通信原理第三章ppt

第三章模拟调制系统主要内容：3.1引言3.2幅度调制原理及抗噪性能3.3角度调制原理及抗噪性能3.4模拟调制系统的比较3.5频分复用3.6复合调制及多级调制的原理内容简介1.调制的概念、分类、作用。2.模拟线性调制：AM、DSB、SSB、VSB的基本原理，时域、频域表示，调制与解调方法，抗噪性能。3.模拟非线性调制（角度调制）：宽带调频（WBFM）和窄带调频（NBFM）的基本原理，信号频谱，调制与解调方法，抗噪性能。4.门限效应，加重技术。5.频分复用（FDM）技术。3、1引言重点掌握：1.基本概念：调制、解调、载波调制、载波、调制信号、已调波信号等。2.调制的分类：模拟调制与数字调制、线性调制（AM、DSB、SSB、VSB）与非线性调制（FM、PM）、连续波调制与脉冲调制。3.调制的作用。3、1引言1、基本信号：1）载波：频率在给定信道通带内的基带信号的载体，可分为正弦波载波和脉冲载波。连续载波：确知的周期性波形－余弦波：式中，A为振幅；0为载波角频率；0为初始相位。2）调制信号m(t)－自信源来的携带信息的基带信号。3）已调波信号已调信号s(t)－调制后的载波称为已调信号调制器－进行调制的部件)cos()(00tAtc图3.1.1调制器调制器已调信号s(t)调制信号m(t)2、调制的相关知识1）、调制的定义：在发送端，按调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波某些参数的过程，实现频谱搬移。2）、解调的定义：在接收端把已搬移到给定信道通带内的频谱还原为基带信号频谱的过程。3）正弦波载波调制：用正弦波作为载波。4）脉冲编码调制：用脉冲串作为载波的数字调制。5）模拟调制：用来自信源的基带模拟信号去调制某载波的过程。3、调制的作用★（1）将基带信号变成适合在信道中传输的已调信号★（2）实现信道的多路复用（3）改善系统的抗噪声性能（4）改变信号占用的带宽4、调制的分类连续波调制（载波为正弦波）振幅调制（AM,DSB,SSB,VSB)模拟调制频率调制（FM)相位调制（PM)数字调制振幅键控（ASK)频移键控（FSK)相移键控（PSK)脉冲波调制（载波为脉冲波）模拟调制脉冲振幅调制(PAM)脉冲带宽调制(PWM)脉冲频率调制(PFM)数字调制脉冲编码调制(PCM)增量调制(ΔM)脉冲间隔调制(PIM)脉冲位置调制(PPM)5、调制系统种讨论的主要问题和主要参数（1）工作原理（2）已调信号的带宽（3）功率关系——功率利用率（4）抗噪声性能——噪声对调制系统性能的影响调制系统的主要参数1、发送功率2、传输带宽3、抗噪声性能4、设备的复杂度3、2幅度调制的原理及抗噪声性能重点掌握：1.基本原理：幅度调制（AM、DSB、SSB、VSB）调制与解调的基本原理；2.时域及频域表示式；3.波形图与频谱图；4.抗噪性能：信号功率、噪声功率、信噪比、调制度增益的计算。3、2幅度调制的原理及抗噪声性能幅度调制：高频正弦波的幅度随调制信号作线性变化的过程一、线性调制器的一般模型•由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制。•适当选择滤波器的特性H(ω)，便可以得到各种幅度调制信号。例如，调幅、双边带、单边带及残留边带信号等。h(t）,H(ω)载波信号c（t）m(t)滤波器Sm(t))cos()(00tAtc线性调制器的一般模型输出信号的一般表达式：时域：且频域：)()(Mtm)()]()([2)(00HMMASm)(cos)()(0thtAtmtsm二、调幅AM信号假设h(t)=δ(t)，即滤波器（H(ω)=1）为全通网络，调制信号m(t)叠加直流A0后与载波相乘AM的时域表达式:(t)=[+m(t)]costA0为外加的直流分量，m(t)为调制信号。ωC为载波的角频率AM的调制模型:SAMA0cSAM(t)A0cos(t)cm(t)设:m(t)=[1+m(t)]，|m(t)|1，m(t)|max=ma－调幅度，则有调幅信号：s(t)=[1+m(t)]Acos0t，式中，[1+m(t)]0，即s(t)的包络是非负的。+1==m(t)101+m(t)101+m(t)-fmm(t)s(t)M(f)C(f)c(t)A-Atfmf0-f02fmS(f)2fm-f0f0ffftt101+m(t)AM的频域表达式:SAM(w)=πA0[δ(w-wc)+δ(w+wc)]+0.5[M(w-wc)+M(w+wc)]调制波形图与频谱图如下：下一个例子找错m(t)OtA0＋m(t)OtOOttcosc(t)sAM(t)1M()A0－HH－ccA0SAM()0210＋m(t)A0cosctsAM(t)调幅AM信号由图可见：（1）波形包络与输入基带信号m(t)成正比（2）频谱具有上、下对称的两个边带（3）频谱中心含离散载频分量，它并不携带信息（4）要使调幅波的包络波形与基带信号波形相同，则一定要满足两个条件：a、对所有的t的值|m(t)|max≤A0，否则会过调制b、载波频率必须高于基带信号的最高频率（5）AM的调幅度AM一个重要的参数是调幅度ma，又称为调制系数。其定义为：一般ma≤1，只有SAm(t)min为负数时，ma才大于1，此时出现过调幅，接收端解调出的信号将出现波形失真。思考题：过调幅时，AM已调波的波形如何？minmaxminmax)]([)]([)]([)]([tStStStSmAMAMAMAMa（6）已调AM波只是把基带信号的频谱简单地搬移，而没有产生新的频谱分量，AM是线性调制。