第三章调幅系统

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第三章调幅系统2●——主要内容引言§3.1标准调幅（AM）§3.2抑制载波双边带调幅（DSB）§3.3单边带调幅（SSB）§3.4残留边带调幅（VSB）§3.5调幅信号的相干解调§3.6调幅信号的非相干解调§3.7各种调幅信号相干解调的噪声性能§3.8AM系统包检波器的噪声性能§3.9各种调幅系统的比较§3.10小结3定义：用调制信号(基带信号)的变化规律去控制载波的某个参数，使这个参数按照信号的规律变化。调制过程对通信系统至关重要，主要目的主要有:提高频率以便辐射;实现信道复用；

引言AM，FM，PMASK，FSK，PSK，QAMPAM，PDM，PPMPCM/DPCM/ADPCM4连续波已调信号本章主要介绍连续波(CW)模拟调制系统，其中包括：

调幅(线性)：调制信号(基带信号)频谱的线性搬移过程。AM,DSB,SSB,VSB

调角(非线性)：调制信号频谱与已调信号频谱间无线性对应关系。FM、PM53.1标准幅度(AM)标准调幅用信号m(t)去控制载波C(t)的振幅，使已调信号包络按照f(t)的规律线性变化的过程1、调幅波的产生+*实际调幅器可用二极管、晶体管等任何非线性器件都可以充当乘法器作用,而其上加一定的直流偏置便可实现加法器功能AM数学模型A0m(t)cos(ωct)6t2、波形及其频谱7注意：8讨论：1、频率成分包含载频分量、上边带和下边带分量，若设调制信号f(t)的消息带宽为Wm,则调制后带宽：BAM=2Wm2、不失真调幅的条件：第一,必须满足

ω0>>Wm;第二,|m(t)|max<＝A0

以保证调制后载波相位不会改变,否则会出现过调制，包洛失真3、调制指数:又叫调制度，βAM=|m(t)|max

/A0，避免过调失真，βAM<=19例：单频调制AM103、AM的功率分布和效率2例：试用峰—峰值为2Am且不含直流分量的方波对振幅为A0的载波进行标准调幅。试求已调波的功率和效率。11例：单频调制AM的效率在各种调制信号中，调制效率最高的是100%调制时的方波，为50％，标准调幅最大缺点，效率低12

3.2抑制载波双边带调制(DSB)1、波形及其频谱13m(t)改变符号的时刻,载波相位出现倒相点,包络不再与m(t)的形状相同，而按|m(t)|的规律变化,信息包含在振幅和相位两者之中.DSB和AM频谱的区别仅在于前者频谱中不含载波分量.带宽与AM一样2WM142、DSB产生DSB的实现:在标准调幅波中令A0=0，实际常采用简单稳定,平衡性好，可很好抑制载波信号的平衡调制器.DSB解调:必须用相干解调.区别于AM,不可用包络检波器进行非相干解调，倒相点的存在使得已调波的包络不再与m(t)形状相同.m(t)153.3单边带调幅（SSB)单边带调幅(SSB)在AM或DSB中,ω0处出现了两个与F(ω)形状完全相同的频谱,但任何物理可实现信号其频谱都是ω的偶函数,因此不可能做到只传送其中一个频谱.以ω0为中心的频谱分成USB和LSB两部分后,我们可以只传送USB或LSB,它们均为ω的偶函数,且包含了F(ω)的全部信息.SSB带宽比AM或DSB减小了一倍.提高了信道的利用率而不发送载波只发送一个边带,可以更节省功率1、单边带信号的频谱图162、滤波法形成单边带信号(从频域概念出发)滤波法的概念:在双边带调制后接上一个边带滤波器,让有用边带通过而抑制掉无用边带.滤波器可用高通(产生USB)或低通滤波器(产生LSB).滤波法实现SSB的数学模型如图.θ(ω)

f(t)φSSB(t)cos(ω0t)缺点：要求在ω0处有锐截止特性,实际滤波器难易程度与过渡带相对载频的归一化值有关。解决办法是采用多级频率搬移,即在低载频上形成单边带信号,然后通过变频将频谱搬移到更高的载频.θ1(ω)θ2(ω)cos

(ω1t)cos(ω2t)f(t)17下边带频域下边带时域18同理得上边带SSB信号时域表示式上、下边带的SSB信号时域表示SSB信号可节省载波发射功率，频带宽度只有双边带的一半，即频带利用率提高一倍193.4残留边带调制残留边带调幅(VSB)1、频谱f(t)的频谱有丰富的低频成份时,不宜采用SSB.在VSB中,不是对一个边带完全抑制,而是使它逐渐截止.截止特性使传输边带在载频附近被抑制的部分被不需要边带的残留部分精确补偿。202、虑波法产生VSB信号残留边带滤波器:频率特性在|ω0|附近具有滚降特性,且要求这段具有互补对称性,如图,这将意味着将|HV(ω)|分别移动-ω0和+ω0后所得HV(ωω0)相加后在零频附近恒为常数.在|ω|<Wm范围内有:HV(ω-ω0)+HV(ω+ω0)=const=221VSB的频谱表达式优点:(1)在节省带宽方面几乎与单边带系统相同，并有双边带所具有的良好低频基带特性

