《通信原理》第五章 模擬通信系統(tǒng)常用的基本規(guī)律和技巧_第1頁(yè)
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1、基本概念調(diào)制 把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過(guò)程。廣義調(diào)制 分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制(也稱載波調(diào)制)。 狹義調(diào)制 僅指帶通調(diào)制。在無(wú)線通信和其他大多數(shù)場(chǎng)合,調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。調(diào)制信號(hào) 指來(lái)自信源的基帶信號(hào)。 載波調(diào)制 用調(diào)制信號(hào)去控制載波的參數(shù)的過(guò)程。載波 未受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào),它可以是正弦波,也可以是非正弦波。已調(diào)信號(hào) 載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號(hào)。解調(diào)(檢波) 調(diào)制的逆過(guò)程,其作用是將已調(diào)信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。解調(diào)器輸入信噪比定義解調(diào)器輸出信噪比定義輸出信噪比反映了解調(diào)器的抗噪聲性能。制度增益定義門限效應(yīng)輸出信噪比不是按比例地隨著輸入信噪比下降,而是急劇惡化的現(xiàn)象稱為門限效

2、應(yīng)。同步解調(diào)器不存在門限效應(yīng)。2. 調(diào)制的目的提高無(wú)線通信時(shí)的天線輻射效率。把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處,以實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用,提高信道利用率。擴(kuò)展信號(hào)帶寬,提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力,還可實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。3基本規(guī)律和技巧第一部分 線性調(diào)制前提:信道和濾波器都是理想的,幅頻特性是常數(shù)1,所有的載波振幅也為1。1、一般情況下,一個(gè)基帶信號(hào)(或低通信號(hào))乘以高頻正弦或余弦載波后,平均功率減半,若再通過(guò)單邊帶濾波器,平均功率又減半,這是由于上下邊帶所攜帶功率相等的緣故。2、具有窄帶噪聲形式(例如單邊帶調(diào)制信號(hào))的已調(diào)信號(hào)通過(guò)相干解調(diào)器后,平均功率減為四分之一,這是由于其正交分

3、量被濾除的緣故。其余形式的已調(diào)信號(hào)通過(guò)相干解調(diào)器后,平均功率減半。3、包絡(luò)檢波器輸出有用信號(hào)等同原調(diào)制信號(hào),故其平均功率與調(diào)制信號(hào)平均功率一致;輸出噪聲與輸入噪聲平均功率一致。4、包絡(luò)檢波器的輸出有用信號(hào)的平均功率等于調(diào)制信號(hào)的平均功率,輸出噪聲功率等于輸入噪聲功率。5、相干解調(diào)器輸出噪聲雙邊帶功率譜密度形狀有低通濾波器決定,與其形狀相同。6、窄帶高斯噪聲同相分量和正交分量的雙邊帶功率譜密度相同,為窄帶高斯噪聲雙邊帶功率譜密度的兩倍,帶寬為窄帶高斯噪聲帶寬的一半。7、帶通濾波器的中心頻率即載波頻率。模擬通信系統(tǒng)一般模型AM通信系統(tǒng)包絡(luò)檢波法模型AM通信系統(tǒng)相干解調(diào)法模型結(jié)論:在大信噪比時(shí),采用

4、包絡(luò)檢波器解調(diào)得到的調(diào)制制度增益與同步檢測(cè)法給出的結(jié)果相同,并且采用包絡(luò)檢波器解調(diào)時(shí)的性能與同步檢測(cè)器時(shí)的性能幾乎一樣。DSB通信系統(tǒng)相干解調(diào)法模型SSB通信系統(tǒng)相干解調(diào)法模型例1. 已知調(diào)制信號(hào)為m(t)M(),帶寬為m,載波為:cosct填寫下表:例2. 設(shè)某信道具有均勻的單邊帶功率譜密度,在該信道中傳輸AM信號(hào),并設(shè)調(diào)制信號(hào)的頻帶限制在10kHz,而載波為100kHz,邊帶信號(hào)的功率為10kW,載波功率為40 kW。若接收機(jī)的輸入信號(hào)在加至解調(diào)器之前,先經(jīng)過(guò)一理想的帶通濾波器,試問(wèn):(1) 寫出該理想帶通濾波器的傳輸特性?(2) 分別畫出采用包絡(luò)檢波法和相干解調(diào)法進(jìn)行解調(diào)時(shí)的調(diào)制解調(diào)框圖

5、。(3) 分別計(jì)算以上兩種解調(diào)方式下解調(diào)器輸入端的信噪功率比、解調(diào)器輸出端的信噪功率比以及相干解調(diào)器輸出端的噪聲功率譜密度,并用圖形表示出來(lái)?解:分析由題知故:(1)包絡(luò)檢波法(2)(3)相干解調(diào)法(2)(3)(4)例3. 設(shè)某信道具有均勻的雙邊帶功率譜密度,在該信道中傳輸上邊帶信號(hào),并設(shè)調(diào)制信號(hào)的頻帶限制在10kHz,功率為10kW,而載波為100kHz。若接收機(jī)的輸入信號(hào)在加至解調(diào)器之前,先經(jīng)過(guò)一理想的帶通濾波器,試問(wèn):(1) 寫出該理想帶通濾波器的傳輸特性?(2) 畫出相干解調(diào)法進(jìn)行解調(diào)時(shí)的調(diào)制解調(diào)框圖。(3) 計(jì)算解調(diào)器輸入信噪功率比、輸出信噪功率比以及輸出噪聲功率譜密度,并用圖形表示

