第三章模擬線性調(diào)制

第三章模擬線性調(diào)制第一頁，共67頁。調(diào)制：

就是將基帶信號(hào)進(jìn)行各種變換后再傳輸?shù)倪^程。第二頁，共67頁。調(diào)制功能：信源產(chǎn)生的基帶信號(hào)不能在多數(shù)信道內(nèi)直接傳輸，需先調(diào)制，再送到信道，接收端再解調(diào)（反調(diào)制）。1、頻率變換（如：語音信號(hào)、廣播信號(hào)）2、實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用（用不同的編碼、調(diào)制技術(shù)）3、提高抗干擾性能（如調(diào)頻信號(hào)）調(diào)制的一般框圖：

第三頁，共67頁。調(diào)制分類：連續(xù)波調(diào)制（以正弦波為載波）脈沖調(diào)制（以脈沖序列為載波）波形調(diào)制模擬調(diào)制（以連續(xù)變化的模擬量為調(diào)制信號(hào)）數(shù)字調(diào)制連續(xù)波調(diào)制線性調(diào)制（如調(diào)幅、單邊帶調(diào)制）非線性調(diào)制（如調(diào)頻、調(diào)相）模擬調(diào)制第四頁，共67頁。目錄第一節(jié)、雙邊帶調(diào)幅第二節(jié)、單邊帶調(diào)制（SSB）第三節(jié)、殘留邊帶調(diào)制（VSB）第四節(jié)、線性調(diào)制的一般模型第五節(jié)、線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能第六節(jié)、頻分多路復(fù)用及線性調(diào)制第五頁，共67頁。3.1雙邊帶調(diào)幅3.1.1常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）3.1.2抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC）3.1.3AM和DSB-SC的調(diào)制與解調(diào)第六頁，共67頁。1.調(diào)幅信號(hào)的時(shí)域表示：3.1.1常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（常規(guī)AM)AmplitudeModulation

第七頁，共67頁。實(shí)現(xiàn)調(diào)幅應(yīng)有一條件限制：否則將出現(xiàn)過調(diào)幅，當(dāng)用包絡(luò)檢波法時(shí)，易失真。

調(diào)幅指數(shù)：

第八頁，共67頁。

3.1.1常規(guī)雙邊帶調(diào)幅而第九頁，共67頁。3.1.1常規(guī)雙邊帶調(diào)幅從而，

第十頁，共67頁。2.為確知信號(hào)時(shí)的已調(diào)信號(hào)頻譜調(diào)制后3.1.1常規(guī)雙邊帶調(diào)幅第十一頁，共67頁。3.1.1常規(guī)雙邊帶調(diào)幅若調(diào)制信號(hào)為單頻正弦信號(hào)：

所以，的付氏變換為：第十二頁，共67頁。3.信號(hào)功率分配平均功率：3.1.1常規(guī)雙邊帶調(diào)幅

第十三頁，共67頁。調(diào)制效率：3.1.1常規(guī)雙邊帶調(diào)幅若：

所以載頻功率比每個(gè)邊頻功率大四倍。若載頻功率為1單位，則每個(gè)邊頻功率為0.25單位。

第十四頁，共67頁。4.調(diào)制信號(hào)為隨機(jī)信號(hào)時(shí)已調(diào)信號(hào)的功率譜密度由功率譜密度可求出信號(hào)的平均功率：調(diào)制效率：功率譜密度函數(shù)：3.1.1常規(guī)雙邊帶調(diào)幅Sss隨機(jī)信號(hào)：認(rèn)為是各態(tài)歷經(jīng)的廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程。s

sF第十五頁，共67頁。3.1.2抑制載波的雙邊帶調(diào)幅

載波反相點(diǎn)

第十六頁，共67頁。3.1.2抑制載波的雙邊帶調(diào)幅

載波功率：邊帶功率：所以調(diào)制效率：上下兩個(gè)邊帶對(duì)稱，攜帶信息相同——可用一個(gè)邊帶傳全部信息，既節(jié)省載波功率，又節(jié)約一半傳送頻帶?！獑芜厧д{(diào)制

0

0第十七頁，共67頁。3.1.3AM和DSB-SC的調(diào)制與解調(diào)DSB-SC調(diào)制模型：AM調(diào)制模型：1.調(diào)制：第十八頁，共67頁。非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）：相干解調(diào)（同步檢波）：2.解調(diào)：

a:b:

3.1.3AM和DSB-SC的調(diào)制與解調(diào)第十九頁，共67頁。3.2.1單邊帶信號(hào)的頻域表達(dá)及濾波法形成3.2.2單邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)及相移法形成3.2.3單邊帶信號(hào)的維弗法形成3.2.4單邊帶的解調(diào)3.2單邊帶調(diào)制（SSB）SignalSideband第二十頁，共67頁。3.2.1單邊帶信號(hào)的頻域表達(dá)及濾波法形成思路：DSB信號(hào)中，調(diào)制形成的兩個(gè)邊帶互為對(duì)稱，很自然的想到只傳輸一個(gè)邊帶，這就是SSB.原理：第二十一頁，共67頁。3.2.1單邊帶信號(hào)的頻域表達(dá)及濾波法形成表示式：濾波法形成：第二十二頁，共67頁。用濾波法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)最為簡單，但對(duì)邊帶filter性能要求高，有時(shí)難于實(shí)現(xiàn)。為保證對(duì)無用邊帶的有效抑制，需Q值很高的filter。解決方法：多級(jí)調(diào)制（多級(jí)頻率搬移）eg:語音信號(hào)：300~3400Hz經(jīng)DSB后上邊帶的低端和下邊帶的高端頻率之間只有600Hz的過渡帶。eg:某單邊帶調(diào)制信號(hào)：300~3400Hz，要求載頻為10MHz，試用二級(jí)調(diào)制實(shí)現(xiàn)。3.2.1單邊帶信號(hào)的頻域表達(dá)及濾波法形成此分割上、下邊帶的filter難實(shí)現(xiàn)。3003400

第二十三頁，共67頁。3.2.1單邊帶信號(hào)的頻域表達(dá)及濾波法形成

采用二級(jí)調(diào)制：以上濾波器可實(shí)現(xiàn)。

第二十四頁，共67頁。3.2.1單邊帶信號(hào)的頻域表達(dá)及濾波法形成所以用濾波法產(chǎn)生單邊帶容易造成以下缺點(diǎn)：易產(chǎn)生信號(hào)不純（有不需要的邊帶分量漏出）解調(diào)時(shí)失真多路復(fù)用時(shí)產(chǎn)生鄰路間干擾，影響通信質(zhì)量

第二十五頁，共67頁。3.2.2單邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)及相移法形成1.單頻調(diào)制時(shí)的SSB信號(hào)相移法形成第二十六頁，共67頁。相移法的數(shù)學(xué)模型：1.單頻調(diào)制時(shí)的SSB信號(hào)相移法形成3.2.2單邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)及相移法形成將上圖的輸入改為即可。

第二十七頁，共67頁。2.希爾伯特（Hilbert）變換3.2.2單邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)及相移法形成希爾伯特變換的形式：

上述二式是時(shí)域的卷積運(yùn)算：

第二十八頁，共67頁。因?yàn)?，其中，是符?hào)函數(shù)。則傳遞函數(shù)而：則，

F.TF.T

第二十九頁，共67頁。希爾伯特濾波器的傳遞函數(shù)：3.2.2單邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)及相移法形成相角：模：1第三十頁，共67頁。2.希爾伯特（Hilbert）變換希爾伯特變換的性質(zhì)：3.2.2單邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)及相移法形成第三十一頁，共67頁。3.一般情況下的時(shí)域表示式：3.2.2單邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)及相移法形成單邊帶信號(hào)的濾波法形成：其中，第三十二頁，共67頁。3.2.2單邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)及相移法形成將其通過如下低通濾波器：將其通過如下高通濾波器：

0

0

1

0

1

第三十三頁，共67頁。3.2.2單邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)及相移法形成單邊帶濾波器的二個(gè)傳遞函數(shù)：其中低通濾波器的沖激響應(yīng)為：第三十四頁，共67頁。3.2.2單邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)及相移法形成所以下邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為：上邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為：第三十五頁，共67頁。3.2.2單邊帶信號(hào)的時(shí)域表達(dá)及相移法形成由上述兩式可得單邊帶調(diào)制的相移法形式：FF

第三十六頁，共67頁。3.2.3單邊帶信號(hào)SSB的維弗法形成不必將信號(hào)f(t)移相，而是將載波相移-π/2是濾波法與相移法的結(jié)合法。此方法需要更多的設(shè)備，電路復(fù)雜，實(shí)際中應(yīng)用很少。第三十七頁，共67頁。3.2.4單邊帶信號(hào)的解調(diào)采用相干解調(diào)：LPF第三十八頁，共67頁。3.3殘留邊帶調(diào)制（VSB）3.3.1殘留邊帶信號(hào)的產(chǎn)生3.3.2殘留邊帶信號(hào)的解調(diào)VestigialSideband第三十九頁，共67頁。3.3.1殘留邊帶信號(hào)的產(chǎn)生由上節(jié)知，產(chǎn)生單邊帶信號(hào)不容易。如濾波法，需要制作有極為陡峭的截止特性的濾波器，為解決此困難，在雙邊帶和單邊帶之間找到了一種折衷的方法。殘留邊帶調(diào)制（VSB）此方式中，不是將一個(gè)邊帶完全抑制，而是使被抑制的那個(gè)邊帶仍殘留一小部分。此濾波器不需十分陡峭的濾波特性即可使基帶信號(hào)在接收端準(zhǔn)確得以恢復(fù)。第四十頁，共67頁。3.3.1殘留邊帶信號(hào)的產(chǎn)生殘留邊帶調(diào)制濾波法形成：第四十一頁，共67頁。3.3.2殘留邊帶信號(hào)的解調(diào)相干解調(diào)解調(diào)不失真條件：第四十二頁，共67頁。3.3.2殘留邊帶信號(hào)的解調(diào)推導(dǎo)：由頻域卷積定理得：若選擇合適得低通濾波器的截止頻率，則有：第四十三頁，共67頁。3.3.2殘留邊帶信號(hào)的解調(diào)

