模拟线性调制

1、 第第3章章 第一节第一节模拟线性调制模拟线性调制调制的目的调制的目的n将消息变换为便于传输的形式。也就是将消息变换为便于传输的形式。也就是说，变换为某种形式使说，变换为某种形式使信道容量信道容量达到最达到最大，而且传输更可靠和有效。大，而且传输更可靠和有效。n 提高性能，特别是提高抗干扰性。提高性能，特别是提高抗干扰性。n有效的利用频带。有效的利用频带。n 连续波调制是以正弦波为载波的调制方式连续波调制是以正弦波为载波的调制方式n 分为线性调制和非线性调制分为线性调制和非线性调制n 所谓线性调制，就是指调制后的频谱为调制所谓线性调制，就是指调制后的频谱为调制信号频谱的平移及线性变换信号频谱的

2、平移及线性变换n 非线性调制时，已调信号和调制信号不存在非线性调制时，已调信号和调制信号不存在这种对应关系，已调信号频谱中将出现与调制这种对应关系，已调信号频谱中将出现与调制信号无对应线性关系的分量信号无对应线性关系的分量n 频谱频谱就是，时域中信号中，各正弦谐波分量就是，时域中信号中，各正弦谐波分量的幅度为纵坐标，谐波分量的次数为横坐标，的幅度为纵坐标，谐波分量的次数为横坐标，得到的图形，是时域信号频率特性的描述得到的图形，是时域信号频率特性的描述调制的基本概念调制的基本概念n调制：信号频谱的平移调制：信号频谱的平移n数学分析：数学分析：Sy()= Sx()*(- c)x(t)=y(t)co

3、s ctcos ct (+ c)+ (- c) Sx() 频率搬移频率搬移 Sy() c 调制的基本概念调制的基本概念基本内容基本内容n 模拟线形调制模拟线形调制 1. 常规调幅常规调幅 (AM) 2. 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅 (DSB-SC) 3. 单边带调制单边带调制(SSB) 4. 残留边带调制残留边带调制(VSB)n线性调制和解调的一般模型线性调制和解调的一般模型n线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能 （）（） 1. 通信系统抗噪声性能的分析模型通信系统抗噪声性能的分析模型 2. 线性调制相干解调的抗噪声性能线性调制相干解调的抗噪声性能 双边带调

4、幅双边带调幅n常规双边带调幅信号的时域常规双边带调幅信号的时域(temporal domainfrequency domain)表达式表达式n调制调制0( )( ) cos()AMccStAf tw t ( )f t cos()cw t ( )AMSt 0A 调幅指数调幅指数n调制信号调制信号n调幅信号调幅信号n调幅指数调幅指数( )cos()mmmf tAt00( )1cos() cos()mAMmmccAStAtw tA01mAMAMAA无失真包络检波条件：n傅立叶变换傅立叶变换n频域表达式频域表达式( )( )cos ()()FourierFouriercccf tF ww t ww w

5、w 已调信号的频域分析已调信号的频域分析SAM(w)=1/2F(w)*C(w)=A0 (w-wc)+1/2F(w-wc)+A0 (w+wc)+1/2F(w+wc)调幅信号的功率分配调幅信号的功率分配n功率组成功率组成n当调制信号为单频余弦信号时，当调制信号为单频余弦信号时， , 调制效率：调制效率：n在刚发生在刚发生过调制过调制的临界状态，调制效率最的临界状态，调制效率最大：大：1/3220( )22AMcfAftPPP222ffAMAMAMcfAMPPPPP22( )/2mftA 抑制载波的双边带调幅抑制载波的双边带调幅n 常规的双边带调幅信号中，载波分量并不携常规的双边带调幅

6、信号中，载波分量并不携带信息，但却占据了大部分的功率，这部分功带信息，但却占据了大部分的功率，这部分功率被白白浪费了率被白白浪费了n 如果抑止载波分量的传送，则可以演变出另如果抑止载波分量的传送，则可以演变出另外一种调制方式，即抑止载波双边带调制外一种调制方式，即抑止载波双边带调制n 如果要将载波抑止，只需不附加直流分量如果要将载波抑止，只需不附加直流分量A0，即可得到抑止载波的双边带调幅即可得到抑止载波的双边带调幅抑制载波的双边带调幅抑制载波的双边带调幅-DSBn信号表达式信号表达式n调制：调制：( )( ) cos()DSBccStf tw t ( )f t cos()cwt ( )DSB

