第三章模拟通信系统

角度调制的特点 ❖ 较高的抗噪声性能； ❖ 更宽的信号带宽。
-33-
角度调制的基本概念
角度调制信号的一般表示式
sm(t ) Acos t Acos[ct (t)]
二倍频分量
低通滤波后
y0 t
Ac 2
m(t) cos

Ac 2
mˆ (t) sin
若

0

y0 t
Ac 2
m(t)
-25-
3.1.4 残留边带调制VSB信号波形及频谱
m(t) ×
hVSB t
HVSB()
sVSB(t)
Ac cosct
sVSB (t) Acm(t) cos(ct) hVSB t
SVSB ()

Ac 2
M
(
c
)

M
(
c ) HVSB
SDSB ()HVSB
-26-
相干解调接收的输出信号
svsb(t)
y(t)
yo(t)
LPF
载波提 取电路
cosc t
y(t) sVSB (t) cos(ct)
SVSB ()

Ac 2

c


Sgn

c

Sgnx

1, x 0 1, x 0
符号函数
-19-
相移法生成LSB信号
SDSB () Ac[M ( c ) M ( c )]
H LSB
()

1 2
[sgn(
c
)

sgn(

c
)]
SLSB () Ac[M ( c ) M ( c )]H LSB ()

Ac 2
[M (
c ) M (
c )]

Ac 2
[M (
c ) sgn(
c )

M
(
c ) sgn(
c )]
-20-
m(t)
cosct

1 [M 2
(
c
)

M
(

c
)]
Leabharlann Baidumˆ (t)sin
ct

1 2
[M
(

c
)
sgn(

USB滤波特性
HUSB



1, 0,
C C
LSB滤波特性
H
LSB



1, 0,
C C
-16-
滤波法生成下边带信号频谱图
理想滤波特性
1,
HLSB () 0,
| | c | | c
-17-
滤波法生成上边带信号频谱示意图
c
)
M ( c ) sgn( c )]
SLSB (t) Ac[m(t) cosct mˆ (t) sin ct]
-21-
上边带(USB)滤波器
1,
HUSB () 0,
| | c | | c
HUSB()

-c
0
c
HUSB



1
Ac cosct
Hh () jSgn()

2
SLSB (t) SUSB (t)
Hh() Hilbert滤波器 mˆ (t)
Acmˆ (t) sin ct
sLSB (t) Acm(t) cosct Acmˆ (t) sin ct sUSB (t) Acm(t) cosct Acmˆ (t) sin ct
-28-
-c
c
-29-
例1：某调制系统如图所示，为在输出端同时分别得到f1(t)和f2(t)，试确 定接收端的c1(t)和c2(t)
f1(t)
cosct
+
f2(t)
sin ct
c1(t)
f1(t)
LPF
f2(t) LPF
c2(t)
c1t 2 cosct, c2 t 2sin ct
-24-
SSB-AM相干解调
sssb(t)
sp(t)
yo(t)
LPF
载波提 取电路
cosct
sssb (t) Acm(t) cosct Acmˆ (t) sin ct
sp t
sssb (t) cosct
Ac 2
m(t) cos

Ac 2
mˆ (t) sin
理想滤波特性
1,
HUSB () 0,
| | c | | c
-c
HSSB()

0
c
SSSB()

-c
0
c
-18-
下边带(LSB)滤波器
H
LSB
(
)

1, 0,
| | c | | c
HLSB()

-c
0
c
H
LSB



1 2
Sgn
m(t) 基带信号
调制器
sm(t) 已调信号
c(t) 载波信号
-2-
调制的分类
根据基带信号不同分类： ➢ 模拟调制 ➢ 数字调制
根据载波类型(连续波还是脉冲序列)的不同分类： ➢ 模拟连续波调制（模拟调制） ➢ 数字连续波调制（数字调制） ➢ 模拟脉冲调制（模拟信号的数字化） ➢ 数字脉冲调制（如UWB）
H vsb
c Hvsb
c M
VSB滤波器截止特性在载频处需满足互补对称特性
HVSB c HVSB c 常数, m
-27-
❖ VSB滤波器截止特性的限制条件
(a) c
(b)
在
H
1
0.5
c

1
0.5
0

处互补奇对称
-30-
例2：下图所示系统是一个SSB调制模型，LPF、HPF分别为低通、高通滤
波器，截止频率为c.
① 试推导s(t)的表达式。
② 画出适合s(t)解调的方框图。
f1(t)
cosct
f2(t)
LPF s(t)
+
HPF
-31-
• s(t)的表达式为
st

1 2

f1 t cosct
-3-
调制的目的
为什么要采用载波调制？ ➢ 匹配带通信道传输特性：将基带信号的低通频谱搬移到载波频率上， 使得所发送的频带信号频谱特性匹配频带信道的带通特性。 ➢ 在无线通信中便于天线设计：将基带信号加载到高频载波，可以提 高辐射效率，减小无线传输时所使用的天线尺寸，便于实现。 无线通信时天线尺寸通常约等于四分之一电磁波(EM)波长 f 3000 Hz c , 2.510 4 m
振荡器
调幅信号
st mtct mtAc cosct mtAc cosc t
➢ m(t)为确定信号
S

