通信原理与通信技术第2章课件

2.1 调制的概念调制的概念 2.2 抑制载波的双边带调幅抑制载波的双边带调幅(DSB)2.3 常规双边带调幅常规双边带调幅(AM)2.4 AM和和DSB的性能比较的性能比较 2.5 单边带调制单边带调制(SSB)2.6 残留边带调制残留边带调制(VSB)2.7 插入载波的包络检波插入载波的包络检波2.8 频分复用频分复用(FDM)2.9 角调制角调制 2.10 调制的功能与分类调制的功能与分类主主要要内内容容第第二二章章模模拟拟调调制制2.1调制的概念调制的概念 1调制的原因：调制的原因：1.多路复用；多路复用；2.使信号达到一定的频段，以利于天线发射。使信号达到一定的频段，以利于天线发射。解调解调解调解调基带信号基带信号基带信号基带信号频带信号频带信号频带信号频带信号调制调制调制调制频率搬移，指将信号频率频率搬移，指将信号频率由低频搬移到高频由低频搬移到高频二、调制的定义二、调制的定义 三个符号：三个符号：1.待传输的信号待传输的信号f(t)-调制信号；调制信号；2.信号信号c(t)=coswct-载波信号；载波信号；3.c(t)与与f(t)相互作用产生的信号相互作用产生的信号s(t)-已调信号。已调信号。定义：定义：让载波让载波c(t)=coswct的某个的某个(或几个或几个)参数随着调制参数随着调制信号信号f(t)的变化而变化的过程；的变化而变化的过程；c(t)与与f(t)相互作用的不同方式就体现为不同的调相互作用的不同方式就体现为不同的调制方式；制方式；载波：载波：角角频频率率初初始始相相位位幅幅度度相位随相位随f(t)变化变化角度调制（角度调制（FM、PM）幅度随幅度随f(t)变化变化幅度调制（幅度调制（AM）如何调制？如何调制？(调幅调幅)调幅：调幅：令令s(t)=f(t)c(t)=f(t)coswct调制就是频率搬移，根据调制就是频率搬移，根据调制定理：调制定理：一个信号一个信号f(t)与一个正弦信号与一个正弦信号coswct相乘，相乘，从频谱上看，从频谱上看，相当于：相当于：把把f(t)的频谱搬移到了的频谱搬移到了wc处处。典型信号的傅里叶变换典型信号的傅里叶变换?2.2抑制载波的双边带调幅抑制载波的双边带调幅(DSB)1.DSB信号的信号的调制调制定理的直接应用调制调制定理的直接应用2.DSB信号的产生信号的产生乘法器乘法器3.DSB信号的调制电路平衡式调制器信号的调制电路平衡式调制器3)原理：原理：1)解调的定义：解调的定义：从已调信号中从已调信号中恢复恢复调制信号的过程或方法；调制信号的过程或方法；简单理解为：将信号简单理解为：将信号从高频再搬回低频从高频再搬回低频。2)解调的方法：解调的方法：对对DSB采用采用相干解调相干解调。4.DSB信号的解调。信号的解调。4)相干解调框图相干解调框图5)相干解调的相干解调的关键问题：关键问题：a.相干解调要求解调端载波相干解调要求解调端载波(本地载波、相干载波本地载波、相干载波)与与发射端载波发射端载波(调制载波调制载波)同频同相同频同相。b.当本地载波与调制载波不当本地载波与调制载波不同频同相时，对解调结同频同相时，对解调结果有影响。果有影响。2.3常规双边带调幅常规双边带调幅AMAM模型图：模型图：1.AM信号的信号的调制针对非相干解调提出调制针对非相干解调提出设调制信号为设调制信号为f(t)，f(t)F(w)，则AM已已调信号信号为：常规双边带调幅常规双边带调幅AM示意图示意图:示意图示意图:2.AM信号的解调信号的解调1.相干解调（原理同相干解调（原理同DSB相干解调）相干解调）2.非相干解调非相干解调-包络检波器包络检波器当当(A+f(t)0时，时，AM已调波的包络同调制信号，已调波的包络同调制信号，此时可以用包络检波法来检出包络，从而达到解调此时可以用包络检波法来检出包络，从而达到解调的目的。的目的。namplitude modulationnenvelop detectorDSB与与AM的比较的比较1.发射效率：发射效率：a)由于由于AM要发射载波，所以要发射载波，所以DSB效率效率100%高高于于AM调制调制50%。