电视原理-第5章-模拟电视调制传输与接收

1CUC1•信息工程学院•石东新2009电视原理第五章模拟电视调制传输与接收石东新[e-mail]2•信息工程学院•石东新2009视音频基带信号的调制传输1、视音频基带信号黑白全电视信号（视频信号）频带从0至6MHz，声音（伴音）信号频带从40Hz至15kHz，属于基带信号。要将它们传输给用户，需通过对射频信号（载波信号）进行调制，由射频信号发射出去。基带信号为调制信号，被调制后的射频信号称已调信号。2、高频调制传输的原因：a)低频信号传输衰减大，不易传输过长距离。b)只有将低频信号“附加”在高频载波上才能用尺寸适当的天线进行有效的电磁辐射。c)通过调制可将各路节目信号在频谱上区分开来。CUC3•信息工程学院•石东新2009第一节第一节电波传输基本知识电波传输基本知识无线电频谱可分为下面表中的14个频带，无线电频率以Hz（赫兹）为单位：《中华人民共和国无线电频率划分规定》－2006年9月5日一、电磁波谱CUC5•信息工程学院•石东新2009无线电波的传播形式：三种地波、天波和空间波：（电波以什么形式传播主要取决于它的波长。）地波：沿大地与空气的分界面，绕地表面传播，能达几十至几百公里。如中波（300至3000kHz，广播为526.5至1606.5kHz）和长波。天波：利用高空电离层的镜面反射。能达几百公里至几千公里。如：短波（频率为3至30MHz，广播为4至22MHz）空间波（视距传输）：在直视范围内传播，距离不超过视距。如超短波（30至3000MHz，FM广播和地面电视广播），损耗大，又会穿透电离层，只能依靠空间波在直视范围传播到接收点。二、电波传输主要方式CUC6•信息工程学院•石东新2009电离层只对短波波段的电磁波产生反射作用，因此天波传播主要用于短波远距离通信空间波又称为直射波，是由发射点从空间直线传播到接收点的无线电波。直射波传播距离一般限于视距范围。在传播过程中，它的强度衰减较慢，超短波和微波通信就是利用直射波传播的。超长波、长波、中波无线电信号，都是利用地波传播的。短波近距离通信也利用地波传播。2CUC7•信息工程学院•石东新2009电视信号的调制传输方式：开路广播、有线电视广播和卫星。（1）无线电波开路广播方式-----即地面广播方式它以无线电波的形式由发射天线向外发射到达用户。第二节第二节电视信号的传输覆盖方式电视信号的传输覆盖方式CUC8•信息工程学院•石东新2009视频信号若采用无线开路广播，射频要选40至50MHz以上的超短波。因为载波频率要比调制信号高5-7倍以上。电视发射天线发射电波的覆盖范围取决于发射功率和发射天线高度，但不超过视距。h1为发射天线高度，h2为接收天线高度，R为地球半径。视距约为发射天线高度为200米，覆盖范围（半径）为50公里。12211212)(RhRhRLLLL≈−+=≈+=CUC9•信息工程学院•石东新2009地面开路电视广播的缺点：传输距离短、容易受干扰、信号质量不高；遇障碍物产生反射形成多径干扰（重影）、在大建筑物后会形成“阴影区”，节目套数有限。（2）有线电视广播方式有线电视网按通带宽度分有300MHz、450MHz、550MHz、750MHz和1000MHz等几种。目前多数为单向传输。调制方式和地面广播相同。优点－－由于与外界存在的电磁波隔离（闭路），带来两个好处：（1）抗干扰能力强，信号质量好；（2）可安置增补频道，播出节目套数多。CUC10•信息工程学院•石东新2009（3）卫星电视广播方式优点：频率高，不易受干扰；可覆盖全国；无高楼的遮蔽现象或重影干扰。方式：直播（卫星广播）、通信（集体接收）国际上对卫星广播规定了三个可用的频段：L波段（0.39至1.55GHz）内的0.62至0.78GHz频段，S波段（1.55至5.20GHz）内的2.50至2.79GHz频段，K波段（10.9至36.0GHz）内的11.7至12.5GHz频段（也称KU波段）。调制方式：视音频都采用调频或数字调制方式。