通信原理教(学)案-ch5-模拟调制系统.docx

系部：信电学院任课教师：课时安排：理论6课时课题第5章模拟调制系统出前新知课果型教学目标1 .理解模拟调制、已调信号、调幅信号的边带、角度调制的偏移常数与调制指数、相干解调、包络检波、VCO等相关概念。2 .对各种调制技术，掌握其时域表达式、功率谱密度、解调方法、解调的输入一输出信噪比、信噪比增益。3 .理解频分复用技术的含义。重点1 .幅度调制：DSBAM、AM、SSBAM的表达式、频谱、带宽、调制解调方法2 .角度调制：调频、调相的表达式、频谱、带宽、调制解调方法3 .幅度调制的抗噪声性能：输入信噪比、输出信噪比、信噪比增益4 .角度调制的的抗噪声性能：输入信噪比、输出信噪比、信噪比增益难点1 .包络检波的近似分析2 .VCO环路方程3 .角度调制系统的近似分析4 .调频与调相间的关系教学手段、方法理论讲解I教具PPT教学过程1 .模拟调制系统2 .名词解释(1)调制：用原始待传信号去控制载波参数从而将其转换成适合信道传输的信号的一种过程。(2)调制信号：原始待传信号，来自于信源的消息信号，也称为基带信号。分模拟和数字两类(3)载波：连续正弦波，或周期脉冲序列(4)已调信号：调制后的传输信号，包含调制信号的全部特征(5)解调：调制的逆过程，由已调信号中恢复出调制信号的过程3 .分类根据调制信号和载波的不同可分为模拟连续波调制(模拟调制)、数字连续波调制(数字调制)、模拟脉冲调制、数字脉冲调制。4 .重要性(1)频谱搬移一将基带调制信号搬移到媒质适合传输的频段；(2)可搬至不同频段实现多路复用；(3)扩展信号带宽，提高通信质量一良好的调制方式有助于提高通信质量，体现在传输的有效性和可靠性上。5 .方式模拟调制一调制信号的取值是连续的。主要以正弦波为载波Acos(Ot+)含幅度A载频(o0、相位三个可变参量。用基带调制信号m(t)改变幅度A-振幅调制；用调制信号改变频率30、相位小一角度调制。1.1振幅调制AM1 .1.1原理正弦载波：s(t)=Acos(Ot+0)振幅调制表示式：sm(t)=m(t)cos(Ot+0)若m(t)<=>M(),s(t)仁=>S(3),sm(t)<=>Sm(),则Sm()=(1/2)M()*S()由于S()=AF(cosOt)=A(-)+6(+),因此Sm()=(A2)M(-)+M(+)M(3)基带谱线性搬移至±3。频率处，谱形不变，因此称为线性调制。(但请注意；线性调制线性变换，任何调制都是非线性变换！)由此可得出线性调制的一般模型一由乘法器+带通滤波器组成：K×)>COSgot线性调制的一般模型考虑到H(3)的带通滤波作用，输出Sm(3)可表示为(这里将幅度A归一化为1)Sm()=(1/2)M(-)+M(+)H()适当选择H(3),可得到如下几种幅度调制方式与信号:2 .抑制载波双边带信号(DSB)输入调制信号无直流，即M(O)=0,且为带宽2fH的理想带通滤波器,输出为sm(t)=m(t)cost,为双边带抑制载波DSB-SC频域0,设 m(t) = m, m(t) = m + mz (t),其中 (t) cos t, H(3)同上为理想带通滤波器,3 .有载波的双边带调幅信号(AM)输入调制信号含直流，即M(0)m'(t)为交流分量,sm(t)=m+m,类似于上面的分析有Sm(3)=TrmoB(33。)+(cd+3()+,(<J3。)+,(J+3()时域频域4 .单边带(SSB)调幅信号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(3)的所有频谱成分,因此仅传输其中一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带。产生SSB信号的方法有两种：滤波法和相移法。(1)滤波法：由于双边带的上、下边带均含有相同的基带m(t)信息，故用H(3)抑制掉一个，仍可通信=单边带(SSB)调制。H(3)为边带滤波器，表示式为< >-> <-d-H dl-l/()=()=W(w)=(y)=边带滤波器的滤波特性及两种单边带信号的频谱如图H+(3)与H-(3)SSB信号时域表达式(以下边带为例)：SLSB()=(1/2)M(+)+M(-O)HLSB()滤波法的技术难点滤波特性很难做到具有陡峭的截止特性,在过渡带和不太高的载频情况下，滤波器不难实现；但当载频较高时，采用一级调制直接滤波的方法已不可能实现单边带调制。(2)相移法设单频调制信号为m(t)-AmcosOt,载波为cos3ct,则DSB信号的时域表示式为y三(0=AMCoSftVCOS“J=TAmCoS(牝+%w+；AmCOSQ.-m)t若保留上边带，则有SUsB(O=Ans(<c+jt=AmcosmcosctAmSinqSinet若保留下边带，则有SLSB(0=TA”cos(%-n)t=-A,cosmtcosct+-Amsinmtsinct将上两式合并SSSBQ)=gA,”cos<y,cos<wgAmsin"sinct式中，“一”表示上边带信号，“+”表示下边带信号。