模擬通信系統(tǒng)簡介課件

第4章模擬通信系統(tǒng)簡介模擬通信是數(shù)字通信的基礎(chǔ)。作為通信原理的一個組成部分，本章簡要介紹模擬信號調(diào)制與解調(diào)的基本原理與方法。具體內(nèi)容包括：信號的頻譜搬移概述、模擬信號的振幅調(diào)制與解調(diào)、角度調(diào)制、窄帶調(diào)頻、調(diào)頻信號的產(chǎn)生與解調(diào)、超外差式調(diào)幅和調(diào)頻發(fā)射機(jī)與接收機(jī)。通過對本章的學(xué)習(xí)，使讀者對模擬通信系統(tǒng)有一個大概的了解。本章的內(nèi)容僅作為一種輔助閱讀材料，不再另外布置習(xí)題，目的是為學(xué)習(xí)數(shù)字通信打好基礎(chǔ)。123567基本概念調(diào)制－把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。廣義調(diào)制－分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱載波調(diào)制）。狹義調(diào)制－僅指帶通調(diào)制。在無線通信和其他大多數(shù)場合，調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。調(diào)制信號－指來自信源的基帶信號

載波調(diào)制－用調(diào)制信號去控制載波的參數(shù)的過程。載波－未受調(diào)制的周期性振蕩信號，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。已調(diào)信號－載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號。解調(diào)（檢波）－調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號中的調(diào)制信號恢復(fù)出來。

9調(diào)制的目的

提高無線通信時的天線輻射效率。把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處，以實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率。擴(kuò)展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。調(diào)制方式

模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制

常見的模擬調(diào)制幅度調(diào)制：調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶和殘留邊帶角度調(diào)制：頻率調(diào)制、相位調(diào)制10幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理一般原理表示式：設(shè)：正弦型載波為 式中，A—載波幅度；

c—載波角頻率；

0—載波初始相位（以后假定0＝0）。則根據(jù)調(diào)制定義，幅度調(diào)制信號（已調(diào)信號）一般可表示成:

式中，f(t)—基帶調(diào)制信號。1113141517波形圖：由波形可以看出，當(dāng)滿足條件：

|f(t)|A0

時，其包絡(luò)與調(diào)制信號波形相同， 因此用包絡(luò)檢波法很容易恢復(fù)出原始調(diào)制信號。否則，出現(xiàn)“過調(diào)幅”現(xiàn)象。這時用 包絡(luò)檢波將發(fā)生失真。但是，可以 采用其他的解調(diào)方法，如同步檢波。181921頻譜圖：由頻譜可以看出，AM信號的頻譜由

載頻分量

上邊帶

下邊帶 三部分組成。上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制 信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊 帶是上邊帶的鏡像。2223調(diào)制效率： 由上述可見，AM信號的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。只有邊帶功率才與調(diào)制信號有關(guān)，載波分量并不攜帶信息。有用功率（用于傳輸有用信息的邊帶功率）占信號總功率的比例稱為調(diào)制效率： 當(dāng)f(t)=Amcosmt時， 代入上式，得到

當(dāng)|f(t)|max=A0時（100％調(diào)制），調(diào)制效率最高，這時

max＝1/32526雙邊帶調(diào)制（抑制載波雙邊帶調(diào)制DSB）時域表示式：無直流分量A0頻譜：無載頻分量曲線：29調(diào)制效率：100％優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省了載波功率缺點(diǎn)：不能用包絡(luò)檢波，需用相干檢波，較復(fù)雜。30313233原理：雙邊帶信號兩個邊帶中的任意一個都包含了調(diào)制信號頻譜M()的所有頻譜成分，因此僅傳輸其中一個邊帶即可。這樣既節(jié)省發(fā)送功率，還可節(jié)省一半傳輸頻帶，這種方式稱為單邊帶調(diào)制。產(chǎn)生SSB信號的方法有兩種：濾波法和相移法。34濾波法及SSB信號的頻域表示：濾波法的原理方框圖－用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶: 圖中，H()為單邊帶濾波器的傳輸函數(shù)，若它具有如下理想高通特性： 則可濾除下邊帶。 若具有如下理想低通特性： 則可濾除上邊帶。35SSB信號的頻譜；上邊帶頻譜圖:3637383940相移法和SSB信號的時域表示：SSB信號的時域表示式 設(shè)單頻調(diào)制信號為： 載波為 則DSB信號的時域表示式為： 若保留上邊帶，則有： 若保留下邊帶，則有：兩式僅正負(fù)號不同！41將上兩式合并：式中，“－”表示上邊帶信號，“+”表示下邊帶信號。希爾伯特變換：上式中Amsinmt可以看作是Amcosmt相移/2的結(jié)果。把這一相移過程稱為希爾伯特變換，記“^”，則有：

