第五章模拟调制系统-线性调制原理

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1、普通双边带调幅（AM）
调幅器输出波形：
1、普通双边带调幅（AM）
（2）频谱特性
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s AM (t ) A0 + m(t )cos wct A0 cos wct + m(t ) cos wct
1 S AM ( ) A0 [ ( c ) + ( + c )] + [ M ( c ) + M ( + c )] 2
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特性不随时间变化或者变化很小的信道称为恒参信道
（2）编码信道模型
转移概率（transfer probability）
P(0 / 0) 1 P(1/ 0)
P(1/1) 1 P(0 /1)
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2、信道特性对信号传输的影响
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（1）恒参信道的传输特性H(w)可用幅频特性和相频特 性共同描述
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2、双边带调制（DSB ）
f (t )
（1）时域表达
PAM
2 A0 m2 (t ) + Pc + Ps 2 2
将常规双边带调幅SAM(t)中不携带信息的载波抑制掉 ，即去掉振幅中的直流分量，可得双边带调幅的时域 表达式：
sDSB (t ) m(t ) coswct
sAM (t ) [ Ac + m(t )] coswct
2
因此： P
AM
2 A0 m2 (t ) + Pc + Ps 2 2
利用率比较低
A02 m 2 (t ) 其中 Pc 为载波功率 Ps 2 2
为边带功率 （与调制信 号有关）
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1、普通双边带调幅（AM）
Ps m (t ) 调制效率定义: 2 PAM A0 + m 2 (t )
邯郸学院 某一待传输的图片约含2.5*10^6个像素，为了很好地重现 图片，需将每个像素量化为16个亮度电平之一，假如所有 这些亮度电平等概率出现且互不相干，并设加性高斯噪声 信道中的信噪比为30dB，试计算用3min传送一张这样的 图片所需的最小信道带宽（不压缩编码） 解：每个像素的信息量为
1 I log 2 4(bit ) 16
H (w) H (w) e j ( w)
无失真传输（理想恒参信道）条件： a、幅频特性为一条水平直线，即
H (w) K (常数)
b、相频特性是一条通过原点的直线，即
(w) wtd
d ( w) td (常数) dw
( w)
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频率失真、相位失真均属于线性失真，通常可用线性网络补偿， 这种补偿网络通常称为幅度和相位均衡器。 除以上两种线性失真外，还存在其他失真： 非线性失真、频率偏移（deviation）和相位抖动(phase jitter) （2）随参信道对信号传输的影响 传输特性： H (w, t ) H (w, t ) e j ( w,t ) a、对信号的衰耗随时间而变化 b、传输的时延随时间而变化 c、多径传播——对信号产生的影响称为多径效应
2n

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减小频率选择性衰落的措施：
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1、当信号的带宽 Bs 1/ m 时，将产生严重的频率选择性衰 落。 为了避免，应使 Bs 1/ m 工程上，
1 1 Bs ( ~ )1/ m 3 5
2、对于数字信号，带宽取决于码元的速率RB， 而RB等于码元宽度Ts的倒数，因此
5.3 角度调制原理 5.4 调频系统的抗噪声性能 5.5 各种模拟调制系统的比较
5.6 频分复用和调频立体声
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概述
一、调制的概念： 按调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波某 些参数的过程。 也就是将基带信号进行各种变换后再传输的过程。 二、调制目的： 1、提高传输性能，以较小的发送功率与较短的 天线来辐射电磁波。 2、提高抗干扰性。（不同调制方式性能不同） 3、有效的利用频带（频谱搬移）。
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总结： 1、优点：结构简单，实现容易，适用于广播通信。 2、缺点： （1）功率效率非常低，最大为1/3

AM
A2 m 2 AM 2 2+ 2 AM 2 2 A0 + A m
（2）频谱效率也不高，为信号最高频率的2倍。
BAM 2 f H
返 回
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2、双边带调制（DSB ）
AM信号在1Ω电阻上的平均功率PAM应等于sAM(t)的 均方值。当m(t)为确知信号时， sAM(t)的均方值即为 其平方的时间平均， 即
PAM s
2 0
2 AM
2
(t ) [ A0 + m(t )] cos wct
2 2
2 2 2
A cos wct + m (t ) cos wct + 2 A0 m(t ) cos wct
Fourier
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m(t)
O
m(t)
1、普通双边带调幅（AM）
t
A0£«m(t) Ac+m(t)
O
cosc(t)
t
1
M()
M(ω)
H
O
t
£ H 0
sAM(t)
SAM()
上边带
O t
A0
下边带
1 2 0
下边带
A0
上边带

£ c
c
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1、普通双边带调幅（AM）
时域波形——解调： 由上图可以看出，当 m(t ) max A0 时，包络与调制信号
一、幅度调制（调幅）概念： 幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其 按调制信号的规律而变化的过程。 幅度调制器的一般模型如下图所示。 m(t)为调制信号
m(t) 滤波器 c(t) sm(t)
载波： c(t ) A cos(c t + 0 ) A为幅度
c为载波角频率
0 初始相位
m(t)的形状完全一样，因此，用包络检波的方法很容 易恢复出原始的调制信号。 如果不满足上述条件，则会出现过调幅，也就是
m(t ) A0 1
就需要用同步检波的方法进行解调。
1、普通双边带调幅（AM）
频谱——带宽：
频谱组成：载频分量、上边带、下边带
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结构：上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相 同，下边带是上边带的镜像。
结论：AM的带宽是基带信号带宽fH的2倍。
BAM 2 f H
1、普通双边带调幅（AM）
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• 结论： 振幅调制的实质在频域上完成频谱搬移，但要完成 调幅，调制电压必须在时域上和载波相乘。
m(t )
s m (t )
A0 cos( wc t )
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1、普通双边带调幅（AM）
（3）功率分配关系
直流分量 信号分量
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m(t ) M ( w) cos wc t π[δ ( w wc ) + δ ( w + wc )] Ac 2Ac ( w) m(t )e
jwc t Fourier Fourier
Fourier
M ( w wc )
m(t ) Am cos wmt
调制效率
2
当调制信号为单频余弦信号时：

