第5章模拟调制系统1.ppt

15.0 引言引言 5.1 幅度调制（线性调制）的原理幅度调制（线性调制）的原理5.3 非线性调制非线性调制(角度调制角度调制)的原理的原理第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统5.5 各种模拟调制系统的比较各种模拟调制系统的比较5.6 频分复用和调频立体声频分复用和调频立体声 作业作业5.2 线性调制系统的抗噪性能线性调制系统的抗噪性能 5.4 调频系统的抗噪性能调频系统的抗噪性能25.0 引引 言言5.0.1 调制调制调制是通信原理中一个十分重要的概念，调制是通信原理中一个十分重要的概念，是一种信号处理技术。无论在模拟通信、数是一种信号处理技术。无论在模拟通信、数字通信还是数据通信中都扮演着重要角色。字通信还是数据通信中都扮演着重要角色。那么为什么要对信号进行调制处理？那么为什么要对信号进行调制处理？什么是调制呢？我们先看看下面的例什么是调制呢？我们先看看下面的例子。子。3我们知道，通信的目的是为了把信息向远我们知道，通信的目的是为了把信息向远处传递（传播）处传递（传播）,在传播人声音时，我们可以在传播人声音时，我们可以用话筒把人声变成电信号，通过扩音机放大后用话筒把人声变成电信号，通过扩音机放大后再用喇叭（扬声器）播放出去。由于喇叭的功再用喇叭（扬声器）播放出去。由于喇叭的功率比人嗓大得多，因此声音可以传得比较远。率比人嗓大得多，因此声音可以传得比较远。话筒扩音机扬声器扩音示意图4 但如果我们还想将声音再传得更远一些，但如果我们还想将声音再传得更远一些，比如几十千米、几百千米，那该怎么办？比如几十千米、几百千米，那该怎么办？大家自然会想到用电缆或无线电进行传输，大家自然会想到用电缆或无线电进行传输，但会出现两个问题：但会出现两个问题：铺设一条几十千米甚至上百千米的电缆只铺设一条几十千米甚至上百千米的电缆只传一路声音信号，其传输成本之高、线路利用传一路声音信号，其传输成本之高、线路利用率之低率之低,人们是无法接受的。人们是无法接受的。5利用无线电通信利用无线电通信 需满足一个基本条件，即欲发射信号的波需满足一个基本条件，即欲发射信号的波长必须能与发射天线的几何尺寸可比拟，该信长必须能与发射天线的几何尺寸可比拟，该信号才能通过天线有效地发射出去（通常认为天号才能通过天线有效地发射出去（通常认为天线尺寸应大于波长的十分之一）。线尺寸应大于波长的十分之一）。而音频信号而音频信号的频率范围是的频率范围是20Hz20kHz，最，最小小的波长为：的波长为：8433 101.5 10()20 10cmf6可见，要将音频信号直接用天线发射出去，可见，要将音频信号直接用天线发射出去，其天线几何尺寸即便按波长的百分之一取也要其天线几何尺寸即便按波长的百分之一取也要150150米高。因此，要想把音频信号通过可接受米高。因此，要想把音频信号通过可接受的天线尺寸发射出去，就需要想办法提高欲发的天线尺寸发射出去，就需要想办法提高欲发射信号的频率（频率越高波长越短）。射信号的频率（频率越高波长越短）。解决方法解决方法1、在一个信道中对多路信号进行频分复用、在一个信道中对多路信号进行频分复用 2、是把欲发射的低频信号、是把欲发射的低频信号“搬搬”到高频载波到高频载波上去（或者说把低频信号上去（或者说把低频信号“变变”成高频信号）。成高频信号）。方法有的共同点：要对信号进行调制处理。方法有的共同点：要对信号进行调制处理。7对于调制，我们给出一个概括性的定义：对于调制，我们给出一个概括性的定义：让载波的某个参数（或几个）随调制信号让载波的某个参数（或几个）随调制信号（原始信号）的变化而变化的过程或方式称（原始信号）的变化而变化的过程或方式称为调制为调制。而载波通常是一种用来搭载原始信。而载波通常是一种用来搭载原始信号（信息）的高频信号，它本身号（信息）的高频信号，它本身不含有任何不含有任何有用信息有用信息。