CUC11•信息工程学院•石东新2009CUC12•信息工程学院•石东新2009调制的基本概念调制：在发送端，将要传送的信息（称为调制信号）运载到高频率的交变电流（称为载波）上的过程即为调制。载波：受调制的高频交变电流信号调制信号：调制载波的信号已调波：调制后的载波信号解调：在接收端，从已调波上将它运载的信息检取出来的过程称为解调。解调是调制的逆过程。调幅：使载波的幅度按调制信号的规律变化调频：使载波的频率按调制信号的规律变化调相：使载波的相位按调制信号的规律变化第三节第三节图像信号的调制方式图像信号的调制方式3CUC13•信息工程学院•石东新2009在模拟方式的广播电视系统中用得比较多的是调幅和调频.中短波广播采用了调幅方式，立体声广播采用了调频方式，电视的图像信号采用了“残留边带调幅”方式，伴音信号则采用了调频方式。CUC14•信息工程学院•石东新2009（1）调幅（AM）：调制信号（音频信号或视频信号）去控制改变高频载波信号的振幅，从而使高频载波的振幅随调制信号的变化而变化，即称为调幅。设高频载波电流ic＝Iccos(ωct+ϕ)调制信号iΩ＝IΩcosΩt())cos(cos1)(coscos1)cos()cos()(ϕωϕωϕω+Ω+=+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Ω+=+Ω+=ΩΩttmIttIIIttIIticccccccAM式中，Ic、ω、ϕ分别为高频载波电流的振幅、角频率和初相位；IΩ、Ω分别为调制信号的振幅和角频率；m＝IΩ/Ic为调制系数，又称调幅度。CUC15•信息工程学院•石东新2009调幅波的波形：iΩttict（a）调制信号（c）调幅波（b）载波iAMImaxIminIΩIc000())cos(cos1)(coscos1)cos()cos()(ϕωϕωϕω+Ω+=+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Ω+=+Ω+=ΩΩttmIttIIIttIIticccccccAMCUC16•信息工程学院•石东新2009ωcωωc-Ωωc+ΩΩ0调制信号载波下边频上边频(a)单一频率调幅时幅度幅度ωcωωc-Ωmaxωc+ΩmaxΩmin0调制信号载波下边带上边带(b)实际信号调幅时Ωmaxωc-Ωminωc+ΩminCUC17•信息工程学院•石东新2009调幅信号的带宽带宽为调制信号最高频率的两倍。我国规定一个调幅广播电台所占用的频带宽度9－10kHz，意味着声音信号最高频率为5kHz。－－所以调幅广播保真度较差。CUC18•信息工程学院•石东新2009（2）调频使高频载波的瞬时频率随调制信号的变化而变化，而且幅度保持不变。设调制信号电压为uΩ=UΩcosΩt，载波信号电压为u0=U0cosω0t时，则调频波的瞬时频率为)()()(00tukttΩΩ+=Δ+=ωωωω)()()(00ttdttttϕωωϕΔ+==∫dttukdttttt)()()(00∫∫ΩΩ=Δ=Δωϕ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+==∫ΩΩtFMdttuktUtUu0000)(cos)(cosωϕ)sincos()sincos(0000tfUktUtUktUffΩ+=ΩΩ+=ΩΩωω()tmtUfΩ+=sincos00ωmf=kfUf/f称为调频指数4uΩ（c）调频波t（a）调制信号0tuc（b）载波0tuFM0调频波的波形()maxmaxmax2)1(2FfFmBf+Δ=+=调频波的带宽CUC20•信息工程学院•石东新2009CUC21•信息工程学院•石东新2009我国调频广播标准规定,一套调频广播节目所占的带宽为200kHz。调频波所占的频带宽度要比调幅波宽得多（约大20倍），若放在中、短波波段内传输，则可容纳的节目频道很少，所以调频广播都工作在超短波波段内。超短波波段频带较宽，调频广播电台所传送的音频信号的最高频率可达15kHz，可使所传声音的保真度较高，音质优美动听。CUC22•信息工程学院•石东新2009一、残留边带调幅原理1、双边带调幅载波信号的瞬时幅度随调制信号的电平作线性变化。