通信技術(shù)基礎(chǔ)附加

通信技術(shù)基礎(chǔ)附加第一頁，共三十三頁，2022年，8月28日21AnalogData,AnalogSignalsmodulatecarrierfrequencywithanalogdatawhymodulateanalogsignals?higherfrequencycangivemoreefficienttransmissionpermitsfrequencydivisionmultiplexing(chapter8)typesofmodulationAmplitudeFrequencyPhase第二頁，共三十三頁，2022年，8月28日32Analog

Modulation

TechniquesAmplitudeModulationFrequencyModulationPhaseModulation第三頁，共三十三頁，2022年，8月28日4Analogdata,AnalogSignals調(diào)制過程:輸入信號m(t)與載波頻率fc相結(jié)合,可以產(chǎn)生一帶寬中心位于fc的信號s(t)。對數(shù)字數(shù)據(jù),當(dāng)只有模擬傳輸設(shè)備可用時,需要將數(shù)字數(shù)據(jù)調(diào)制轉(zhuǎn)換成模擬形式。當(dāng)數(shù)據(jù)已經(jīng)是模擬形式時,調(diào)制的兩個基本原因:一個高效的傳輸過程將需要較高的頻率。對非波導(dǎo)傳輸,看起來不太可能傳送基帶信號,因為它所需要的天線半徑將達許多公里。通過調(diào)制可以利用頻分多路技術(shù)。第四頁，共三十三頁，2022年，8月28日52.1調(diào)幅AmplitudeModulation調(diào)幅是最簡單的調(diào)制形式。數(shù)學(xué)上該過程可以表達為:s(t)=[1+nax(t)]cos2fct

這里cos2fct

是載波信號,x(t)是輸入信號(載有數(shù)據(jù)),二者歸一化到單位幅值。參數(shù)

na

稱為調(diào)制系數(shù),是輸入信號與載波信號幅值的比值。輸入信號為m(t)=nax(t),上式中的1表示直流成份,它可以防止丟失信息。該方案也被稱作雙邊帶傳輸載波(DSBTC)第五頁，共三十三頁，2022年，8月28日6調(diào)幅已調(diào)制的AM信號

調(diào)制的正弦波

第六頁，共三十三頁，2022年，8月28日7AM帶寬第七頁，共三十三頁，2022年，8月28日8調(diào)幅例:若x(t)是幅值調(diào)制信號cos2fmt,導(dǎo)出s(t)的表達式。有: s(t)=[1+nacos2fmt]cos2fct利用三角衡等式,上式展開成產(chǎn)生的信號是原載波頻率成份加上距其兩邊f(xié)mHz處一對頻率成份。AM是輸入信號與載波信號之積。輸出信號的包略是[1+nax(t)],只要

na<1,包略線就確切表示了原信號；若

na>1,包略線將越過時間軸,也將丟失信息。

第八頁，共三十三頁，2022年，8月28日9AM信號AM信號的頻譜由原載波頻譜加上轉(zhuǎn)移至fc的輸入信號。|f|>|fc|的部分叫高邊帶uppersideband,|f|<|fc|的部分叫低邊帶lowersideband。高邊帶和低邊帶都是原頻帶m(f)的復(fù)制,低邊帶是原頻帶的反轉(zhuǎn)。例:考慮一帶寬范圍在300到3000Hz、用60kHz載波調(diào)制的語音信號,產(chǎn)生信號的高邊帶是60.3至63kHz,低邊帶是57至59.7kHz,載波是60kHz。第九頁，共三十三頁，2022年，8月28日10AM信號這里Pt是s(t)傳輸?shù)乃泄β?Pc是載波信號傳輸?shù)墓β?我們希望na

盡可能大,這樣大部分信號功率可用于實際傳載信息。不過,

na不得大于1。在fc處的AM及載波信號頻譜

調(diào)制信號頻譜

第十頁，共三十三頁，2022年，8月28日11調(diào)幅AM:

DSBTC-雙邊帶發(fā)射載波舉例:發(fā)射總功率BT=2B若無此直流成分，AM信號的波形會怎樣？AM信號成分：載波,下邊帶,上邊帶實例：模擬載波系統(tǒng)na<1,

輸入信號與載波信號的振幅比m(t)=nax(t)第十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日12Illustratingtheamplitudemodulationprocess：

na<1&na>1

第十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日13因為每個邊帶含有m(t)完整的頻譜,顯然s(t)含有冗余的成份。一種更常用的AM變種是單邊帶(SSB),它的優(yōu)點是只傳送一個邊帶,消除了另一個邊帶和載波。這種做法的基本原理是:只需一半帶寬,即BT=B,這里B是原信號的帶寬,對DSBTC(雙邊帶載波),

