通信原理第五章重点笔记

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通信原理第五章重点笔记

2024-07-18 05:39| 来源: 网络整理| 查看: 265

通信原理第七版樊昌信曹丽娜

手写笔记参考小红书：香草味冰淇淋~

第五章模拟调制系统

调制：把调制信弓搭载到载波上，使载波的某些参数按照调制信号的规律而变化载波：某种高频周期振荡信号，如正弦波。受调载波称为已调信号，含有消息信号特征。解调：调制的逆过程，从已调信号中恢复消息信号。

调制目的：

把基带信号转换成适合在信道中传输的已调信号,匹配信道特性，减小天线尺寸；进行频谱搬移，实现多路复用，提高信道利用率;扩展系统带宽，提高系统抗下扰能力;

模拟调制是以正弦信号 $C(t)=Acos(\omega _{c}t+\varphi )$ 作为载波

幅度调制（线性）AM DSB SSB VSB角度调制（非线性）FM PM 一、幅度调制（线性调制原理）

——由调制信号控制高频载波的幅度，使之随调制信号做线性变换的过程

一般模型：

1. 常规调幅 AM（包络检波 / 相干解调）

——假设调制信号m(t)的平均值为0，将其叠加一个直流偏量 $A_{0}$ 后与载波相乘，即可形成调幅信号；

（1）定义调幅系数m(用百分比表示，又称调幅度)——反映基带信号改变载波幅度的程度

（2）AM信号的特点

$\left | m(t) \right |_{max}\leq A_{0}$ 时，AM波的包络正比于调制信号m(t),故可采用包络检波;AM的频谱由载频分量、上边带和下边带组成;AM传输带宽是调制信号带宽的两倍： $B_{AM}=2f_{_{H}}$ AM的优势在于接收机简单，广泛用于中短调幅广播。

（3）AM信号的特点

当m=1（满调幅时）AM调制效率最大仅仅为1/3,可见AM利用率很低；

载波——不包含有用信息；边带——包含有用信息m(t),满调幅时，功率最大； 2. 双边带调制 DSB（相干解调）

——将直流分量 $A_{0}$ 去掉，就可以得到一种高调制效率的调制方式（抑制载波双边带）;

DSB信号的特点：

包络不再与m(t)成正比；当m(1)改变符号时载波相位反转，故不能采用包络检波，需相干解调；无载频分量，只有上、下边带；带宽与AM的相同： $B_{DSB}=B_{AM}=2f_{H}$ ;调制效率100%，即功率利用率高;主要用作SSB、VSB的技术基础，调频立体声中的差信号调制等。 3. 单边带调制 SSB（相干解调）

（1）SSB信号的产生

滤波法：先形成DSB信号，边带滤波即可得到上下边带信号；

要求：滤波器 $H_{SSB}(w)$ 在载频处具有陡峭的截至特性；

相移法： m(t)相移 $\frac{\pi }{2}$ ，幅度不变；

要求： $H_{h}(w)$ 对 m(t) 的所有频移分量精确相移 $\frac{\pi }{2}$ ；

时域表达式：

+ 为上边带，-为下边带

SSB 信号的特点：

优点之一是频带利用率高，其传输带宽仅为AM/DSB的一半： $B_{SSB}=B_{AM}=2f_{H}$ ,因此，在频谱拥挤的通信场合获得了广泛应用，尤其在短波通信和多路载波电话中占有重要的地位优点之二是低功耗特性，因为不需传送载波和另一个边带而节省了功率；缺点是设备较复杂，存在技术难点，也需相干解调。 4. 残留边带调制 VSB（相干解调）

——介于SSB和DSB之间的折中方案

（1）VSB信号的产生

（2）VSB信号的解调

残留边带滤波器特性H(w)应在载频两边具有互（奇对称）的滚降特性，即满足： $H(w+w_{c})+H(w-w_{c})=$ 常数 $\left | w\right |\leqslant w_{H}$

（3）VSB 信号特点

仅比SSB所需带宽有很小增加， $f_{H} B_{VSB} 2f_{H}$

幅度调制（线性调制）归纳

5. 相干解调与包络检波（1）相干解调（同步检波）

适用：AM DSB SSB VSB特点：无门限效应要求：载波同步

实现相干解调的关键是接收端要提供一个与载波信号严格同步（同频同相）的本地载波，称为相干载波；

（2）非相干解调（包络检波）

适用：AM信号优势：简单、无需载波同步要求： $\left | m(t) \right |_{max}\leq A_{0}$ 二、线性调制系统的抗噪声性能 1. 分析模型

$S_{0}$ 为解调器输出有用信号的平均功率， $N_{0}$ 为解调器输出噪声的平均功率；

制度增益：为输出信噪比和输入信噪比的比值表示；

2. DSB 相干解调系统抗噪声性能

制度增益： $G_{DSB}=\frac{S_{0}/N_{0}}{S_{i}N_{i}}=2$ 即 $\frac{S_{0}}{N_{0}}=2\frac{S_{i}}{N_{i}}$

原因：相干解调将 $n_{i}(t)$ 中的正交分量抑制掉，从而使信噪比改善一倍；

3. SSB 相干解调系统抗噪声性能

制度增益： $G_{DSB}=\frac{S_{0}/N_{0}}{S_{i}N_{i}}=1$ 即 $\frac{S_{0}}{N_{0}}=\frac{S_{i}}{N_{i}}$

原因：相干解调抑制正交分量（无论信号还是噪声）

4. AM 包络检波系统抗噪声性能

检波输出： $E(t)=\sqrt{\left [ A_{0} +m(t)+n_{c}(t)\right ]^{2}+n_{s}^{2}(t)}$

由于 $\left | m(t) \right |_{max}\leq A^{0}$ ,所以 $G_{AM} 1$ ,即 $\frac{S_{0}}{N_{0}} \frac{S_{i}}{N_{i}}$ 100％调制时，且m(t)为单频正弦时， $G_{AM}=\frac{2}{3}$ 相干解调的 $G_{AM}$ 如同上式，但不受信噪比条件的限制；