這樣，上式可以改寫為:42把上式推廣到一般情況，則得到:

式中，若F()是f(t)的傅里葉變換，則式中上式中的[-jsgn]可以看作是希爾伯特濾波器傳遞函數(shù)，即43補(bǔ)充：希爾伯特變換(HilbertTransform)正變換定義：反變換：1.定義44希爾伯特變換器實(shí)際上是一個90的相移器頻率特性為：幅頻特性為：這是一個全通濾波器相頻特性452.性質(zhì)（1）兩次變換等于反相（2）（3）46（4）（7）經(jīng)過希爾伯特變換后，相關(guān)函數(shù)不變（功率譜也是不變的）(5)奇函數(shù)的H變換為偶函數(shù)，偶函數(shù)的H變換為奇函數(shù)。（6）47（8）互相關(guān)函數(shù)是奇函數(shù)（9）意味著與正交48495051殘留邊帶（VSB）調(diào)制原理：殘留邊帶調(diào)制是介于SSB與DSB之間的一種折中方式，它既克服了DSB信號占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了SSB信號實(shí)現(xiàn)中的困難。在這種調(diào)制方式中，不像SSB那樣完全抑制DSB信號的一個邊帶，而是逐漸切割，使其殘留—小部分，如下圖所示：52調(diào)制方法：用濾波法實(shí)現(xiàn)殘留邊帶調(diào)制的原理框圖與濾波法SSB調(diào)制器相同。

不過，這時圖中濾波器的特性應(yīng)按殘留邊帶調(diào)制的要求來進(jìn)行設(shè)計，而不再要求十分陡峭的截止特性，因而它比單邊帶濾波器容易制作。53對殘留邊帶濾波器特性的要求由濾波法可知，殘留邊帶信號的頻譜為：

為了確定上式中殘留邊帶濾波器傳輸特性H()應(yīng)滿足的條件，我們來分析一下接收端是如何從該信號中恢復(fù)原基帶信號的。

54VSB信號解調(diào)器方框圖 圖中 因?yàn)? 根據(jù)頻域卷積定理可知，乘積sp(t)對應(yīng)的頻譜為55將代入：得到：式中F(+2c)及F(-2c)是搬移到+2c和-2c處的頻譜，它們可以由解調(diào)器中的低通濾波器濾除。于是，低通濾波器的輸出頻譜為：56顯然，為了保證相干解調(diào)的輸出無失真地恢復(fù)調(diào)制信號f(t)，上式中的傳遞函數(shù)必須滿足： 式中，H－調(diào)制信號的截止角頻率。上述條件的含義是：殘留邊帶濾波器的特性H()在c處必須具有互補(bǔ)對稱（奇對稱）特性,相干解調(diào)時才能無失真地從殘留邊帶信號中恢復(fù)所需的調(diào)制信號。57殘留邊帶濾波器特性的兩種形式殘留“部分上邊帶”的濾波器特性：下圖(a)殘留“部分下邊帶”的濾波器特性：下圖(b)58596061626364654.4超外差式AM發(fā)射機(jī)與接收機(jī)（用于廣播電視系統(tǒng)）（1）超外差式AM發(fā)射機(jī)：66（2）超外差式AM接收機(jī)6768角度調(diào)制的基本概念FM和PM信號的一般表達(dá)式 角度調(diào)制信號的一般表達(dá)式為 式中，A－載波的恒定振幅；

－信號的瞬時相位；

(t)－瞬時相位偏移。－稱為瞬時角頻率；－稱為瞬時頻偏。697071727374757677787980818283844.8超外差式FM發(fā)射機(jī)與接收機(jī)（用于廣播電視系統(tǒng)）（1）超外差式FM發(fā)射機(jī)：85（2）超外差式FM接收機(jī)8687時分復(fù)用原理框圖88時分復(fù)用時的周期脈沖信號89頻分復(fù)用90頻分復(fù)用9192934.9.2用復(fù)接法實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用當(dāng)復(fù)用的路數(shù)很大時，可用復(fù)接法實(shí)現(xiàn)常規(guī)調(diào)幅信號的頻分復(fù)用，如圖4-34所示。9495碼分復(fù)用、碼分多址(CDMA)通信一．定義碼分復(fù)用：利用自相關(guān)函數(shù)抑制互相關(guān)函數(shù)的特性來選取正交信號碼組中的所需信號，因此也稱為正交復(fù)用。二．碼分復(fù)用的理論依據(jù)碼分：利用一組正交碼序列來區(qū)分各路信號。96三．碼分復(fù)用的原理97解調(diào)解調(diào)輸出g1(t)98說明碼分復(fù)用的同步解調(diào)過程從本質(zhì)上講是利用了相關(guān)運(yùn)算，求相關(guān)函數(shù)的運(yùn)算包含相乘和積