通信原理模擬調(diào)制系統(tǒng)講

通信原理模擬調(diào)制系統(tǒng)講1第1頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本節(jié)課內(nèi)容線性調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)；線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能；非線性調(diào)制（角調(diào)制）的原理。

2第2頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線性調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)

解調(diào)的方式有兩種：相干解調(diào)與非相干解調(diào)。相干解調(diào)適用于各種線性調(diào)制系統(tǒng)，非相干解調(diào)一般只適用幅度調(diào)制（AM）信號(hào)。3第3頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相干解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型

4第4頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、幅度調(diào)制（AM）和雙邊帶調(diào)制（DSB）信號(hào)的解調(diào)設(shè)上圖的輸入為AM信號(hào)乘法器輸出為

5第5頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月通過(guò)低通濾波器后

當(dāng)常數(shù)時(shí)，解調(diào)輸出信號(hào)為同理，當(dāng)時(shí)，上述分析即為DSB的結(jié)果。其解調(diào)輸出信號(hào)為6第6頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單邊帶（SSB）信號(hào)的解調(diào)設(shè)Sm(t)的輸入為SSB信號(hào)與本地載波相乘后輸出為

7第7頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)低通濾波后的解調(diào)輸出為

當(dāng)常數(shù)時(shí)，解調(diào)輸出信號(hào)為VSB信號(hào)的解調(diào)方式與上面類似。當(dāng)滿足同步條件時(shí)，經(jīng)分析可得解調(diào)輸出信號(hào)為:8第8頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月[例3.4]某調(diào)制系統(tǒng)如下圖所示。為了在輸出端同時(shí)分別得到f1(t)及f2(t),試確定接收端的c1(t)及c2(t)

。

9第9頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：發(fā)送端的合成信號(hào)。根據(jù)原理框圖可知，接收端采用的是相干解調(diào)，若假設(shè)相干載波為，則解調(diào)后的輸出10第10頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月綜上所述，可以確定同理，假設(shè)接收端的相干載波為則解調(diào)后的輸出為

11第11頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月已調(diào)信號(hào)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析模型帶通濾波器sm(t)n(t)sm(t)ni(t)解調(diào)器mo(t)no(t)＋加性白噪聲窄帶加性白噪聲已調(diào)信號(hào)解調(diào)后的調(diào)制信號(hào)解調(diào)后的噪聲信號(hào)12第12頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ni(t)為平穩(wěn)窄帶高斯白噪聲Ni為解調(diào)器輸入噪聲ni(t)的平均功率線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能13第13頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月若白噪聲的雙邊功率譜密度為n0/2，則有線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能14第14頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月評(píng)價(jià)一個(gè)模擬通信系統(tǒng)質(zhì)量的好壞，最終是要看解調(diào)器的輸出信噪比(SNR)。線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能15第15頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能帶通濾波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)mo(t)no(t)低通濾波器coswct＋線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能分析模型16第16頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能乘法器LPF有用信號(hào)輸出功率17第17頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能乘法器LPF18第18頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能19第19頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月SSB調(diào)制系統(tǒng)的性能線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能20第20頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線性調(diào)制相干解調(diào)的抗噪聲性能21第21頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月AM信號(hào)可采用相干解調(diào)和包絡(luò)檢波。相干解調(diào)時(shí)AM系統(tǒng)的性能分析方法與前面雙邊帶（或單邊帶）的相同。實(shí)際中，AM信號(hào)常用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波法解調(diào)。調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)檢波的抗噪聲性能22第22頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月已調(diào)信號(hào)分析模型帶通濾波器sm(t)n(t)sm(t)ni(t)包絡(luò)檢波mo(t)no(t)＋加性白噪聲窄帶加性白噪聲已調(diào)信號(hào)解調(diào)后的調(diào)制信號(hào)解調(diào)后的噪聲信號(hào)AM包絡(luò)檢波的抗噪聲性能分析模型調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)檢波的抗噪聲性能23第23頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)檢波的抗噪聲性能24第24頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月E(t)是理想包絡(luò)檢波器的輸出包絡(luò)檢波是信號(hào)和噪聲的包絡(luò)哦調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)檢波的抗噪聲性能25第25頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大信噪比情況此時(shí)，輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)大于噪聲幅度，即調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)檢波的抗噪聲性能26第26頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

上式中直流分量A0被電容器阻隔，有用信號(hào)與噪聲獨(dú)立地分成兩項(xiàng)

