通信原理第三章3 Analog modulation system
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Analog Modulation

10
• 最大调制效率:1/3
载波抑制双边带调幅DSB_SC
Double-Sideband Suppressed-Carrier AM
• DSB时域表达式 S DSB (t ) m(t ) cos ( wct θc ) S (t ) f (t ) • 调制框图:
DSB
cos( ( wc t )
–滤波器:
1 上边带 HUSB ( w) 0 H SSB ( w) 下边带 H ( w) 0 LSB 1
| w | wc | w | wc | w | wc | w | wc
13
SSB Modulation
• 多级调制(滤波器过渡带)
2
Analog modulation
信源 信源编码 信道编码 调制 发射 传输媒质 信宿 信源解码 信道译码 解调 接收
• 为什么要调制
–1.无线传输中,通过调制将基带信号频谱搬移到高 频,有利于天线辐射接收; – 2.可以实现频分复用; –3.扩展传输带宽,提高系统传输性能 – Frequency F t translation l ti from f lowpass l to t passband b d – Frequency-division multiplexing – Increasing I i noise i and d interference i t f immunity i it
• 解调---相干解调
S DSB (t )
载波恢复 LPF
km(t )
11
cos(wct c )
Spectrum of DSB_SC
• 频域分析
– 确知信号: – 随机信号:
S DSB ( ) 1 1 M ( c ) M ( c ) 2 2 1 1 PDSB ( ) Ps ( c ) Ps ( c ) 4 4
• 最大调制效率:1/3
载波抑制双边带调幅DSB_SC
Double-Sideband Suppressed-Carrier AM
• DSB时域表达式 S DSB (t ) m(t ) cos ( wct θc ) S (t ) f (t ) • 调制框图:
DSB
cos( ( wc t )
–滤波器:
1 上边带 HUSB ( w) 0 H SSB ( w) 下边带 H ( w) 0 LSB 1
| w | wc | w | wc | w | wc | w | wc
13
SSB Modulation
• 多级调制(滤波器过渡带)
2
Analog modulation
信源 信源编码 信道编码 调制 发射 传输媒质 信宿 信源解码 信道译码 解调 接收
• 为什么要调制
–1.无线传输中,通过调制将基带信号频谱搬移到高 频,有利于天线辐射接收; – 2.可以实现频分复用; –3.扩展传输带宽,提高系统传输性能 – Frequency F t translation l ti from f lowpass l to t passband b d – Frequency-division multiplexing – Increasing I i noise i and d interference i t f immunity i it
• 解调---相干解调
S DSB (t )
载波恢复 LPF
km(t )
11
cos(wct c )
Spectrum of DSB_SC
• 频域分析
– 确知信号: – 随机信号:
S DSB ( ) 1 1 M ( c ) M ( c ) 2 2 1 1 PDSB ( ) Ps ( c ) Ps ( c ) 4 4
通信原理(英文版)3精品名师资料

c(t ) A cos(0t 0 )
where, A --- amplitude
Modulating signal m(t)
Modulator
Modulated signal s(t)
0 --- angular frequency
Figure 3.1.1 Modulator
of carrier 0 --- initial phase Definition: Modulating signal m(t) -signal from the source Modulated signal s(t) - signal after being modulated Modulator - the device for modulation