带宽为调制信号最高频率的两倍，6MHz视频进行双边带调幅，调幅波的带宽为12MHz。它比调频波带宽窄，但还太宽。2、单边带调幅优点：带宽只有双边带调幅的一半。缺点：单边带调幅难实现；解调困难，要采用同步检波。CUC23•信息工程学院•石东新2009只要残留边带滤波器的截止特性在载频处具有互补对称特性，那么采用相干解调法就能准确恢复原有的基带信号。残留边带滤波器的衰减特性有很大的选择自由度，但这并不等于对滤波器的衰减特性没有限制。滤波器的衰减特性又称滚降特性，目前应用最多的就是直线滚降和余弦滚降，例如，在电视信号传输和数据信号传输中就分别使用了直线滚降和余弦滚降。残留边带滤波器的几何解释CUC24•信息工程学院•石东新20093、残留边带调幅传输方式图像信号的带宽达6MHz，如果采用双边带调幅，通频带需要12MHz，而单边带调幅，通频带窄，但很难实现。故采用折中方案：残留边带调幅传输。传输一个完整的边带（上）和一个限带的边带（下）实现的方法：双边带调幅+残留边带滤波器5CUC25•信息工程学院•石东新2009音频射频信号①6.5M调频⑤滤波取差频②38M调幅视频38M中频③中频残留边带滤波④Fp+38M上变频实际的残留边带调幅传输方式：超外差FpFpFp+38MFp+76MCUC26•信息工程学院•石东新2009下边带残留0.75MHz,上边带为6MHz,为了便于残留边带滤波器的设计,下边带允许有0.5MHz的渐降过渡区（截止频率设在1.25MHz）,上边带在6.25MHz处衰减40dB以上。一路已调射频信号的图像信号部分带宽为7.25MHz。在图像信号的0至0.75MHz部分,用双边带传输,而0.75至6MHz,用单边带传输。我国的残留边带幅频特性优点：（1）带宽变窄；（2）发送端的滤波器容易实现；（3）不增加接收端检波电路的复杂性（用普通的幅度检波即可，不须同步检波）。7.25MCUC27•信息工程学院•石东新2009缺点：存在幅频失真和正交失真输出在0.75MHz以上幅度减小一半（1）幅度失真(低频双边带引起）CUC28•信息工程学院•石东新2009比如接收第四频道：返回CUC29•信息工程学院•石东新2009实际中频放大器的频响为：如果中频放大器的幅频特性在图像带宽范围内平坦，检波后仍有幅度失真。为了节省频带，图像信号采用残留边带调幅传输方式，而残留边带调幅传输会引起图像信号的幅频失真，为补偿幅频失真，电视机的中频放大电路采用特定的幅频特性：CUC30•信息工程学院•石东新2009（2）正交失真(高频单边带引起）：}在0.75---6MHz单边带有正交失真分量。正交失真分量的大小和调制度成正比，由于图像信号的高频幅度小，调制度小，正交失真小，基本上不影响图像质量，故不必进行补偿。}(38±0.75)MHz引起正交失真小于单边带引起的失真。6CUC31•信息工程学院•石东新2009（3）相频失真（残留边带滤波器截止边沿引起）表现为群延时失真什么是群延时？群延时什么是群延时失真？群延时不为常数。ωωθωτddg)()(−=群延时失真的影响：引起已调波包络的波形失真，导致检波后图像信号在电平上的失真。ωφωtt是常数t不是常数ωφωtCUC32•信息工程学院•石东新2009引起群延时失真的主要电路：（1）发送端，残留边带滤波器截止边沿过渡区；（2）发送端的双工器；（3）电视接收机中频滤波器的滤波特性边沿过渡区。克服群延时失真的方法：（1）电视接收机采用群延时特性较好中频滤波器；（2）在电视发射机中设置群延时补偿电路。CUC33•信息工程学院•石东新2009----BandpassFilterAmplitude:RED----GroupDelay:Green-DepictionofGroupDelayinaBandPassFilterCUC34•信息工程学院•石东新2009电视信号调制和解调过程视频射频音频调制频谱视频射频音频解调反向器混合预加重31.5M调频38M调幅38M本振残留边带滤波上变频Fp+38M差频滤