1、 通信原理通信原理 第六講第六講通信基礎教研室通信基礎教研室 潘若禹潘若禹 辦公室辦公室 3 3號實驗樓號實驗樓324324 電話電話 8816634888166348 郵箱郵箱 第五章第五章 模擬信號的調(diào)制與解調(diào)模擬信號的調(diào)制與解調(diào)基本要求：基本要求：1.1.了解調(diào)制的目的、定義和分類；了解調(diào)制的目的、定義和分類；2.2.掌握調(diào)幅掌握調(diào)幅(AM)(AM)、抑制載波雙邊帶調(diào)幅、抑制載波雙邊帶調(diào)幅(DSB-SC)(DSB-SC)、單邊帶調(diào)幅單邊帶調(diào)幅(SSB)(SSB)、殘留邊帶調(diào)幅、殘留邊帶調(diào)幅(VSB),(VSB),上述上述各種線性調(diào)制的時域和頻域表示各種線性調(diào)制的時域和頻域表示, ,時域波

2、形和時域波形和頻譜結(jié)構(gòu)頻譜結(jié)構(gòu), ,調(diào)制器和解調(diào)器；調(diào)制器和解調(diào)器；3.3.知道線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能、門限效應；知道線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能、門限效應；4.4.清楚清楚AMAM、DSBDSB、SSBSSB、VSBVSB的性能比較的性能比較, ,特點及應特點及應用。用。 重要定義重要定義基帶基帶( (調(diào)制調(diào)制) )信號信號較低頻率分量，不適宜在信道較低頻率分量，不適宜在信道中傳輸。中傳輸。載體載體( (載波載波) )運載基帶信號的載體。運載基帶信號的載體。參數(shù)參數(shù)( (或特征值或特征值) )載波隨基帶信號變化的參數(shù)。載波隨基帶信號變化的參數(shù)。調(diào)制過程調(diào)制過程完成載波隨基帶信號變化的過程。完成

3、載波隨基帶信號變化的過程。 調(diào)制的本質(zhì)：調(diào)制的本質(zhì)：1.1.基帶信號轉(zhuǎn)化為適合傳輸?shù)念l帶信號；基帶信號轉(zhuǎn)化為適合傳輸?shù)念l帶信號；2.2.信道多路復用，提高信道利用率；信道多路復用，提高信道利用率；3.3.增強抗干擾能力；增強抗干擾能力；4.4.實現(xiàn)帶寬與信噪比之間互換。實現(xiàn)帶寬與信噪比之間互換。調(diào)制方式：調(diào)制方式：A A形式：形式：模擬、數(shù)字模擬、數(shù)字B B載波選擇：載波選擇：正弦波正弦波連續(xù)調(diào)制連續(xù)調(diào)制 脈沖波脈沖波脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制調(diào)制的定義調(diào)制的定義：按調(diào)制信號按調(diào)制信號( (基帶信號基帶信號) )的變化規(guī)的變化規(guī)律去改變載波某些參數(shù)的過程。律去改變載波某些參數(shù)的過程。 參數(shù)參數(shù)( (或特

4、征值或特征值) ) 以不同的參數(shù)以不同的參數(shù)“表征表征”基帶信號的特點構(gòu)成基帶信號的特點構(gòu)成AMAM、FMFM、PMPM的調(diào)制，這就是本章的主要內(nèi)容。的調(diào)制，這就是本章的主要內(nèi)容。 脈沖調(diào)制：脈沖調(diào)制：脈幅脈幅、脈寬脈寬、脈位脈位調(diào)制調(diào)制分析方法：信號系統(tǒng)的一般方法分析方法：信號系統(tǒng)的一般方法 時域、頻域時域、頻域 0( )( )cosctAC tt002()jte 000cos() ()()t 000sin()()()tj 0001( )cos ()()2f ttFF000( )sin ()()2jf ttFF3.13.1模擬信號的線性調(diào)制模擬信號的線性調(diào)制 線性調(diào)制：已調(diào)信號線性調(diào)制：已調(diào)