AM
β AM
Am A0
Am 2 AM 2 2+ 2 AM 2 2 A0 + A m
2
m 2 (t ) A 2 m
2
无失真包络检波条件： β AM 1
当Am＝A0 时，调制效率达到最大为1/3
1、普通双边带调幅（AM）
可认为窄带噪声的功率谱密度在带宽Bn内是恒定的。
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4、信道中的容量 (1)离散信道容量
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Ct max {r[ H ( x) H ( x / y )]}
P( x)
(2)连续信道容量
S Ct B log2 1 + n B 0
(b / s)
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求下列计算值：
C
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1、普通双边带调幅（AM）
（1）时域表达 图中，调制信号 m(t)（通常认为其 平均值为0）叠加直 流A0后与载波相乘( 见图)， 就可形成调 幅(AM)信号
m(t )
s m (t )
A0 cos( wc t )
直流
调制信号
确知 零均值 随机
s AM (t ) [ A0 + m(t )] coswct
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概述
三、调制的种类：
模拟信号 模拟调制 线性幅度调制、非线性角度调制 f (t ) 数字信号 数字调制
四、模拟调制的种类：
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概述
四、模拟调制的种类：
幅度调制(线性调制)
AM DSB-SC SSB VSB
角度调制(非线性调制)
频率调制FM
相位调制PM
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§ 5.1 幅度调制的原理
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1、普通双边带调幅（AM）
2 PAM A0 cos2 wct + m2 (t ) cos2 wct + 2 A0 m(t ) cos2 wct
通常假设调制信号没有直流分量,即
,
m(t ) 0
1 cos wc t (1 + cos 2wc t ), 2 cos 2wc t 0 AM信号的功率
一张图片的信息量为：
I F 2.5 106 4 107 (bit )
信噪比为30dB=1000 由香农公式
107 (bit ) 3min传送图片所需的信道容量为： C 3 60
S C Blog 2 (1 + ) N
得：B=5.57KHz
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5.1 幅度调制的原理 5.2 线性系统的抗噪声性能
解：由信息量计算公式H ( x) P( xi ) log 2 P( xi )
i 1
4
1.9056bit
邯郸学院 （3）已知电话信道的带宽是3400Hz，若要求传输6800bit/s 的数据，请计算要求信道的最小信噪比是多少分贝？
解：由香农公式C Blog 2 (1 + SNR) 6800 3400log 2 (1 + SNR) SNR=3 4.77dB (10lgSNR=?dB)
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瑞利型衰落
多径效应
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从波形上，确知等幅波变成了 包络缓慢起伏的随机调幅波
从频谱上看，单根线谱变 成了窄带频谱( 频率弥散 )
频率选择 性衰落
衰落与频率有关
频率选择性衰落是多径效应中最 严重的一种。
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经过分析，多径信道 的衰减和信号频率及 时延差有关，因而导 致信号中的某些频率 成分或其倍频波随机 性严重衰落——衰落 现象。 由于这种衰落与频率有 传播极点 关，故称其为频率选择 性衰落。 ( 2n + 1) 传播零点
Ts (3 ~ 5) m
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3、信道中的噪声 了解了噪声的统计特性：
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分析表明起伏噪声（热噪声、散弹噪声、宇宙噪声）均为高 斯噪声，且频谱在很宽的频率范围内均匀分布，故一律把起 伏噪声或热噪声称为高斯白噪声。 为了描述窄带噪声的带宽，我们又介绍了什么是噪声等效带宽： 意义：高度为Pn(f0)、宽度为Bn的理想矩形滤 波器（虚线）的面积和功率谱密度 Pn ( f ) 曲线 下面的面积相等，即功率相等。
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第五章 模拟调制系统
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1、信道的数学模型
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（1）调制信道模型 e0 (t ) k (t )ei (t ) + n(t ) n(t)——加性干扰 当没有信号输入时，信道输出端也有加性干扰 k(t)——乘性干扰 当没有信号输入时，信道输出端没有乘性干扰
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特性随Βιβλιοθήκη Baidu变化的信道称为随参信道
-Wc
W
Wc
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§ 5.1 幅度调制的原理
二、幅度调制特点 （1）波形特点： 幅度随基带信号变化呈正比变化 （2）频谱特点： 从基带简单的搬移到频带上——频谱的搬移是 线性的，所以称为线性调制
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§ 5.1 幅度调制的原理
三、调幅方式的分类
在调幅方式中，常见的有普通双边带调幅、抑制载 波双边带调幅以及单边带调幅，他们的瞬时幅度A的 波形是不相同的。
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（1）已知二元离散信源具有“0”、“1”两个符号，若出现 “0”的概率为1/3，求出现1的信息量。
1 2 解：“1”出现的概率为1- = 3 3 1 2 由信息量计算公式I [ P( xi )] log 2 log 2 0.585bit P( xi ) 3
（2）某离散信源有0、1、2、3四种符号组成，出现概率分 别为3/8 1/4 1/4 1/8 ，求该信源的熵。
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§ 5.1 幅度调制的原理
已调信号: sm (t ) c(t )m(t ) Am(t ) cos(ct + 0 ) Am(t ) cos wct
频谱分析： 设m(t ) M ( ) A 则：S m ( ) F [u (t )] [ M ( c ) + M ( + c )] 2