通信原理 樊昌信 第五章

A m(t ) nc (t )
2 ∴ 信号功率 S o m (t )
噪声功率 N o no2 ( t ) n0 B
输出信噪比
So m 2 (t ) o No n0 B
小信噪比
E (t )
A m( t ) ni ( t )
A m( t ) 2 nc2 ( t ) ns2 ( t ) 2 A m( t ) nc ( t ) 1 2 A m( t ) nc ( t ) 2 n 2 (t ) n 2 (t ) 1
相位
ns ( t ) ( t ) arctg A m( t ) nc ( t )
讨论大信噪比、小信噪比
大信噪比
E (t )

A m(t ) ni (t )
A m(t ) 2 nc2 (t ) ns2 (t ) 2A m(t ) nc (t )
AM 频谱示意图
M( )


c


0
H
c
0

S AM
下边带
上边带

c H
c
c H
0
c H
c
c H
2 H
SAM(t) 的频谱是 m(t) 的频谱在频域内的线性搬移 称之为线性调制
DSB 信号
1）信号表达式 2）频谱结构
Sm (t ) S DSB (t ) m(t ) cosc t
AM 频谱公式：卷积运算
因为
m' ( t ) M ' ( ) cos c t ( c ) ( c ) m0 2m0 ( )
Sm (t ) S AM (t ) m0 m' (t ) cosc t
且
所以
S AM ( ) F ( m0 m' ( t ) F cos c t m0 ( c ) ( c ) 1 M ' ( c ) M ' ( c ) 2
第五章 模拟调制系统
主要内容
模拟调制系统的组成 幅度调制的四种方法 重点 系统的组成框图 解调方法及性能 频分复用的实现
幅度和角度调制的定义 调幅信号的参数及波形 抗噪声性能的分析方法 信噪比的计算
频分复用系统
5.0 基本概念
5.1 幅度调制的原理 5.2 线性调制系统的抗噪性能
输入信噪比 解调器输出端
1 S0 ( t ) m( t ) 2
Si m 2 (t ) i Ni 2 n0 B
输出信噪比
同AM 相干解调
no ( t )
1 nc ( t ) 2
So m 2 (t ) o No n0 B
调制制度增益 G
G
o 2 i
G＝2 说明输出信号性能提高一倍，原因是 ni (t) 中的正交分量被抑制 约束条件：本地载波与发端载波同频同相 若 本地载波 cos'c t
c s

2 2 nc ( t ) ns ( t ) 1 2

2 A m ( t ) nc ( t ) R( t ) 1 R( t ) R( t )
2 A m ( t ) R( t ) 1 cos ( t ) R( t ) A m(t ) R( t ) 1 cos ( t ) R( t ) R( t ) A m ( t )cos ( t )
No
1 2 1 nc ( t ) n0 B 4 4
Si A2 m 2 (t ) i Ni 2 n0 B
输出信噪比
调制制度增益 G
o 定义式 G i
So m 2 (t ) o No n0 B
G AM
2m 2 (t ) A m (t )
2 2
1
比较：相干解调与包络 检波器的性能相同
讨论满足要求的 H ( )
思路： (1) H(ω) 不仅需易实现，且需保证接收端完 整不失真地还原信号。 (2) H(ω) 与接收方法有关。
分析 同步解调 方法 结论： H ( c ) H ( c ) 常数 H(ω)关于ωc奇对称
5.2 线性调制系统的抗噪性能
基本概念 抗噪性能针对接收端而言 接收信号为有效信号和噪声信号之和 所有噪声均为加性高斯白噪声 性能参数为信噪比 接收机框图 噪声描述 接收系统特性 1) AM系统 2) DSB系统 3) SSB系统 4) VSB系统
1 2
其中
R( t ) nc2 ( t ) ns2 ( t )
cos ( t )
(t ) arctg
ns (t ) nc (t )
nc ( t ) R( t )
讨论：输出信号 输出噪声
m( t ) cos ( t )
R(t )
输出信号中没有单独的信号项 m(t)，被扰乱 成随机噪声 m(t) cosθ(t) ，使信号功率下降。 输出噪声 R(t) 增强 结论：随着 m(t) 减小，将使输出信噪比急剧恶化， 这种现象称之为“门限效应”。
调制的目的
将调制信号变换成适合信道传输的已调信号
调制的方法
模拟调制 幅度: AM、DSB、SSB、VSB 角度: FM、PM
AM 信号
1）信号表达式
Sm (t ) S AM (t ) m0 m' (t ) cosc t
2）频谱结构 频谱计算
S AM ( ) m0 ( c ) ( c ) 1 M ' ( c ) M ' ( c ) 2
频谱图
重要参数：信号带宽 BAM 2 H 3）调制方法
四种信号同时演示
W AM 2 H
重要参数：信道带宽
4）解调方法 非相干解调：包络检波法 相干解调：同步检波法
1）信号表达式：
其中
Sm (t ) S AM (t ) m0 m' (t ) cosc t
令 m' (t ) A cos t 约束 A m0
系统性能随解调方法而变化
非相干解调 相干解调 相干解调 相干解调
AM 非相干解调
解调器输入端
W
Sm (t )
ni (t )
带通
c
包络检波器
So (t )
no (t )
计算 信号功率 Si 、噪声功率Ni
Sm (t ) A m(t )cosc t A 》m(t ) 1 2 S i S m ( t ) A m( t ) 2 (1 cos 2 c t ) 2 1 1 2 A m( t ) 2 A m 2 ( t ) 2 Am ( t ) 2 2 1 2 Am(t )统计平均值为零 ＝ A 2 m 2 (t ) 2
m(t ) m0 m' (t )
m (t )
m0 A m0
2）信号波形
cos c t
t
t
包络
Sm (t )
t
卷积定理
f 1 ( t ) f 2 ( t ) F1 ( ) F2 ( ) 1 f 1 (t ) f 2 (t ) F1 ( ) F2 ( ) 2
重要参数：信号带宽 2）调制方法
四种信号同时演示
WSSB H
重要参数：信道带宽 3）解调方法
非相干解调
相干解调
解决DSB 信号频带宽，SSB 信号难于实现的问题
VSB 频谱结构
S m ( ) SVSB ( ) 1 M ( c ) M ( c ) H ( ) 2




