第四章习题PPT格式课件下载.ppt
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DSB,AM,SSB,VSB,1、抑制载波双边带调制(DSB-SC),双边带信号定义:
如果输入基带信号无直流分量,且,即滤波器为全通网络,则得到的输出信号便是抑制载波双边带信号,简称双边带信号(DSB),式中:
为载波角频率,双边带信号的解调:
可以用一个相乘器和低通滤波器组成,通常把这种解调形式,称为“同步解调”或“相干解调”。
4.2.2调幅(AM),设调制基带信号无直流分量,调制信号叠加直流后与载波相乘,就可以形成调幅信号(AM)。
其时域和频域表示式分别为:
图、AM调制器模型,当满足条件AM信号的包络与调制信号成正比,所以可以用包络检波的方法恢复出原始的调制信号。
当会出现过调制现象而产生包络失真,将不能用包络检波解调,图、AM信号的波形和频谱,包络检波解调法又称为非同步解调法,它的优点是设备简单,不需要获得同步载波,缺点抗噪声能力上不如相干解调,3、单边带调制(SSB),定义:
只传输一个边带的通信方式称为单边带通信(SSB),产生SSB信号最直观的方法是让双边带信号通过一个边带滤波器,保留所需要的一个边带,滤除不要的边带,图、形成SSB信号的滤波特性,图、SSB信号的频谱,同理,可得上边带SSB信号的时域表达式:
综述:
SSB调制方式在传输信号时,不但可节省载波发射功率,而且它所占用的频带宽为:
,只有AM,DSB的一半。
SSB信号不能包络检波解调,只能相干解调。
可得下边带SSB信号的时域表达式:
图.相移法形成单边带信号,4、残留边带调制(VSB),残留边带调制VSB介于DSB和SSB之间的一种方式。
它克服了DSB占用频带宽的缺点,又解决了SSB信号实现上的难题。
在这种调制方式中,不是将一个边带完全抑制,而是部分抑制,图、DSB、SSB和信号的频谱,图、残留边带滤波器特性残留部分上边带的滤波器特性;
(b)残留部分下边带的滤波器特性,残留边带已调信号的频谱为:
采用相干解调:
图、VSB调制器模型,图、VSB解调器模型,相干解调低通滤波器输出信号频谱为:
为了保证相干解调的输出无失真的恢复调制信号:
将带入上式:
为了满足:
必须使和在处具有互补对称的滚降特性。
图.残留边带滤波器的几何解释,4.3线性调制系统的抗噪声性能,4.3.1分析模型,调制系统的抗噪声性能可以用解调器的抗噪声性能来衡量.解调器的抗噪声能力一般用“信噪比”来度量,所谓“信噪比”是指信号和噪声的平均功率之比,图、解调器的抗噪声性能的模型,即为平稳高斯窄带噪声:
窄带噪声的平均功率为:
评价一个模拟通信系统的好坏,最终是要看解调器的输出信噪比,解调器输出信噪比的定义:
解调器输入信噪比的定义:
调制制度增益:
DSB系统的抗噪声性能,图、线性调制相干解调的抗噪声性能分析模型,DSB调制制度增益为:
DSB信号的解调器使信噪比改善一倍,SSB调制系统的性能,图、单边带解调器抗噪声性能分析模型,SSB调制制度增益为:
SSB解调器对信噪比没有改善。
但不能因此得出结论双边带系统比单边带系统抗噪声性能好,可以证明:
若DSB和SSB信号解调器的的输入信号功率相同,则,它们的解调器输出信噪比是相同的。
434调幅信号包络检波的抗噪声性能,包络检波解调器输入信号为:
当100%的调制,这是AM系统的最大信噪比调制制度增益,这说明包络检波解调器没有改善输入信噪比,而是恶化了,可以证明:
采用相干解调的制度增益和大信噪比的包络检波是一样的。
而且,无大信噪比的条件限制。
AM调制制度增益为:
门限效应:
当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定的数值后,检波器输出信噪比出现急剧恶化的一种现象。
