通信原理第5章模拟调制系统.

2019/12/16CP第五章模拟调制系统1通信原理第五章模拟调制系统CP第五章模拟调制系统22019/12/165.1幅度调制（线性调制）的原理5.25.35.4调频系统的抗噪声性能5.5各种模拟调制系统的性能比较5.6频分复用和调频立体声5.7小结CP第五章模拟调制系统32019/12/16模拟通信系统模型：噪声调制信道解调信宿信源1、调制的概念让基带信号（调制信号）m（t）去控制载波的某个（或某些）参数，使该参数按照信号m（t）的规律变化的过程。CP第五章模拟调制系统42019/12/162、调制的目的（1）与信道相适应（2）天线的要求（3）实现频分复用（4）改善系统性能3、载波（Carrier）（1）正弦波（2）周期脉冲序列4、调制的分类（1）模拟调制：基带信号是模拟信号（2）数字调制：基带信号是数字信号CP第五章模拟调制系统52019/12/165、常见的模拟调制最常见的模拟调制是以正弦波为载波的调制cos()10cAtA般＝一，＝载波：载波的三要素：A幅度c--频率--相位幅度调制（线性调制）频率调制相位调制（非线性调制）而由频谱特性的不同，幅度调制又可以分为：AM：标准调幅调制SSB：单边带调制DSB：抑制载波的双边带调制VSB：残留边带调制CP第五章模拟调制系统62019/12/165.1幅度调制（线性调制）的原理载波：cosct×h(t)m(t)sm(t)cosct线性调制的一般过程h(t)：冲激响应为h(t)的带通滤波器BPF适当地选择BPF可以得到各种幅度调制：AM、DSB、SSB、VSBCP第五章模拟调制系统72019/12/16×h(t)m(t)sm(t)cosct时域：()[()cos]()mcstmttht频域：1()[()()]()2mccSMMH幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号（基带信号）的规律而变化的过程。CP第五章模拟调制系统82019/12/165.1.1调幅(AM)1、已调信号00()[()]cosco(s)cosAMcccstAmttAmttt0[()()(])ccAMAS1[()()]2ccMM2、调制模型＋m(t)A0cosctsAM(t)假设h(t)=δ(t)，即滤波器（H(ω)=1）为全通网络CP第五章模拟调制系统92019/12/16m(t)OtA0＋m(t)OtOOttcosc(t)sAM(t)1M()A0－HH－ccA0SAM()02103、AM调制的波形及频谱CCCP第五章模拟调制系统102019/12/164、频谱特点（1）调幅过程使原始信号频谱M(ω)左右搬移了ωc，搬移后的频谱中包含：载波分量：边带分量：0[()()]ccA12[()()]ccMM0[()()(])ccAMAS1[()()]2ccMM（2）AM波的带宽是基带信号带宽fH的2倍：BAM=2fHttttmt0Amt载波AMstHHMAMScc0BAMCP第五章模拟调制系统112019/12/16ttttmt0Amt载波AMstHHMAMScc0载频分量载频分量上边带上边带下边带下边带（3）上边带（USB）和下边带（LSB）CP第五章模拟调制系统122019/12/16当满足条件|m(t)|max≤A0时，AM信号的包络与调制信号的波形相同；用包络检波的方法很容易恢复出原始的调制信号；否则，将会出现过调幅现象而产生包络失真。这时不能用包络检波器进行解调，为保证无失真解调，可以采用同步检波器。5、AM调制要求：|m(t)|max≤A0（不过调）CP第五章模拟调制系统132019/12/166、AM调制的功率和效率AM信号在1Ω电阻上的平均功率应等于信号sAM(t)的均方值。当m(t)为确知信号时，sAM(t)的均方值即为其平方的时间平均：22202222200()[()]coscos()cos2()cosAMAMccccpStAmttAtmttAmtt==+=++通常假设调制信号没有直流分量，即：()0mt=又因为：2111cos(1cos2)(1cos2)222cccttt＝＝=++=0=1/2A022()2mtCP第五章模拟调制系统142019/12/16220()22sMcAmtAppp=+=+载波功率边带功率所以，AM信号在1Ω电阻上的平均功率为：（1）AM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分，只有边带功率才与调制信号m(t)有关，载波分量不携带信息；（2）|m(t)|max≤A0，所以有：ps≤pc，即使在“满调幅”（|m(t)|max=A0时，也称100％调制）条件下，载波分量仍占据大部分功率，而含有用信息的两个边带占有的功率较小。CP第五章模拟调制系统152019/12/16因此，从功率上讲，AM信号的功率利用率比较低。（3）AM调制波的效率：05ssAMAMcsppppp＝.（）一般0.3h=?+£7、AM调制的特点功率低效，频带利用低，但接收简单。CP第五章模拟调制系统162019/12/165.1.2抑制载波双边带调制（DSB-SC）在AM信号中，信息完全由边带传送，载波分量并不携带信息，却占据了2/3以上的功率。()()cosDSBcstmtt()0.5[()()]DSBccSMMAM调制的缺点：如果将载波抑制，即可得到抑制载波双边带信号，简称双边带信号（DSB）1、DSB已调信号时域：频谱：CP第五章模拟调制系统172019/12/16cos0tOttOm(t)sDSB(t)OtO－ccM()OH－HSDSB()O－cc载波反相点2H2、DSB调制过程的波形及其频谱CP第五章模拟调制系统182019/12/16由时间波形可知，DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号，需采用相干解调(同步检波)。