第3章 模拟传输2015

通信原理第3章模拟传输作业:2,3,4,12,13,14,16,18,20,22(新版)重点:§3.1.1-§3.1.3;§3.2;§3.3.1-§3.3.3;§3.5.1-§3.5.2自学:§3.1.4;§3.3.4;§3.5.31第2章作业:认真阅读课本数字通信系统——传输数字消息的通信系统；信源消息消息符号序列检测判决调制解调放大耦合信道信号拾取成型脉冲滤波器g(t)ABAB对于二进制系统，xn∈{-1,1},g(t)为持续时间为T的矩形脉冲数字通信系统——传输数字消息的通信系统；信源消息消息符号序列检测判决调制解调放大耦合信道信号拾取成型脉冲滤波器g(t)ABAB对于16进制系统，xn=an+jbn,an,bn∈{±1,±3},g(t)为持续时间为的矩形脉冲,对于4进制系统，an,bn∈{+1,-1},第3章模拟传输模拟传输核心内容----模拟信号的调制、解调3.1幅度调制3.2模拟角度调制3.3幅度调制系统的抗噪声性能3.4*角度调制系统的抗噪声性能3.5各类通信系统的比较与应用(发射器)(接收器)4调制是将基带信号转换为频带信号，而解调是将频带信号变换为基带信号，其本质是进行频谱的搬移3.0带通信号与带通系统g(t)g(t)数字通信系统——传输数字消息的通信系统；信源消息消息符号序列调制成型脉冲滤波器g(t)对于16进制系统，xn=an+jbn,an,bn∈{±1,±3},g(t)为持续时间为的矩形脉冲消息符号序列串并转换带通信号主体上是正弦波，包络随缓慢波动，相位随缓慢“抖动”。带通信号本质含两个要素：复包络与载频6

调制(Modulation)调制实现的模型----通常用乘法器来实现m(t)调制信号(消息信号，通常是低通信号)s(t)已调信号(调制器的输出信号是频带信号)载波信号(单频正弦信号，调制器的输入信号之一)正弦波又称为载波，是个确知信号；消息信号又称为调制信号(modulatingsignal)输出信号又称为已调制信号(modulatedsignal)7信号处理m(t)m(t)xL(t)频谱搬移s(t)已调制信号表示的一般模型fc

---thecarrierfrequencyand

wherexL(t)---thecomlexenvelopeofs(t)经过频谱上搬移后获得已调制信号为带通信号，任何一个物理带通信号均可以表示为：复包络xL(t)是消息信号或调制信号的函数8注意：带通噪声的表达式与上式相同。9常规调幅抑制载波的双边调制相位调制频率调制正交幅度调制(发射器)(接收器)结论:

调制器的主要任务有两项：是的线性组合，则调制为线性调制是的非线性组合，则调制为非线性调制(1)即将携带信息的信号m(t)映射成基带复包络信号xL(t);(2)将xL(t)

的频谱搬移中心频率fc处3.1幅度调制幅度调制----用信号去迫使高频载波瞬时幅度变化。模拟常规调幅（amplitudemodulation,AM）抑制载波双边带调幅

(Double-sidebandsuppressedcarrier,DSB-SC）单边带调幅（single-sideband,SSB）残留边带调幅（Vestigialsideband,VSB）即:在高频载波瞬时幅度的变化中包含有信息111.常规调幅(AM)产生方案：复包络：(1)时域信号表达式：m(t)是归一化消息信号，即max|m(t)|<=1xL(t)sAM(t)通过信号的包络来直接反映消息信号的变化规律的一种线性调制技术12Why？(2)波形xL(t)sAM(t)结论：已调信号的振幅包络直接反映了消息信号的变化规律当max|m(t)|>1,产生过调制结论：已调信号的振幅包络不再直接反映消息信号的变化规律13(3)调幅指数：：正常情况；：临界调制；：过调制14(4)频域分析频谱：

频谱图：基带信号AM信号15(5)功率物理意义：调制信号总功率中用于传输信息的信号所占的功率的比例思考：不发生过调制的情况下，m(t)为直流时和幅度为1的正弦信号时，AM信号的最大调制效率为多少？(6)调制效率(Modulationefficiency)16常用的晶体二极管包络检波器：输出电压波形：非相干解调：接收机不需要产生与接收信号中的载波完全同频同相的本地载波的接收方式

