通信原理第4章模拟调制系统

西安电子科技大学通信工程学院现代通信原理西安电子科技大学通信工程学院张会宁[e-mail]西安电子科技大学通信工程学院第4章模拟调制系统二、调制的定义用调制信号控制高频载波的某个或某几个参量，使它随调制信号而变化。一、调制的目的1.使信号适于在信道中传输。2.实现信道的多路复用。3.改善系统的抗噪声性能。4.实现传输带宽与信噪比之间的互换。西安电子科技大学通信工程学院三、调制的分类1.按载波形式分连续波调制脉冲调制2.按调制信号形式分3.按已调信号频谱特性分模拟调制数字调制线性调制非线性调制调制器()mst()mt()ct第4章模拟调制系统连续波调制模拟调制西安电子科技大学通信工程学院第4章模拟调制系统本章主要内容：幅度调制的原理线性调制系统的抗噪声性能角调制的原理频分复用的基本原理本章作业：1，2，5，6，7，8，11，12，13，14，17西安电子科技大学通信工程学院4.1幅度调制（线性调制）的原理一、幅度调制器的一般模型()()()cosmcstmtthtω=∗()()()()12mccSMMHωωωωωω=++−⋅()mt()mst()cosccttω=()ht×适当选择，可进行各种幅度调制西安电子科技大学通信工程学院()()()()max0max0()1021mtmtAmtaA=≥=≤，即1.调幅(AM)()()()00cocosscosccAMcstAmttmAtttωωω=+=+()()()()()012AMccccASMMπδωωδωωωωωωω++−=+++−+()mt0A×()AMstcosctω4.1幅度调制（线性调制）的原理西安电子科技大学通信工程学院()0Amt+cosctω()mt0000ttt()AMsttAM信号的波形：4.1幅度调制（线性调制）的原理西安电子科技大学通信工程学院4.1幅度调制（线性调制）的原理AM调制信号仿真波形(调幅指数a=0.5)西安电子科技大学通信工程学院4.1幅度调制（线性调制）的原理AM调制信号仿真波形(a=1)西安电子科技大学通信工程学院4.1幅度调制（线性调制）的原理AM调制信号仿真波形(a=1.5)西安电子科技大学通信工程学院4.1幅度调制（线性调制）的原理AM调制信号仿真波形a=0.5a=1a=1.5西安电子科技大学通信工程学院ωHω−Hωcω−cωωω()Mω()AMSω00ω()0Amt+cosctω()mt0000ttt()AMsttAM信号的波形和频谱：4.1幅度调制（线性调制）的原理()()()()()012AMccccASMMπδωωδωωωωωωω++−=+++−西安电子科技大学通信工程学院AM信号的特点：①包络与m(t)成正比。②带宽：③功率：④功率利用率低。2AMHBf=()22022AMmtAP=+()()2220SAmAMmtPPAmtη==+调制效率4.1幅度调制（线性调制）的原理载波边带CSPP=+西安电子科技大学通信工程学院2.抑制载波双边带调制(DSB-SC)()()()12DSBccSMMωωωωω=++−()()cosDSBcstmttω=()mt()DSBstcosctω×4.1幅度调制（线性调制）的原理西安电子科技大学通信工程学院载波反相点cosctω()mt()DSBstttt000DSB信号的波形：4.1幅度调制（线性调制）的原理()0Amt+cosctω()mt0000ttt()AMsttAM信号的波形：西安电子科技大学通信工程学院ωHω−Hωcω−cωωω()Mω()AMSω00()Mω()DSBSω2Hω00HωHω−ωcωcω−ωDSB信号的频谱：4.1幅度调制（线性调制）的原理AM信号的频谱：()()()12DSBccSMMωωωωω=++−西安电子科技大学通信工程学院载波反相点cosctω()mt()DSBstttt000()Mω()DSBSω2Hω00HωHω−ωcωcω−ωDSB信号的波形和频谱：4.1幅度调制（线性调制）的原理西安电子科技大学通信工程学院DSB信号的特点：①包络与m(t)不成正比②m(t)过零点：载波反向点③带宽：④功率利用率高2DSBHBf=4.1幅度调制（线性调制）的原理西安电子科技大学通信工程学院3.单边带调制(SSB)()mt×()SSBstcosctω()SSBHω4.1幅度调制（线性调制）的原理(1)滤波法西安电子科技大学通信工程学院上边带下边带下边带上边带HωHω−()Mω()DSBSωcωcω−cωcωcω−cω−ωωωω0000()USBSω()LSBSω形成SSB信号的滤波特性：SSB信号的频谱：()USBHω()LSBHωcωcω−cωcω−00ωω1()a()b14.1幅度调制（线性调制）的原理西安电子科技大学通信工程学院4.1幅度调制（线性调制）的原理思考：语音信号(300-3400Hz)经DSB调制后，上下边带之间的频率间隔是多大？滤波法的难点：滤波器有陡峭的截止特性西安电子科技大学通信工程学院11cossicossn2in2mmccmmtAtAttωωωω=−(2)相移法4.1幅度调制（线性调制）的原理()()coscosmmcmtAtcttωω==设，()coscosDSBmmcstAttωω=⋅()()1cos2USBmcmstAtωω=+()()11cossin22ccttmtmtωω∧=−()()1cosc21os2mcmmcmAtAtωωωω=+−+西安电子科技大学通信工程学院Hilbert滤波器传输函数为：()()()11cossin22::SSBccStmttmttωω∧=±+−下边带上边带()()()/hHMMωωω∧=2π幅度不变，所有频率分量相移4.1幅度调制（线性调制）的原理sgnjω=−宽带相移网络西安电子科技大学通信工程学院()12mt()12mt∧()1cos2cmttω()1sin2cmttω∧()hHωcosctω()SSBst±2π−4.1幅度调制（线性调制）的原理相移法的难点：宽带相移网络()()()11cossin22SSBccStmttmttωω∧=±西安电子科技大学通信工程学院SSB信号的特点：①带宽：②功率利用率高。