该特定的输入信噪比值被称为:
“门限”,结论:
在大信号情况下,AM信号包络检波器的性能几乎与相干解调器相同。
随信噪比的减小,包络检波器将在一个特定的数值上出现门限效应,解调器的输出信噪比急剧恶化。
非线性调制(角度调制)原理,角度调制基本概念,高频载波的频率或相位按调制信号的规律变化而载波振幅保持恒定的调制方式,称为频率调制(FM)或相位调制(PM)。
简称调频或调相,统称为角度调制。
角度调制又称为非线性调制。
角度调制信号的一般表示式:
A是载波的恒定振幅。
是信号的瞬时相位,称为相对于载波相位的瞬时相位偏移,是信号的瞬时频率。
称为相对于载波,的瞬时频率偏移。
所谓相位调制,是指瞬时相位偏移随调制信号而线性变化,即:
其中,是常数,,调相信号表示式为:
所谓频率调制,是指瞬时频率偏移随调制信号而线性变化,即:
,其中是常数,调频信号表示式:
如果将调制信号先微分,再进行调频,也可得到调相波,称为间接调相。
如果将调制信号先积分,再进行调相,也可得到调频波,称为间接调频。
图.直接和间接调相,图.直接和间接调频,无论是调频还是调相其调制程度可用最大频偏和调制指数两个参数表示。
最大频偏是指调角信号瞬时频率偏移未调载波频率的最大偏移量,调相信号:
调频信号:
调制指数:
是指调角信号总相角偏离未调载波总相角的最大偏移量,也即该调角信号的最大相位偏移。
调相信号:
窄带调频,在最大频率偏移或相应的最大相位偏移较小时,即:
一般在时,(),信号占据带宽窄,属于窄带调频(NBFM),反之是宽带调频(WBFM),结论:
窄带调频与AM调制具有基本一致的频谱结构,也含有一个载波和位于处的两个边带。
带宽是调制信号的二倍。
不同之处是两个边频分别乘了因式,引起调制信号的非线性失真,另外,有一个边频和AM反相。
分析宽带调频信号频谱:
1宽带调频波包含无穷多个频率分量组成。
2尽管调频信号的频谱无限宽,但依据贝塞尔函数性质,宽带调频信号频谱的主要成分集中在以载波为中心的有限带宽。
调频波的带宽为:
该式称为卡森公式,图、调频信号的频谱,非线性调制系统的抗噪声性能,调频系统抗噪声性能分析模型,非相干解调即采用具有频率-电压转换特性的鉴频器,它是FM系统的主要解调方式,理想鉴频器可看成是带微分器的包络检波器.,图、鉴频器特性与组成,设解调器输入的调频信号为:
微分器输出:
FM解调器输入信号功率:
FM解调器输入噪声功率:
FM解调器输入信噪比:
假设调制信号为单一频率余弦波,则已调频信号为:
式中:
因为:
调制制度增益为:
解调器的输出信噪比:
结论:
在大信噪比的情况下,宽带调频解调器的制度增益是很高的。
即:
抗噪声性能好。
它与调制指数的立方成正比。
比较一下调频系统和调幅系统的抗噪声性能,调频波输出信噪比:
调幅波的输出信噪比:
则调频调幅输出信噪比的比值:
在高调频指数时,调频系统的输出信噪比远大于调幅系统。
但是应当指出,调频系统优良的抗干扰性能是以增加传输带宽为代价的。
2小信噪比情况和门限效应,当输入信噪比减小到一定程度时,解调器输出不再存在单独的有用信号项,信号被噪声扰乱,并且输出信噪比急剧下降,称之为门限效应。
出现门限效应时所对应的输入信噪比值称为门限值。
改善门限效应有许多种方法,目前用的较多的有锁相环路鉴频法和调频负回授鉴频法。
另外,采用“预加重”和“去加重”技术来改善解调器输出信噪比。
图、非相干解调的门限效应,46各种模拟调制系统的性能比较,图各种模拟调制系统的性能曲线,WBFM抗噪声性能最好,DSB、SSB、VSB抗噪声性能次之,AM抗噪声性能最差。
实际系统选择何种系统,主要要看它更侧重有效性、可靠性以及设备简易性等因素的哪方面,47频分复用,“复用”是一种将若干彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的复合信道。
