1、通信原理 第 3章 模拟传输 作业 :2,3,4,11,12,13,15,17,19,21 重点 : 3.1.1- 3.1.3; 3.2; 3.3.1- 3.3.3; 3.5.1- 3.5.2 自学 : 3.1.4; 3.3.4; 3.5.3 1 第 3章 模拟传输 模拟传输核心 内容 -模拟信号的调制、解调 3.1 幅度调制 3.2 模拟角度调制 3.3 幅度调制系统的抗噪声性能 3.4 *角度调制系统的抗噪声性能 3.5 各类通信系统的比较与应用 (发射器 ) (接收器 ) 2 1.调制 (Modulation) 调制实现的模型 -通常用乘法器来实现 m(t) 调制信号 (消息信号，通常是
2、低通信号 ) s(t) 已调信号 (调制器的输出信号 是频带信号 ) c o s 2 cft载波信号 (单频正弦信号，调制器的输入信号之一 ) 正弦波又称为 载波 ，是个确知信号； 消息信号又称为 调制信号 (modulating signal) 输出信号又称为 已 调制信号 (modulated signal) 3 ( ) R e ( ) cjtLs t x t e 2.调制信号表示的一般模型 fc - the carrier frequency and cc f 2where xL(t) - the comlex envelope of s(t) 经过频谱上搬移后获得调制信号为带通信号，任
3、何一个物理带通信号均可以表示为： ( ) ( ) Lx t g m t复包络 xL(t)是消息信号或调制信号的函数 4 () ()( ) ( ) ( ) | ( ) | ( )Lj x t jtL c s Lx t x t jx t x t e R t e : ( ) 1 ( ) LcA M x t A m t_ : ( ) ( )LcD S B S C x t A m t(): ( ) pjD m tLcPM x t A e(): ( ) fjD m dLcFM x t A e12: ( ) ( ) ( ) LcQ M x t A m t j m t( ) 1 ( ) ccx t A m t
4、 , ( ) 0sxt ( ) ( )ccx t A m t , ( ) 0sxt ( ) c o s ( ( ) )c c px t A D m t ( ) sin ( ( ) )s c px t A D m t( ) c o s ( ( ) )c c fx t A D m d ( ) s i n ( ( ) )s c fx t A D m d 2( ) ( )scx t A m t1( ) ( )ccx t A m t5 3.1 幅度调制 幅度调制 -用信号去迫使高频载波瞬时幅度变化。 模拟常规调幅 （ amplitude modulation, AM） 抑制载波双边带调幅 (Double
5、-sideband suppressed carrier,DSB-SC） 单边带调幅（ single-sideband,SSB） 残留边带调幅（ Vestigial sideband,VSB） 即 :在高频载波瞬时幅度的变化中包含有信息 6 1.常规调幅 (AM) 产生方案： 复包络： ( ) 1 ( )Lcx t A m t ( ) 1 ( ) c o s 2A M c cs t A m t f t(1)时域信号表达式： m(t)是归一化消息信号，即 max| m(t) |1,产生 过调制 结论： 已调信号的振幅包络不再直接反映消息信号的变化规律 8 m a x m a xA M cAMcs
6、 t AmtA (3)调幅指数： 1AM ：正常情况； 1AM ：临界调制； 1AM ：过调制 9 ( ) 1 ( ) c o s 2A M c cs t A m t f t注意用上式计算 AM调幅指数的时域信号表达式： (4)频域分析 频谱： ()22cA M c ccccAS f f f M f fAf f M f f 频谱图： 基带信号 AM信号 10 (5)功率与效率 22 2 22221 c os 222A M A M c ccccmP s t A m t f tAAm t P P 22()1 ( )mmAMA M m cPP mtP P P mt 物理意义 ：调制信号总功率中用于传
7、输信息的信号所占的功率的比例 思考：不发生过调制的情况下， m(t)为直流时和幅度为 1的正弦信号时， AM信号的最大调制效率为多少？ (6)调制效率 AM(Modulation efficiency) 11 常用的晶体二极管 包络检波器 ： 输出电压波形： 非相干解调： 接收机不需要产生与接收信号中的载波完全同频同相的本地载波的接收方式 (7).接收 12 a. 线性调制 (Linear modulation) b. 双边带信号 (Double sideband modulation) the upper sideband (USB) the lower sideband (LSB) c.