2
3.2 Linear modulation
3.2.0 Basic concept Assume: the carrier is: c(t) = Acos0 t = Acos2 f0t
modulating signal is a energy signal m(t), its spectrum is M(f ) s (t ) carrier: c(t) Modulated Modulating H(f) signal signal multiplication result: s(t) s(t) m(t) Acos t filter output: s(t) “” is used to express Fourier transform: m(t ) M ( f )
Chapter 3 Analog modulation system
3.1 Introduction
通信原理第3章模拟调制技术

VS
高数据速率的调制技术
随着数据业务需求的爆炸式增长,高数据 速率的模拟调制技术成为研究热点。例如, QAM(Quadrature Amplitude Modulation,正交幅度调制)是一种常见 的高阶调制方式,通过增加星座点和调制 阶数,可以实现更高的数据传输速率。此 外,还有偏置QPSK、非线性调制等调制技 术,旨在提高频谱效率和数据传输速率。
通过调制将低频的模拟信号转换为高 频信号,以实现信号的远距离传输和 无线传输。
模拟调制技术的应用场景
广播通信
利用调频(FM)或调相(PM)技术, 将音频信号调制到载波上,实现广播 节目的传输。
电视信号传输
无线通信
在无线通信中,模拟调制技术被广泛 应用于移动通信、无线局域网 (WLAN)、无线广域网(WWAN) 等领域,以实现信号的无线传输。
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感谢您的观看
调频的缺点
占用带宽较宽,频带利用率较低。
调相的缺点
抗干扰能力较弱,对相位失真敏感,需要高 精度的相位控制系统。
03 模拟调制技术的分类
线性调制技术
01
调频(FM)
02
调相(PM)
03
调相而振幅不变(APM)
04
线性调制技术的特点:调制信号对载波的振幅、频率、相位同时进行 调制,使载波的振幅随调制信号的瞬时值呈线性变化。
软件定义无线电与模拟调制
软件定义无线电是一种新型的无线通信架构,通过软件编程的方式实现无线电功能的灵活配置和动态调整。在模 拟调制领域,软件定义无线电技术为调制方式的快速切换和自适应调整提供了可能。通过实时调整调制参数和算 法,可以根据信道状态和传输需求自适应地优化调制方案,提高通信系统的适应性。
通信原理第三章

代入
sFM (t ) = A cos[ωc t + K f ∫ m(τ )dτ ]
得到FM信号的表达式
sFM (t ) = A cos[ωc t + K f Am ∫ cos ωmτ dτ ]
= A cos[ωc t + m f si n ωm t ]
式中
mf = K f Am ∆f -调频指数,表示最大的相位偏移 = = fm ωm ∆ω
12
第3章 模拟调制系统 章
滤波法及SSB信号的频域表示
滤波法的原理方框图 - 用边带滤波器,滤除不要的边带:
m (t )
⊗
sDSB ( t )
H (ω )
sSSB ( t )
c (t )
图中,H(ω)为单边带滤波器的传输函数,若它具有如下理 1, ω > ωc 想高通特性: H (ω ) = HUSB (ω ) = 0, ω ≤ ωc 则可滤除下边带。 1, ω < ωc 若具有如下理想低通特性: H (ω ) = H LSB (ω ) = 0, ω ≥ ωc 则可滤除上边带。
ωm
∆f = m f ⋅ f m - 最大频偏。
∆ω = K f Am -最大角频偏
20
第3章 模拟调制系统 章
3.3.2 窄带调频(NBFM)
定义:如果FM信号的最大瞬时相位偏移满足下式条件 t π K f ∫ m(τ )dτ ] << (或0.5 )
−∞
6
则称为窄带调频;反之,称为宽带调频。
21
第3章 模拟调制系统 章
包络检波