7、St DSB的频域分析的频域分析n频域分析频域分析u确知信号：u随机信号：n频谱：频谱：n功率效率：功率效率：Sc=0, SDSB=Sf, DSB=111( )()()22DSBccSwF wwF ww1( )()()4DSBfcfcwwwww 常规调幅和抑止双边带解调常规调幅和抑止双边带解调n常规双边带解调常规双边带解调-包络检波包络检波n无失真恢复条件无失真恢复条件n过调幅过调幅 0() 0Af tcfww充电充电放电放电+- ( )DSBSt ( )kf t LPF 载波恢复 cos()cw t n抑止双边带解调抑止双边带解调-相干解调相干解调把一个已调信号，乘上一个同频同

8、相的本地载把一个已调信号，乘上一个同频同相的本地载波，得波，得SDSB(t)coswct=f(t)cos2wct=1/2f(t)(1+cos2wct) 单边带调幅单边带调幅 SSBn原理：原理：n频域表示频域表示u表示式：u滤波器： ( )f t cos()cw t ( )DSBSt ( )SSBHw ( )SSBSt w SDSB (w) -wc wc ( )( )( )SSBDSBSSBSwSw Hw1 |( )0|( )0|( )1 |cUSBcSSBcLSBcwwHwwwHwwwHwww上边带下边带多级调制多级调制 单边带信号的相移法形成单边带信号的相移法形

9、成设单频信号为设单频信号为f(t)=Amcoswmt载波为载波为C(t)=coswct则双边带调制的时间波形为则双边带调制的时间波形为SDSB=Amcoswmtcoswct=1/2Amcos(wc+wm)t+1/2Amcos(wc-wm)t保留上边带的调制信号为保留上边带的调制信号为SUSB (t) = 1/2Amcos(wc+wm)t= Am/2(coswctcoswmt-sinwctsinwmt) (3-26)保留下边带的调制信号为保留下边带的调制信号为SUSB(t)= 1/2Amcos(wc-wm)t= Am/2(coswctcoswmt+sinwctsinwmt) (3-27)(3-2

10、6) (3-27)中，绿色项，称为中，绿色项，称为同相分量同相分量；紫色；紫色项，与绿色项差相位，称为项，与绿色项差相位，称为正交分量正交分量由此，可以引出实现单边带调制的另外一种方法，由此，可以引出实现单边带调制的另外一种方法，即相移法即相移法+- -/2-/2相移相移1相移相移2Am/2coswmtcoswctSSSB(t) 单边带信号的解调单边带信号的解调包络无起伏，因此不能采用包络检波包络无起伏，因此不能采用包络检波 残留边带调幅残留边带调幅 VSBn残留边带调制，是介于单边带调制和抑止双边带残留边带调制，是介于单边带调制和抑止双边带调制的一种调制方式调制的

11、一种调制方式n在残留边带调制中，除了传送一个边带之外，还在残留边带调制中，除了传送一个边带之外，还要保留另外一个边带的一部分要保留另外一个边带的一部分n对于具有低频和直流分量的调制信号，用滤波方对于具有低频和直流分量的调制信号，用滤波方法实现单边带调制所需要的过渡带无限陡峭的滤波法实现单边带调制所需要的过渡带无限陡峭的滤波器，在残留边带调制中，已不需要器，在残留边带调制中，已不需要n代价是增加了一些带宽代价是增加了一些带宽n原理：原理：n频域表示频域表示 ( )f t cos()cw t ( )DSBSt ( )VSBHw ( )VSBSt 1( )( ) ()()2VSBVSBccSwHwF

12、 wwF ww w SDSB (w) -wc wc 残留边带信号的产生残留边带信号的产生(3-56) 残留边带信号的解调残留边带信号的解调 ( )VSBSt cosdcCw t ( )pSt LPF ( )dSt 残留边带信号不能简单地采用包络检波，而必须残留边带信号不能简单地采用包络检波，而必须采用如上图的相干解调采用如上图的相干解调时域中相乘，频域中卷积，因此有时域中相乘，频域中卷积，因此有Sp(w)=1/2SVSB(w)*Cd(w) =1/2SVSB(w)*(w-wc)+(w+wc)= SVSB(w-wc)+ SVSB(w+wc) (3-57)n 把把(3-

