现代通信原理(03AM-3)

1、1v残留边带调制介于单边带和抑制载波双边带之间。调制时除保留一个边带以外，还保留另一边带的一部分。v残留边带信号可以通过滤波法实现，对于具有低频及直流的调制信号，其实现难度较单边带小。v残留边带信号可以保留部分载波，使接收机在载波恢复时较为简单。v残留边带信号传输时需要比单边带较多的带宽资源。3.5 3.5 残留边带调制残留边带调制(Vestigial Sideband Modulation(Vestigial Sideband Modulation，VSB)VSB)2典型应用v电视发射机v闭路电视调制器v二类传真机3图3-21 残留边带调制的滤波法形成一. .滤波法产生VSB VSB 信号1

2、()()()()2VSBCCVSFFH4图3-22 残留部分下边带时的传递函数图3-23 残留部分上边带时的传递函数5图3-24 残留边带调制的相干解调6二. . 相移法产生VSB VSB 信号cos()( )( )( )( )cos( )( ) ()cos()( )cos()cos( )sin()sincVSBDSBVcVVctVccVccStSthtf tththf ttdhf tdthf tdt 将展开7( )( ) c o s( )( ) s inIVcQVchthtththtt设( )( )( ) cos( )( ) sinVSBIcQcStf th ttf th tt有8相移法产生

3、残留边带信号的系统方框图9三. 残留边带信号的解调（相干解调）残留边带信号相干解调器的方框图10( )( ) cosPVSBcS tStt11( )( )()()()()22PVSBccVSBcVSBcSSSS 1( )()()( )2VSBccVSFFH 所以1 11 1( )(2)( )()( )(2)()2 22 211( )()()(2)()(2)()441( )()()4PcVccVcVcVccVccVcLPFVcVcSFFHFFHFHHFHFHFHH 11 若要不产生失真，需在频带|m 内，HV(-c)+HV(+c)=常数12设此常数设此常数=1四. .确定相移法的确定相移法的H

4、HI I()()和和H HQ Q()()1( )( )4dSF1( )( )4dStf t( )( )cosIVch thtt因为( )1( )()()211()()22IVccVcVcHHHH 所以13( )( )sinQVch th tt( )11( )()()2()()2QVccVcVcHHjjHH 14相移法产生残留边带信号15五. 插入载波的包络检波（非相干解调） 常规调幅采用包络检波方式解调。 双边带调制、单边带调制和残留边带调制均不能直接采用这种方法。但如果在接收端插入很强的载波后，仍可以用包络检波的方式。16推导如下：( )( )( )( )( )( )IIQQSthtftSt

5、htft( )( )cos( )sinICQCS tS ttStt( )( )( )( )cos( )sin( )cos( )aVSBdIdCQCCCS tStCtS tAtSttA ttt17瞬时幅度瞬时相位若载波幅度Ad很大包络检波后Sd(t)=SI(t) f(t)222( )( )2( )( )dIdIQA tAS tA S tS t( )( )( )QCdISttarcASt22( )( )2( )( )dIdIdIA tAS tA S tAS t 183.6 3.6 线性调制系统的抗噪声性能1分析模型1、噪声分为两种：加性干扰：外界造成的突发性脉冲干扰、内部 有源器件造成的起伏干扰。

6、乘性干扰：内部非线性器件产生的交调、互调。 这里主要考虑对已调信号有持续影响的起伏干扰，据产生机理和实验测量表明，起伏干扰是各态历经的平稳高斯白噪声。19“各态历经”统计平均值等于时间平均值。“平稳”-概率密度函数与时间无关。“高斯”-概率密度函数为高斯分布。“白”-功率谱密度函数为均匀分布。 以下是噪声分布模型：噪声只对接收系统产生影响，下面主要讨论接收系统的抗干扰性。20 在接收机的设计中，为了提高信噪比，通常在低噪声放大器（高放）后加一级窄带带通滤波器。其传递函数如下图。21 由随机过程理论可知，平稳高斯白噪声通过窄带滤波后（带通滤波器带宽中心频率）后，可以表示如下：( )( )cos(

7、 )siniIcQcn tnttntt22( )( )cos( )( )( )( )( )( )( )incnnIQInQn tr tttr tntntnttarctgnt其中为瑞利分布为均匀分布22v 在分析系统的抗噪性能之前先明确几个概念：v （1）噪声的同相分量、正交分量功率与噪声功率相等。 222( )( )( )iIQn tntnt（2）对于AM、DSB、SSB，n(t)经过BPF后，得：BnNi0(n0为单边带功率谱密度，B为单边带宽) 23（3）定义信噪比增益为G ：ooiiSNGSN 通常用信噪比增益来判断解调器性能的优劣，G越大，抗噪声性能越好。 v模拟通信系统中，常用解调器