常用的复用方法有频分复用(FDM)、时分复用(TDM),所谓“频分复用”(FDM)是指按照频率不同来复用多路信号的方法。
图、频分复用系统组成方框图,48复合调制及多级调制的概念,复合调制:
对同一载波进行两种或更多种的调制。
多级调制:
通常是将同一基带信号实施两次或更多次的调制过程,常见的多级调制方式除了SSB/SSB,还有SSB/FM、FM/FM,4-2根据下图所示的调制信号波形,试画出DSB及AM信号的波形图,并比较它们分别通过包络检波器后的波形差别。
解
(1)设载波,该DSB信号波形以及通过包络检波器的输出分别如下图。
e(t),t,e(t),t,SAM(t),
(2)AM信号SAM(t)=m0+m(t)sinct,且有m0m(t)max.该信号波形以及通过包络检波器的输出e(t)分别如上图,4-4将调幅波通过残留边带滤波起产生残留边带信号.若此滤波器的传输函数H(w)如图所示,(斜线段为直线).当调制信号为m(t)=Asin100t+sin6000t时,试确定所得残留边带信号表达式,解:
设调幅波SAM(t)=m0+m(t)cosct,其中m0m(t)max=A,同时根据残留边带滤波器在载频fc处具有互补对称特性,可以得出载频fc=10kHz。
因此,SAM(t)=m0+A(sin100t+sin6000t)cos20000t,同时根据上图可知:
=20000(f=10kHz)时,H()=0.5=20100(f=10.05kHz)时,H()=10.05-9.5=0.55=19900(f=9.95kHz)时,H()=9.95-9.5=0.45=226000(f=13kHz)时,H()=1=14000(f=7kHz)时,H()=0.所以,残留边带信号频谱:
SVSB()=SAM()H()=(+20000)+(-20000)+0.55(+20100)-0.55(-20100)-0.45(+19900)+0.45(-19900)+(+26000)-(-26000).,SVSB(t)=F-1SVSB()=cos20000t+0.55sin20100t-0.45sin19900t+sin26000t.,410某线性调制系统的输出信噪比为20dB,输出噪声功率为10-9W,由发射机输出端到解调器输入端之间总的传输损耗为100dB,试求:
(1)DSBSC时的发射机输出功率;
(2)SSBSC时的发射机输出功率。
解:
(1)DSB的调制制度增益G=2,因此解调器输入信噪比:
为:
在相干解调时:
又Ni=4N0=410-9W.解调器输入端的信号功率:
Si=50Ni=210-7W.,考虑发射机输出端到解调器输入端之间的100dB传输损耗,可得发射机输出功率:
S0=W.,
(2)在SSB/SC方式时,调制制度增益G=1.,Ni=4N0=410-9W.,因此,解调器输入的信号功率,Si=100Ni=410-7(W)发射机输出功率:
S0=1010Si=4103(W).,411设调制信号m(t)的功率谱密度与题48相同,若用SSB调制方式进行传输(忽略信道的影响),试求:
(1)接收机的输入信号功率;
(2)接收机的输出信号功率:
(3)若叠加于SSB信号的白噪声的双边功率谱密度为no2,设解调器的输出端接有截止频率为fmHz的理想低通滤波器,那么,输出信噪功率比为多少?
(4)该系统的调制制度增益G为多少?
(1)设SSB已调信号:
SSSB(t)=,则接收机的输入信号功率:
(2)相干解调之后,接收机的输出信号,因此,输出信号功率:
(3)相
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