在调制信号m(t)的过零点处，载波相位有180°的倒相；DSB信号的频带宽度是调制信号带宽的两倍：BDSB=2fH；DSB信号虽然节省了载波功率，功率利用率提高了,但由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，它们都携带了调制信号的全部信息，因此仅传输其中一个边带即可。这就是单边带调制能解决的问题。3、DSB频谱特点CP第五章模拟调制系统192019/12/165、DSB的特点：优点：功率高效，节省了载波功率，调制效率100％；缺点：频带利用并不高效，多传了一倍的频带信息，且不能用包络检波，需用相干检波，较复杂。4、DSB的功率和效率222()()[()cos]2DSBDSBcsmtpstmttpw====1sDSBDSBpp＝h=而要使频带高效，这就是单边带调制能解决的问题。CP第五章模拟调制系统202019/12/16DSB的频带利用并不高效：CP第五章模拟调制系统212019/12/165.1.3单边带调制(SSB)1.SSB调制原理：双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱M()的所有频谱成分，因此仅传输其中一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为单边带调制。CP第五章模拟调制系统222019/12/162.由滤波法产生SSBa、滤波法的原理方框图——用边带滤波器，滤除不要的边带:mtDSBstct载波HSSBstb、单边带滤波器：1,()()0,cUSBcHH1,()()0,cLSBcHH——可滤除下边带，产生上边带SSB——可滤除上边带，产生下边带SSBHPF:LPF:CP第五章模拟调制系统232019/12/16M()－HHSM()－ccOO上边带下边带下边带上边带－ccO上边带频谱O－cc下边带频谱边带滤波的演示：上边带滤波器下边带滤波器CP第五章模拟调制系统242019/12/16C、用滤波法形成单边带信号的困难：用滤波法形成SSB信号的技术难点是，由于一般调制信号都具有丰富的低频成分，经调制后得到的DSB信号的上、下边带之间的间隔很窄，这就要求单边带滤波器在fc附近具有陡峭的截止特性，才能有效地抑制无用的一个边带。这就使滤波器的设计和制作很困难，有时甚至难以实现。为此，在工程中往往采用多级调制滤波的方法。CP第五章模拟调制系统252019/12/163、SSB信号的表达式[]1()()()()2SSBCCSMMH=+频域：DSB信号边带滤波器时域：[]1()sgn()sgn()2010CCCCCCH=+--ì-ïïïï=-＃íïïïïî1,0sgn(){1,0=-例如——产生下边带的滤波器：11()()cos()sin22ssBCCstmttmttÙ=CP第五章模拟调制系统262019/12/1611()()cos()sin22ssBCCstmttmttÙ=（1）“－”：上边带（2）“＋”：下边带（3）()()mtmt是的希尔波特变换Ù希尔伯特变换：对m(t)的所有频率分量相移（-π/2）。()()cossinsincos()cos()sin()sin()cosccccccccmtmtttttfttfttfttfttÙ--CP第五章模拟调制系统272019/12/164、相移法：利用相移网络，对载波和调制信号进行适当移相，以便在合成过程中将其中一个边带抵消掉。Hh()2－±21m(t)sSSB(t)21m(t)cosctcosct21m(t)cosct21m(t)1()sin2CmttÙ1()cos2Cmtt11()()cos()sin22ssBCCstmttmttÙ=CP第五章模拟调制系统282019/12/16SSB信号的解调和DSB一样不能采用简单的包络检波，需采用相干解调。综上所述：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度为BSSB=fH，只有AM、DSB的一半，因此，它目前已成为短波通信中的一种重要调制方式。5、SSB信号的带宽BSSB=fH缺陷：对滤波器要求高，很难实现。CP第五章模拟调制系统292019/12/165.1.4残留单边带调制(VSB)1、原理：残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种折中方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现中的困难。在这种调制方式中，不像SSB那样完全抑制DSB信号的一个边带，而是逐渐切割，使其残留—小部分。CP第五章模拟调制系统302019/12/16Mcfcf0DSBSSBVSB2、VSB示意图：CP第五章模拟调制系统312019/12/16频域：[]1()()()2()VSBCCSMHM=-++滚降边带滤波器滤波器特性：互补对称性()()CCHH-++＝常数4、信号带宽：1VSBHBfB+＝一般B1fHB1：残留边带带宽，3、表达式：残留边带滤波器的特性H()在c处半幅度点必须具有互补对称（奇对称）特性，相干解调时才能无失真地从残留边带信号中恢复所需的调制信号。CP第五章模拟调制系统322019/12/165.1.5线性调制的一般模型线性调制的一般模型×h(t)m(t)sm(t)cosct时域表达式：频域表达式：()[()cos]()mcstmttht1()[()()]()2mccSMMH适当地选择滤波器的特性H(w)，便可以得到各种幅度调制信号CP第五章模拟调制系统332019/12/16cc-cH+()Hcc-()Hcc-()Hcc