4-模拟通信系统-全部

(DSB : Double-sideband suppressed-carrier AM)
1、DSB信号的表达式 时域：
sDSB (t ) m(t )cos ct
利用卷积定理
频域：
1 S DSB ( f ) [ M ( f f c ) M ( f f c )] 2
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2、DSB信号的波形和频谱
上边带 下边带
双边带信号： sDBS (t ) Am cos mt cos ct
上边带 下边带 可统一为
SUSB (t ) cos(mt )cos(0t ) sin(mt )sin(0t ) SLSB (t ) cos(mt )cos(0t ) sin(mt )sin(0t ) SSSB (t ) cos(mt )cos(0t ) sin(mt )sin(0t )
(a)包络检波电路
(b)检波过程波形
(c)检波器输出波形
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1. 信号在随参信道中传输时，产生频率弥散、频 率选择性衰落的主要原因是： 多径传播
2. 信道容量是指： 信道中信息无差错传输的最大速率。
信道容量公式： 信道容量的单位是：
S C B log 2 (1 ) N
bit/s
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(2) 相干解调原理
其中
1 1 cos (c t ) (1 cos(2c t )) 2 2 信号m(t )与载波cos2 (ct )是独立的,且m(t )=0
2
2 A0 m(t ) cos2 (ct ) 2 A0 m(t ) cos 2 (ct ) 0
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载波功率
那么
边带功率
PAM
8
2、AM信号的波形和频谱
原始信号m(t )
原始信号的傅立叶变换M ( f ) (属于基带信号)
t
m '(t ) A0 m(t )
fH
f
m '(t )的傅立叶变换M '( f ) A0 ( f )
t
载波sAM (t ) Ac cos(ct 0 )
t

fc
f
S AM ( f )
相干解调适用于所有的线性调制信号。 (AM、DSB、SSB、VSB)
其中, sm(t)是已调信号, sd(t)是解调后的信号。 [注意]：相干解调要求解调时所使用的载波与调 制载波同频同相。
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以DSB为例分析（从时域分析）
sDSB (t ) cos ct m(t ) cos ct cos ct
传得更多
更抗干扰
5
⑤ 噪声大，系统抗干扰能力差
二、什么是调制（Modulation）？
定义：利用调制信号m(t) 控制载波s(t)参量的过程。 本质：实现频率搬移(频谱变换) 载波：运载基带信号的载体 载波信号： s(t ) A cos(2 fct 0 )
① 幅度（Amplitude Modulation） ：调幅 AM ② 频率（Frequency Modulation ）：调频 FM ③ 相位（Phase Modulation ） ：调相 PM 角度调制
特点：上/下两个边带完全对称
[思考]：如何进一步节省带宽？
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三、单边带调幅(SSB) Single-sideband
1、滤波法产生单边带信号
S DSB ( )
m(t )
S DSB (t ) m(t ) cosc t
c
c

×
S DSB ( )
HSSB(ω)
c
S DSB ()
cosct
1 1 m(t ) m(t ) cos 2ct 2 2 经低通滤波器滤除高频分量，可得： 1 sd (t ) m(t ) 2 [思考]：解调载波与调制载波存在频率和相位误 差时对解调有什么影响？（请同学自行分析）
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m(t ) cos ct
2
相干解调的波形示意
DSB信号
解调同 步信号
Am Am cos(mt ) cos(ct ) [cos(m 0 )t cos(m 0 )t ] 2
Am Am { cos(m c )t} [ ( f f m f c ) ( f f m f c )] 2 4 Am Am { cos(c m )t} [ ( f f c f m ) ( f f c f m )] 2 4
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[例4-1] 信号为：m(t ) Am cos(mt ) ， 载波为： s(t ) cos(ct ) ，满足不失真条件
求：AM调制信号的频谱。
解： sAM (t ) [ A0 Am cos(mt )]cos(ct )
A0 cos(ct ) Am cos(mt ) cos(ct )
fc
f
9
s(t )[m0 m(t )]
高于fc 的频谱部分——上边带 低于 fc 的频谱部分——下边带
已调信号的傅里叶变换
t
fc
fc
f
[注意]
带宽 B 2 f H
①调幅过程使原始信号的频谱搬移了 f c ，产生了新 的频率成份。 ②频谱中含载频分量和（上、下）边带分量； ③调幅信号占用带宽是信号带宽的2倍； ④载波频率： fc f H 。 ⑤为了实现不失真调幅，要求 m(t ) A0 ；
c