6、出來(lái)?解:分析由題知故:(1)(2)(3)(4)第二部分 角度調(diào)制1、基本概念物理意義表達(dá)式瞬時(shí)相位瞬時(shí)相位偏移瞬時(shí)角頻率瞬時(shí)角頻偏PM:瞬時(shí)相位偏移隨基帶信號(hào)而線性變化,即 調(diào)相靈敏度,含義是單位調(diào)制信號(hào)幅度引起PM信號(hào)的相位偏移量,單位是rad/V。 FM:瞬時(shí)頻率偏移隨基帶信號(hào)而線性變化,即 調(diào)頻靈敏度,單位是rad/s×V。2、FM與PM之間的關(guān)系3、單音調(diào)制 調(diào)相指數(shù),表示最大的相位偏移調(diào)頻指數(shù) :表示最大的相位偏移最大角頻偏 :最大頻偏:4、卡森公式 5、窄帶高斯噪聲同相和正交分量的雙邊帶功率譜密度及帶寬若其雙邊帶功率譜密度為,則其同相分量和正交分量均為低通型噪聲(直觀的

7、看,是因?yàn)橥喾至亢驼环至康墓β首V分別從零點(diǎn)搬移到處,才形成窄帶高斯噪聲的功率譜),其雙邊帶功率譜密度為,帶寬為窄帶高斯噪聲帶寬的一半。6、鑒頻器鑒頻器輸出電壓與輸入信號(hào)的瞬時(shí)角頻偏成正比。故大信噪比時(shí),輸出信號(hào):瞬時(shí)頻偏為,故 為鑒頻器靈敏度,單位為V/rad/s。 輸出噪聲:理想微分電路的功率傳輸函數(shù)為7、調(diào)制增益8、窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻(倍頻)例4.設(shè)一寬帶FM系統(tǒng),載波振幅為100V,頻率為100MHz,調(diào)制信號(hào)的頻帶限制在5kHz,最大頻偏為,并設(shè)信道噪聲功率譜密度是均勻的,其單邊帶功率譜密度為,試求:(1) 接收機(jī)輸入端理想帶通濾波器的傳輸特性。(2) 解調(diào)器輸入端的信噪功率比(3

8、) 解調(diào)器輸出端的信噪功率比(4) 若以AM調(diào)制方法傳輸,并以包絡(luò)檢波器進(jìn)行解調(diào),試比較在輸出信噪比和所需帶寬方面有何不同。解:分析由題知:,故(1)(2)(3) 驗(yàn)證:和推導(dǎo)的結(jié)果是一致的。注意:由于不是單頻信號(hào),一般不要通過(guò)求來(lái)計(jì)算調(diào)制增益,如果要通過(guò)來(lái)計(jì)算,則結(jié)論應(yīng)和上述推導(dǎo)過(guò)程得到的結(jié)果一致。如果經(jīng)仔細(xì)檢查不一致,要通過(guò)上述的推導(dǎo)來(lái)求解,而不是直接用計(jì)算調(diào)制增益。因?yàn)檫@時(shí)的很可能給出了。這道題書中給出的有問(wèn)題。(4) AM包絡(luò)檢波時(shí) 例5. 已知某調(diào)頻波的振幅是10 V,瞬時(shí)頻率為試確定:(1)此調(diào)頻波的表達(dá)式;(2)此調(diào)頻波的最大頻偏、調(diào)頻指數(shù)和頻帶寬度;(3)若調(diào)制信號(hào)頻率提高到2

9、×103Hz,則調(diào)頻波的最大頻偏、調(diào)頻指數(shù)和頻帶寬度如何變化?解:分析瞬時(shí)角頻率偏移 瞬時(shí)角頻率 由題知:瞬時(shí)頻率為故(1)(2)(3) 例6 在上述寬帶調(diào)頻方案中,設(shè)調(diào)制信號(hào)是=15 kHz的單頻余弦信號(hào),NBFM信號(hào)的載頻 =200 kHz,最大頻偏 =25 Hz;混頻器參考頻率= 10.9 MHz,選擇倍頻次數(shù) = 64, =48。 (1) 求NBFM信號(hào)的調(diào)頻指數(shù);(2) 求調(diào)頻發(fā)射信號(hào)(即WBFM信號(hào))的載頻、最大頻偏和調(diào)頻指數(shù)。解: 分析 由題可知,該題是由窄帶調(diào)頻產(chǎn)生寬帶調(diào)頻信號(hào)(1) NBFM信號(hào)的調(diào)頻指數(shù)為(2)調(diào)頻發(fā)射信號(hào)的載頻為(3) 最大頻偏為(4) 調(diào)頻指數(shù)

10、為第三部分 關(guān)于路徑損耗的解題思路例7 已知調(diào)制信號(hào)是8MHz的單頻余弦信號(hào),且設(shè)信道噪聲單邊帶功率譜密度是,信道損耗。若要求輸出信噪比是40dB,試求:(1)100%調(diào)制時(shí),AM信號(hào)的帶寬和發(fā)射功率;(2)調(diào)頻指數(shù)為5時(shí),F(xiàn)M信號(hào)的帶寬和發(fā)射功率。解:分析:這是一道典型的關(guān)于路徑損耗的題,用上面總結(jié)的思路即可求解。注意,所謂的100%調(diào)制是指中,為單頻余弦信號(hào)時(shí),。(1)(2)4典型的推導(dǎo)、結(jié)論和框圖大信噪比時(shí)AM非相干解調(diào)輸出信噪比計(jì)算解調(diào)器輸入的信號(hào)加噪聲的合成波形,輸出有用信號(hào),輸出噪聲,故,DSB解調(diào)器與SSB解調(diào)器抗噪聲性能比較前提:解調(diào)器的輸入噪聲功率譜密度相同;解調(diào)器輸入信號(hào)的功率也相等。線性調(diào)制

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