85.0.2 基本概念基本概念1 1、调制信号：原始电信号（低频信号）、调制信号：原始电信号（低频信号）2 2、载波：单一频率的正弦波（高频信号）、载波：单一频率的正弦波（高频信号）3 3、已调信号：调制信号和载波的合成信号、已调信号：调制信号和载波的合成信号（高频信号）（高频信号）4 4、解调（检波）：调制的逆过程、解调（检波）：调制的逆过程95.0.3 调制的目的调制的目的 将调制信号变换成适合信道传输的已调信号将调制信号变换成适合信道传输的已调信号l提高无线通信时的天线辐射效率。提高无线通信时的天线辐射效率。l实现信道的多路复用，提高信道利用率。实现信道的多路复用，提高信道利用率。l扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。5.0.4 调制的方法调制的方法 幅度幅度:AM、DSB、SSB、VSB角度角度:FM、PM模拟模拟数字数字105.1 幅度调制的原理幅度调制的原理1、幅度调制的一般原理、幅度调制的一般原理2、AM调幅调幅-常规幅度调制常规幅度调制6、线性调制的一般模型、线性调制的一般模型3、DSB双边带调制双边带调制4、SSB单边带调制单边带调制5、VSB残留边带调制残留边带调制7、相干解调与包络检波、相干解调与包络检波11调幅定义：调幅定义：载波的载波的振幅振幅随调制信号的变化而变化随调制信号的变化而变化)cos()(0tAtcc设设 载波为载波为)t(m调制信号调制信号(基带信号基带信号)为为则则 已调信号为已调信号为:)cos()()(0ttAmtscm1、幅度调制的一般原理、幅度调制的一般原理式中，式中，A 载波幅度；载波幅度；c 载波角频率；载波角频率；0 载波初始相位（以后假定载波初始相位（以后假定 0 0）。）。12n频谱频谱设调制信号设调制信号m(t)的频谱为的频谱为M()，则已调信号，则已调信号的频谱为的频谱为在在波形波形上，已调信号的幅度随基带信号的规上，已调信号的幅度随基带信号的规律而正比地变化；律而正比地变化；在在频谱结构频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。由于这种搬移是线性谱在频域内的简单搬移。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为的，因此，幅度调制通常又称为线性调制线性调制。()()2mccASMMttAmtscmcos)()(13四种调幅信号四种调幅信号 1)AM 信号：普通调幅信号信号：普通调幅信号 2)DSB 信号：双边带信号信号：双边带信号 3)SSB 信号：单边带信号信号：单边带信号 4)VSB 信号：残余边带信号信号：残余边带信号142、AM调制调制Amplitude Modulation(1)AM调制的原理调制的原理(2)时域分析时域分析(4)解调方式解调方式(3)频域分析频域分析(5)功率分析功率分析(6)优缺点优缺点ttmAtscAMcos)()(0)()(21)()()(0ccccAMMMASscAMPPtmAP2)(2220相干解调和非相干解调相干解调和非相干解调15AM调制原理调制原理 设调制信号为设调制信号为m(t)，且，且 载波为载波为c(t)=cosct，普通幅度调制是将普通幅度调制是将m(t)与一直流量与一直流量A0相加后，再对载波进行幅度调制。相加后，再对载波进行幅度调制。()0m t 要求要求:0max|)(|Atmm(t)A0cosctsAM(t)ttmAtscAMcos)()(016ttmtAttmAtscccAMcos)(coscos)()(.00（1）信号时域表达式：）信号时域表达式：tAtmmmcos)(设设（2）信号时域波形：）信号时域波形：要求：要求：否则会出现过调幅否则会出现过调幅0max|)(|AAtmm定义：定义：为为调幅指数调幅指数 0/AAmAMm(t)OtA0 m(t)OtOOttcosc(t)sAM(t)1M()A0HHccA0SAM()021017调幅指数为调幅指数为0.518调幅指数为调幅指数为119调幅指数为调幅指数为1.520AM 频域表达式频域表达式：)(2)()(cos)()(00AAtMtmccc因为因为所以所以ttmAtscAMcos)()(0且且ttmtAcccos)(cos.0ttmAtscAMcos)()(0)()(21)()(cos)(21)(00cccccAMMMAtFTtmAFTS21AM 频谱示意图：频谱示意图：从频谱结构上看，从频谱结构上看，的频谱是的频谱是 的频的频谱在频域内的线性搬移谱在频域内的线性搬移,称之为线性调制。