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第三章 模拟信号的调制与解调,3.1 模拟信号的线性调制,3.1.1双边带调幅 3.1.2 单边带调制(SSB) 3.1.3 残留边带调制(VSB),3.1.1 常规双边带调制 标准调幅为:,适用包络检波的条件! A0与f(t)的关系,若,上式中, ,称为调幅指数,用百分比表示时,称为调制度。(通常取30%60%),若调制信号为一般信号,则取调幅指数为:,当载波初相为0时,已调信号为:,频域特性分析,若有:,则已调信号的频谱为:,已调信号的频谱图:,1. 形状相同,位置搬移; 2. AM信号含载波分量; 3. AM 信号是双边带信号,带宽 BAM=2W=2fH 4. 下边带是上边带的镜像,载频分量,载频分量,调幅信号的平均功率为:,功率特性分析,常规调幅信号的功率由载波功率Pc和边带功率Pf组成; 边带功率与调制信号有关,是有用功率: 载波功率?,因为,调制效率:边带功率与总功率之比,即:,当 时,有: 此时:,若 ,调制效率最大值为1/3。,常规调幅调制效率低,载波分量不携带信息却占用大部分功率! 改进方案-抑制载波双边带调制,例3-1 已知一个AM广播电台输出功率是50KW,采用单频余弦信号进行调制,调幅指数为0.707。 (1)试计算调制效率和载波功率; (2)如果天线用50的电阻负载表示,求载波信号的峰值幅度。 解(1) 由以上的公式有 则调制效率 载波功率为 (2)载波功率Pc与载波峰值A的关系为 所以,3.1.2 抑制载波双边带调幅(DSB-SC) DSB-SC信号表达式为: 已调波频谱为: 已调信号平均功率为: 可见,边带功率是全部功率,其调制效率为,DSB-SC波形图及频谱图如下:,DSB-SC与AM信号的比较,DSB-SC的调制效率:100 优点:节省了载波功率。 缺点:不能用包络检波,需用相干检波,较复杂。 双边带的上、下两个边带有什么关系? 一个边带携带了调制信号的全部信息。 进一步改进:单边带调制 进一步节省载波功率和带宽,3.1.2 调制与解调 AM与DSB-SC调制模型如下图所示。 实际中,任何具有载 波频率的周期性信号 都可以充当载波信号 。图中仅以正弦信 号为例加以说明。,解调包括相干解调和包络检波两种方式。 相干解调模型 如右图所示。 关键是必须 有一个同频同 相的载波。 表达式如下: 经低通后,得到: 从而恢复了原有的调制信号。,3.1.3 SSB信号 滤波法形成SSB信号原理如下图所示。,SSB信号频谱为:,相移法形成单边带信号原理如下图所示。 SSB信号第一项为同相分量,第二项为正交分量。 若调制信号为非周期信号,则通过希尔伯特变换实现SSB信号的产生。,3.1.3 SSB信号的解调 不能用包络解调。相干解调原理如右下图所示。 由于输入信号为: 所以 经低通后输出为:,单边带调制分析,性能分析 SSB信号的实现比AM、DSB要复杂,但SSB调制方式在传输信息时,不仅可节省发射功率,而且它所占用的频带宽度比AM、DSB减少了一半。 它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。,单边带调制节省带宽和功率,实现困难 双边带调制容易实现,占用2倍带宽,折衷方案: 在实现难度和 占用带宽中折衷,3.1.4 残留边带调制(VSB),原理: 介于SSB与DSB之间的一种折衷方式 它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点,又解决了SSB信号实现的困难。 不像SSB那样完全抑制DSB信号的一个边带,而是使其残留一小部分。,残留边带信号的产生 使用滤波法产生残留边带信号:,残留上边带信号,残留下边带信号,可见,只要有下式成立,解调输出就不会失真。,只要等式左侧两个函数在=0处具有互补对称(奇对称)特性,解调就不失真。,载波和线性调制信号的关系,AM 有载波效率低包络检波 DSB无载波效率高相干解调 SSB无载波效率高相干解调 VSB无载波效率高相干解调,用dB值表示信噪比:10lg(S/N),为什么用dB值表示信噪比 ? dB:单位,无量纲 声音功率倍数: 增强10倍;增强100倍;增强1000倍 人耳的感觉: 增加1倍;增加2倍;增加3倍 人耳的感觉与声音功率倍数的对数成正比,使用dB值符合人体感官规律。,通信系统质量的最终衡量,质量标准是根据人的感官生理特点而确定的 听觉对声音信号的要求在20dB40dB (25dB) 视觉对图象信号的要求在40dB60dB (45dB) So/No确定的条件是有用信号与噪声能分开 影响的因素是调制方式和解调方式,物理意义分析,DSB调制系统的信噪比增益为2。 DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。 原因: 采用相干解调,使输入噪声中的正交分量被消除的缘故。,物理意义分析,GSSB=1,解调对信噪比没有改善。 因为在SSB系统中,信号和噪声有相同表示形式,所以相干解调过程中,信号和噪声中的正交分量均被抑制掉,故信噪比没有改善。,讨 论,如果我们在相同的输入信号功率,相同的输入噪声功率谱密度,相同的基带信号带宽条件下,对DSB/SSB这两种调制方式进行比较,可以发现它们的输出信噪比是相等的。 两者的抗噪声性能是相同的。但SSB所需的传输带宽仅是DSB的一半。 因此SSB得到普遍应用,在短波通信中单边带调制是一种重要的调制方式。,残留边带调制相干解调的抗噪声性能,由于残留边带信号的带宽在取值范围内有不同的情况,所以抗噪声性能的计算比较复杂。 如果残留的边带不是太宽,可以近似认为其抗噪声性能与单边带调制相同。,讨 论,AM信号的信噪比增益GAM随A0的减小而增加。 GAM总是小于1,这说明包络检波器对输入信噪比没有改善,而是恶化了。 可以证明,采用相干解调法解调AM信号时,得到的信噪比增益与上式给出的结果相同。 对于AM调制系统,在大信噪比时,采用包络检波器解调时的性能与相干解调时的性能几乎一样。,
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