(2)VSB滤波器比SSB锐截止特性滤波器易于制作对于电视信号以及要求有良好相位特性的信号或低频分量的传输很重要的信号，采用VSB是一种标准的方法。223.5调幅信号的相干解调解调:也是一个频谱搬移过程，在接收端恢复信号的时候,从已调信号的频谱中,将位于载频的信号频谱从载频位置再搬回低频.解调几种主要方法:

相干解调:AM,DSB,SSB以及VSB都适用.非相干解调:标准调幅信号AM以及具有大载波的DSB、SSB、VSB信号适用.

23调幅信号的相干解调条件:为不失真恢复信号,本地载波和发送载波必须相位相干或同步,即要求本地载波和接收信号载波必须保持同频同相.也叫零拍检测相干解调数学模型如下图cos(ω0t+ψ)LPFψ(t)vd(t)Vp(t)241、AM和DSB信号的相干检测25理想低通滤波器传输特性,它要求:截止频率等于或大于最高调制频率Wm,但远小于载频ω0令:Ao=0时，上述分析为DSB的结果

262、SSB信号的相干检测同步时273、残留边带信号的解调输入信号为VSB,在频域分析比较方便。假设本地载波完全相干，由乘法器输出信号的傅氏变换为将代入上式得：经过LPF后，在|ω|<Wm范围内有:HV(ω-ω0)+HV(ω+ω0)=const=2滤波器互补对称特性283.6调幅系统的非相干解调291、AM信号的非相干解调包络检波器30整流检波：输出为仅将已调信号整流，整流相当于将已调信号和频率为的方波相乘。包络检波是一个非线性系统，整流检波器是线性时变参量系统条件才可使用整流检波。这时调幅信号的零交点周期性的位于载波的半周期点上，整流才等效于与方波相乘。312、具有大载波的SSB信号的非相干解调包络检波输出323.7各种调幅信号相干解调的噪声性能分析BPF带宽是已调信号带宽，滤除信号带外噪声n(t)宽带白高斯噪声，均值为零，双边功率谱密度为ni(t)窄带白高斯噪声，均值为零，双边功率谱密度为33(1)首先计算解调器输入信号功率输入信号平均功率可由信号的均方值求得：(2)输入噪声功率34(3)为了计算输出信号功率和噪声，认为解调过程是线性的,满足叠加定理在Wm和n0相同的情况下，SSB,VSB的输入端信噪比为双边带时的4倍P39求噪声输出功率35(4)36(5)但是实际上在各种调制方法中，已调波的功率是不相同的，合理的方法是假设相同输入信号功率结论：在输入信号功率和Wm、n0都相同的情况下，DSB,SSB和VSB系统的噪声性能相同，AM差3dB以上37信噪比增益：输出信噪比和输入信噪比的比值—注意：信噪比增益的改善只适用于同类调制系统，不同的解调器对输入信噪比的改善，而不能作为不同调制系统的抗噪声性能分析。在给定输入信号功率下，DSB和SSB输出端的信噪比是相同的，从信噪比改善观点看，DSB,SSB性能是相同的。383.8AM系统包洛检波器的噪声性能分析输入信号为输入信号功率输入噪声功率输入信噪比与相干解调相同39ni(t)窄带白高斯噪声，均值为零，双边功率谱密度为包络检波器输入信号之和（*）(1)大信噪比时40输出信号功率输出噪声功率输出信噪比信噪比增益(2)小信噪比时与相干解调相同41（*）式可以化为门限效应：输出信噪比与输入信噪比不成正比423.9各种调幅系统的比较1、标准调幅(AM)优点：(1)接收系统简单(2)大功率信号的调幅信号容易产生缺点：

载波本身不携带信息，却占据了一半以上的功率，带宽比较宽，抗选择性衰落能力差应用：

一部发射机对千万部接收机工作的无线电广播系统2、抑制载波双边带系统优点：传送相同的消息所需功率较小，发射机比AM发射机经济，抗选择性衰落能力优于AM系统缺点：接收机复杂，需要相干载波应用：点对点通信，包括一部发射机和一部或几部接收机的情况433、单边带系统优点：功率利用率高、带宽利用率高，抗选择性衰落能力优于DSB系统缺点：接收机复杂，需要自动频率控制来稳定本地载波频率和相位应用：长距离固定业务通信，在特高频散射通信、航空通信方面也有应