通信原理模拟调制系统.ppt

第1页2020/5/18通信原理夏舸[e-mail]电子与电气工程学院CollegeofElectronics&ElectricalEngineering,第2页2020/5/18第五章模拟调制系统5.0一些基本概念5.1幅度调制（线性调制）的原理5.2线性调制系统的抗噪声性能5.3非线性调制（角度调制）原理5.4调频系统的抗噪声性能5.5各种模拟调制系统的比较5.6频分复用5.7广播与电视5.7小结第3页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理一、调幅（AM）二、双边带调制（DSB）三、单边带调制（SSB）四、残留边带调制（VSB）五、线性调制的一般模型六、相干解调七、包络检波第4页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理五、线性调制的一般模型（《现代通信原理》，曹志刚，清华大学出版社，P.45）(1)滤波法模型由前几节叙述可知，线性调制的一般模型如下图所示：输出信号时域表示式为：它的频域表达一般形式为：式中：，M(ω)为m(t)的频谱函数。m(t)cosωc(t)线性调制（滤波法）一般模型h(t)sm(t))(]cos)([)(thttmtscm)()(thH)()()(21)(ccMMHS第5页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理五、线性调制的一般模型(2)移相法模型若传递函数H(ω)的应冲激响应为h(t)，则其时域表达的一般形式为：利用三角公式可将上式展开为：设：，则上式可改写为：dttmhthttmtsccm)(cos)()()(]cos)([)(dttmhdttmhtsccccm)(sin)(sin)()()(cos)(cos)()()()(sin)()()(cos)()(tththtththcQcI)(sin)()()(cos)()()(ttmthttmthtscQcIm第6页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理五、线性调制的一般模型(2)移相法模型令：，则：)()()()(QQIIHthHth)()()()()()(tmthtstmthtsQQII)(sin)()(cos)()(ttsttstscQcIm同相分量：是载波为cosωct的双边带调制信号，与图中载波同相，故称为同相分量。正交分量：是以sinωct为载波的双边带调制信号，由于它与cosωct正交，因而称为正交分量，sQ(t)是m(t)通过正交滤波器HQ(ω)后的产物。同相分量幅度正交分量幅度)(sin)()()(cos)()()(ttmthttmthtscQcIm第7页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理五、线性调制的一般模型(2)移相法模型在分成同相分量与正交分量情况下，线性调制信号的频域表达式为：)()(2)()(21)(sin)()(cos)()(cIcQcIcIcQcImSSjSSttsFttsFSttmtthttmtthttmhttmhttsttstscccccQcIcQcImsin)(sin)(cos)(cos)(sin)(cos)()(sin)()(cos)()(dttmhdttmhtsccccm)(sin)(sin)()()(cos)(cos)()()(第8页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理五、线性调制的一般模型(2)移相法模型由以上推导可以得到线性调制系统相移法实现的一般模型，如下图所示，这个模型适用于所有线性调制。m(t)cosωc(t)线性调制（相移法）一般模型－π/2sm(t)HQ(ω)HI(ω)sI(t)sQ(t)ttmhttmhtscQcImsin)(cos)()(第9页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理五、线性调制的一般模型(2)移相法模型①双边带调制，即：由：得：0)(1)(QIHH0)()()(tstmtsQI)(sin)()(cos)()(ttsttstscQcIm)()(2)()(21)(cIcQcIcImSSjSSS)()(21)()(cos)()(ccDSBcDSBMMSttmts只有同相分量而无正交分量。ttmhttmhttsttstscQcIcQcImsin)(cos)()(sin)()(cos)()(第10页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理五、线性调制的一般模型(2)移相法模型②单边带调制，即：此时有：)(21)(21)(hQIHHH)(ˆ21)()(21)(tmtstmtsQIttmttmtsccSSBsin)(ˆ21cos)(21)()(ˆ)(ˆ4)()(41)(ccccSSBMMjMMS负号表示上边带调制，正号表示下边带调制。ttmhttmhttsttstscQcIcQcImsin)(cos)()(sin)()(cos)()(第11页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理五、线性调制的一般模型(2)移相法模型③残留边带调制，即：此时有：)(21)(21)(QQIHHH)(~21)()(21)(tmtstmtsQIttmttmtsccVSBsin)(~21cos)(21)()(~)(~4)()(41)(ccccVSBMMjMMSttmhttmhttsttstscQcIcQcImsin)(cos)()(sin)()(cos)()(负号表示残留上边带调制，正号表示残留下边带调制。