相干解调的抗噪声性能
二进制数字调制系统的性能比较
二进制数字调制系统的性能比较应用物理07-1班 3070950103 安迎波1.引言数字信号的传输方式可以分为基带传输和带通传输。
为了使信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道特性相匹配。
在这个过程中就要用到数字调制。
一般说来，数字调制技术可分为两种类型：(1) 利用模拟方法去实现数字调制，即把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况来处理；(2) 利用数字信号的离散取值特点键控载波， 从而实现数字调制。
第(2)种技术通常称为键控法， 比如对载波的振幅、频率及相位进行键控，便可获得振幅键控(ASK)、 频移键控(FSK)及相移键控(PSK)调制方式。
键控法一般由数字电路来实现， 它具有调制变换速率快，调整测试方便，体积小和设备可靠性高等特点。
本篇的目的在学习以上三种调制的基础上，通过Systemview 仿真软件，实现对2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK 等数字调制系统的仿真，同时对以上系统进行性能比较。
2 二进制振幅键控 2ASK2.1调制系统：实验原理：2ASK 的实现在幅移键控中，载波幅度是随着调制信号而变化的。
一种是最简单的形式是载波在 二进制调制信号1或0控制下通或断，这种二进制幅度键控方式称为通断键控（OOK ）。
二进制振幅键控方式是数字调制中出现最早的，也是最简单的。
这种方法最初用于电报系统，但由于它在抗噪声的能力上较差，故在数字通信中用的不多。
但二进制振幅键控常作为研究其他数字调制方式的基础。
二进制振幅键控信号的基本解调方法有两种：相干解调和非相干解调，即包络检波和同步检测。
非相干解调系统设备简单，但信噪比小市，相干解调系统的性能优于相干解(a )模拟调制法（相乘器法）开关电路(t)(b)通-断键控(OOK,On-Off Keying )二进制不调系统。
2ASK 解调器原理框图：2.2调制解调系统： 系统相关参数：基带信号频率=50HZ ，电平=2，偏移=1，载波频率=1000HZ 模拟低通频率=225HZ,极点数为3.系统运行时间为0.3S ，采样频率=20000HZ 。
西南大学通信原理第五章模拟调制系统1
电路与通信教研室 高渤
第一节 幅度调制（线性调制）的原理
一、调幅（AM） 1、AM调制器模型
m t
sm t
A0 cosct
2、时域表达式
sAM (t) [ A0 m(t)]cosct A0 cosct m(t) cosct
式中， m（t） —— 调制信号，均值为0；
A0 —— 常数，表示叠加的直流分量。
西南大学通信原理第五 章模拟调制系统1
2021/5/24
学习内容
第五章 模拟调制系统
1 幅度调制（线性调制）的原理 2 线性调制系统的抗噪声性能 3 非线性（角度调制）的原理 4 调频系统的抗噪声性能
5 各种模拟调制系统的比较
6 频分复用和调频立体声
通信原理【 第五章：模拟 调制系统 】
电路与通信教研室 高渤
通信原理【 第五章：模拟 调制系统 】
电路与通信教研室 高渤
学习内容
第五章 模拟调制系统
1 幅度调制（线性调制）的原理 2 线性调制系统的抗噪声性能 3 非线性（角度调制）的原理 4 调频系统的抗噪声性能
5 各种模拟调制系统的比较
6 频分复用和调频立体声
通信原理【 第五章：模拟 调制系统 】
电路与通信教研室 高渤
Sm ()
A M (
2
c ) M
c )
可见，在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频
域内的简单搬移。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通
常又称为线性调制。
注意，这里的“线性”并不意味着已调信号与调制信号之
间符合线性变换关系。事实上，任何调制过程都是一种非线性
的变换过程。
通信原理【 第五章：模拟 调制系统 】
通信原理知识点