BT=2B。因為不需要能量來發(fā)送載波或者其它邊帶,只需較少的功率。另一種類型是壓縮載波雙邊帶(DSBSC),它濾掉載波頻率只送兩個邊帶,節(jié)省了一些功率但比DSBTC使用了更多的帶寬。壓縮載波的缺點是載波本來可用于同步的目的。例如,假設(shè)原模擬信號是一個對數(shù)字數(shù)據(jù)編碼的ASK波形,接收器需要了解每位的起始時間,以正確地解釋數(shù)據(jù)。穩(wěn)定的載波提供了每個bit到達時刻的同步機制。第十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日14壓縮載波雙邊帶(DSBSC):第十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日15第十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日16Avestigialsideband(inradiocommunication)isasidebandthathasbeenonlypartlycutofforsuppressed.ThevideobasebandsignalusedinTVincountriesthatuseNTSCorATSChasabandwidthof6MHz.Toconservebandwidth,SSBwouldbedesirable,butthevideosignalhassignificantlowfrequencycontent(averagebrightness)andhasrectangularsynchronisingpulses.Thecompromiseisvestigialsidebandmodulation.InvestigialsidebandthefulluppersidebandofbandwidthW2=4MHzistransmitted,butonlyW1=1.25MHzofthelowersidebandistransmitted,alongwithacarrier.Theabsenceofthelowersidebandcomponentsathighfrequenciesmustbecompensatedfor,andthisisdonebytheRFandIFfilters.退化邊帶(VSB-vestigialsideband)技術(shù)就利用了一個邊帶和一衰減功率的載波。第十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日17FilteringschemeforthegenerationofVSBmodulatedwave.第十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日18

Magnitude

responseofVSBfilter;onlythepositive-frequencyportionisshown.第十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日192.2AngleModulation角度調(diào)制

調(diào)頻FM和調(diào)相PM技術(shù)都是角度調(diào)制的特殊情況。被調(diào)制的信號可以表示成:

s(t)=Accos[2fct+(t)]對相位調(diào)制,相位正比于將調(diào)制的信號m(t):

(t)=npm(t)， 其中

np是相位調(diào)制系數(shù)。對頻率調(diào)制,相位的導(dǎo)數(shù)正比于將調(diào)制的信號m(t):

’(t)=nfm(t)， 其中

nf

是頻率調(diào)制系數(shù)。第十九頁，共三十三頁，2022年，8月28日20載波調(diào)制正弦波信號調(diào)幅(DSBTC)波調(diào)相波調(diào)頻波cos(2fmt)

cos(2fct)第二十頁，共三十三頁，2022年，8月28日21例: 如果(t)是相位調(diào)制信號

npcos2fmt,導(dǎo)出的表達式s(t),設(shè)Ac=1?？芍苯涌闯?

s(t)=cos[2fct+npcos2fmt]

與載波信號的瞬時相位偏差是

npcos2fmt

。信號的相位角將隨載波信號的未調(diào)制值簡單地按正弦方式變化,相位偏差峰值等于

np

。 以上等式可以用Bessel三角衡等式展開:這里,Jn(np)是一類第n階Bessel函數(shù)第二十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日22例:僅為了方便起見,如果選取‘(t)是頻率調(diào)制信號-

nfsin2fmt。這樣:與載波信號的瞬時相位偏差是-nfsin2fmt

。信號的頻率將隨載波信號的未調(diào)制值簡單地按正弦方式變化,頻率偏差峰值等于

nf

弧度/秒。FM信號等式和PM信號等式有同樣的形式,只不過用F/fm

代替np。第二十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日FrequencyModulation

Considerasinusoidalmodulatingsignaldefinedby

m(t)=Amcos(2pfmt)

TheinstantaneousfrequencyoftheresultingFMsignalequals

fi(t)=fc+kf

Amcos(2pfmt) =fc+Dfcos(2pfmt)

where

Df=kfAm

ThefrequencydeviationDfrepresentsthemaximumdepartureoftheinstantaneousfrequencyoftheFMsignalfromthecarrierfrequencyfc.第二十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日ForanFMsignal,thefrequencydeviationDfisproportionaltotheamplitudeofthemodulatingsignalandisindependentofthemodulationfrequency.TheratioofthefrequencydeviationDftothemodulationfrequencyfm,iscommonlycalledthemodulationindexoftheFMsignal:

b=Df/fm

and

i(t)=2pfct+bsin(2pfmt)

TheparameterbrepresentsthephasedeviationoftheFMsignal,themaximumdepartureoftheanglei(t)fromtheangle2pfctoftheunmodulatedcarrier;bismeasuredinradians.

第二十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日

TheFMsignalitselfisgivenby

s(t)=Accos[2pfct+bsin(2pfmt)]

Dependingonthemodulationindexb,wemaydistinguishtwocasesofFM:

NarrowbandFM,forwhichbissmallcomparedtooneradian.WidebandFM,forwhichbislargecomparedtooneradian.

第二十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日26與AM一樣,FM和PM產(chǎn)生的信號帶寬中心位于fc上。不過,可以看到它們的帶寬幅值是完全不同的幅度調(diào)制是一個線性過程，對一頻率為fm的正弦信號進行調(diào)制,產(chǎn)生頻率是將載波信號fc與調(diào)制的信號fm相加和相減。對AM: BT=2B， B是被調(diào)制信號的帶寬。對FM和PM，s(t)中存在有位于fc+fm、fc+2fm等處的頻率成份。一般,理論上要求有無限寬的頻帶傳送FM或PM信號；實際上可以用Carson經(jīng)驗公式用于估計帶寬: BT=2(+1)B。這里：再寫FM的公式為: BT=2F+2B所以FM和PM比AM需要更寬的帶寬。第二十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日27AngleModulation角度調(diào)制

FM和PM信號的形狀是十分相象的。的確,如果沒有調(diào)制函數(shù)的知識,是不可能區(qū)分它們的。差值F的極值是: (Hz)這里Am是m(t)的最大值,這樣增加m(t)