上式中Amsinmt可以看作是AmCOSmt相移90度的结果。把这一相移过程称为希尔伯特变换，记为“'”，则有A”,c6s/f=AmSindV这样，上式可以改写为/、1“IA(O=2>COS>-tCOS-ncssm把上式推广到一般情况，则得到SSSBa)=JWf)COS彳T病(E)sin51而是m(t)的希尔伯特变换，若M(3)为m(t)的傅立叶变换，则m(t)<=>M(co)=M(t)-jsgn,式中Sgno =«1,>0-1, < O上式中的-jsgns可以看作是希尔伯特滤波器传递函数，即Hh(<y)=M()/M()=-jsgn移相法SSB调制器方框图1.汾(r)cos<y/.优点：不需要滤波器具有陡峭的截止特性。缺点：宽带相移网络难用硬件实现。4、残留边带(VSB)调制信号SSB方式的带宽B=fH只有DSB、AM的一半，但是边带滤波器H±(。)由于在处的陡峭特性而很难制作；DSB、AM方式对H±(3)要求不高，但带宽B=2fH,有效性降低。折衷：H±(s)用残留边带滤波器一在处特性平缓显然，残留边带后的H(3)应保证解调后能正确恢复M(3)!因此，需要论证残留边带滤波器H(3)无失真恢复M(3)条件的滤波特性形式。设：接收端用相干解调方式恢复M(),如图¾sb()尸X"-(×)-LPFI2cH3(JVSB信号的相干解调已知SVSB()=(1/2)M(+)+M(-O)H()相干相乘后Sp()=尸卜vsbU)2cos(ot)=二Svsb(M*2B(9+3q)+(例)NTr=SvsbQ+3。)+SvsbQ-)=f(cj+2c)+(MH(uj+3。)+(cu2u)+/(w)Huju)经过低通滤波器(LPF)滤除掉±23。成分后，输出为Sd()=(l2)M()H(+)+H(-)显然，只要满足H(+)+H(-)=常数接收端就可无失真地恢复出基带信号M()o即：残留边带滤波器特性H(3)在+处具有互补对称(奇对称)截止特性，接收端相干解调就能无失真恢复信号。通常的直线滚降、余弦滚降特性。(b)残留部分上边带的滤波特性直线滚降、余弦滚降形式的残留边带滤波器特性1.2振幅调制系统抗噪性能1.2.1相干解调与包络检波1 .相干解调相干解调器的一般模型Ca)=COSct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。相干解调器性能分析已调信号的一般表达式为Sm(t)=sl(t)cosct+sQ(t)sinct与同频同相的相干载波c(t)相乘后，得sp(t)=sm(t)coset=；sl(r)+；sl(r)cos2fu>./+；%(f)sin2ct经低通滤波器后，得到%。)=3/(，)因为sl(t)是m(t)通过一个全通滤波器Hl()后的结果，故上式中的sd(t)就是解调输出，即“(，)=3$/(力87(，)2 .包络检波适用条件：AM信号，且要求Im(t)ImaxWAO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。t>。DAM信号RQCA)+加。)OO性能分析设输入信号是SAMS)=4+m(t)cosct选择RC满足如下关系fll<<RC<<fc式中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“(，)=4)+项)隔去直流后即可得到原信号m(t)o1.2.1振幅系统抗噪性能分析衡量模拟通信系统的质量指标：输出信噪比(SN)o一可靠性；传输带宽B有效性接收模型如图振幅调制的解调分析模型设n(t)为加性白高斯噪声，单边功率谱密度n,经带通滤波器(Bf)后为窄带白高斯噪声ni(t),可写为ni(t)=nc(t)cosOt-ns(t)sint所以，解调器输入噪声ni(t)的平均功率为M=丽=丽=丽输入信号sm(t)的平均功率为Si=sn(t)解调器输入信噪比=三N)i11oB输出信噪比(S丽no11o(0抗噪声性能用制度增益来描述.(SfN)o(SlNx制度增益越大，意味着抗噪性越好。1.2.2各种调幅系统的(S/N)o、G、B1、DSB调制系统解调采用同步检波(相干解调)DSB信号的同步检波模型DSB信号sm(t)=m(t)cost,解调器输入信号平均功率为1Si=SMe)=m(t)cos0=-m2(t)因此输入信噪比为(S=m2(Q解调输出信号so(t)=m(t)因此Sa=m2(t)输出噪声=211i(t)cos0>of=2%(f)coSaO£-ns(t)sinocoso<=nc(t)l+cos(2co0-nsfsin(2conc(t)=>Nq=n11B因此输出信噪比为=G=2。系统带宽B=2fH02、SSB调制系统(1)抗噪性能分析B=fH,解调用DSB的相干解调方式。SSB调制信号的平均功率1*2Si=s"t)=-m(t)cos0t土-m(t)sn0t=-m2(t)+-2(t)2LJoO由于IM(Ml2=M()2因此Si=n2(i)4oNi=TIqB故输入信噪比为(SN)i=fn2Q)(4n°B)