1、會計學1通信通信(tng xn)原理原理CH模擬線性調制分模擬線性調制分解解第一頁，共72頁。2第2頁/共72頁第二頁，共72頁。3dtjke)(C通常假定為理想(lxing)恒參信道：信道的數學模型：r(t) = c(t)s(t) + n(t) 第3頁/共72頁第三頁，共72頁。4n為什么要對信號進行調制(tiozh)？n什么是調制(tiozh)？2.1 引言引言(ynyn) 第4頁/共72頁第四頁，共72頁。510l 如：如： 因此，因此，GSM手機的工作手機的工作(gngzu)頻段規定在頻段規定在 9001800MHzmlMHzfmlKHzfc1,10103103,3010,101031

2、03,3784538fc第5頁/共72頁第五頁，共72頁。6以無線電廣播的中波波段為例：可用波段以無線電廣播的中波波段為例：可用波段范圍為范圍為530KHz1600KHz，而語音信號的頻率，而語音信號的頻率(pnl)范圍為范圍為3003400Hz，經調制后每一個廣，經調制后每一個廣播電臺頻道的帶寬為播電臺頻道的帶寬為9KHz530KHz1600KHz300 9000上述即為上述即為，它通過不同載波頻率的調制完成，它通過不同載波頻率的調制完成第6頁/共72頁第六頁，共72頁。77 Sx() 頻率頻率(pnl)搬搬移移 Sy() c ( )( )()( )( )( ) cossincyxcjw t

3、ccSwSw wwy tx tex tw tjw t數學分析 Sy() c -c 現實生活中存在現實生活中存在(cnzi)復數（虛數）復數（虛數）嗎？嗎？不存在，但兩個正交維度不存在，但兩個正交維度的實數可以聯合定義復數的實數可以聯合定義復數第7頁/共72頁第七頁，共72頁。8)(cos)(cctwAtc幅度(fd)調制頻率調制相位調制線性調制非線性調制第8頁/共72頁第八頁，共72頁。9nm(t)為數字信號，常用多進制脈位調制本質是本質是信源編信源編碼技術碼技術第9頁/共72頁第九頁，共72頁。10第10頁/共72頁第十頁，共72頁。11第11頁/共72頁第十一頁，共72頁。12上邊帶下邊帶

4、實信號(xnho)頻譜共軛對稱M(f)=M*(-f)第12頁/共72頁第十二頁，共72頁。13nAM信號時域示意圖n時域：SAM(t)=A+m(t)cosctn接收到調幅信號后，如何恢復低頻(dpn)信號（解調）？n包絡檢波法n直接檢測(jin c)低頻包絡n上下包絡對稱n為什么低頻信號要加直流分量A？第13頁/共72頁第十三頁，共72頁。140fHf) t (m21) t (mt2cos1) t (mA21tcos) t (mAoLPFcc2隔直第14頁/共72頁第十四頁，共72頁。15第15頁/共72頁第十五頁，共72頁。16第16頁/共72頁第十六頁，共72頁。17 功率功率(gngl)

5、分配：分配： scAMApptmAtSP2)(22202得得 ttmtAtsccAMcoscos0 式中，式中， PC為載波功率，為載波功率，PS為邊帶為邊帶(bin di)功率功率 可見，可見，AM信號的總功率包括載波功率和邊帶信號的總功率包括載波功率和邊帶(bin di)功率兩部分，功率兩部分，只有邊帶只有邊帶(bin di)功率才與調制信號有關，載波分量不攜帶信息功率才與調制信號有關，載波分量不攜帶信息載波分量占據大部分功率，而含有用信息的兩個邊帶載波分量占據大部分功率，而含有用信息的兩個邊帶(bin di)占有功占有功率較小。因此，從功率上講，率較小。因此，從功率上講，AM的功率利用率