称之为线性调制。)t(SAM)t(mHc c Hc )(AMS0Hc Hc c 0c c 上边带上边带下边带下边带H 2)(M H 0)()(21)()()(0ccccAMMMAS22m(t)OtA0 m(t)OtOOttcosc(t)sAM(t)1M()A0HHccA0SAM()02101.SAM()由载频分量和上、下两个边带组成由载频分量和上、下两个边带组成2.上边带的频谱结构与原调制信号的频谱上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。结构相同，下边带是上边带的镜像。3.AM信号是带有载波的双边带信号，它的信号是带有载波的双边带信号，它的带宽是基带信号带宽带宽是基带信号带宽fH的两倍的两倍,即即:HAMfB2m(t)OtA0 m(t)OtOOttcosc(t)sAM(t)1M()A0HHccA0SAM()021023解调方式解调方式1、非相干解调、非相干解调 由于已调信号的包络载有原调制信号的信由于已调信号的包络载有原调制信号的信息，因此通过包络检波，就可以恢复原调制息，因此通过包络检波，就可以恢复原调制信号。设备简单信号。设备简单,但要求不能出现过调幅。但要求不能出现过调幅。2、相干解调、相干解调 AM亦可采用相干解调。在解调端需要产生亦可采用相干解调。在解调端需要产生与发送端同频同相的载波。如果这个条件得不与发送端同频同相的载波。如果这个条件得不到保证，将会对原始信号的恢复产生不利影响。到保证，将会对原始信号的恢复产生不利影响。24nAM信号在信号在1电阻上的平均功率应等于电阻上的平均功率应等于sAM(t)的均方值。当的均方值。当m(t)为确知信号时，为确知信号时，sAM(t)的均的均方值即为其平方的时间平均，即方值即为其平方的时间平均，即22202222200()()coscos()cos2()cosAMAMccccpStAm tw tAw tmtw tA m tw t=+=+220()22AMcsAm tppp=+=+载波功率载波功率边带功率边带功率AM信号的功率信号的功率由由可得可得：0)(tm)12(cos21cos2ttcc25定义调制效率：边带功率与总平均功率的定义调制效率：边带功率与总平均功率的比值，用符号比值，用符号 AM表示表示 一般情况下，一般情况下，AM都小于都小于1，调制效率很低，调制效率很低，即载波分量占据大部分信号功率，有信息的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。两个边带占有的功率较小。v可以证明：若可以证明：若m(t)为单频调制正弦信号，为单频调制正弦信号，调制效率最大为调制效率最大为13。)()(2202tmAtmPPAMsAM26AM信号的优缺点信号的优缺点优点：可以采用包络检波法解调，不需本优点：可以采用包络检波法解调，不需本地同步载波信号。地同步载波信号。缺点：缺点：AM信号的功率利用率比较低，已调信号的功率利用率比较低，已调信号频带是调制信号最高频率的信号频带是调制信号最高频率的2倍。倍。问题：能否去掉不带信息的载波，提高功问题：能否去掉不带信息的载波，提高功率利用率？率利用率？解决方法：抑制载波双边带。解决方法：抑制载波双边带。273、双边带（、双边带（DSB）调制）调制Double Sideband(1)、DSB调制的原理调制的原理(2)、时域分析、时域分析(4)、解调方式、解调方式(3)、频域分析、频域分析(5)、功