(7).接收17a.线性调制(Linearmodulation)b.双边带信号(Doublesidebandmodulation)theuppersideband(USB)thelowersideband(LSB)c.d.可以使用包络检波来解调SummaryforAM18e.Modulationefficiencyisverylow.(1)DSB-SC信号波形：复包络：2.抑制载波双边带调幅为改善常规AM调制调制效率低的局限，来对AM进行改进19UpsidebandLowsideband(2)频域分析频谱：

20反相点(3)功率与效率调制效率相干解调原理图：(4).接收相干解调：接收端需产生本地载波的解调方法。即为了获得该信号，接收机需要有专门的载波同步电路

思考题：常规振幅调制可以使用相干解调吗？21SummaryforDSB-SCModulationefficiencybeing100%；需使用相干解调(Coherentdemodulation)ThebandwidthbeingthesameasAM,2Bbaseband;频谱包含两个边带，但不含载频223.单边带调幅为进一步提高DSB-SC的频谱效率，对DSB-SC进行改进只取DSB-SC信号中的上边带或下边带分量。上边带信号：下边带信号：(1)概述23保留下边带的边带滤波器：(2)基本的产生方法：滤波法保留上边带的边带滤波器：USBLSB24(3)相移法:Hilbert变换的应用所以的时域形式：根据Hilbert变换可知：25时域统一式：复包络统一式：实现框图26III：Weaver’smethodReadingbyyourself27Readingbyyourself28USB29(4).接收3031SSB信号的数字解调NCO解调输出SSB的一种数字解调Hilbert变换4.残留边带调幅：残留边带滤波器的传递函数，在处的过渡带形状必须对称互补。32(发射器)(接收器)33模拟通信系统模拟信源产生的连续消息符号通过换能器转化为时间连续的信号m(t)消息信号m(t)经过调制，转换为适用于信道传输的频带信号5.Summary(线性调制)接收端的解调是关键，分相干和非相干解调5.LinearmodulationSummaryAMDSBIncreasingmodulationefficiencyIncreasingspectrumefficiencySSBEasilyrealizedbyfilter将频谱效率和工程上易于实现综合考虑VSB34(a)解决问题的思路和历程(b)时域波形3536(c)频谱比较Example3-1iflinearmodulatedsignalisasfollowing:(1)s1(t)=cos(ω0t)cos(ωct)

(2)s2(t)=(1+0.5sin(ω0t))cos(ωct)

Whereωc=6ω0,pleasegivingtheirspectrum.SolutionmethodI:(1)thespectrumis:-7ω0-5ω05ω07ω0

37(2)thespectrumis-7ω0-5ω05ω07ω0

jωωS2(ω)38SolutionmethodII:(1)thecomplexenvelopeis:-7f0-5f05f07f0

39(2)thecomplexenvelopeis-7ω0-5ω05ω07ω0

jωωS2(ω)403.2模拟角度调制1.角度调制的概念信号的相位或频率随着消息信号m(t)的变化而变化的调制技术角度调制信号的相位的统一表达式为41how？瞬时频率:1)相位调制（PM）

或2)频率调制（FM）

或42相位上的变化可以等效为频率上的变化，而频率上的变化可以等效为相位变化从携带信息的角度来看，FM和PM它们可以相互转换432.PM与FM的等效关系（a）用PM实现FM（b）用FM实现PM10.5例3.1

图示方波与锯齿波信号的调相与调频信号。积分微分3.最大频偏、相偏与调制指数(1)最大相偏：调角信号相位偏离零相位(未调载波相位)的最大值。FM信号：PM信号：已调信号的瞬时频率与未调载波频率之差的最大值。FM信号：PM信号：(2)最大频偏45调相指数：调频指数(3)调制指数46适用的条件：单频正弦信号的FM或PM，不能推广到其它情形复包络：，所以

式中，4.角度调制信号的频谱特性与带宽(1)基本结论角度调制信号的谱47(2)卡森规则定义频偏比时，常用：已调信号带宽，：基带信号带宽求PM信号的带宽

求FM信号的带宽：example48Example3.2消息信号为正弦信号的FM和PM49Conclusion：对单频正弦信号而言50例3.3已知调角波：

解：根据调角波可知，其相位可以表示为(1)51(2)若为PM波易见，(3)若为FM波52例3.4单频调频波的振幅为10V，瞬时频率为，

53(2)若54例3.5给定调相信号，555角度调制信号的产生(1)直接调频法用调制信号直接改变载波振荡器频率的方法。原理框图：VCO的输出频率正比于控制电压m(t)倍频器允许按较低的调制指数产生FM信号根据FM和PM的相位对应关系，对控制电压m(t)进行适当的处理后，输出信号可以为PM信号(2)间接调频法(readingbyyourself)566角度调制信号的接收FM的非相干接收机框图：信号微分后得到包络检波器提取出