6、比較低的功率利用率比較低 第17頁/共72頁第十七頁，共72頁。18第18頁/共72頁第十八頁，共72頁。19 AMS0A 0A Ot tSAM MH H Otcosw0tOtOccOt載波反相點載波反相點tSDSB DSBS MH H ttmtAtsccAMcoscos0 ccccAMMMAS 210 ttmtscDSBcos ccDSBMMS 21第19頁/共72頁第十九頁，共72頁。20 由時間波形可知，由時間波形可知，DSB信號的包絡不再與調制信號的變化信號的包絡不再與調制信號的變化規律一致，因而不能采用簡單的包絡檢波來恢復調制信號，規律一致，因而不能采用簡單的包絡檢波來恢復調制信號，

7、 需需采用相干解調采用相干解調(同步檢波同步檢波)。另外，在調制信號。另外，在調制信號m(t)的過零點處，的過零點處，高頻載波相位有高頻載波相位有180的突變的突變 由頻譜圖可知，由頻譜圖可知，DSB信號雖然節省了載波功率信號雖然節省了載波功率(gngl)，功率功率(gngl)利用率提高了，但它的頻帶寬度仍是調制信號帶利用率提高了，但它的頻帶寬度仍是調制信號帶寬的兩倍，與寬的兩倍，與AM信號帶寬相同。由于信號帶寬相同。由于DSB信號的上、下兩個信號的上、下兩個邊帶是完全對稱的，邊帶是完全對稱的， 因此它們都攜帶了調制信號的全部信息因此它們都攜帶了調制信號的全部信息 第20頁/共72頁第二十頁，

8、共72頁。210fHf211( )cos( ) 1cos2( )( )22LPFccom ttm ttm tm t第21頁/共72頁第二十一頁，共72頁。22 ttmtscDSBcos ccDSBMMS 2121DSB頻譜頻譜bcB bcB bAMBB2 上邊帶上邊帶下邊帶下邊帶 DSBS第22頁/共72頁第二十二頁，共72頁。23低通/帶通濾波器可行(kxng)嗎？理論可行，工程上代價高，fH/fc很小，過渡帶太窄。第23頁/共72頁第二十三頁，共72頁。24ccsgnsgn21)(Hsgn(w)第24頁/共72頁第二十四頁，共72頁。25)sgn()(M)sgn()(M41)(M)(M41

9、)sgn()(M)sgn()(M41)sgn()(M)sgn()(M41)sgn()sgn(21)(M)(M21)(SccccccccccccccccccLSB1( )cos2cm ttF第25頁/共72頁第二十五頁，共72頁。26nSSB信號(xnho)的產生：移相法（續）n利用希爾伯特變換m(t)(Htsin) t (mctcosct1) t (h, )sgn(j)(H信號經希爾伯特變換后，在頻域各頻率分量(fn ling)的幅度保持不變，但相位將出現90相移。即對正頻率滯后/2，對負頻率導前/2，因此希爾伯特變換器又稱為90移相器FFH第26頁/共72頁第二十六頁，共72頁。27)sgn

10、()(M)sgn()(M41)()()sgn()(M41)()(j)sgn(j)(M2121tsin) t (m21ccccccccFc 同理 載波為11( )( )cos( )sin22USBccStm ttm ttcoscw t第27頁/共72頁第二十七頁，共72頁。28 tcos) t (m21tsin) t (m21) t (SccLSBtcos) t (m21tsin) t (m21) t (SccUSB式中系數(xsh)1/2可為任一常數第28頁/共72頁第二十八頁，共72頁。29m(t)。90。90tcosc）（tm+-tsincSLSB(t)SUSB(t)11( )( )cos

11、( )sin22LSBccStm ttm tt載波(zib)為cosct 11( )( )cos( )sin22USBccStm ttm ttDSB信號單頻移相容易多頻移相困難：移相網絡第29頁/共72頁第二十九頁，共72頁。30tcos)t (m21Atsin) t (m21tcos)t (m21Accc0fHf11( )( )cos( )sin22LSBccStm ttm tt第30頁/共72頁第三十頁，共72頁。3131n綜上所述：綜上所述： SSB調制方式調制方式(fngsh)在傳輸信號時，所占用的頻帶在傳輸信號時，所占用的頻帶寬度為寬度為BSSB=Bb ，只有，只有AM、DSB的一半

