通信原理第五章模拟调制系统.ppt

第三章模拟调制系统2引言1幅度调制的原理及抗噪声性能2非线性调制的原理及抗噪声性能3各种模拟调制系统的比较4本章内容:频分复用(FDM)5复合调制及多级调制的概念63本章重点模拟通信系统的原理，各种模拟调制方式及抗噪声性能比较！模拟调制:线性调制:AM,DSB,SSB,VSB非线性调制:FM,PM45.1引言调制：用调制信号去控制载波某个参数(幅度、频率、相位)。调制信号m(t)（信息信号）调制器已调信号s(t)（传输信号）载波信号c(t)(单音正弦波)连续变化的模拟量模拟调制离散的数字量(二进制数字脉冲)数字调制(单频正弦波)连续波形连续波调制脉冲波形脉冲调制(矩形周期脉冲)5调制的分类载波信号不同：调制信号不同：模拟调制：调制信号是连续变化的模拟信号√数字调制：调制信号是离散的数字信号连续波调制：载波信号是连续波形√脉冲调制：载波信号是脉冲波形6调制的分类被调制载波参数不同：幅度调制：载波幅度随调制信号变化√频率调制：载波频率随调制信号变化√相位调制：载波相位随调制信号变化√频谱的变化：已调信号与输入信号频谱之√间呈线性搬移已调信号与输入信号频谱之间呈非线性搬移线性调制：非线性调制：sm(f)线性调制非线性调制m(f)sm(f)频谱之间呈线性搬移关系：AM、ASK频谱之间没有线性对应关系：FM、PM、FSK75.2.1幅度调制的原理设正弦型载波为:式中，A—载波幅度；c—载波角频率；0—载波初始相位。幅度调制信号(已调信号)可表示成:式中，m(t)—基带调制信号。0()coscstAt0()()cos()mcstAmtt8假设m(t)-M()，则已调信号的频谱为:()()()2mccASMM结论:已调信号的幅度随基带信号正比变化,频谱是基带信号频谱的简单搬移。由于这种搬移是线性的，因此幅度调制又称为线性调制。注意:“线性”并不意味着已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。9Otm’(t)调制信号'()0mt叠加直流m0Ot0m0+m’(t)OtAmaxOtsAM(t)Amin时域表示（1）标准调幅AM'0()()coscos()cosAMcccstmttmtmtt10时域波形当m0≥|m’(t)|max时已调信号包络与调制信号波形相同，用包络检波法可以恢复出原始调制信号。否则,出现“过调幅”现象，包络检波失效。AminAmax11m’(t)maxm0将会出现过调幅现象而产生包络失真,不能用包络检波器进行解调，为保证无失真解调，可以采用相干解调当满足条件m’(t)maxm0时，AM信号的包络与调制信号成正比，可以用包络检波法很容易恢复出原始的调制信号'maxmin0maxminAMAAmmAA重要参数：调幅指数AM调制波形分析Otm’(t)AmaxOtsAM(t)Amin满调幅,=1，此时m’=m0AM欠调幅，一般小于1AM过调幅，大于1，Amin为负值AM121M()A0HH-ccA0SAM()0210频谱AM信号的频谱包含:载频分量上边带下边带上边带与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。载频分量下边带上边带单音调制''01()[()()][()()]2AMccccSmMM13带宽与功率分配调制信号功率：HAMfB22'22022'22200()[()]cos[cos()cos2'()cosAMAMccccPstmmttmtmttmmtt'()0mt2'20()22AMcSmmtPPP调制信号带宽是基带信号带宽fH的两倍：所以载波功率边带功率14调制效率有用功率（用于传输有用信息的边带功率）占信号总功率的比例称为调制效率。2220'()/2/2'()/2SAMAMPmtPmmtAM调制方式调制效率低！“满调幅”时，如果m’(t)为矩形波形，则最大可得到AM=50%，而m’(t)为正弦波时可得到AM=33.3%。一般情况下，调幅指数都小于1，调制效率很低，即载波分量占据大部分信号功率，有信息的两个边带占有的功率较小。15优点：可以采用包络检波法解调，不需本地同步载波信号，接收机成本很低。缺点：AM信号的调制效率比较低AM调制的优缺点问题：能否去掉不带信息的载波，提高调制效率？抑制载波双边带调制16（2）双边带调制（DSB）时域表示式：无直流分量A0频域表达式：无载频分量ttmtscDSBcos)()()]()([21)(ccDSBMMS17时域表示抑制载波OtOtm(t)DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致需采用相干解调（同步检波）调制信号m(t)的过零点处高频载波相位有180o突变（2）双边带调制（DSB）ttmtscDSBcos)()(18DSB信号频谱分析DSB信号节省了载波功率，调制效率为100％频带宽度仍是调制信号带宽的两倍上、下两个边带是完全对称的问题：能否只传输其中一个边带，节省带宽？单边带调制)]()([21)(ccDSBMMS19（3）单边带调制（SSB）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()的所有频谱信息，因此可以只传输其中一个边带。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。