统中得到了广泛应用。 2、在 FM 通信系统中，采用预加重和去加重技术的目的是（提高解调器输出信噪比） 。 2、FM 波幅度恒定，抗快衰落能力强，自动增益控制和带通限幅可以消除快衰落造成的幅度变化效应，宽 带 FM 的抗干扰能力强，可以实现带宽和信噪比的互换，因而宽带 FM 广泛应用于长距离高质量的通信系统 中。 4、在 2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK 通信系统中，可靠性最好的是（2PSK） ，有效性最好的是（2ASK、2PSK） 5、均匀量化器的量化信噪比与编码位数的关系是（编码位数增加 1 位，量化信噪比增大 6dB） ，非均匀量 化器可以提高（小）信号的量化信噪比。 信号量噪比： （S/N）dB=20lg =20lg2 (N 为编码位数) 编码位数增加一位， （S/N）dB=20lg =20lg2
1、时域均衡器实际上是一个横向滤波器 1、非均匀量化增大了小信号的量化信噪比，降低了大信号的输出信噪比 1、在 PCM 编码中，如果模拟信号集中在某一段落中，量化信噪比和信号功率的关系→在同一段落中，量 化噪声功率相同，因此量化信噪比和信号功率成正比 1、从必要性和可能性两个方面说明在载波电话通信系统中，采用 SSB 调制的原因→SSB 信号频带利用率和 功率利用率都比较高，带宽仅是 DSB 和 AM 的一半，这使得可以重复利用频带进行频分复用。可能性：SSB 信号的最低频率为 0.3KHz，进过 DSM 调制后带宽间隙为 0.6KHz，比较容易通过常规的边带滤波器滤除一 个边带 2、在现行电视广播系统中，伴音采用 FM 调制的原因→FM 功率利用率高和抗干扰能力强，功率利用率高便 可以减低伴音信号的电平，最大限度降低对图像信号的干扰，抗干扰使得可以保证较高的伴音质量，缺点 →频带宽，但实际上，电视频道本身带宽较大(8M 左右)，而 FM 调制后，信号只占 0.13MHz，很小了 1、PCM 编码不过载的条件→输入信号的动态范围不超过量化器的动态范围 1、卷积码的译码方法→大数逻辑译码、概率译码 1、香农公式→在高斯白噪声的背景下，信道无差错传输时传输速率的理论极限，其中信号的概率密度函 数是高斯/正态分布 1、为了克服包络检波存在门限效应，在接收端要满足大信噪比的条件 1、无线信道→可以传输电磁波(包括光波)的自由空气和大气，包括短波电离层反射、卫星中继、超短波 电离层散射、微波/超短波对流层散射 1、随机过程→可以看做是进程上处于不同时刻的随机变量的集合 1、数学期望→反映了 N 个样本函数曲线的摆动中心，方差→反映了随机过程在 t 时刻偏离均值的程度， 相关函数→反映了不同时刻上随机变量之间的相关程度 1、白噪声在同一时刻上，随机变量之间不相关 1、同一时刻上，窄带随机过程的同相分量和正交分量统计独立/无不相关 1、快衰落→多径效应引起的，包络起伏、衰落周期较快 1、噪声→窄带噪声、脉冲噪声、起伏噪声 1、狭义信道→物理传输媒介，有线/无线，广义信道→常见分类调制信道/编码信道 1、乘性干扰→信道的传输特性不理想，与信号共存亡，加性干扰→叠加在信号上 1、NBFM→最大频率偏移小，占据的带宽较窄，而其抗干扰能力比 AM 系统要好得多，因此广泛应用 1、直接调频→较大频偏，但是频率稳定度不高，间接调频→频率稳定度较好，但是多次混频、倍频，电 路较复杂 1、模拟信号和数字信号的根本区别(取值是否离散，即幅度是否离散) 1、平稳随机过程的自相关函数是可正可负的偶函数，功率谱密度是非负的实偶函数。 1、多径传播对信号传输的影响有：① 产生瑞利衰落；② 引起频率弥散；③ 造成频率选择性衰落 1、狭义信道是指物理传输媒介，即有线信道和无线信道，广义信道将信道范围扩大，除了传输媒介外，还 包括馈线、天线、放大器、调制器和解调器等。 1、恒参信道的传输特性用幅频特性和相频特性来描述。不失真的条件是|H(w)|为常数（即信号的不同频率 成分经过信道后有相同的衰减） ，且相位ψ (w)与 w 是线性关系或者群时延τ (w)为常数(即信号的不同频率 成分经过信道后有相同的延迟（群延迟：相位变化和频率变化之比，反应了信号波形包络的时延） 幅频失真造成模拟信号的波形失真，使信噪比下载，数字信号造成码间串扰，误码率提高，相频失真对语 音信号的影响不大，对视频信号影响较大，但会造成数字信号的码间串扰，即造成误码率增大。 