适用条件:AM信号,且要求|m(t)|max ≤ A0 , 包络检波器结构: 通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。例如,
sFM (t ) = A cos[ωc t + K f ∫ m(τ )dτ ]
得到FM信号的表达式
sFM (t ) = A cos[ωc t + K f Am ∫ cos ωmτ dτ ]
= A cos[ωc t + m f si n ωm t ]
式中
mf = K f Am ∆f -调频指数,表示最大的相位偏移 = = fm ωm ∆ω
12
第3章 模拟调制系统 章
滤波法及SSB信号的频域表示
滤波法的原理方框图 - 用边带滤波器,滤除不要的边带:
m (t )
⊗
sDSB ( t )
H (ω )
sSSB ( t )
c (t )
图中,H(ω)为单边带滤波器的传输函数,若它具有如下理 1, ω > ωc 想高通特性: H (ω ) = HUSB (ω ) = 0, ω ≤ ωc 则可滤除下边带。 1, ω < ωc 若具有如下理想低通特性: H (ω ) = H LSB (ω ) = 0, ω ≥ ωc 则可滤除上边带。
ωm
∆f = m f ⋅ f m - 最大频偏。
∆ω = K f Am -最大角频偏
20
第3章 模拟调制系统 章
3.3.2 窄带调频(NBFM)
定义:如果FM信号的最大瞬时相位偏移满足下式条件 t π K f ∫ m(τ )dτ ] << (或0.5 )
−∞
6
则称为窄带调频;反之,称为宽带调频。
21
第3章 模拟调制系统 章
包络检波
适用条件:AM信号,且要求|m(t)|max ≤ A0 , 包络检波器结构: 通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。例如,
通信原理(第二版)第3章模拟信号的调制传输

第3章 模拟信号的调制传输 图3.1.4 常规双边带调制信号的频谱
第3章 模拟信号的调制传输
从图可以看出,常规双边带调制信号的带宽为调制信号 带宽的两倍,即
BAM=2B (3-1-5)
式中,B为调制信号的带宽。如对频率为300~3400 Hz的 语音信号进行调幅,则已调波的带宽约为2×3400=6800 Hz。 为避免各电台之间互相干扰,对不同频段、不同用途的电台 允许其占用的带宽都有严格的规定。我国规定调幅广播电台 的带宽为9 kHz,即调制信号的最高频率限制在4.5 kHz。
第3章 模拟信号的调制传输 图3.0.1 调制的一般模型
第3章 模拟信号的调制传输
按照不同的划分依据,调制有多种分类方法,下面仅列
1. 根据调制信号的不同,可将调制分为模拟调制和数字调 制两类。所谓模拟调制是指调制信号为模拟信号的调制;
2. 用于携带信息的高频载波既可以是正弦波,也可以是脉 冲序列。 以正弦信号作为载波的调制叫做连续载波调制; 以脉冲 序列作为载波的调制叫做脉冲载波调制。脉冲载波调制中,
因此,加大发射功率,提高接收机的灵敏度应该可以解 决这个问题。但是完工之后,接收机的工作情况完全不像人 们预想的那样,接收到的是和发送信号完全不相关的波形, 这个问题当时对人们来说,确实是一个谜。
第3章 模拟信号的调制传输
10年之后,也就是1856年,凯尔文(Kelven)用微分方程 解决了这个问题,他阐明了这实际上是一个频率特性的问题。 频率较低的成分可以通过信道,而频率较高的成分则被衰减 掉了。从此人们开始认识到,信道具有一定的频率特性,并 不是信号中所有的频率成分都能通过信道进行传输。这时人 们也将注意力转移到了怎样才能有效地在信道中传输信号而 不会出现频率失真。同时也提出如何才能节约信道的问题,
现代通信原理(03AM-3)

1 2 1 2 ˆ (t ) m (t ) m 2 2
根据希尔伯特变换特性可知
ˆ (t ) m (t ) m
2 2
33
所以有
Si m (t )
2
解调器输入噪声平均功率为
N i ni (t )
2
n0m
n0 B
其中B=fm
注意:在这里SSB信号中窄带加性噪声的带宽仅是 DSB系统中的一半,因此SSB解调器中的窄带噪声功率 是DSB解调器中的一半。同样的符号Ni在DSB系统和 SSB系统的值不同。 34
这样,输入信噪比为
Si m2 (t ) Ni n0 B
35
(2)输出信噪比