（7）功率分配•AM信号在1Ω电阻上的平均功率应等于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，通常假设调制信号没有直流分量，22202222200()[()]coscos()cos2()cosAMAMccccpStAmtwtAwtmtwtAmtwt==+=++220()22AMcsAmtppp=+=+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有关。载波分量不携带信息。即使在“满调幅”（|m(t)|max=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。因此，从功率上讲，AM信号的功率利用率比较低。0A（8）、调制效率调制效率：)()(2202tmAtmAM当调制信号m(t)为单频余弦信号，在刚发生过调制的临界状态下，ma=1,此时调制效率最大：ηAM＝1/3即：两边带功率之和＝载波功率之半。在各种调制信号中，调制效率最高的是幅度为Ao的方波，此时：ηAM＝1/2载波功率上边带功率下边带功率AM系统的特点及其应用AM系统的特点及其应用优点：解调方便（包络检波）缺点：占用频带宽（消息信号的两倍）调制效率低（发射功率大）。应用：广播。三、抑制载波双边带调制（DSB-SC）在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。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）。图4－1双边带调制的一般模型)(th)(tmtAccos)(tSDSB抑制载波双边带调幅信号时域表达式：频域表达式：()()cosDSBcstmtt()0.5[()()]DSBccSMMcos0tOttOm(t)sDSB(t)OtO－ccM()OH－HSDSB()O－cc载波反相点2H抑制载波双边带调幅信号由图可知：（1）由时间波形可知，DSB信号的包络不与m(t)成正比（2）在调制信号m(t)的过零点处，高频载波相位有180°的突变（3）DSB信号节省了载波发射功率，但具有上、下对称的两个边带，故频带宽度与AM信号相同（4）功率分配：PDSB=PS（5）调制效率：ηDSB＝1DSB的特点与应用优点：调制效率高，抗噪性能较强。缺点：占用频带宽，为消息基带信号的2倍。应用：无线通信，低带宽信号多路复用，常用于传输数字信号，如ASK。四、单边带SSB信号单边带调制只是传输双边带信号中的一个边带。因此产生SSB信号（1）最直接的方法——滤波法：将不含直流分量的基带信号m(t)和载波信号经乘法器后得到双边带信号DSB，再通过一个单边带滤波器就得到需要的单边带SSB信号。单边带调制的一般模型)(th)(tmtAccos)(tSSSB单边带调制（SSB）的一般模型从图中看，SSB与DSB好象没什么不同，但两者的h(t)不同。DSB的h(t)要求保留两个边带信号；而SSB的h(t)只要求保留一个而且只能保留一个边带信号。如果H()是上边带滤波器H()，则得到相应的上边带信号（USB）；如果HUSB()是下边带滤波器HLSB()，则得到相应的下边带信号（LSB）。因此，SSB信号的频谱可表示为：SSSB(ω)=SDSB(ω)•H(ω)M()－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。（2）单边带调制相移法：单音频调制时的SSB信号的波形图SSB信号的波形S(t)Am(t)MSUSB(t)SLSB(t)单音频调制时的SSB频谱图c0ccLSB信号的频谱图)(SAA0)(MMM0cc)(DSBSccc2/AM0cc)(LSBScc2/AM10)(LSBHcc（2）单边带调制相移法：时域：下边带SSB信号twtmtwtmtSccSSBsin)(ˆ21cos)(21)(上边带SSB信号twtmtwtmtSccSSBsin)(ˆ21cos)(21)(其中是m(t)的希尔伯特变换)(ˆtm希尔波特（Hilbert）变换定义：将一个信号波形中的全部频率分量相移-90°后所得的时间信号就叫做原信号的希尔波特变换。（1）变化公式：希尔波特变换在时间域的数学描述如下：希尔波特变换在频率域中的数学描述为：（2）常用希尔波特变换对（3）Hilbert变换的性质•信号和它的希尔波特变换具有相同的能量谱密度或相同的功率谱密度。•信号和它的希尔波特变换的能量(或功率)相同。•信号和它的希尔波特变换具有相同的自相关函数。•信号和它的希尔波特变换互为正交。•的希尔波特变换为–f(t)。)(tfˆ（4）Hilterb变换的用途在SSB中，用来实现相位选择，以产生单边带信号；给出最小相移网络的幅频特性和相频特性之间的关系；为带通信号的表示提供了基础。（2）单边带调制相移法的原理框图Hh()2－±21m(t)sSSB(t)21m(t)cosctcosct21m(t)cosct21m(t)相移法形成SSB信号的困难在于宽带相移网络的制作，该网络要对调制信号m(t)的所有频率分量严格相移π/2，这一点即使近似达到也是困难的。为解决这个难题，可以采用混合法（也叫维弗法）调制信号为任意信号的SSB信号的频谱图单边带SSB信号由SSB信号的频谱图可见：（1）SSB信号的解调不能采用简单的包络检波法，也需要采用相干解调法（2）SSB信号可节省载波发射功率，是双边带发射功率的一半（3）SSB信号的频率带宽只有双边带DSB信号的一半SSB的特点及应用优点：具有最窄的传输带宽，信道利用率最高；缺点：（1）电路实现复杂，技术要求高；（2）解调时要求同步误差小.应用：（1）话音通信；（2）话音频分多路通信.五、残留边带调制（VSB）1．残留边带调制（VSB）的工作原理为了克服SSB设备制作困难的缺点，可以采用VSB。VSB