1、分集接收技术其原理是 1-分散传输携带同一信息的信号，2-将这些统计独立的信号以某种准则合并，这 样可以比较正确的恢复出信号，包括空间分集、时间分集、频率分集、极化分集。 2、 模拟通信系统中，可靠性最好的是（FM） ，有效性最好的是（SSB） 。 2、 VSB 的抗噪声性能和频带利用率与 SSB 相当，其诀窍在于部分抑制了发送边带，同时又利用平缓滚滤 波器补偿了被抑制部分，这对包含低频和直流分量的基带信号非常有利，因此，VSB 在电视广播等标号为 1 的知识点为后期整理以加强记忆)
调频系统的抗噪声性能《通信原理》
调频系统的抗噪声性能1．输入端性能分析输入调频信号（FM）为进行非相干解调。
（1）输入信号功率（2）输入噪声功率N i＝n0B FM式中，B FM为调频信号的带宽，即带通滤波器（BPF）的带宽。
（3）输入信噪比2．大信噪比时输出端性能分析（1）输出信号功率（2）输出噪声功率（3）输出信噪比当时，得到输出信噪比为（4）制度增益当时，得到制度增益为在宽带调频时，制度增益为当m f＞＞1时，制度增益近似为则加大调制指数m f时，可使调频系统的抗噪声性能迅速改善。
（5）调频系统与调幅系统的比较①输出信噪比在大信噪比情况下，调频系统与调幅系统的输出信噪比关系为若系统接收端的输入A和n0相同，则宽带调频系统解调器的输出信噪比是调幅系统的倍。
调频方式是以带宽换取信噪比的。
②带宽WBFM信号的传输带宽B FM与AM信号的传输带宽B AM之间的一般关系为当m f＞＞1时，上式近似为B FM≈m f B AM3．小信噪比时的门限效应（1）门限效应的定义门限效应是当S i/N i低于一定数值时，解调器的输出信噪比S o/N o急剧恶化的现象。
（2）门限效应的参量门限值：出现门限效应时所对应的输入信噪比值，记为(S i／N i)b。
（3）门限效应的原理①原理图调频解调器的输出信噪比与输入信噪比的关系曲线如图5-25所示。
图5-25 输出信噪比与输入信噪比的关系曲线②图形分析a．门限值与调制指数m f有关，m f越大，门限值越高。
b．在门限值以上时，(S o／N o)FM与(S i／N i)FM呈线性关系，m f越大，输出信噪比的改善越明显。
c．在门限值以下时，(S o／N o)FM随(S i／N i)FM的下降而急剧下降，m f越大，输出信噪比下降越快。
4．预加重和去加重（1）加重的原因针对鉴频器输出噪声呈抛物线形状的特点，采用加重技术来改善调频解调器的输出信噪比。
（2）加重的设计思想预加重和去加重的设计思想是保持输出信号不变，有效降低输出噪声，以达到提高输出信噪比的目的。
FSK调制解调原理
FSK调制解调原理FSK调制解调是一种常用于数字通信系统中的调制解调方式。
FSK是频移键控调制（Frequency Shift Keying）的简称，它将数字信号转换为离散的频率信号进行传输。
本文将从调制原理、解调原理以及应用等方面进行详细介绍。
一、调制原理对于二进制数字信号，例如“0”和“1”，可以选择两个固定频率的载波信号，分别代表“0”和“1”。
当发送“0”时，使用频率为f1的载波信号，当发送“1”时，使用频率为f2的载波信号。
这样就可以将数字信号转换成两个离散的频率信号进行传输。
二、解调原理FSK解调原理是对接收到的频率信号进行频率判决，将频率转换为数字信号。
常用的解调方法有非相干解调、相干解调和差分相干解调。
1.非相干解调：非相干解调是最简单的解调方法之一，它直接对接收到的信号进行频率测量。
通过比较测量的频率与预定的频率值进行判决，将频率转换成二进制数字信号。
非相干解调简单易于实现，但对信噪比要求较高，容易受到噪声的影响。
2.相干解调：相干解调是一种通过与本地振荡器进行相干性检测的解调方法。
接收到的信号与本地振荡器产生的相干信号进行混频，通过相干滤波器将混频后的信号进行滤波。
相干解调能够提高抗噪性能，但需要本地振荡器与信号的频率一致。
3.差分相干解调：差分相干解调是相干解调的一种改进方法。
它通过将相邻两个相干解调器输出的数字信号进行差分运算，得到差分输入的数字信号。