20HcOO上边带下边带下边带上边带cO上边带频谱Oc下边带频谱H-ccc---F(w)S(w)F+(w)/2F-(w)/2F+(w-wc)/4F-(w+wc)/4F+(w+wc)/4F-(w-wc)/4低通滤波器高通滤波器21SSB信号的频域表示式mtDSBstcoscwtHSSBst1,()()0,cUSBcHH1,()()0,cLSBcHH滤除下边带:滤除上边带:1()[()()]2SSBccSMMH221()[()()]2SSBccSMMH以下边带为例：1[sgn()sgn()]2ccH其中，1[()sgn()()sgn()]4ccccMM1[()()]4ccMM1()cos2cmtt1ˆ()sin2cmtt23SSB信号的时域表示ttmttmtsccSSBsin)(ˆ21cos)(21)(SSB的时域表示式：所以:11ˆ()()cos()sin22SSBccstmttmtt上边带下边带24SSB时域波形00.511.522.533.544.55-3-2-10123SSB调制信号t00.511.522.533.544.55-1.5-1-0.500.511.5SSB调制信号t一般情况：单音调制：25SSB调制小结SSB信号DSB一样，不能采用简单的包络检波，因为它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以需采用相干解调。1/2SSBSSBHSSBDSBBfPP工程实现困难？26（4）残留边带调制（VSB）残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种折中方式，它克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现中的困难。Mcfcf0DSBSSBVSB损失部分残留部分27滤波法实现残留边带调制滤波器的特性应按残留边带调制的要求进行设计，不需要十分陡峭的截止特性，因而它比单边带滤波器容易设计。mtDSBstcoscwtHVSBst残留边带信号的频谱:()VSBDSBSSH1[()()]()2ccMMH28残留边带滤波器设计LPFVSBstpstdstcosct从接收端分析滤波器的设计条件!VSB()cospcststt乘法器输出:[(2)()]()/4pccSMMH[()(2)]()/4ccMMH对应频谱:搬移到2c的高频分量,低通滤波后去除!29残留边带滤波器设计:低通滤波器的输出:1()()()()4dccSMHH若输出无失真地恢复调制信号m(t)，则传递函数必须满足：()()ccHHH常数，其中，H调制信号的截止角频率。30残留边带滤波器的特性H()在c处必须具有互补对称（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。()()ccHHH常数，31残留边带滤波器特性的两种形式c10.5Hc10.5(a)(b)0残留“部分上边带”残留“部分下边带”32VSB时域波形00.511.522.533.544.55-1.5-1-0.500.511.5SSB调制信号t00.511.522.533.544.55-3-2.5-2-1.5-1-0.500.511.52SSB调制信号t一般情况：单音调制：330'coscmttmcossinccmttmttcoscmttˆcossinccmttmttAMDSBSSBVSB2fH时域表达式带宽2fHfHfH~2fH调制方式各种线性调制方式34例5-1已知调幅信号的表达式为SAM(t)=1.25cos2π(104)t+4cos2π(1.1×104)t+1.25cos2π(1.2×104)t试求：1)载频为多少？2)调幅指数为多少？3)调制频率为多少？1)载频为：2)调幅指数为:3)调制频率为：34()42.5cos(210)cos(21.110)AMsttt解：02.50.6254fAMAA421.110rad/s3210rad/s35幅度调制都属于线性调制，它的解调方式有两种：非相干解调：利用信号的幅度信息。仅适用于标准调幅信号的解调。相干解调：有本地载波参与解调，利用信号的幅度信息和相位信息，可适用于各种幅度调制方式信号的解调。(6)线性调制的解调36原理：为了无失真地恢复基带信号，接收端必须提供与发送端载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波），它与接收信号相乘低通滤波后，可得到原始的调制信号。LPFmstpstdstcoscctt相干解调器的一般模型I、相干解调37相干解调器时域分析()()cos()inmIcQcststtstst()cos111()()cos2()in2222pmcIIcQcststtststtstst1()2dIststmt已调信号的表达式:与相干载波相乘:低通滤波:各种线性调制方式sI(t)都包含了m(t)信息!38/2/2IIQQccccSjSSSS1/2pccSS/222/4IIIccSSS22/4QQccjSS/2/2dIMSS经乘法器后：低通滤波：相干解调利用了已调信号中的幅度和相位信息。提取同相分量而抑制正交分量，能够无失真的恢复出原调制信号，可用于各种调制方式。相干解调器频域分析输入信号：39不同调制方式的相干解调0'coscospccstmtttm0'1cos2/2cmttm'/2dstmt低通滤波和隔直后，2）双边带信号与本地载波c(t)相乘,2cospcstmttcos2/2cmtmtt低通滤波后，/2dstmt1）标准调幅信号403、单边带信号211cossincos22pcccstmttmttt[cos2sin2]/4ccmtmttmt