13、56)代入代入(3-57)得到得到(时域乘法频域卷积时域乘法频域卷积)Sp(w)=1/4F(w)HVSB(w-wc)+ HVSB(w+wc)+1/4F(w)HVSB(w-wc)F(w-2wc)+ HVSB(w+wc) F(w+2wc)n 通过一个低通滤波器，得到通过一个低通滤波器，得到Sp(w)=1/4F(w)HVSB(w-wc)+ HVSB(w+wc) n 因此，为了保证无失真解调，必须满足因此，为了保证无失真解调，必须满足HVSB(w-wc)+ HVSB(w+wc)=常数常数3.1.4 线性调制的一般模型线性调制的一般模型n原理框图原理框图n频域表达式频域表达式 )(tf )cos(twc

14、 )(tSDSB )(wH )(tS 1( )( ) ()()2ccS wH wF wwF ww 调幅信号的正交产生调幅信号的正交产生n时域表达式时域表达式n正交法产生正交法产生( ) ( )cos( )( ) ()cos()( )( )cos( )( )sin( )cos( )sinccIcQcIcQcS tf tw th thf tw tdh tf tw thtf tw tS tw tStw t展开( )( )cos( )( )sinIcQch th tw th th tw t同相分量同相分量正交分量正交分量 )(tf )cos(twc )(tSI )(wHI )(tS )(

15、wHQ )(tSQ 2/ 设设调幅信号的产生调幅信号的产生n双边带调制双边带调制(t) n单边带调制单边带调制n残留边带调制残留边带调制( )1( )0IQHwHw1212( )( )( )IQhHwHwHw1212( )( )( )IQQHwHwHw 调幅相干解调调幅相干解调n适用于：适用于：AM，DSB，SSB，VSBn数学分析数学分析u输入信号：u滤波前u滤波后 )(tS LPF 载波恢复 )cos(twc )(tSp )(tSd ( )( ) cos( )sinIcQcS tS tw tStw t111222( )( ) cos( )( )cos2( )sin2pcIIc

16、QcStS tw tS tS tw tStw t12( )( )( )dIStStft 插入载波包络检波插入载波包络检波n适用于适用于DSB，SSB，VSB ( )S t 包络检波 载波恢复 )cos(twAcd )(tSa )(tSd 加入载波后的信号加入载波后的信号Sa(t)=SI(t)+Adcoswct+SQ(t)sinwct =A(t)coswct+(t) 通信系统抗噪声性能的分析模通信系统抗噪声性能的分析模型型n系统模型系统模型n噪声分类噪声分类 )(tS 解调器 BPF )(tn )(tSi )(tni )(tno )(tSo 3.1.5 线性调制系统线

17、性调制系统 抗噪性能抗噪性能乘性乘性加性加性 脉冲干扰脉冲干扰起伏干扰起伏干扰来源于闪电来源于闪电 各种工业火花各种工业火花 电器开关电器开关来源于电阻热噪声来源于电阻热噪声 天体辐射天体辐射 电子运动电子运动噪声模型噪声模型n平稳窄带高斯噪声平稳窄带高斯噪声AWGN各态历经：统计平均时间平均平稳：概率密度函数与时间无关各态历经平稳高斯白噪声高斯：概率密度分布为高斯分布白噪声：功率谱为均匀分布( )( )cos( )sin( )cos( )iIoQoon tn tw tntw tV tw tt瑞利分布瑞利分布均匀分布均匀分布 w S (w) wo ( ),( ),( )iIQion tn tn

18、tNn B方差相同，均为解调器噪声输入功率：性能评估指标性能评估指标n通信系统的质量指标通信系统的质量指标n模拟调制系统的性能评估指标模拟调制系统的性能评估指标 信噪比增益：信噪比增益：模拟：有效传输频带有效性频谱效率数字：信息传输速率质量指标模拟：接收端的输出信噪比可靠信准确程度数字：误码率或误符号率oooiiiSNRSNGSNRS N 相干解调的抗噪声性能相干解调的抗噪声性能n解调模型解调模型n数学分析数学分析u解调前u解调后 )(tS LPF BPF )(tn )(tSi )(tni )(tno )(tSo )(costwc ( )( )cos( )sin( )( )cos( )siniIcQciIoQooS tS tw tStw tn tn tw tntw twBPF是的中心频率121122( )( )( )( )cos()( )sin()oIoIocQocS tS tn tn tww tntww t双边带调幅的抗噪声性能双边带调幅的抗噪声性能nfor DSB，BDSB = 2W，Wo = Wcn解调前解调前 输入信噪比输入信噪比n解调后解调后 输出信噪比输出信噪比n信噪比增益信噪比增益1222( )cos( )2iIcioDSBo