8、输出信噪比来衡量通信质量，其定义为24?00NS解调器输出有用信号的平均功率解调器输出噪声的平均功率 只要解调器输出端有用信号能与噪声分开，则输出信噪比就能确定。v输出信噪比与调制方式有关，也与解调方式有关。v在相同的条件下，比较输出信噪比才能反映系统的抗噪声性能。v已调信号平均功率相同v噪声功率谱密度相同v调制信号带宽相同25v输入信噪比定义为：26?iiNS解调器输入已调信号的平均功率解调器输入噪声的平均功率27相干解调相干解调DSB系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能对于DSB，接收端模型如图所示。 28（1）输入信噪比 设接收端输入信号为m(t),则解调器输入端信号的平均功率为 21( )

9、2mt解调器输入噪声平均功率为200( )miinNn tn B其中B=2fm 这样，输入信噪比为 22001( )( )22iimtSmtNn Bn B29（2）输出信噪比DSB相干解调后，输出信号1( )( )2omtm t输出信号平均功率So221( )( )4OoSmtm t输出噪声平均功率为No，因为 ( )( )cos( )sincos11( )1cos2( )sin 222PIcQccIcQcntnttntttnttntt30经过LPF后，噪声为01( )( )2Intnt22200111( )( )( )4444mOIiinNntntn tN这样，输出信噪比为20( )ooSm

10、tNn B31对于DSB系统，解调信噪比增益为2020( )2( )2mtn BGmtn B即解调器信噪比改善一倍 32相干解调相干解调SSBSSB系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能 对于SSB，接收端模型如图所示。 33（1）输入信噪比 假设条件与分析DSB时的相同。这样，已调信号的平均功率与解调器输入端信号的平均功率相等，为2222( )( ) cos( )sin11( )( )22iSSBccSStm ttm ttmtmt根据希尔伯特变换特性可知 22( )( )mtmt34所以有 2( )iSmt解调器输入噪声平均功率为 200( )miinNntn B其中B=fm 注意：在这里SSB信

11、号中窄带加性噪声的带宽仅是DSB系统中的一半，因此SSB解调器中的窄带噪声功率是DSB解调器中的一半。同样的符号Ni在DSB系统和SSB系统的值不同。35这样，输入信噪比为 20( )iiSmtNn B36（2）输出信噪比 SSB相干解调后，输出信号1( )( )2omtm t输出信号平均功率So 221( )( )4OoSmtm t37经过LPF后，噪声为（与分析DSB系统相同） 01( )( )2Intnt输出噪声平均功率为No 01144OiNNn B这样，输出信噪比为 22002( )( )ooSm tm tNn Bn B38对于SSB系统，解调信噪比增益为2020( )1( )ooi

12、iSmtNn BGSmtNn B39单边带和双边带的性能比较单边带和双边带的性能比较v双边带调制相干解调的信噪比增益是单边带的两倍，并不意味着前者的抗性能优于后者。分析中，双边带已调信号功率是单边带的两倍。v可以认为两者的抗噪性能相同。（可靠性）v双边带信号所占的传输带宽是单边带的两倍。（有效性）例1： 对双边带信号和单边带进行相干解调，接收信号功率为2mW，噪声双边功率谱密度为40HzW /1023，调制信号是最高频率为4kHz的低通信号。（1）比较解调器输入信噪比（2）比较解调器输出信噪比解：单边带信号的输入信噪比和输出信噪比分别为：4112510410210210236330SSBiii

13、BnSNS12500NiSiNiSiGNSSSB双边带信号的输入信噪比和输出信噪比分别为：425 .62104210210210236330DSBBnSiNiSi1255 .62200NiSiGNSDSB输入信噪比的比较为：431:2)( :)(DSBSSBNiSiNiSi输出信噪比的比较为：1:1)( :)(DSBSSBNoSoNoSo两种信号的抗噪声性能相同。例2：对单频调制的常规调幅信号进行包络检波。设每个边带的功率为10mW，载波功率为100mW，接收机带通滤波器的带宽为10kHz，信道噪声单边功率谱密度为44HzW/1059（1）求解调输出信噪比（2）如果改为抑制载波双边带信号，其性

14、能优于常规调幅多少分贝？解：（1）由本例条件可知常规调幅信号的带宽BAM=10kHz，其调制效率和解调信噪比增益分别为：4561100210210cffAMPPP312AMAMG输入信噪比：462400101010510120393NiSi输出信噪比：800240031NiSiGNoSoAM（2）如果改为抑制载波双边带信号，其功率应与常规调幅信号功率相同，即47mWSi120因两种信号的带宽相同，所以输入噪声功率也相同。双边带信号的输入信噪比同样为2400101010510120393NiSi输出信噪比：48480024002NiSiGNoSoDSB设DSB信号的性能优于AM信号的分贝数为则有