SSB相干解调后,输出信号
1 mo (t ) m(t ) 2
输出信号平均功率So
1 2 SO mo (t ) m (t ) 4
2
36
经过LPF后,噪声为(与分析DSB系统相同)
1 n0 (t ) nI (t ) 2
20
由随机过程理论可知,平稳高斯白噪声通 过窄带滤波后(带通滤波器带宽中心频率) 后,可以表示如下:
ni (t ) nI (t ) cos ct nQ (t )sin ct
ni (t ) rn (t ) cos c t n (t ) 其中rn (t ) n I (t ) n
1 1 S P ( ) SVSB ( ) ( c ) ( c ) SVSB ( c ) SVSB ( c ) 2 2 1 SVSB ( ) F ( c ) F ( c ) HV ( ) 2
10
若要不产生失真,需在频带|ω |<ω m 内,HV(ω -ω c)+HV(ω +ω c)=常数
通信原理第三章 ppt课件

制。 5)模拟调制:用来自信源的基带模拟信号去调
制某载波的过程 。
通信原理第三章
3、调制的作用
★(1)将基带信号变成适合在信道中传输 的已调信号
★(2)实现信道的多路复用 (3)改善系统的抗噪声性能 (4)改变信号占用的带宽
通信原理第三章
4、调制的分类
连续波调制 (载波为正弦波)
振幅调制(AM, DSB ,SSB,VSB) 模拟调制 频率调制(FM )
(1)最直接的方法——滤波法:
将不含直流分量的基带信号m(t)和载波信号经乘法器后 得到双边带信号DSB,再通过一个单边带滤波器就得 到需要的单边带SSB信号。
m(t )
h (t )
S SSB ( t )
A cos c t
单边带调制 通信原的理第一三章般模型
单边带调制(SSB)的一般模 型
从图中看,SSB与DSB好象没什么不同, 但两者的h(t) 不同。DSB 的h(t) 要求保 留两个边带信号;而SSB 的h(t)只要求 保留一个而且只能保留一个边带信号。
1 2
t
- c
0
通信原理第三章
A0
c
调幅AM信号
由图可见: (1)波形包络与输入基带信号m(t)成正比 (2)频谱具有上、下对称的两个边带 (3)频谱中心含离散载频分量,它并不携带信息 (4)要使调幅波的包络波形与基带信号波形相同, 则一定要满足两个条件: a、对所有的t的值|m(t)|max≤ A0,否则会过调制 b、载波频率必须高于基带信号的最高频率
线性调制器的一般模型
输出信号的一般表达式:
时域: s m ( t ) m ( t ) A co 0 t h ( s t )
且 m(t) M()
制某载波的过程 。
通信原理第三章
3、调制的作用
★(1)将基带信号变成适合在信道中传输 的已调信号
★(2)实现信道的多路复用 (3)改善系统的抗噪声性能 (4)改变信号占用的带宽
通信原理第三章
4、调制的分类
连续波调制 (载波为正弦波)
振幅调制(AM, DSB ,SSB,VSB) 模拟调制 频率调制(FM )
(1)最直接的方法——滤波法:
将不含直流分量的基带信号m(t)和载波信号经乘法器后 得到双边带信号DSB,再通过一个单边带滤波器就得 到需要的单边带SSB信号。
m(t )
h (t )
S SSB ( t )
A cos c t
单边带调制 通信原的理第一三章般模型
单边带调制(SSB)的一般模 型
从图中看,SSB与DSB好象没什么不同, 但两者的h(t) 不同。DSB 的h(t) 要求保 留两个边带信号;而SSB 的h(t)只要求 保留一个而且只能保留一个边带信号。
1 2
t
- c
0
通信原理第三章
A0
c
调幅AM信号
由图可见: (1)波形包络与输入基带信号m(t)成正比 (2)频谱具有上、下对称的两个边带 (3)频谱中心含离散载频分量,它并不携带信息 (4)要使调幅波的包络波形与基带信号波形相同, 则一定要满足两个条件: a、对所有的t的值|m(t)|max≤ A0,否则会过调制 b、载波频率必须高于基带信号的最高频率
线性调制器的一般模型
输出信号的一般表达式:
时域: s m ( t ) m ( t ) A co 0 t h ( s t )
且 m(t) M()
(通信原理课件)第三章

《通信原理课件》
零、具有各态历经性的平稳随机过程, 其 统 计 平 均 与 时 间 平 均 是 相 同 的 。 由 2.7 节知,AM已调信号是一非平稳随机过程, 其功率谱密度为其自相关函数时间平均值 的傅里叶变换。