Ac 2
M

c

M

c

-12-
DSB-SC AM信号波形及频谱
M(ω) m(t)
2W
2W 2W
载波反相点
c 2W
sd(t)
➢ 包络检波：AM调制
sAM t Ac1 mtcosct
sd t Ac1 mt
-10-
SAM(t) sd(t)
t
包络 检波
t
-11-
3.1.2 抑制载波双边带调幅(DSB-SC AM)
DSB-SC AM调制模型 m(t)
s(t) 带通滤波
c(t) Ac cosct

fˆ1
t sinct

1 2

f2
t cosct

fˆ2
t sinct
• 对应的相干解调器应为
截止频率c
LPF
s1 t

1 2

f1 t cosct

fˆ1 t sin ct
f1(t)

LPF
s(t)
4cos ct
HPF

f2(t) LPF
第三章 模拟通信系统
3.1 幅度调制 3.2 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
-1-
引言
基本概念 调制：把模拟/数字基带信号转换为适合信道特性的传输信号的过程。
➢基带信道：数字基带调制 ➢频带信道：模拟载波调制，数字载波调制 模拟载波调制：用模拟基带信号去控制载波参数的过程，即使载波的 某一个或某几个参数按照模拟基带信号的规律而变化。 ➢基带信号：来自信源的模拟基带信号 ➢载波：周期性信号(正弦型载波) ➢已调信号：载波调制后的信号，含有基带信号的全部特征
c 2W
c 2W
c 2W
已调信号带宽BDSB=2W
-13-
DSB-SC信号的功率与效率
• 功率 • 调制效率
PDSB
Ac2 m2 t
2
sideband power
DSB 1
-14-
DSB-SC-AM相干解调
解调 ➢ 调制的逆过程（从接收到的已调信号中恢复原来的基带调制信号） ➢ 相干解调：接收端需提供一个与发送端载波严格同步的相干载波
f4
f 900 MHz 810 2 m
4
➢ 实现频分复用，提高信道利用率 ➢ 扩展信号带宽(如频率调制)，提高系统抗噪声/干扰性能，兼顾通信的
有效性和可靠性。
-4-
3.1 幅度调制
四类幅度调制方法： ➢ 常规调幅(AM) ➢ 抑制载波双边带调幅(DSB-SC)： ➢ 单边带调幅(SSB) ➢ 残留边带调幅(VSB)
M
(
c )

M
(
c ) HVSB
Y


1 2
Svsb

c

Svsb

c


Ac 4
M
2c
M Hvsb
c
Ac 4
M M
2c Hvsb
c
低通滤波后
Y0
Ac 4
-15-
3.1.3 SSB单边带调幅: 滤波法生成模型
m(t)
SDSB
×
HSSB
sSSB(t)
hSSB t
2 Ac cosct
sSSB t sDSB t hSSB t 2Acmt cosct hSSB t
sSSB sDSB HSSB Ac M c M c HSSB
sUSB (t) sDSB (t) sLSB (t)
2Acm(t) cosct Ac[m(t) cosct mˆ (t) sin ct]
Ac[m(t) cosct mˆ (t) sin ct]
-23-
SSB单边带调幅:相移法SSB信号调制模型
m(t)
Acm(t) cosct
截止频率c
s2
t

1 2

f2
t cosct

fˆ2
t

sin
ct

-32-
3.2 模拟角度调制
角度调制：载波瞬时相角随基带调制信号变化。 ❖ 频率调制(FM)：载波的频率随基带信号变化； ❖ 相位调制(PM)：载波的相位随基带信号变化；
非线性是角度调制的主要特征 ❖ 已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移； ❖ 已调信号频谱中往往会产生与基带信号频谱不同的新的频率成分；
mt 1 mt 0
调幅指数：
AM max mt
➢m(t)为确定信号
S AM


Ac



c



c

Ac 2
M


c

M

c

-6-
AM信号的波形
-7-
AM信号的波形和频谱
2 m
LSB：下边带 USB：上边带
已调信号带宽BAM=2fH

1 2
Sgn

c


Sgn

c

Sgnx

1, x 0 1, x 0
符号函数
-22-
相移法生成USB信号
HUSB () 1 H LSB ()
SUSB () SDSB ()[1 H LSB ()] SDSB () SLSB ()
Modulator
Waveform Channel
Demodulator
-5-
3.1.1常规幅度调制(AM)
m(t)
sAM(t)
Ac cosct c
sAM t Ac cosct mt Ac cosct c
c0 sAM t Ac1 mtcosct
-8-
AM信号的功率与效率
• 功率
PAM
Ac2 2
Ac2 m2 t
2
discrete
sideband power
carrier power
• 调制效率
AM

Pm PAM
m2 t 1 m2 t
-9-
AM信号的非相干解调
非相干解调：包络检测
sm(t)
相干解调（同步检波）：需要同步（同频与同相）的相干载波
s (t)
sp(t)
y0(t)
LPF
载波提 取电路
将已调信号频谱搬 回到原始基带位置
cosct
p.66
滤掉不期望信号 获得原始调制信号
载波提取电路的一般方法： ➢ 发送端：导频(添加离散的小导频分量)； ➢ 接收端：平方环法，Costas环法