第四十四頁，共67頁。3.3.2殘留邊帶信號(hào)的解調(diào)上述條件說明如下概念：d圖：要使如下條件成立。（滿足該要求的截止特性曲線不唯一）結(jié)論：只要?dú)埩暨厧V波器的截止特性在載頻處具有互補(bǔ)對(duì)稱性，那么同步解調(diào)VSB信號(hào)就能準(zhǔn)確恢復(fù)基帶信號(hào)。

0

0

0

0

(a)(b)(c)(d)

（滿足該要求的截止特性曲線不唯一）第四十五頁，共67頁。3.4線性調(diào)制的一般模型3.4.1線性調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的一般模型3.4.2相干解調(diào)的一般模型3.4.3插入載波包絡(luò)檢波第四十六頁，共67頁。3.4.1線性調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的一般模型線性調(diào)制信號(hào)在頻譜搬移或變換過程中，符合線性疊加原理。即調(diào)制前后的信號(hào)頻偏分量之間有線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，不會(huì)產(chǎn)生交叉相乘分量。一般模型：第四十七頁，共67頁。3.4.1線性調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的一般模型因此，令其中，是載波為的雙邊帶調(diào)制信號(hào)同相分量是載波為的雙邊帶調(diào)制信號(hào)正交分量①第四十八頁，共67頁。3.4.1線性調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的一般模型據(jù)①式，可得幅度調(diào)制的一般數(shù)字模型（線性調(diào)制系統(tǒng)相移法實(shí)現(xiàn)）

F

F第四十九頁，共67頁。3.4.1線性調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的一般模型

第五十頁，共67頁。3.4.2相干解調(diào)的一般模型幅度調(diào)制的解調(diào)分類相干解調(diào)：適用于各種幅度調(diào)制形式（需一個(gè)與發(fā)送端同步的載波）非相干解調(diào)：只適用于AM調(diào)幅載波插入法解調(diào)第五十一頁，共67頁。3.4.2相干解調(diào)的一般模型1.相干解調(diào)模型及其分析：適用于：AM，DSB，SSB，VSB時(shí)域分析：頻域分析：第五十二頁，共67頁。3.4.3插入載波包絡(luò)檢波對(duì)DSB、SSB、VSB不能用簡單的包絡(luò)檢波器解調(diào)。只要在解調(diào)前重新插入足夠大的載波，仍可用包絡(luò)檢波器解調(diào)（非相干解調(diào)方式）。要求：插入載波的相位和頻率必須準(zhǔn)確地和發(fā)送載波同步。舉例：

第五十三頁，共67頁。3.5線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能3.5.1通信系統(tǒng)抗噪聲性能的分析模型3.5.2線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能第五十四頁，共67頁。3.5.1通信系統(tǒng)抗噪聲性能的分析模型1.窄帶隨機(jī)過程窄帶：信號(hào)或噪聲的頻譜被限制在載波或者某中心頻率附近一個(gè)窄的

頻帶上，而這個(gè)中心頻率離零頻率又相當(dāng)遠(yuǎn)。舉例：無線廣播系統(tǒng)中的中頻信號(hào)及噪聲。若信號(hào)或者噪聲是隨機(jī)過程，則稱為窄帶隨機(jī)過程。

0

第五十五頁，共67頁。3.5.1通信系統(tǒng)抗噪聲性能的分析模型所以窄帶隨機(jī)過程可用下式表示：

緩慢變化的包絡(luò)

在示波器上觀察此過程可發(fā)現(xiàn)它是一個(gè)包絡(luò)和相位緩慢變化的正弦波。

第五十六頁，共67頁。3.5.1通信系統(tǒng)抗噪聲性能的分析模型窄帶噪聲：平穩(wěn)白色高斯噪聲經(jīng)窄帶BPF后得到的平穩(wěn)高斯噪聲。其中，

第五十七頁，共67頁。3.5.1通信系統(tǒng)抗噪聲性能的分析模型結(jié)論：1、一個(gè)均值為0的窄帶平穩(wěn)高斯過程，它的同相分量和正交分量同樣是平穩(wěn)高斯過程，且均值都為0，方差也相同。且同一時(shí)刻上的同相、正交分量統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。

第五十八頁，共67頁。2.有噪聲時(shí)的系統(tǒng)模型信噪比增益：3.5.1通信系統(tǒng)抗噪聲性能的分析模型

第五十九頁，共67頁。3.5.2線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能線性調(diào)制接收系統(tǒng)的一般模型