AM已调信号的自相关函数为
RAM (t,t ) E[SAM (t)SAM (t )]
BDSB BAM 2 f H (3. 17)
式中,fH为调制信号的最高频率。
《通信原理课件》
3、DSB信号的功率分配及调制效率
由于不再包含载波成分,因此,DSB 信号的功率就等于边带功率,是调制信 号功率的一半,即
PDSB
s2 DSB
(t)
P边
1 2
m2 (t )
(3. 18)
式中,Pm为边带功率,显然,DSB信 号的调制效率为100%。
《通信原理课件》
3.2.2 双边带调制(DSB)
1、DSB信号的模型 在AM信号中,载波分量并不携带信 息,信息完全由边带传送。如果将载 波抑制,只需在图3-1 中将直流A0去 掉,即可输出抑制载波双边带信号, 简称双边带信号(DSB)。 DSB调制器 模型如图3-3所示。
《通信原理课件》
图3-3 DSB调制器模型
《通信原理课件》
上式中Pm(ω)为调制信号的功率谱密度。 由功率谱密度可以求出已调信号的平均
功率:
PAM
1
2
PAM ()d Pc P边
其中
(3. 12)
Pc
1
2
A02 2
[
(
c
)
(
c
)]d
1 2
A02
(3. 13)
《通信原理课件》
P边
1
零、具有各态历经性的平稳随机过程, 其 统 计 平 均 与 时 间 平 均 是 相 同 的 。 由 2.7 节知,AM已调信号是一非平稳随机过程, 其功率谱密度为其自相关函数时间平均值 的傅里叶变换。
AM已调信号的自相关函数为
RAM (t,t ) E[SAM (t)SAM (t )]
BDSB BAM 2 f H (3. 17)
式中,fH为调制信号的最高频率。
《通信原理课件》
3、DSB信号的功率分配及调制效率
由于不再包含载波成分,因此,DSB 信号的功率就等于边带功率,是调制信 号功率的一半,即
PDSB
s2 DSB
(t)
P边
1 2
m2 (t )
(3. 18)
式中,Pm为边带功率,显然,DSB信 号的调制效率为100%。
《通信原理课件》
3.2.2 双边带调制(DSB)
1、DSB信号的模型 在AM信号中,载波分量并不携带信 息,信息完全由边带传送。如果将载 波抑制,只需在图3-1 中将直流A0去 掉,即可输出抑制载波双边带信号, 简称双边带信号(DSB)。 DSB调制器 模型如图3-3所示。
《通信原理课件》
图3-3 DSB调制器模型
《通信原理课件》
上式中Pm(ω)为调制信号的功率谱密度。 由功率谱密度可以求出已调信号的平均
功率:
PAM
1
2
PAM ()d Pc P边
其中
(3. 12)
Pc
1
2
A02 2
[
(
c
)
(
c
)]d
1 2
A02
(3. 13)
《通信原理课件》
P边
1
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where m’(t) is the A.C. component in m(t), and
m '( t ) 1
The output of the modulator is called the amplitude modulation signal.
There are discrete carrier components in the frequency spectral density of an AM signal.
r '( t ) H (f )
baseband signal m(t)
co s 0t
The input of the detector s(t)
The local carrier is
s ( t ) m '( t ) c o s 0 t
c ( t ) c o s [( 0 ) t ]
0 m 0 0
0
m
H ( f f0 ) H ( f f0 ) C
f fm
Contents
3.1 Introduction 3.2 Linear Modulation
3.3 Nonlinear Modulation
3.4 Brief Summary
3.3 Nonlinear Modulation
The output of the modulator is called the Doublesideband suppressed carrier AM.