12、，它目前已成為短波的一半，它目前已成為短波通信中的一種重要調制方式通信中的一種重要調制方式(fngsh)nSSB信號的解調和信號的解調和DSB一樣不能采用簡單的包絡檢波，因為一樣不能采用簡單的包絡檢波，因為SSB信號也是抑制載波的已調信號，它的包絡不能直接反映調制信信號也是抑制載波的已調信號，它的包絡不能直接反映調制信號的變化，號的變化， 所以仍需采用相干解調所以仍需采用相干解調第31頁/共72頁第三十一頁，共72頁。32 ( )f t cos()cw t ( )DSBSt ( )VSBHw ( )VSBSt 第32頁/共72頁第三十二頁，共72頁。33VSB是介于SSB與DSB之間的一種調制

13、方式，它既克服了DSB信號占用頻帶(pndi)寬的問題，又解決了單邊帶濾波器不易實現的難題。在殘留邊帶調制中，除了傳送一個邊帶外，還保留了另外一個邊帶的一部分。對于具有低頻及直流分量的調制信號(xnho)，用濾波法實現單邊帶調制時所需要的過渡帶無限陡的理想濾波器，在殘留邊帶調制中已不再需要上邊帶下邊帶第33頁/共72頁第三十三頁，共72頁。34H()H(),cccHffffCfff對濾波器H(f)的要求(yoqi)第34頁/共72頁第三十四頁，共72頁。35證明(zhngmng): )f (H)f (S)f (SmVSB)f (H)ff (M)ff (M21cc第35頁/共72頁第三十五頁，共

14、72頁。36)ff (H)f (M)f2f (M41)ff (H)f (M)f2f (M41)ff (S)ff (S21)f (UcccccVSBcVSB)ff (H)ff (H)f (M41)f (Mcc0當 ()(),cccHH ffH ffCfff時m(t)Sm(t)GT(f)C(f)n(t)GR(f)tcosc載波同步tcoscLPFVSB信號U(t)m0(t)n0(t)非標準的VSB信號00( )( )( )( )44CCMfM fm tm t第36頁/共72頁第三十六頁，共72頁。37顯然，顯然， 滿足這種要求的滾降特性曲線并不是惟一的，而是有無窮多個滿足這種要求的滾降特性曲線并不

15、是惟一的，而是有無窮多個只要殘留邊帶濾波器的特性只要殘留邊帶濾波器的特性HVSB()在在c處具有互補對稱（奇對稱）特性，處具有互補對稱（奇對稱）特性，那么，采用相干解調法解調殘留邊帶信號就能夠準確那么，采用相干解調法解調殘留邊帶信號就能夠準確(zhnqu)地恢復所需的基帶地恢復所需的基帶信號信號HVSB()10.50cccc00.51HVSB()(a)(b) HcVSBcVSBHH 常數，常數，第37頁/共72頁第三十七頁，共72頁。38M()2B2BODSB()ccO(a)(b)SSB()OccccVSB()O(c)(d)第38頁/共72頁第三十八頁，共72頁。39m(t)Sm(t)GT(f

16、)C(f)n(t)GR(f)tcosc載波同步tcoscLPFVSB信號U(t)m0(t)n0(t)非標準的VSB信號 ( )VSBSt cosdcCw t ( )pS t LPF ( )dS t 第39頁/共72頁第三十九頁，共72頁。4040 )(tf )cos(twc ( )mSt )(wH )(tS 1( )( ) ()()2ccS wH wF wwF ww上變頻上變頻+頻帶頻帶(pndi)濾波濾波問題：DSB、SSB和VSB對應(duyng)的H(w)響應是什么？回答：常量、理想帶通/低通、載頻處互補對稱第40頁/共72頁第四十頁，共72頁。41n時域表達式時域表達式n正交法產生正交

17、法產生(chnshng)twtfthtwtfthdtwtfhthtwtftScQcIccsin)()(cos)()()(cos)()()(cos)()(展開twththtwththcQcIsin)()(cos)()(同相分量(fn ling)正交分量(fn ling) )(tf )cos(twc )(tSI )(wHI )(tS )(wHQ )(tSQ 2/ 頻帶單路變至基帶正交兩路第41頁/共72頁第四十一頁，共72頁。420)(1)(wHwHQI)()()(2121wHwHwHhQIn單邊帶SSB調制(tiozh) )(tf )cos(twc )(tSI )(wHI )(tS )(wHQ