差分相干解调具有较好的抗噪性能，适用于高噪声环境下的解调。
三、应用1.数字通信系统：FSK调制解调可以用于数字通信系统中，通过频率的变化将数字信号进行传输。
例如，调制解调器、调频广播等。
2.数据传输：FSK调制解调可以用于数据传输中，例如网络通信、无线通信等。
通过不同的频率进行传输，实现数据的传输和接收。
3. RFID技术：FSK调制解调在RFID（Radio Frequency Identification）技术中得到广泛应用。
AM及SSB调制与解调
通信原理课程设计设计题目：AM及SSB调制与解调及抗噪声性能分析班级：学生：学生学号：指导老师：目录一、引言..................................................................................................... 错误!未定义书签。
概述........................................................................................................................ 错误!未定义书签。
课程设计的目的.................................................................................................... 错误!未定义书签。
课程设计的要求.................................................................................................... 错误!未定义书签。
二、AM调制与解调及抗噪声性能分析 .................................................. 错误!未定义书签。
AM调制与解调 ..................................................................................................... 错误!未定义书签。
AM调制与解调原理 ..................................................................................... 错误!未定义书签。
西南大学通信原理第五章模拟调制系统
渤2
学习内容
第五章 模拟调制系统
1 幅度调制（线性调制）的原理 2 线性调制系统的抗噪声性能 3 非线性（角度调制）的原理 4 调频系统的抗噪声性能 5 各种模拟调制系统的比较 6 频分复用和调频立体声
渤3
学习目标
学习要点
1、调制的定义、功能和分类； 2、线性调制的原理（表示式、频谱、带宽、产生与解调）； 3、线性调制系统的抗噪声性能，门限效应； 4、调频（FM）、调相（PM）的基本概念； 5、调频信号频带宽度的计算——卡森公式； 6、调频信号的生产与解调方法； 7、预加重和去加重的概念； 8、 FM、DSB、SSB、VSB、AM的性能比较； 9、频分复用、复合调制和多级调制的概念。
渤34
第一节 幅度调制（线性调制）的原理
显然，为保证解调输出无失真地恢复调制信号m（t）， 上式中的传递函数必须满足：
式中，H——调制信号的截止角频率。
收端是如何不失真地恢复出原基带信号：
残留边带滤波器的特性H（）在c处必须具有互补对称（
奇对称）特性，相干解调时才能无失真地从残留边带信号中恢 复所需的调制信号。
渤41
第一节 幅度调制（线性调制）的原理
3）相干解调器性能分析 已调信号的一般表达式为
与同频同相的相干载波C（t）相乘后，得
经低通滤波器后，得到 因为SI（t）是m（t）通过一个全通滤波器HI （） 后的结果， 故上式中的Sd（t）就是解调输出，即
渤42
第一节 幅度调制（线性调制）的原理
2、包络检波 1）适用条件：AM信号，且要求|m（t）|max A0 。
把上式推广到一般情况，则得到
式中，
