现代通信原理-清华大学出版社-第三章

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第3章

模拟线性调制系统2调制的研究对象问题：

为什么要对信号进行调制？什么是调制？3调制的目的将消息变换为便于传输的形式。也就是说，变换为某种形式使信道容量达到最大，而且传输更可靠和效。提高性能，特别是提高抗干性。有效的利用频带。4调制的概念调制：就是将基带信号进行各种变换后再传输的过程。其中包括调制映射，傅立叶变换(OFDM)，频率搬移等等。数学分析：频率搬移5调制分类调制信号：载波信号：调幅：主要内容：原理，频域分析和性能分析幅度调制频率调制相位调制线性调制非线性调制6内容

模拟线性调制1.常规调幅(AM)2.抑制载波双边带调幅(DSB-SC)3.单边带调制(SSB)4.残留边带调制(VSB)线性调制和解调的一般模型线性调制系统的抗噪声性能（重点）1.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73.1.1常规调幅(AM)时域表达式调制FLASH演示直流调制信号8解调---包络检波无失真恢复条件否则会出现过调幅。9若调制信号调幅信号调幅指数10确知信号调幅的频域分析从频域变换的性质分析傅立叶变换频域表达式直流分量信号分量)(21)()(21)()(00ccccAMwwFwwδAπwwFwwδAπwS++++-+-=教材图3-2从频域卷积的角度分析11功率组成常规双边带条幅信号在1Ω电阻上的平均功率等于SAM(t)的均方值，当f(t)为确知信号时，均方值即为其平方的时间平均（假定f(t)均值为0）12边带功率载波功率功率组成效率13随机信号——功率谱密度信号的功率谱密度是信号自相关函数的傅里叶变换

以下推导中假定f(t)均值为014均值为0同时考虑到f(t)=0可得进行傅里叶变换得：15来自载波来自调制信号随机信号的平均功率通过功率谱密度求功率，即进行积分运算，并进而可获得效率，如教材3-181617AM小结优点：结构简单，实现容易。缺点：功率效率非常低，最大为1/3频谱效率也不高，为信号最高频率的2倍。应用：中短波段AM广播。183.1.2抑制载波的双边带调幅思路：AM信号，载波分量占据了大部分功率，又不包含信息，造成功率浪费，可去除直流部分。调制：频谱19调制电路如图所示平衡调制器中，非线性器件的输出——输入特性为已知调制信号的频带为300——3400Hz，载频满足什么条件时，可以得到理想的抑制载波双边带信号解：由图可知非线性器件的输出：

因此

通过频域图形可知，fc必须大于2倍信号最高频率即，必须大于6800Hz20环形调制器载波——方波傅氏级数分解环形调制器输出为：分析频谱2122DSB的频域分析频域分析

确知信号：

随机信号：功率效率：解调——相干解调2324

DSB小结

优点：功率利用率较高（与AM相比）。缺点：解调复杂。DSB信号不能采用简单的包络检波来恢复调制信号，需采用相干解调。节省了载波功率，但频带与AM信号同，是调制信号带宽的2倍。应用：FM立体声中的差信号调制，彩色TV系统中的色差信号调制，以及正交调制等。25

3.2单边带调幅思路：DSB信号中，调制形成的两个边带互为对称，很自然的想到只传输一个边带，这就是SSB.原理：26表示式：滤波器：频域表示实际滤波器由于存在过渡带，理想滤波器是不能实现的例如电话通信中，语音信号频率为300Hz~3400Hz，允许过渡带最小为600Hz实现滤波器的难易程度与有关

该数值越大越容易实现

教材例3-227相移法28上边带下边带相移法29希尔伯特变换若系统的冲激响应在时域是因果函数，则其频域的实部与虚部是一对希尔伯特变换；若系统的冲激响应在频域是因果函数，则其时域的实部与虚部是一对希尔伯特变换；30时域为因果函数的证明31希尔伯特变换32频域为因果函数的证明33实部虚部频域34虚部希尔伯特变换的性质35则f(t)希尔伯特变换傅里叶变换而且性质4证明3637希尔伯特滤波器希尔伯特变换希尔伯特滤波器---宽带相移网络单边带信号的时域表达383940分析第二项分析第二项41两角和的公式二倍角公式42由希尔伯特变换性质1、2希尔伯特变换最终获得的上边带信号43积化和差44单边带相移法框图(下边带)45频谱图见教材3-17463.2.3单边带信号时域表达式时域关系：滤波器：时域表达式：473.2.5单边带信号的解调相干解调483.2.6小结优点：调制前后带宽保持不变（与调制信号相同）。缺点：信号产生及其解调复杂。应用：长途（载波）电话。49

3.3残留边带调幅思路：AM和DSB信号的带宽是原信号的两倍，而SSB调制系统实现较困难，因此提出了一种介于DSB和SSB之间的调制方式VSB。原理：50频域表示残留边带滤波器见教材P44,图3-21~3-24513.3.1解调采用相干解调解调不失真条件：

要求滤波器特性满足互补对称性。52

推导：由频域卷积定理

得

若选择合适的低通滤波器的截止频率，则有：过滤53

满足互补对称特性的滚降形状并不是唯一的，目前应用最多的是直线滚降和余弦滚降。它们分别在电视信号传输和数据信号传输中得到应用。543.4调幅信号产生的一般模型原理框图频域表达式553.4.1调幅信号的正交产生时域表达式同相分量正交分量56正交法产生同相滤波器正交滤波器573.4.2调幅信号的产生双边带调制单边带调制残留边带调制583.4.3调幅相干解调适用于：AM，DSB，SSB，VSB数学分析输入信号：滤波前:滤波后:593.4.4插入载波包络检波适用于DSB，SSB，VSB加入载波后的信号分析6061

3.5.1噪声系统模型系统模型噪声分类62平稳窄带高斯噪声瑞利分布均匀分布带通滤波633.5.2性能评估指标通信系统的质量指标模拟调制系统的性能评估指标信噪比增益：说明：本节要讨论的问题是信道存在加性高斯白噪声时，各种线性调制系统的抗噪声性能。而抗噪声能力通常用“信噪比”来度量，即信号的平均功率与噪声的平均功率之比。643.5.3相干解调的抗噪声性能解调模型数学分析解调前与本地载波相乘之后65经LPF解调后forDSB，BDSB=2w，wo=wc66输出为计算输入信噪比67输入噪声功率输入信噪比双边带只含有同向分量SI(t)683.5.4双边带调幅的抗噪声性能解调前解调后信噪比增益输入信噪比输出信噪比forSSB，BSSB=w，69用于计算信号功率用于计算噪声功率703.5.5单边带调幅的信噪比增益解调前解调后信噪比增益输入信噪比输出信噪比713.5.6思考为什么双边带调制相干解调的信噪比增益比单边带调制的高？

双边带信号DSB调制器的信噪比改善了一倍，原因是相干解调把噪声中的正交分量抑制掉，从而使噪声功率减半的缘故。双边带调制相干解调的信噪比增益比单边带调制的高是否说明双边带调制的抗噪声性能比单边带调制的更好？不能。只是双边带信号所需的传输带宽是单边带的２倍。实际上，双边带和单