第12页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理五、线性调制的一般模型线性调制系统中的信号（《信息传输基础》，欧阳长月，北航出版社）分类时间表示式频谱表示式带宽/HzAMttmAccos)(0)()(21)()(cccc0MMAm2DSBttmccos)()()(21ccMMm2SSBttmttmccsin)(ˆ21cos)(21)(ˆ)(ˆ4)()(41ccccMMjMMmVSBttmttmccsin)(~21cos)(21)(~)(~4)()(41ccccMMjMMmmB2一般ttsttscQcIsin)(cos)()()(2)()(21cIcQcIcISSjSSmmB2不论哪一种线性调制，其已调信号的同相分量sI(t)均正比于调制信号m(t)。第13页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理六、相干解调(1)相干解调器的一般模型：sm(t)c(t)=cosωctsd(t)线性调制相干解调的一般模型LPFsp(t)第14页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理六、相干解调(2)相干解调器原理为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波），它与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。第15页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理六、相干解调(3)相干解调器性能分析已调信号的一般表达式为：与同频同相的相干载波c(t)相乘后，得：经低通滤波器后，得到：因为sI(t)是m(t)通过一个全通滤波器HI()后的结果，故上式中的sd(t)就是解调输出，即：ttsttstscQcImsin)(cos)()(ttsttststtstscQcIIcmp2sin)(212cos)(21)(21)(cos)()()(21)(tstsId)()(21)(tmtstsId第16页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理六、相干解调(3)相干解调器性能分析①标准调幅信号经低通滤波和隔直流后有：22cos1)(cos)(coscos)()(0200ttmAttmAtttmAtsccccp)(21)(tmtsd第17页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理六、相干解调(3)相干解调器性能分析②双边带信号经低通滤波后有：22cos1)(cos)()(2ttmttmtsccp)(21)(tmtsd第18页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理六、相干解调(3)相干解调器性能分析③单边带信号经低通滤波后有：22sin)(ˆ212cos)(21)(21cossin)(ˆ21cos)(21cossin)(ˆ21cos)(21)(2ttmttmtmtttmttmtttmttmtsccccccccp)(41)(tmtsd第19页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理六、相干解调(3)相干解调器性能分析④残留边带信号经低通滤波后有：22sin)(~212cos)(21)(21cossin)(~21cos)(21cossin)(~21cos)(21)(2ttmttmtmtttmttmtttmttmtsccccccccp)(41)(tmtsd第20页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理六、相干解调结论：(1)相干解调器适用于所有线性调制信号的解调，即对于AM、DSB、SSB和VSB都是适用的。只是AM信号的解调结果中含有直流成分A0，这时在解调后加上一个简单隔直流电容即可。第21页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理六、相干解调结论：(2)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的相干载波。否则，相干解调后将会使原始基带信号减弱，甚至带来严重失真，这在传输数字信号时尤为严重。相干载波的获取方法及载波相位差对解调性能带来的影响将在第13章中进行讨论。第22页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理七、包络检波(1)适用条件：AM信号，且要求|m(t)|maxA0，(2)包络检波器结构：通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。例如：sAM(t)调幅信号的包络检波t(b)(c)sAM(t)tRsCsAM(t)Rsd(t)(a)00第23页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理七、包络检波(3)性能分析：设输入信号是：选择RC满足如下关系：fH——调制信号的最高频率在大信号检波时（一般大于0.5V），二极管处于受控的开关状态，检波器的输出为：隔去直流后即可得到原信号m(t)。ttmAtsccos)]([)(0AMcH/1fRCf)()(0tmAtsd第24页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理七、包络检波(4)对抑制载波双边带调制、单边带调制和残留边带调制不能采用简单的包络检波方法解调，但若插入很强的载波则仍可用包络检波的方法进行解调。参看曹志刚《现代通信原理》，P.48sm(t)cd=Adcosωctsd(t)插入载波的包络检波法包络检波sa(t)第25页2020/5/185.1幅度调制(线性调制)的原理七、