第3章 模拟线性调制,计算机学院 陈加忠,chenjz70263.net 027 87541764,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，而且传输更可靠和有效。 提高性能，特别是提高抗干扰性。 有效的利用频带。,连续波调制是以正弦波为载波的调制方式 分为线性调制和非线性调制 所谓线性调制，就是指调制后的频谱为调制信号频谱的平移及线性变换 非线性调制时，已调信号和调制信号不存在这种对应关系，已调信号频谱中将出现与调制信号无对应线性关系的分量 频谱就是，时域中信号中，各正弦谐波分量的幅度为纵坐标，谐波分量的次数为横坐标，得到的图形，是时域信号频率特性的描述,调制的基本概念,调制：信号频谱的平移 数学分析： Sy()= Sx()*(- c) x(t)=y(t)cos ct cos ct (+ c)+ (- c),频率搬移,调制的基本概念,基本内容,模拟线形调制 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 （） 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,3.1.1 双边带调幅 (AM P28),常规双边带调幅信号的时域(temporal domainfrequency domain)表达式 调制,调幅指数,调制信号 调幅信号 调幅指数,傅立叶变换 频域表达式,已调信号的频域分析,SAM(w)=1/2F(w)*C(w) =A0 (w-wc)+1/2F(w-wc) +A0 (w+wc)+1/2F(w+wc),调幅信号的功率分配,功率组成 当调制信号为单频余弦信号时， , 调制效率： 在刚发生过调制的临界状态，调制效率最大：1/3,3.1.2 抑制载波的双边带调幅,常规的双边带调幅信号中，载波分量并不携带信息，但却占据了大部分的功率，这部分功率被白白浪费了 如果抑止载波分量的传送，则可以演变出另外一种调制方式，即抑止载波双边带调制 如果要将载波抑止，只需不附加直流分量A0，即可得到抑止载波的双边带调幅,抑制载波的双边带调幅-DSB,信号表达式 调制：,DSB的频域分析,频域分析 确知信号： 随机信号： 频谱： 功率效率：Sc=0, SDSB=Sf, DSB=1,3.1.3 常规调幅和抑止双边带解调,常规双边带解调-包络检波 P32 P34 无失真恢复条件 过调幅,抑止双边带解调-相干解调,把一个已调信号，乘上一个同频同相的本地载波，得 SDSB(t)coswct=f(t)cos2wct=1/2f(t)(1+cos2wct),3.2 单边带调幅 SSB,原理： 频域表示 表示式： 滤波器：,多级调制,3.2.2单边带信号的相移法形成,设单频信号为 f(t)=Amcoswmt 载波为 C(t)=coswct 则双边带调制的时间波形为 SDSB=Amcoswmtcoswct =1/2Amcos(wc+wm)t+1/2Amcos(wc-wm)t,保留上边带的调制信号为 SUSB (t) = 1/2Amcos(wc+wm)t = Am/2(coswctcoswmt-sinwctsinwmt) (3-26) 保留下边带的调制信号为 SUSB(t)= 1/2Amcos(wc-wm)t = Am/2(coswctcoswmt+sinwctsinwmt) (3-27) (3-26) (3-27)中，绿色项，称为同相分量；紫色项，与绿色项差相位，称为正交分量,由此，可以引出实现单边带调制的另外一种方法，即相移法,3.2.3 单边带信号的解调 P43,包络无起伏，因此不能采用包络检波,3.3 残留边带调幅 VSB,残留边带调制，是介于单边带调制和抑止双边带调制的一种调制方式 在残留边带调制中，除了传送一个边带之外，还要保留另外一个边带的一部分 对于具有低频和直流分量的调制信号，用滤波方法实现单边带调制所需要的过渡带无限陡峭的滤波器，在残留边带调制中，已不需要 代价是增加了一些带宽,原理： 频域表示,3.3.1 残留边带信号的产生,(3-56),3.3.1 残留边带信号的解调,残留边带信号不能简单地采用包络检波，而必须采用如上图的相干解调 时域中相乘，频域中卷积，因此有 Sp(w)=1/2SVSB(w)*Cd(w) =1/2SVSB(w)*(w-wc)+(w+wc) = SVSB(w-wc)+ SVSB(w+wc) (3-57),把(3-56)代入(3-57)得到(时域乘法频域卷积) Sp(w)=1/4F(w)HVSB(w-wc)+ HVSB(w+wc) +1/4F(w)HVSB(w-wc)F(w-2wc) + HVSB(w+wc) F(w+2wc) 通过一个低通滤波器，得到 Sp(w)=1/4F(w)HVSB(w-wc)+ HVSB(w+wc) 因此，为了保证无失真解调，必须满足 HVSB(w-wc)+ HVSB(w+wc)=常数,3.4 线性调制的一般模型,原理框图 频域表达式,3.4.1 调幅信号的正交产生,时域表达式 正交法产生,同相分量,正交分量,设,调幅信号的产生,双边带调制(t) 单边带调制 残留边带调制,3.4.2 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,3.4.3 插入载波包络检波,适用于DSB，SSB，VSB,加入载波后的信号 Sa(t)=SI(t)+Adcoswct+SQ(t)sinwct =A(t)coswct+(t) P48 (3-74, 3-75),3.5.1 通信系统抗噪声性能的分析模型,系统模型 噪声分类,3.5 线性调制系统 抗噪性能,来源于闪电 各种工业火花 电器开关,来源于电阻热噪声 天体辐射 电子运动,噪声模型,平稳窄带高斯噪声,瑞利分布,均匀分布,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：,3.5.2 相干解调的抗噪声性能,解调模型 数学分析 解调前 解调后( P51, and Recall P48 3-72),双边带调幅的抗噪声性能,for DSB，BDSB = 2W，Wo = Wc 解调前 输入信噪比 解调后 输出信噪比 信噪比增益,单边带调幅的抗噪声性能,for SSB，BSSB = W， 解调前 输入信噪比 解调后 输出信噪比 信噪比增益,3.5.3 分析,问题： 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？,3.6 小结,4种调幅方式 常规调幅 抑制载波的双边带调幅 单边带调幅 残留边带调幅 模拟线性调制系统的一般模型和解调 模拟线性调制系统的抗噪声性能,