实质：宽带相移网络。
通信原理第5章 模拟调制系统
sd ( t )
sd(t)就是解调输出，即
1 sI (t ) 2
1 sd ( t ) sI (t ) m ( t ) 2
包络检波
适用条件：AM信号，且要求|m(t)|max A0 ， 包络检波器结构：
通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。例如，
性能分析
1 S AM (w ) A0 [ (w + wc ) + (w - wc )] + [ M (w + wc ) + M (w - wc )] 2
若m(t)为随机信号，则用功率谱描述。
m(t)
（3）调制器模型
A0
sm(t)
cos wct
5.1.1 调幅（AM）
• （4）信号的波形图
则可滤除上边带,保留下边带。
5.1.3 单边带调制（SSB）
（2）若单边带滤波器具有理想高通特 性，则可滤除下边带，保留上边带。
上边带
-f0
HH(f)特性
S(f) 下边带 0 (a) 滤波前信号频谱 S(f) f0
上边带
f
1, w wc H (w ) HUSB (w ) 0, w wc
设输入信号是
sAM (t ) [ A0 + m(t )]cos wct
f H 1/ RC fc
选择RC满足如下关系
式中fH － 调制信号的最高频率 在大信号检波时（一般大于0.5 V），二极管处于受控的开关状态，检波器 的输出为 sd (t ) A0 + m(t ) 隔去直流后即可得到原信号m(t)。
m2 ( t )
1
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(Si)AM
A02 2
m2(t) 2
(Si )DSB
m2 (t) 2
(Si
)SSB
1m2(t) 4
-
• 2. 解调器的输入噪声功率
Ni n0B
-
• 3。解调器的输入信噪 比
( S i / N i ) AM
A
2 o
m
2 (t)
2 n 0 B AM
( S i / N )i DSBm 源自 (t)2 n 0 B DSB
m2 (t) 2no f
m2(t) m2(t) (S0/ N0)SSB 4noB 4no f
-
• 解调器的信噪比增益
GAM
So / N 0 Si / Ni
2m2 (t) Ao2 m2 (t)
GDSB 2
GSSB 1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
相干解调的抗噪声性能
-
• 有加性噪声的相干解调模型
Sm(t) n(t)
BPF
Sm(t) ni(t)
np(t)
m0(t)
LPF
n0(t)
coswct
-
解调器的输入信噪比
• 1。解调器的输入信号功率
• SAM(t)=[A0+m(t)]coswct • SDSB(t)=m(t)coswct • SSSB(t)=(1/2)m(t)coswct +(1/2)m^(t)sinwct • 则各已调信号的平均功率为：
( S i / N )i SSB
m 2 (t)
4 n 0 B SSB
-
解调器输出信噪比
• 1。解调器输出信号功率
AM 和 DSB 经解调后的信号输出
m 0 (t)
1 2
m (t)
则输出功率为（
S 0 ) AM , DSB
1 m 2 (t) 4
SSB 经解调器后信号为
1 m 2 (t) 4
（ S 0 ) SSB
1 m 2 (t) 16
-
• 2，解调器的输出噪声功率
• 各线性调制系统的输入噪声通过带通滤波器（BPF） 之后，变成窄带噪声ni(t),经乘法器相乘后得输出噪 声为：
n p (t ) n i (t ) cos c t
[ n c (t ) cos c t ns (t ) sin c t ] cos c t
1 2
nc (t)
1 2 [ n c (t ) cos
2 ct
ns (t ) sin
2 ct]
经 LPF
后，
n0 (t)
1 2
nc (t)
因此，解调器输出的噪
声功率为：
No
n
2 0
(t )
1 4
n
2 c
(
t
)
-
1 4
Ni
• 3。 解调器的输出信噪比
(S0 /
N0)AM,DSB
m2 (t) no B