5、信號 和調(diào)制信號和調(diào)制信號 頻頻譜之間呈線性搬移關(guān)系的調(diào)制方式稱為線性譜之間呈線性搬移關(guān)系的調(diào)制方式稱為線性調(diào)制。調(diào)制。 模擬連續(xù)波調(diào)制：調(diào)制信號為模擬信號，模擬連續(xù)波調(diào)制：調(diào)制信號為模擬信號，載波為連續(xù)波的一種調(diào)制類型。載波為連續(xù)波的一種調(diào)制類型。 A MD S B幅 度 調(diào) 制S S B模 擬 調(diào) 制V S BF M角 度 調(diào) 制P M( )CSt( )x t 3 3.1.1.1.1常規(guī)雙邊帶調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)制(AM)(AM) 常規(guī)雙邊帶調(diào)制就是標準幅度調(diào)制，它用常規(guī)雙邊帶調(diào)制就是標準幅度調(diào)制，它用調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅，使已調(diào)波調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅，使已調(diào)波的振幅按照調(diào)制信

6、號的振幅規(guī)律線性變化。的振幅按照調(diào)制信號的振幅規(guī)律線性變化。AMAM調(diào)制器模型下圖所示。調(diào)制器模型下圖所示。 假設調(diào)制信號為假設調(diào)制信號為 , ,沖擊響應沖擊響應 , ,即即濾波器濾波器 , ,是全通網(wǎng)絡。載波信號為調(diào)制是全通網(wǎng)絡。載波信號為調(diào)制信號信號 , , 疊加直流疊加直流A A0 0后與載波相乘后與載波相乘, ,經(jīng)過濾波器后就得到標準調(diào)制信號經(jīng)過濾波器后就得到標準調(diào)制信號(AM(AM信信號號),AM),AM信號的時域和頻域表示式分別為信號的時域和頻域表示式分別為 ( )x tAMcc0cc0( )cos( )coscos()c(osAsttA ttAtx tttxAM0cccc() (

7、)()1()()2SAXX ( )( )h tt( )1H( )coscc tt( )x t 結(jié)論：結(jié)論：(1)(1)調(diào)幅過程使原始頻譜調(diào)幅過程使原始頻譜 搬移到了搬移到了 , ,且頻且頻譜中包含載頻分量譜中包含載頻分量 和邊帶和邊帶分量分量 兩部分。兩部分。 (2)AM(2)AM波的幅度譜波的幅度譜 是對稱的。在正頻率區(qū)是對稱的。在正頻率區(qū)域，大于域，大于c c的頻譜叫上邊帶的頻譜叫上邊帶(USB),(USB),小于小于c c的頻譜叫下邊帶的頻譜叫下邊帶(LSB)(LSB)；又由于幅度譜對原；又由于幅度譜對原點是偶對稱的點是偶對稱的, ,所以在負頻率區(qū)域所以在負頻率區(qū)域, ,上邊帶應上邊帶應

8、落在小于落在小于- -c c的頻譜部分的頻譜部分, ,下邊帶應落在大于下邊帶應落在大于 - -c c的頻譜部分。的頻譜部分。 ( )Xc0 ()()CCA 1()()2CCXX( )X(3)AM(3)AM波占用的帶寬波占用的帶寬B BAMAM(Hz(Hz) )應是基帶消息信號帶應是基帶消息信號帶寬寬 的兩倍，即的兩倍，即 。 (4)(4)要使已調(diào)波不失真，必須在時域和頻域滿足要使已調(diào)波不失真，必須在時域和頻域滿足以下條件：以下條件： 在時域范圍內(nèi)在時域范圍內(nèi), ,對于所有對于所有t t, ,必須必須 這就保證了這就保證了A A( (t t)=)=A A0 0+ +x x( (t t) )總是正

9、的。這時總是正的。這時, ,調(diào)調(diào)制后的載波相位不會改變制后的載波相位不會改變，信息只包含在信號，信息只包含在信號之中之中, ,已調(diào)波的包絡和已調(diào)波的包絡和 的形狀完全相同，用的形狀完全相同，用包絡檢波的方法很容易恢復出原始的調(diào)制信號。包絡檢波的方法很容易恢復出原始的調(diào)制信號。否則否則, ,將會出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而產(chǎn)生包絡失真將會出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而產(chǎn)生包絡失真。 在頻域范圍內(nèi)在頻域范圍內(nèi), ,載波頻率應遠大于載波頻率應遠大于 的最的最 max0| ( )|x tA()Xt( )X t2AMmBf(2 )mmmff高頻譜分量高頻譜分量, ,即即 若不滿足此條件，則會出現(xiàn)頻譜交疊，此時若不滿足此條件，則會