15、：)(78. 78004800lg10)00()00(lg10dBAMNSDSBNS49相干解调相干解调AM系统的系统的抗噪声抗噪声性能性能对于AM，相干接收端模型如图所示。 50（1）输入信噪比假设条件与分析DSB时的相同。这样， 220220( )( )cos11( )22iAMcSStAm ttAm t解调器输入噪声平均功率为（与DSB的相同） 200( )miinNntn B51这样，输入信噪比为 22220000( )( )22iimSAmtAmtNnn B52（2）输出信噪比 由于 001( )( )coscos( )1 cos22pcccS tAm tttAm tt 在AM相干解

16、调过程中，需注意，这里的LPF不仅滤掉了高频成份，同时也滤掉了直流成份。直流成分即不是信号，也不是噪声，所以在分析噪声性能时不考虑。 AM相干解调后，输出信号1( )( )2omtm t53输出信号平均功率So221( )( )4OoSmtm t经过LPF后，输出噪声平均功率为No， 01144OiNNn B输出信噪比为 2200( )( )oomSm tm tNnn B54（3）信噪比增益G2202222000( )2( )( )( )2oomiimSmtmtNnGSAmtAmtNnAM调制在不出现过调的情况下，必须满足220( )Am t 普通调幅的信噪比增益是一个小于1的数，所以抗噪性能

17、比双边带和单边带调制差。 55非相干解调非相干解调AM系统的性能系统的性能 非相干AM接收端模型如图所示。 56（1）输入信噪比 与相干AM解调相同22220000( )( )22iimSAmtAmtNnn B（2）输出信噪比 的包络如下 ( )( )AMiStn t5700( )( )( )cos( )cos( )sin( )( )cos( )sin( )cos( )AMicIcQcIcQccStn tAm ttn ttn ttAm tn ttn ttA ttt式中A(t)是包络检波器输出端总的包络信号2200( )( )( )( )( )( )( )( )IQQIA tAm tn tntn

18、ttarctgAm tn t58 显然，信号和噪声存在非线性关系，分析输出噪声及信号较为困难，为了使讨论简单，在这里仅考虑两种特殊情况。 大信噪比情况：接收条件好，信号功率远远大于噪声功率。 小信噪比情况：接收条件差，信号很弱，幅度与噪声幅度可比。59情况一：大信噪比情况（小噪声情况）此时认为0( )( )iAm tn t 虽然ni(t) 是随机的，但可以认为绝大多数情况下，此时也同样满足 00( )( )( )( )IQAm tn tAm tn t60所以 22020000( )( )( )( )( )2( )( )2( )( ) 1( )IQIIA tAm tntntAm tntAm tn

19、tAm tAm t因为当 时 112xx 1x61在大信噪比的情况下，有22200( )( )( )omoIiSm tnNntn tn B所以输出信噪比为2200( )( )oomSm tm tNnn B62显然，与相干解调相同。这样，信噪比增益为22202( )( )m tGAm t因为 所以 1G)(0tmA 63情况二：小信噪比情况（大噪声）此时认为所以 2202220022002( )( )( )( )( )2( )( )( )( )2( )( )( )( )2( )( )( ) 1( )IQIIQIIQIA tAm tn tntAm tAm t n tntntAm t n tntnt

20、Am t n tR tR t)()(0tntmAi64其中 22( )( )( )( )cos( )( )IQIR tntntnttR t65所以 0202( )1( )( )1cos( )2( )( )( )cos( )( )Am tA tR ttRtAm tR ttR t66 根据前式可知, 包络A(t)中的m(t)，m(t)cos(t)是依赖于噪声变化的随机函数，也就是一个随机噪声。此时包络检波器把有用信号扰乱成噪声。结论：结论：在大噪声情况下，AM系统非相干解调无法恢复原始信号m(t)。 67门限效应v 在大信噪比(噪声很小)的情况下，包络检波解调系统的信噪比增益是一个常数G。v 当噪

21、声功率逐步增加，Si/Ni下降到一定值时，信号完全淹没在噪声中，信噪比增益G急剧下降，通常把这种现象称为门限效应，把刚好出现门限效应时的输入信噪比称为门限值。v 相干解调不存在门限效应。68信噪比增益G发生突变的曲线693.7 3.7 频分多路复用及线性调制应用多路复用： 把多个彼此不相关的信号合并为一个复合的群信号，可在一条信道上同时进行通信的方法。频分多路复用:(Frequency Division Multiplexing,FDM)70频分多路复用的原理方框图如图6-2所示 低 通调 制 器带 通输 入CH1fc1低 通调 制 器带 通CH2fc2低 通调 制 器带 通CHnfcn信道带 通解 调 器低 通带 通解 调 器低 通带 通解 调 器低 通输 出CH1CH2CHn发 送 端接 收 端图 6-2 频 分 多 路 复 用 原 理 方 框 图fc1fc2fc371 FDM最典型的例子是在一条物理线路上传送多路话音信号的多路载波电话系统 考虑到大容量载波电话在传输中合群、分群的方便，现已形成了一套标准的等级。表3-1 多路载波电路分群等级 分群等级 容量（路数） 带宽（KHz）