8、2A M b a s e b a n dBBd. 可以使用包络检波来解调 Summary for AM 13 e. Modulation efficiency is very low. (1) DSB-SC信号 ( ) ( ) c o s 2D S B c cs t A m t f t波形： 复包络： ( ) ( )Lcs t A m t2.抑制载波双边带调幅 为改善常规 AM调制调制效率低的局限，来对 AM进行改进 14 Up sideband Low sideband )(tm )(fM()Lxt()LXf)(tc)(fC)(ts| ( )|Sf)()(2)( ccc ffMffMAfS
9、(2)频域分析 频谱： *1 / 2 ( )cM f f 1 / 2 ( )cM f f1 / 2 ( )cf f15 2 2 2 222c o s 22D S B D S B c ccP s t A m t f tA m t1D SB (3)功率与效率 调制效率 c o s 2 ooft （ ）相干解调原理图： (4).接收 相干解调： 接收端需产生本地载波的解调方法。即 为了获得该信号，接收机需要有专门的载波同步电路 思考题：常规振幅调制可以使用想干解调吗？ 16 Summary for DSB-SC Modulation efficiency being 100%； 需使用相干解调 (C
10、oherent demodulation) The bandwidth being the same as AM, 2Bbaseband; 频谱包含两个边带，但不含载频 17 3. 单边带调幅 为进一步提高 DSB-SC的频谱效率，对 DSB-SC进行改进 只取 DSB-SC信号中的上边带或下边带分量。 ()USBst()USBSf上边带信号： ()LSBst()LSBSf下边带信号： (1)概述 18 1,0, cSSB LSBcffH f H fff 保留下边带的边带滤波器： (2)基本的产生方法：滤波法 1,0, cSSB U SBcffH f H fff 保留上边带的边带滤波器： ()
11、LSBHfUSB LSB 19 (3)相移法 :Hilbert变换的应用 2Re11 c o s 2 s in 222cj f tU S Bccs t m t em t f t m t f t 所以 211 22m t m t m t jm t Mf 的时域形式： ( ) 2 ( ) ( )M f M f u f 根据 Hilbert变换可知： 20 1 c o s 2 s i n 22S S B c cs t m t f t m t f t 时域统一式： 211 22Lx t m t m t j m t 复包络统一式： 实现框图 21 Bttftv c o s2c o s)( 01 Bttf
12、tv s in2s in)( 02 tBftv c )2/(2c o s)(7 tBftv c )2/(2s in)(8 III： Weavers method Reading by yourself 22 Bttmtv c o s)()(3 Bttmtv s in)()(4 )2/()2/()2/1()(3 BfMBfMfV )2/()2/()2/1()(4 BfMBfMjfV 其它其它)2/|(|0)2/()2/()2/1( )2|(| 0)()( 35BfBfMBfMB/ffVfV 其它其它)2/|(|0)2/()2/()2/1( )2|(| 0)()( 46BfBfMBfMjB/ffV
13、fV tBftvtv c )2/(2c o s)()( 59 tBftvtv c )2/(2s in)()( 610 )()()( 109 tvtvts Reading by yourself 23 )( 0)()()4/1()()(/ 4 )1( )( 0)2/|2/) ( |2/2/()2/2/()4/1()2/|2/) ( |2/2/()2/2/(/ 4 )1( )2/()2/(21)(559其它其它cccccccccccccccffBfBffMffMBfffffMBffMBBffBBffMBBffMBBffBBffMBBffMBffVBffVfV )( 0)()()4/1()()(/
14、4)1( )2/()2/(21)( 6610其它cccccccccffBfBffMffMBfffffMBffMBffVBffVjfV)(,0)(),()2/1()(),()2/1()()()( 109其它ccccccffBfffMBfffffMfVfVfS USB 24 (4).接收 1 ( ) ( ) c o sS S B cv t s t tttmttmts ccS S B s i n)(c o s)()( )(21)( tmtv o u t 25 2 ( ) c o s ( ) s in c o sc c cm t t m t t t 1 1 1 ( ) ( ) c o s 2 ( )
15、s i n 22 2 2ccm t m t t m t tac ac ac ac 4. 残留边带调幅 cf VSBHf ：残留边带滤波器的传递函数，在 处的过渡带形状必须对称互补。 26 VSB5.Summary AM DSB Increasing modulation efficiency Increasing spectrum efficiency SSB Easy realization by filter 将频率效率和工程上易于实现综合考虑 VSB 27 VSB28 Example 3-1 if linear modulated signal is as following: (1) s1(t)=cos(0t)cos (ct) (2) s2(t)=(1+0.5sin (0t) cos (ct) Where c=60, please giving their spectrum. Solution method I : (1) the spectrum is: )5()5()7()7(2) ()(*)()(21)(0000001 ccS-70 -50 50 70 29 (2) the spectrum is )7()7()5()5(4)6()6() ()(*)()(25.0)()()(000000002jjScccc-70 -50 50 70 j S2() 30