，因而可分別計(jì)算出輸出有用信號(hào)功率及噪聲功率調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)檢波的抗噪聲性能27第27頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月小信噪比情況此時(shí)，噪聲幅度遠(yuǎn)大于輸入信號(hào)幅度，即調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)檢波的抗噪聲性能28第28頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)檢波的抗噪聲性能不能獨(dú)立地分成兩項(xiàng)不能解調(diào)出有用信號(hào)29第29頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月小信噪比時(shí)存在門(mén)限效應(yīng)；相干解調(diào)不存在門(mén)限效應(yīng)；結(jié)論：在大信噪比情況下，包絡(luò)檢波的性能與相干解調(diào)相同；但隨著信噪比的減小，包絡(luò)檢波會(huì)才出現(xiàn)門(mén)限效應(yīng)，致使解調(diào)器的輸出信噪比急劇下降。AM信號(hào)包絡(luò)檢波抗噪聲性能的特點(diǎn)：調(diào)幅信號(hào)包絡(luò)檢波的抗噪聲性能30第30頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月[例3.5]某線性調(diào)制系統(tǒng)的輸出信噪比為20dB，輸出噪聲功率為10-9W，由發(fā)射機(jī)輸出端到解調(diào)器輸入之間總的傳輸損耗為100dB，試求：（1）DSB/SC時(shí)的發(fā)射機(jī)輸出功率；（2）SSB/SC時(shí)的發(fā)射機(jī)輸出功率。31第31頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：（1）在DSB/SC方式中，信噪比增益G=2，則調(diào)制器輸入信噪比為同時(shí)，在相干解調(diào)時(shí)因此解調(diào)器輸入端的信號(hào)功率

32第32頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月考慮發(fā)射機(jī)輸出端到解調(diào)器輸入端之間的100dB傳輸損耗，可得發(fā)射機(jī)輸出功率

（2）在SSB/SC方式中，信噪比增益G=1,則調(diào)制器輸入信噪比為33第33頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月因此，解調(diào)器輸入端的信號(hào)功率

發(fā)射機(jī)輸出功率

34第34頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

幅度調(diào)制屬于線性調(diào)制，它是通過(guò)改變載波的幅度，以實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)頻譜的平移及線性變換的。一個(gè)正弦載波有幅度、頻率和相位三個(gè)參量，因此，我們不僅可以把調(diào)制信號(hào)的信息寄托在載波的幅度變化中，還可以寄托在載波的頻率或相位變化中。這種使高頻載波的頻率或相位按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化而振幅保持恒定的調(diào)制方式，稱為頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制(PM)。因?yàn)轭l率或相位的變化都可以看成是載波角度的變化，故調(diào)頻和調(diào)相又統(tǒng)稱為角度調(diào)制。非線性調(diào)制（角調(diào)制）的原理35第35頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

角度調(diào)制與線性調(diào)制不同，已調(diào)信號(hào)頻譜不再是原調(diào)制信號(hào)頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會(huì)產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為非線性調(diào)制。由于頻率和相位之間存在微分與積分的關(guān)系，故調(diào)頻與調(diào)相之間存在密切的關(guān)系，即調(diào)頻必調(diào)相，調(diào)相必調(diào)頻。鑒于FM用的較多，本節(jié)將主要討論頻率調(diào)制。非線性調(diào)制（角調(diào)制）的原理36第36頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、基本原理

1.頻率的概念：嚴(yán)格地說(shuō)，只有無(wú)限長(zhǎng)的恒定振幅、恒定頻率和恒定相位的正弦（余弦）波形才具有單一頻率。載波被調(diào)制后，不再僅有單一頻率。2.“瞬時(shí)頻率”的概念：設(shè)一個(gè)載波可以表示為式中，0為載波的初始相位；

(t)=0t+0

為載波的瞬時(shí)相位;

0=d(t)/dt

為載波的角頻率?，F(xiàn)定義瞬時(shí)頻率：上式可以改寫(xiě)為：非線性調(diào)制37第37頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.角度調(diào)制的定義：

(t)是載波的相位。若使它隨調(diào)制信號(hào)m(t)以某種方式變化，則稱其為角度調(diào)制。（1）相位調(diào)制的定義：若使相位(t)隨m(t)線性變化，即令

則稱為相位調(diào)制。這時(shí)，已調(diào)信號(hào)的表示式為

此已調(diào)載波的瞬時(shí)頻率為：

即，在相位調(diào)制中瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)的導(dǎo)函數(shù)線性地變化。

非線性調(diào)制-基本原理38第38頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)頻率調(diào)制的定義：若使瞬時(shí)頻率直接隨調(diào)制信號(hào)線性地變化，則稱為頻率調(diào)制。瞬時(shí)角頻率為

瞬時(shí)相位為

這時(shí)，已調(diào)信號(hào)的表示式為：

上式表明，載波相位隨調(diào)制信號(hào)的積分線性地變化。非線性調(diào)制-基本原理39第39頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)相位調(diào)制和頻率調(diào)制的比較：在相位調(diào)制中載波相位(t)隨調(diào)制信號(hào)m(t)線性地變化，而在頻率調(diào)制中載波相位(t)隨調(diào)制信號(hào)m(t)的積分線性地變化。若將m(t)先積分，再對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制，即得到頻率調(diào)制信號(hào)。類似地，若將m(t)先微分，再對(duì)載波進(jìn)行頻率調(diào)制，就得到相位調(diào)制信號(hào)。僅從已調(diào)信號(hào)波形上看無(wú)法區(qū)分二者。二者的區(qū)別僅在于已調(diào)信號(hào)和調(diào)制信號(hào)的關(guān)系不同。非線性調(diào)制-基本原理40第40頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻（NBFM）寬帶調(diào)頻（WBFM）不滿足滿足41第41頁(yè)，課件共43頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)制方式信號(hào)帶寬制度增益設(shè)備復(fù)雜度主要應(yīng)用DSB2中等較少應(yīng)用SSB1復(fù)雜短波無(wú)線電廣播，話音頻分多路VSB略大于