H SSB下 ()
c
c

H SSB上 ()
[注意] ①优势: 结构简单； ②缺点: 要求滤波器的特性十分接近理想特性。
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技术难点
fH
O
Mf

一般调制信号都具有 丰富的低频成分
f
fH
下边带
下边带
经调制后得到的DSB信号 的上、下边带之间的间隔 很窄
要求单边带滤波器 在fC附近具有陡峭的 截止特性
调制效率：边带功率与总功率的比值。
AM Ps / PAM
分析：PAM 1 T /2 2 lim s AM dt [ A0 m(t )]2 cos 2 (ct ) T T T / 2
2 A0 cos2 (ct ) m2 (t )cos 2 (ct ) 2 A0m(t )cos 2 (ct )
fc
O
fc
上边带频谱
f
fc
O
fc
下边带频谱
f
[问题]：滤波器的设计和制 作很困难，甚至难以实现
[解决方法]：在工程中往往 采用多级调制滤波
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fc
O
fc
f
2、相移法产生单边带信号
单频调制信号： m(t ) Am cos(mt )
载波信号：
s(t ) cos(ct )
1 1 Am cos[(m c )t ] Am cos[(m c )t ] 2 2
原始信号m(t )
原始信号的傅立叶变换M ( f ) (属于基带信号)
t
载波s(t ) Ac cos(ct 0 )
fH
S( f )
f
t
载波sDSB (t )
fc
SDSB ( f )
fc
f
t
fc
fc
f
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B 2 fH
载波sDSB (t )
SDSB ( f )
t
fc
fc
f
[注意]
[sAM (t )] [m(t ) A0 ] (cos ct )
1 S AM ( f ) M ( f ) A0 ( f ) ( f f c ) ( f f c ) 2
A0 1 S AM ( ) [ ( f f c ) ( f f c )] [ M ( f f c ) M ( f f c )] 2 2
1 2 ( A0 m 2 (t )) P c P s 2
[结论]：一般情况下，调制度m都小于1，调制 效率很低。——即载波分量占据大部分信号功 率，信息的两个边带占有的功率较小。 [例如]：“满调幅”时： 如果输入信号m(t)为矩形波形，则最大可得到 AM =0.5 输入信号m(t)为正弦波时，可得到AM = 33.3%
fc>>1/TΩ。分别画出调制度m=0.5及m=1两种情况 下所对应的AM波波形以及DSB波波形。
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各波形图如下
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5、DSB：优缺点
载波sDSB (t )
SDSB ( f )
t
反相点
fc
fc
f
B 2 fH
优点：DSB信号节省了载波功率，可提高功 率利用率。 缺点：频欠调幅 t
sAM (t )
满调幅 t
sAM (t )
过调幅
t
重要参数—调制度：A(t ) m(t ) A0
A(t )max A(t )min m A(t )max A(t )min
m<1，欠调幅, A(t)min >0 m=1，满调幅, A(t)min =0
2
模拟通信系统模型 (以调幅/AM广播为例)
模拟 信源
调制器
信道
解调器
信宿
噪声源
3
IEEE频谱及波段划分表 (IEEE:电机及电子学工程师联合会 )
4
§4.1调制在通信系统中的作用
一、模拟通信系统为什么要调制？
原因：基带信号(如语言、图像等)的频率较低 ① 无法适应信道要求 传得更远 ② 难于辐射 (无线传播要求天线尺寸 波长/4) ③ 不利于频率分配，引起信道拥挤 ④ 不能多路复用
(1) 优点：可以采用包络检波法解调，不需本地 同步载波信号。 (2) 缺点：功率利用率较低。 在满调幅下， 在矩形波的情况下，调制效率为50%。 当输入信号为正弦波时，调制效率为33%。 (3) 解决方法：抑制载波双边带调制(DSB) 如何去除载波分量？