信号的带宽带宽等于信息信号等于信息信号 m(t)的带宽。只有的带宽。只有 AM、DSB带宽的一半。带宽的一半。20/392021-12-233.2.1角调制的基本概念角调制的基本概念 角调信号表达式：角调信号表达式：随随 变化。变化。 t m t ( )cos2( )coscccs tAf ttAt非线性调制，已调带通信号的谱不再是基带信号谱的简单搬移非线性调制，已调带通信号的谱不再是基带信号谱的简

13、单搬移3.2 3.2 模拟角度调制模拟角度调制 21/392021-12-23瞬时频率瞬时频率: 1122iicdtdtf tf tfdtdt瞬时频率偏移瞬时频率偏移: 12idtftdt1. 相位调制与频率调制的概念相位调制与频率调制的概念 (PM and FM)（1）相位）相位 和和 频率频率瞬时相位瞬时相位: 2( )ctf tt)(t对对 的瞬时相位偏移的瞬时相位偏移 :2cf tcf：载波频率载波频率 22/392021-12-23(2) (2) 相位调制（相位调制（PMPM） PMtkm t其中其中: 相偏常数相偏常数PMkPM 信号信号 :(相位调制器的相位灵敏度相位调制器的相位

14、灵敏度) cos 2PMccPMstAf tkm t: rad/v单位 : m t设是电压波形（3）调频）调频 (FM)其中其中: 频偏常数，频偏常数，FMk: Hz/v单位 iFMftkm t 2FMtkm t dt或或 调频信号：调频信号： cos 22FMccFMstAf tkm t dt23/392021-12-232. 最大频偏、相偏与调制指数最大频偏、相偏与调制指数 (1) (1) 最大相偏（峰值相偏）最大相偏（峰值相偏）maxmax( ) t调角信号调角信号(FM(FM和和PM)PM)瞬时相位偏移的最大值。瞬时相位偏移的最大值。 (2) (2) 最大频偏（峰值频偏）最大频偏（峰值

15、频偏） maxmaxmaxiicfftftf 调角信号调角信号(FM(FM和和PM)PM)瞬时频率偏移的最大值。瞬时频率偏移的最大值。 24/392021-12-23定义定义调制指数：调制指数：1. 调相指数调相指数：maxPM 2. 调频指数调频指数：maxmaxFMmfffBB表示基带信号表示基带信号m(t)的带宽，等于它的最高频率的带宽，等于它的最高频率fm。 PM信号的最大相偏信号的最大相偏FM信号的最大相偏信号的最大相偏PM ,FM 都是最大相偏这一结论只对单频调制信号成立。都是最大相偏这一结论只对单频调制信号成立。若消息信号：若消息信号： cos 2mm taf t单频信号单频信号

16、25/392021-12-23 3.2.2 角度调制信号的频谱特性角度调制信号的频谱特性 1. 基本结论基本结论 角调信号角调信号:( )cos( )ccs tAtt不再是基带信号谱的简单搬移不再是基带信号谱的简单搬移角调信号带宽估计，角调信号带宽估计，卡森规则：卡森规则：21TBDB已调信号带宽已调信号带宽:B：基带信号带宽，：基带信号带宽， 频偏比频偏比 :maxmaxmax( )m tffDfB峰值频偏的最高频率角调信号的全部功率的角调信号的全部功率的9898在卡森带宽内在卡森带宽内对于单频正弦信号，对于单频正弦信号，PMFMD即或26/392021-12-23（1 1） ：窄带角调制；

17、：窄带角调制； 变大时为宽带角调制；变大时为宽带角调制；（）图中的（）图中的 是以是以CarsonCarson公式估算的结果，准确地反映了公式估算的结果，准确地反映了信号的带宽，信号的带宽， 对应的功率包括约对应的功率包括约98%98%的功率；的功率；（3 3）载波的强度由）载波的强度由 决定，选择合适的决定，选择合适的 ，可使载，可使载波功率减小或为零。波功率减小或为零。（4 4） 为单一频率，由它产生的为单一频率，由它产生的FMFM或或PMPM信号包含无穷多信号包含无穷多个边频分量，产生了新的频率分量，该调制为非线性调制。个边频分量，产生了新的频率分量，该调制为非线性调制。 1TB 0J

18、m tTB总结总结:27/392021-12-233.3.1 模拟传输中的噪声问题模拟传输中的噪声问题1. 基带传输系统：基带传输系统： 直接传输模拟消息信号的系统。直接传输模拟消息信号的系统。 m tLPFB 0nNPf2 n t带宽为带宽为 BAWGN信道信道接收机接收机 1tm tntor 20SNbasebandmtN B tm tn tr3.3 3.3 幅度调制系统的抗噪声性能幅度调制系统的抗噪声性能28/392021-12-232. 频带传输系统频带传输系统issin0TPPSNPN BPS - 接收信号功率接收信号功率解调器输入信噪比：解调器输入信噪比：解调器输出信噪比：解调器输