18、)(tSQ 2/ 1212( )( )( )IQQHwHwHwn殘留邊帶VSB調制第42頁/共72頁第四十二頁，共72頁。43解調：在通信(tng xn)系統的接收端從已調信號中恢復出基帶信號的過程 相干解調：利用已調信號的相位變化來恢復調制信號將調幅波與本地載波相乘非相干解調：從已調信號的幅度（包絡）變化中提取調制信號相干解調能夠恢復出幅度、相位、頻率信息(xnx)，非相干解調只能恢復出幅度信息(xnx)第43頁/共72頁第四十三頁，共72頁。4444 ( )S t LPF 載波恢復 cos()cw t ( )pSt ( )dSt ( )( ) cos( )sinIcQcS tS tw tS

19、tw t111222( )( ) cos( )( )cos2( )sin2pcIIcQcStS tw tS tS tw tStw t12( )( )( )dIStStft線性調制的一般模型（相干線性調制的一般模型（相干(xinggn)解調）解調）第44頁/共72頁第四十四頁，共72頁。4545線性調制的一般模型線性調制的一般模型(mxng)（包（包絡解調）絡解調）第45頁/共72頁第四十五頁，共72頁。46討論討論(toln)： 若收發兩端的載波不能做到同頻或者完若收發兩端的載波不能做到同頻或者完全同相，結果全同相，結果(ji gu)如何？還可以完全恢復如何？還可以完全恢復出基帶信號嗎？出基帶

20、信號嗎？ 2.2 殘留邊帶調制殘留邊帶調制(tiozh)（VSB）第46頁/共72頁第四十六頁，共72頁。47討論討論：在在DSB（SSB與與VSB類似）中，設類似）中，設本地載波信號與發送載波的頻率誤差和相本地載波信號與發送載波的頻率誤差和相位分別為位分別為和和 試分析其對解調結果試分析其對解調結果(ji gu)的影響的影響 解：解： 解調器模型解調器模型(mxng)為為 相乘相乘(xin chn)輸出輸出 ttttmc2coscos21 ttttmtscccoscos tttcccosLPFLPFS0(t) tSDSBS (t)第47頁/共72頁第四十七頁，共72頁。48經經LPF后得到后

21、得到 ttmtSdcos21分別設以下兩種特殊分別設以下兩種特殊(tsh)情況：情況： 1)設設，0 0 時，時， cos21tmtSd 當當2 時，輸出信號為零。時，輸出信號為零。2 時，幅度受到衰減且符號也要改變時，幅度受到衰減且符號也要改變 當當第48頁/共72頁第四十八頁，共72頁。492) 設設，0 0 時，時， ttmtSd cos21 當兩端的載波只有頻率誤差時，解調輸出仍為當兩端的載波只有頻率誤差時，解調輸出仍為雙邊帶調幅信號，但該信號的載波角頻率為雙邊帶調幅信號，但該信號的載波角頻率為 ，產生明顯失真產生明顯失真 通常通常 和和 兩種誤差都存在，因此，兩種兩種誤差都存在，因此

22、，兩種影響也都存在影響也都存在(cnzi)，從而不同程度的影響了通信的質量，從而不同程度的影響了通信的質量第49頁/共72頁第四十九頁，共72頁。50第50頁/共72頁第五十頁，共72頁。51Sm(t)n(t)帶通濾波器Sm(t)ni(t)tcosc低通濾波器m0(t)n0(t)W第51頁/共72頁第五十一頁，共72頁。5252乘性乘性加性加性 脈沖干擾脈沖干擾起伏干擾起伏干擾來源于閃電來源于閃電 各種工業火花各種工業火花 電器電器(dinq)開開關關來源于電阻熱噪聲來源于電阻熱噪聲 天體天體(tint)輻射輻射 電子運動電子運動第52頁/共72頁第五十二頁，共72頁。5353)(cos()(