N i n0W n0 B
B 2 H
输入信噪比
Si A2 m 2 (t ) i Ni 2 n0 B
解调器输出端
计算信号功率 So 、噪声功率No
∵ So(t) 取决于包络检波器输入信号的包络 E(t)
∴ 分析 E(t) 的表达式 ∵ Sm (t ) ni (t ) A m(t )cosc t nc (t ) cosc t ns (t ) sinc t
S1 (t ) A m(t ) cos2 c t
1 A m(t ) 1 A m( t ) cos 2 c t 2 2 1 1 隔直处理 So ( t ) A m( t ) m (t ) ∴ 2 2 1 2 信号功率 S o m (t ) 4
A m(t ) nc (t )cosc t ns (t ) sinc t

A m(t ) nc (t ) 2 ns2 (t )
cos c t ( t )
∴
包络
E (t )
A m( t ) nc ( t ) 2 ns2 ( t )
S SSB ( ) S DSB ( ) H ( )
BSSB H
2）频谱结构
重要参数：信号带宽 3）调制方法
四种信号同时演示
WSSB H
重要参数：信道带宽 4）解调方法 相干解调
VSB 信号
1）频谱结构
SVSB ( ) S DSB ( ) H ( )
BSSB H
5.3 非线性调制的原理
5.4 调频系统的抗噪性能
5.5 各种模拟系统的比较 5.6 频分复用（FDM） 作业
作业
习题 5-1、2、4、7、9
基本概念
调制信号：模拟基带信号（低频） 载波：单一频率的正弦波（高频） 已调信号：调制信号和载波的合成信号（高频） 调制：用调制信号去控制载波信号的某个参数， 使参数随调制信号的变化而变化。 解调：调制的逆过程
∵
n1 (t ) nc (t ) cosc t ns (t ) sinc t cosc t
1 1 1 nc (t ) nc ( t ) cos 2 c t ns ( t ) si n2 c t 2 2 2 1 no ( t ) nc ( t ) 2
∴
噪声功率
导致这种现象出现的输入信噪比称为“门限”。
参数计算忽略
AM 相干解调
解调器输入端
W
带通
Sm (t )
c

S 1 (t )
低通
S o (t )
同步
cos c t
性能与非相干解调相同
解调器输出端
∵ Sm (t ) A m(t ) cosc t
Si A2 m 2 (t ) i Ni 2 n0 B
A m(t ) 2 2A m(t ) nc (t )
12
2 nc ( t ) 1 A m ( t ) 1 当 x 1 时, ( 1 x ) 2 1 x A m(t ) 2 输出信号 n (t ) A m(t ) 1 Soc(t) 输出噪声 n (t) 直流参数 A o A m(t )
常用信号频谱
cos c t ( c ) ( c ) 1 2 ( ) (t ) 1 T ( t ) ) f (t ) f (t ) (t T ) f (t T ) f ( t ) ( t ) f (0 ) ( t ) f ( t ) ( t T ) f (T ) ( t T )
1 S DSB ( ) M ( c ) M ( c ) 2
重要参数：信号带宽 BDSB 2 H 3）调制方法
四种信号同时演示
WDSB 2 H
重要参数：信道带宽
4）解调方法 相干解调
SSB 信号
1）信号表达式 分为上边带 SSB 和下边带 SSB 信号
DSB 同步检波
解调器输入端
Sm (t ) m(t ) cosc t
W
带通
Sm (t )
c

低通
S o (t )
同步
cos c t
信号功率 噪声功率
2 S i S m ( t ) m ( t ) cos c t 2
1 2 m (t ) 2
B 2 H
N i n0 B