There is no discrete carrier components in the frequency spectral density of a DSB signal.
PM
Contents
3.1 Introduction 3.2 Linear Modulation
3.3 Nonlinear Modulation
3.4 Brief Summary
3.2 Linear Modulation
New words:
carrier
multiplier rectifier
bandpass filter
which refers there are frequency and phase differences between the transmitter carrier and receiver carrier. The output of the product is
r '( t ) m '( t ) c o s 0 t c o s [( 0 ) t ]
New words:
modulating signal anti-jamming modulated signal modulator
linear modulation
nonlinear modulation
amplitude modulated signal
single-sideband signal
Cha.3 Analog Modulation System
12-2012
Peng Yanni
Contents
3.1 Introduction 3.2 Linear Modulation
3.3 Nonlinear Modulation
3.4 Brief Summary
3.1 Introduction
Amplitude demodulation Since the envelope of the AM signal is the same as the shape of modulating signal, envelope detector can be used to demodulate AM signal. Rectifier
3.2.3 Single-sideband Modulation (SSB) SSB modulation Two sidebands contain the same information, so we can only transmit any one of them by suppressing the other one. or S '( f ) S '( f )
S '( f )
f0
0
f
f0
Most part of the power in an AM signal is occupied by the carrier, but the carrier itself doesn’t contain any information of the baseband signal.
Hence, the output of demodulator is
m (t ) 1 2 m '( t ) c o s ( t )
We can make a conclusion that only if the local carrier has no frequency and phase error, the demodulated output signal has no dision
phase modulation frequency deviation
instantaneous frequency (phase)
frequency modulation frequency modulation index
narrowband frequency modulation
broadband frequency modulation
3.3.1 Basic Principles Nonlinear modulation is also called angle modulation, where modulating signal is carried on the phase of the carrier. Angle modulation enables frequency and phase of the carrier to vary with the modulating signal. Assume the carrier: c ( t ) A c o s ( t ) A c o s ( t ) where d ( t ) / d t
A 2
[ M ( f f 0 ) M ( f f 0 )]
S '( f )
0
f
f0
0
f
f0
3.2.1 Amplitude Modulation (AM) Amplitude modulation AM signal s’(t) may be expressed as
s '( t ) [1 m '( t )] A c o s 0 t
Hence, the output of detector is
v 0 ( t ) m '( t ) A n c ( t )
So, the input SNR
ri E {
1 2
[1 m '( t )] A / n ( t )}
2 2 2
And the output SNR
ro E [ m ' ( t ) A / n c ( t ) ]
modulated signal s(t)
carrier c(t)
c ( t ) A c o s ( 0 t 0 )
AM linear modulation Two kinds analog modulation systems DSB-SC SSB VSB FM nonlinear modulation
Upper-sideband
Upper-sideband lower-sideband
f0
S '( f )
0
f
f0
lower-sideband
DSB demodulation We need a coherent carrier in the demodulator, which makes the circuits rather complex. received signal s(t)
The envelope of y(t):
V y (t )
{ [1 m '( t )] A n c ( t )} n ( t )
2 2
s
Under the condition of large SNR,
V y ( t ) [1 m '( t ) ] A n c ( t )
2 2 2
The ratio of input and output SNR is
ro ri
E[
2 m ' (t ) [1 m '( t )]
2
2
]
Since most part of power in signal before detection is occupied by the carrier, which makes no contribution to the useful detected signal, the SNR has decreased after detection.
f0
0
f
f0
f0
0
f
f0
which is called the Single-sideband Modulation.
SSB demodulation We need a coherent carrier in the demodulator, either. received signal s(t)