19、出信噪比： 22oonk mtSNP 0nNPf =2 s tBPFBW=BT n tBW =B信道信道 r ts tn t解调解调调制调制 m tBW =BT iir ts tnt km t ont29/392021-12-23解调增益解调增益反映某种解调器对信噪比的改善能力。反映某种解调器对信噪比的改善能力。 oDEMiS NGS N为比较各种频带传输系统的总体性能，通常与基带传输系统作为比较各种频带传输系统的总体性能，通常与基带传输系统作比较。假设：比较。假设：各个系统具有相同的基带信号带宽各个系统具有相同的基带信号带宽 B B 各个系统的信道噪声具有相同的各个系统的信道噪声具有相同的

20、PSD(PSD(N N0 0) ) 各个系统具有相同的接收信号功率各个系统具有相同的接收信号功率 P PS S . .TbasebandiBSSNNB基带信噪比与解调器输入信噪比之间的关系：基带信噪比与解调器输入信噪比之间的关系：30/392021-12-23系统增益：系统增益：反映某一调制解调系统相对于基带传输系反映某一调制解调系统相对于基带传输系统的总体增益，定义为统的总体增益，定义为 oSYSDEMTbasebandS NBGGS NB对比对比 ：了解不同频带传输系统的解调器对信噪比的：了解不同频带传输系统的解调器对信噪比的改善；改善；对比对比 ：了解不同频带传输系统之间在信噪比上的整：

21、了解不同频带传输系统之间在信噪比上的整体优劣。体优劣。即比较不同频带传输系统抗噪性能的优劣即比较不同频带传输系统抗噪性能的优劣 DEMGSYSG31/392021-12-23DEMGSYSGTBAMAMSNR大DSB-SCSSB22221AMmm221AMmm11212B2B2BBB 基带信号带宽22221AMmmq总结 22mmt令相干解调包络检波221AMmm32/392021-12-23 0N2nPfBPFBW=BT( )( )( )r ts tn tLPFBW=B乘积检波器乘积检波器inSNoutSN( )( )( )iir ts tn t( )( )( )ooor ts tn t2c

22、os2cf t cos2sin2SSBcccstAm tf tm tf t总结：对于几种调幅信号：总结：对于几种调幅信号： cos2DSBccstA m tf t 1cos2AMccstAm tf t33/392021-12-23对于几种调幅信号的相干解调，当本地载波为：对于几种调幅信号的相干解调，当本地载波为：2cos2cf t1. 解调器输出信号分量都为：解调器输出信号分量都为： ocstA m t2. 解调器输入输出噪声功率都相等：解调器输入输出噪声功率都相等： 220oiTntntN B3. 当本地载波为：当本地载波为： ，k 值影响输出信号功率值影响输出信号功率和噪声功率，但不影响输

23、出信噪比，也不影响解调增益和噪声功率，但不影响输出信噪比，也不影响解调增益和系统增益。和系统增益。cos2ckf t34/392021-12-23有效性有效性是指在给定的信道中单位时间内传输的信息是指在给定的信道中单位时间内传输的信息内容的多少。内容的多少。可靠性可靠性是指接收信息的准确程度。是指接收信息的准确程度。 3.5.1 各类通信系统的比较各类通信系统的比较 比较前提：比较前提：各个系统具有相同的基带信号带宽各个系统具有相同的基带信号带宽 B B 各个系统的信道噪声具有相同的各个系统的信道噪声具有相同的 PSD(PSD(N N0 0) ) 各个系统具有相同的接收信号功率各个系统具有相同

24、的接收信号功率 P PS S . .3.5 3.5 各类通信系统的比较与应用各类通信系统的比较与应用35/392021-12-23调制调制 带宽带宽实现实现线线性性调调制制非非线线性性调调制制SYSGVSBSSBDSBAM2BB2BB 221AMmtmt111中等中等最复杂最复杂复杂复杂最简单最简单21FMBFMPM21PMB 222max3FMmtm t 222maxPMmtm t复杂复杂简单简单表表3.5.1 模拟调制系统的带宽与噪声性能模拟调制系统的带宽与噪声性能36/392021-12-232. 增加能提高抗噪声性能，但增加能提高抗噪声性能，但 不能无限增加，不能无限增加，因为因为 增加，信号带宽也增加，收端增加，信号带宽也增加，收端BPF输出的噪声输出的噪声也增加，调频解调器输出也增加，调频解调器输出SNR会急剧下降，即角调系统会急剧下降，即角调系统也存在门限效应。也存在门限效应。注注： 1.表中表中AMAM信号的信号的 是幅度归