10、出現(xiàn)頻譜交疊，此時的包絡形狀一定會產(chǎn)生失真。的包絡形狀一定會產(chǎn)生失真。調(diào)幅度定義調(diào)幅度定義：調(diào)幅度是振幅調(diào)制信號的一個重要：調(diào)幅度是振幅調(diào)制信號的一個重要參數(shù)，其定義如下：參數(shù)，其定義如下： 正常調(diào)幅正常調(diào)幅, , 滿調(diào)幅滿調(diào)幅, , 過調(diào)幅。過調(diào)幅。 只有只有 為負值時為負值時, ,出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象。出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象。 mcff minmaxminmaxa)()()()(tAtAtAtAm1am 1am 1am ( )A tmaxminmaxminminmin1 ( ) ( ) ( ) ( )2 ( )0 ( )0AtAtAtAtAtAta若 m即 請大家注意以下兩個公式：請大家注意以下兩個公式

11、： 定理：定理：設設 為實平穩(wěn)隨機過程，則它的自相關(guān)為實平穩(wěn)隨機過程，則它的自相關(guān)函數(shù)為函數(shù)為 性質(zhì)：性質(zhì)：結(jié)論：結(jié)論： AM AM信號在信號在11電阻上的平均功率電阻上的平均功率P PAMAM等于等于S SAMAM( (t t) )的均方值。當?shù)木街怠．?為確知信號時為確知信號時, ,S SAMAM( (t t) )的的均方值等于其平方的時間平均均方值等于其平方的時間平均, ,即即 ( ) t( )( ( ) ()REtt)()0(2tER2/2/)()(1lim)(TTTdttstsTR2/2/2)(1limTTTdttsTP(0)PR2( )PEt( )X t當當 時，時， 且且 則上

12、式變?yōu)閯t上式變?yōu)?22AMAM0c222220cc0c2200( )( )coscos( )cos2( )c2(os( )(1 cos2)(1 cos)1 co22s2)2cccPxtAx ttAtx ttA x ttAx ttA x ttt( )0 x t 1 cos2( )1ct02( )1cos20cA x ttsc220AM2)(2PPtxAP載波功率邊帶功率結(jié)論：結(jié)論： AMAM信號的平均功率是由載波功率和邊帶功率信號的平均功率是由載波功率和邊帶功率組成的，而只有邊帶功率才與調(diào)制信號有關(guān)。組成的，而只有邊帶功率才與調(diào)制信號有關(guān)。調(diào)制效率調(diào)制效率定義定義：為邊帶功率與總功率之比為邊帶功

13、率與總功率之比，即，即 對于調(diào)制信號為單頻余弦信號的情況，即對于調(diào)制信號為單頻余弦信號的情況，即 , , ,此時上式此時上式 202cPA為載波功率2( ) 2sPx t為邊帶功率)()(2202scsAMtxAtxPPP( )cos()mmmx tAt22( )2mx tA 變?yōu)樽優(yōu)橛忠驗橛忠驗橐虼艘虼?當滿調(diào)制當滿調(diào)制 AMAM信號的載波分量并不攜帶信息，但占據(jù)信號的載波分量并不攜帶信息，但占據(jù)了大部分功率，致使了大部分功率，致使AMAM信號調(diào)制效率降低。如信號調(diào)制效率降低。如果抑制載波分量傳送，就是果抑制載波分量傳送，就是DSB-SCDSB-SC調(diào)制。調(diào)制。22mAM22220m0( )

14、2( )Ax tAAAx t00000()()()()mmmammAAAAAmAAAAA2aAM2a2mm1am AM1 33.1.2 3.1.2 抑制載波雙邊帶調(diào)幅抑制載波雙邊帶調(diào)幅(DSB-SC)(DSB-SC) 為了提高調(diào)幅信號的效率，就得抑制掉已調(diào)為了提高調(diào)幅信號的效率，就得抑制掉已調(diào)波中的載波分量。要抑制掉波中的載波分量。要抑制掉AMAM信號中的載波，信號中的載波，只需在圖只需在圖3-13-1中將直流分量中將直流分量A A取掉，得到抑制取掉，得到抑制載波的雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號載波的雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號(DSB)(DSB)。 DSBDSB信號的時域表示為信號的時域表示為當調(diào)制信號為當調(diào)制信號為 確知信號時確知信號時,DSB,DSB信號的頻譜為信號的頻譜為 DSBc( )( )cosStx tt2)(2)()(ccDSBXXs( )X t 由于由于DSBDSB頻譜中沒有載波分量頻譜中沒有載波分量, ,P Pc c=0=0。因此，。因此，信號的全部功率都包含在邊帶上，即信號的全部功率都包含在邊帶上，即 這就使得