SSBHBf=4.1幅度调制（线性调制）的原理西安电子科技大学通信工程学院4.残留边带调制(VSB)4.1幅度调制（线性调制）的原理M(ω)ω2πBOωcO(a)(b)OωωωcωcOω(c)(d)-2πB−ωc−ωc−ωc()DSBSω()SSBSω()VSBSω西安电子科技大学通信工程学院()()()()12VSBccVSBSMMHωωωωωω=++−⋅()mt×()VSBstcosctω()VSBHω4.1幅度调制（线性调制）的原理VSB调制器框图：西安电子科技大学通信工程学院()()()()()()124124cVSBccVSBcMMHMMHωωωωωωωωωω=+++++−−4.1幅度调制（线性调制）的原理()VSBstBPFLPF×cosctω()omt()pst()()cospVSBcststtω=()()()()12VSBccVSBSMMHωωωωωω=++−⋅()()()12pVSBcVSBcSSSωωωωω=++−相干解调：西安电子科技大学通信工程学院4.1幅度调制（线性调制）的原理()()VSBcVSBcHHHconstωωωωωω++−=≤，残留边带滤波器的传输函数必须满足：()()()()14oVSBcVSBcMMHHωωωωωω=++−西安电子科技大学通信工程学院()VSBHω()VSBcHωω−()VSBcHωω+cωcωcωcω−cω−()()VSBcVSBcHHωωωω−++ωωωω0000残留边带滤波器的几何解释：4.1幅度调制（线性调制）的原理载频处互补对称西安电子科技大学通信工程学院()VSBHωωcωcω−10.50()VSBHωωcωcω−100.5残留部分上边带:残留部分下边带:4.1幅度调制（线性调制）的原理西安电子科技大学通信工程学院VSB信号的特点：①比DSB带宽小，比SSB滤波器易实现②带宽与滤波器实现存在矛盾4.1幅度调制（线性调制）的原理西安电子科技大学通信工程学院二、线性调制信号的解调4.1幅度调制（线性调制）的原理()mstBPFLPF×cosctω()omt关键：收端产生相干载波1.相干解调法适用：AM、DSB、SSB、VSB西安电子科技大学通信工程学院2.包络检波法()mstBPFLPF()omt整流4.1幅度调制（线性调制）的原理3.插入载波包络检波法适用：AM适用：DSB、SSB、VSB包络检波器西安电子科技大学通信工程学院4.1幅度调制（线性调制）的原理一、幅度调制器的一般模型()mt()mst()cosccttω=()ht×1.调幅(AM)+()mt0A×()AMstcosctω()()0cosAMcstAmttω=+西安电子科技大学通信工程学院ω()mt00tt()AMstωHω−Hωcω−cωωω()Mω()AMSω004.1幅度调制（线性调制）的原理2AMHBf=()22022AMmtAP=+西安电子科技大学通信工程学院载波反相点()mt()DSBsttt00()Mω()DSBSω2Hω00HωHω−ωcωcω−ω2.双边带调制(DSB)()()cosDSBcstmttω=()mt()DSBstcosctω×4.1幅度调制（线性调制）的原理2DSBHBf=西安电子科技大学通信工程学院3.单边带调制(SSB)()mt×()SSBstcosctω()SSBHω4.1幅度调制（线性调制）的原理(1)滤波法()12mt()12mt∧()hHωcosctω()SSBst±2π−(2)相移法()()()11cossin22SSBccStmttmttωω∧=±西安电子科技大学通信工程学院4.1幅度调制（线性调制）的原理HωHω−()Mωcωcωcω−cω−ωωω000()USBSω()LSBSωSSBHBf=西安电子科技大学通信工程学院4.残留边带调制(VSB)4.1幅度调制（线性调制）的原理()mt×()VSBstcosctω()VSBHω在载频处互补对称()()VSBcVSBcHHHconstωωωωωω++−=≤，西安电子科技大学通信工程学院二、线性调制信号的解调4.1幅度调制（线性调制）的原理()mstBPFLPF×cosctω()omt1.相干解调法2.包络检波法()mstBPF()omt包络检波西安电子科技大学通信工程学院()Hf010f0f−fB4.2线性调制系统的抗噪声性能一、分析模型BPF的传输特性：+BPF解调器()nt()mst()ont()omt()()()00cossinicsntnttnttωω=−()()()()()()2220csicsintntntntntnt=====iN=()ist()rt()Ccω=+()nt()mst()int0nB=西安电子科技大学通信工程学院衡量模拟通信系统质量的性能指标：()()22oooomtSNnt=输出信噪比0,,oiHoSSnfN↑⇒↑相同：抗噪声性能4.2线性调制系统的抗噪声性能+BPF解调器()nt()mst()mst()int()ont()omt西安电子科技大学通信工程学院调制制度增益//ooiiSNGSN=()()22miiistSNnt=4.2线性调制系统的抗噪声性能+BPF解调器()nt()mst()mst()int()ont()omt西安电子科技大学通信工程学院()DSBSω2Hω0cωcω−ω二、性能分析1.DSB系统0,2:cHffBBfPF==+BPFLPF()nt()mst()mst()int()omt()ont×cosctω4.2线性调制系统的抗噪声性能西安电子科技大学通信工程学院()()cosmcstmttω=()()12omtmt=4.2线性调制系统的抗噪声