23、sin)(cos)()(ttwtVtwtntwtntnooQoIi瑞利分布(fnb)均勻分布 w S (w) wo BnNtntntnoiQIi噪聲輸入功率：方差相同，均為解調器)(),(),(分布白噪聲：功率譜為均勻高斯分布高斯：概率密度分布為時間無關平穩：概率密度函數與時間平均各態歷經：統計平均聲各態歷經平穩高斯白噪AWGN第53頁/共72頁第五十三頁，共72頁。5454 )(tS LPF BPF )(tn )(tSi )(tni )(tno )(tSo )(costwc 的中心頻率是BPFwtwtntwtntntwtStwtStSooQoIicQcIisin)(cos)()(sin)(c

24、os)()(121122( )( )( )( )cos()( )sin()oIoIocQocS tS tn tn tww tntww t第54頁/共72頁第五十四頁，共72頁。55NSio)NS()NS(NS第55頁/共72頁第五十五頁，共72頁。56Sm(t)n(t)帶通濾波器Sm(t)ni(t)tcosc低通濾波器m0(t)n0(t)W2222211( )( )cos( )sin22( )( )cos( )sin11111( )( )cos2( )( )cos 2( ) ( )sin288884USBccicosoiccicStm ttm ttn tn ttn ttSm tm ttm tm

25、 ttn t m ttHiiccccfnBnNtmStmtmtttttmtm0022224102cos2sin2cos,2sin)(),(）（）（）（，不相關，與第56頁/共72頁第五十六頁，共72頁。572111cos( )( )cos2( )sin244411( )( ),( )( )416USBcccooSttm tm ttm ttm tm tS tm t（）Sm(t)n(t)帶通濾波器Sm(t)ni(t)tcosc低通濾波器m0(t)n0(t)W第57頁/共72頁第五十七頁，共72頁。58tsin) t (n21tcos) t (n21) t (nsintsin) t (n21cost

26、cos) t (n21tcos) t (nsco0cs0ccciHooo2c2oscfn41Bn41N) t (n41) t (n0t2cost2sint2sin, t2cos) t (n),t (n即不相關與1GBn4) t (m)NS()NS(o2ionSSB的抗噪聲(zoshng)性能分析（續）n 可見第58頁/共72頁第五十八頁，共72頁。5959 ttmtAtSccAMcoscos IQcossiniccntnttntt 對于相干解調：低通、隔直（即在對于相干解調：低通、隔直（即在AM相干解調相干解調過程中，需注意，這里的過程中，需注意，這里的LPF不僅濾掉了高頻成份，不僅濾掉了高頻

27、成份，同時也濾掉了直流成份。由于直流成分即不是信號，同時也濾掉了直流成份。由于直流成分即不是信號，也不是噪聲也不是噪聲(zoshng)，所以在分析噪聲，所以在分析噪聲(zoshng)性能時不考慮。）性能時不考慮。）)()(2222tmAtmGAMAM第59頁/共72頁第五十九頁，共72頁。60類別BG備注AM2fH 2/3DSB2fH 2 SSBfH 1 VSBfH2fH / /FM2(mf+1)fm，即2(f+fm) 3mf3 OONSm0ifnS31H0ifnSH0ifnSm0i2ffnSm23tcostsin1A) t (ScmAMtsinmtcosA) t (SmfcFM第60頁/共72頁第六十頁，共72頁。61兩者抗噪性能相同iSSBiDSB)NS(21)NS(第61頁/共72頁第六十一頁，共72頁。62i)NS(i)NS() t (n) t (n) t (mA) t (E) t (tcos) t (Etsin) t (ntcos) t (ntcos) t (mA) t (n) t (S2s2cccsccciAM第62頁/共72頁第六十二頁，共72頁。632222( )( )2( )cos3mm tGAm tm tAtG當時，第63頁/共72頁第六十三頁，共72頁。6464 在包絡檢波器的輸出端沒有單獨的信號項。有用信號被擾亂，解調器輸出只能看作噪聲在包絡檢波器的輸