的包络，再经隔直与LPF得，（其中K为常数）由于该方法不必产生严格同步的本地参考载波，因此是非相干

对于PM信号该如何进行解调呢？573.3幅度调制系统的抗噪声性能直接传输模拟消息信号的系统。1.模拟传输中的噪声问题(1)基带传输系统：58LPF在设计上需要满足什么条件？2.频带传输系统为了能在带通信道上进行传输，需要使用各种调制技术来获得相应的带通信号解调器输入信噪比：

解调器输出信噪比：

59BPF在设计上需要满足什么条件？系统增益：反映某一调制解调系统相对于基带传输系统的总体增益，定义为为衡量频带传输系统的总体性能，通常与虚拟基带传输系统作比较。假定：实际系统与虚拟系统接收到的信号功率相同；实际系统与虚拟系统的噪声功率谱密度相同比较了解不同频带传输系统的解调器对信噪比的影响；比较了解不同频带传输系统之间在信噪比上的整体优劣。解调器输入信噪比（注意到603.非相干AM系统结论：61B是信息信号m(t)的带宽对调幅指数达100%的正弦消息信号，调幅指数达100%的正弦消息信号，AM系统的抗噪声能力较差。

624.DSB-SC与AM(相干解调)系统DSB：AM：BPFBTLPFB接收的噪声功率=，

输入信噪比分别为63BPF的参数为多少，如中心频率，带宽BT？B是信息信号m(t)的带宽接收信号因信号的不同而不同经过LPF后，

AM：DSB：64

结论exampleFor100%sine-wavemodulationforAM655.SSBsystemBPFBTLPFB

，接收的噪声功率：，输入信噪比为66BPF的参数为多少，如中心频率，带宽BT？AfterLPFSSB系统总体增益与DSC-SC系统是一样的，虽然其解调增益只是DSC-SC的一半。SSB信号占用的带宽要窄一半，信道的利用更为充分

结论：676ComparisonbetweenAMDSB-SCandSSBAMDSB-SCSSB683.5各类通信系统的比较与应用有效性是指在给定的信道中单位时间内传输的信息内容的多少。可靠性是指接收信息的准确程度。1.调制技术分类：线性调制：满足下线性关系的调制非线性调制：不满足线性关系的调制。幅度调制均为线性调制；角度调制为非线性调制。692.比较前提条件信道噪声功率谱密度相同基带信号为带宽是

的单频信号接收信号平均功率相等703.几种线性调制的比较714.几种非线性调制的比较(自学)725.结论：（1）带宽上：（2）抗噪声性能：73多路复用：将多路彼此不相关的消息信号合并为一个复合的群信号，共同在一条信道上进行通信。分为：6频分多路复用频分多路复用（FDM）时分多路复用（TDM）码分多路复用（CDM）746频分多路复用(续)局限：设备复杂和存在串扰75调制调制调制调制解调解调解调Example1

Evaluatethemagnitudespectrumforanamplitude-modulated(AM)signalSolution:thecomplexenvelopeitsspectrumofthecomplexenvelopetheAMsignalwaveformtheAMspectrum7677Exercise2

Givenapulse-modulatedsignaloftheforms(t)=e

atcos[(

c+

)t]u(t)where

a,

c,and

arepositiveconstantsandthecarrierfrequency

c+

,Findthecomplexenvelope.Solution:Thecomplexenvelopeis78Exercise3

AssumethattheDSB-SCsignals(t)withacarrierfrequencyof3.8MHzhasacomplexenvelopeg(t)=Acm(t).Ac=50A,andthemodulationisa1-kHzsinusoidaltesttonedescribedbym(t)=2sin(2

1,000t),appearsacrossa50-

resistiveload.Computetheactualaveragepowerdissipatedintheload.Solution:

79Exercise5808182Exercise6

Anangle-modulationsystemisindicatedinFig.whereDpisthephasesensitivityofphasemodulator,thecarrierfrequency,ifthemodulatedwaveforms1(t)isgivenby:(1)Formodulatingsignalm(t),determinewhethers1(t)isaphasemodulatingwaveorfrequencymodulatingwave;(2)Findtheexpressionofm(t);(3)Findthemaximumphasedeviationandmaximumfrequencydeviation;(4)FindthetransmissionbandwidthbyusingCarson’srule.modulator

83foramodulatingsignalm(t)

2)1)isfrequencymodulatedwave84B=2000Hz3)4)85Exercise7

已知调制信号为AM信号