2.使用成本：使用成本：b)AM信号可以使用成本很低的包络检波器，在信号可以使用成本很低的包络检波器，在广播等领域使用时，成本低廉。广播等领域使用时，成本低廉。实际使用时，视具体情况合理选择调制和解调实际使用时，视具体情况合理选择调制和解调方式：方式：1）民用广播通信系统）民用广播通信系统2）卫星广播通信系统）卫星广播通信系统2.5单边带调制（单边带调制（SSB）n单边带调制（单边带调制（SSB）：）：只传送一个边带的幅只传送一个边带的幅度调制。度调制。n单边带调制方式单边带调制方式1.滤波法滤波法：用滤波器滤掉一个边带。：用滤波器滤掉一个边带。滤波法单边带调制频谱示意图n滤波法采用理想的滤波器滤波法采用理想的滤波器：1.实际滤波器有过渡带实际滤波器有过渡带f；2.若上边带与下边带有一定的频率间隔若上边带与下边带有一定的频率间隔B，且，且Bf，则用实际滤波器可产生，则用实际滤波器可产生SSB信号；信号；3.通常采用多级滤波法：多次频移多次滤波；通常采用多级滤波法：多次频移多次滤波；4.滤波法的关键：滤波器。滤波法的关键：滤波器。n模型：模型：2.相移法相移法n公式公式：用相移法进行单边带调制nSSB相移法的关键：相移要稳定可靠。对SSB信号的解调n相干解调对SSB信号的解调n相干解调2.6 残留边带调制（VSB)nSSB调制的问题：滤波法和相移法无法理想化。nDSB调制的问题：带宽宽2.6 VSB调制nVSB滤波法调制模型2.6 VSB解调nVSB的相干调制模型2.6VSB解调解调2.6VSB解调解调残留边带频谱示意图 残留边带滤波器互补特性示意图 2.7 插入载波的包络检波图214 插入载波的包络解调法 线性调制和解调的一般模型n线性调制：各种幅度调制。由于已调信号频谱是调制信号频谱的平移，故称为“线性”调制线性调制的一般模型n滤波法相移法线性调制解调的一般模型n相干解调关键：产生同频同相的本地载波线性调制解调的一般模型n非相干解调线性调制解调的一般模型n插入载波的包络检波关键：产生同频同相的本地载波2.8 频分复用(FDM)n频分复用通过对多路调制信号进行不同载频的调制，使得多路信号的频谱在同一个传输信道的频率特性中互不重叠，从而完成在一个信道中同时传输多路信号的目的。频分复用示意图频分复用示意图：频分复用频谱示意图 2.9角调制角调制1角调制的概念：角调制的概念：频率频率调制和调制和相位相位调制的总称。调制的总称。令为令为(t)(t)：瞬时相位瞬时相位初始相位初始相位载波角频率载波角频率w(t)=d(t)/dt=wc+1)当当是常数时，是常数时，w(t)=wc是常数；是常数；2)当当不是常数时，令不是常数时，令，即：，即：，w(t)=wc+=wc+瞬瞬时时频频率率偏偏移移瞬时相位偏移瞬时相位偏移1.相位调制相位调制PM定义：让载波的定义：让载波的瞬时相位偏移瞬时相位偏移随着调制信号的随着调制信号的改变而改变。改变而改变。即将调制信号调制到载波的瞬时相位上去。即将调制信号调制到载波的瞬时相位上去。所以令：所以令：式中，式中，Kp为比例常数（相移常数）；为比例常数（相移常数）；sPM(t)为调相信号。为调相信号。2.频率调制频率调制FM定义：让载波的定义：让载波的瞬时频率偏移瞬时频率偏移随随着调制信号而改变而改变。着调制信号而改变而改变。即将调制信号调制到载波的瞬时频率上去。即将调制信号调制到载波的瞬时频率上去。所以令：所以令：Kf为比例常数（频偏常数）为比例常数（频偏常数）;sFM(t)为调频信号。为调频信号。角调制角调制举例：单音调制举例：单音调制f(t)=Amcosmt则有则有sPM(t)=Acos(ct+KpAmcosmt)=Acos(ct+pcosmt)(2-22)sFM(t)=Acos(ct+KfAmcosmtdt)=Acos(ct+fsinmt)(2-23)式中：调相指数式中：调相指数p=KpAm=max最大相移；最大相移；调频指数调频指数f=KfAm/m=max最大相移。最大相移。max=KfAm，称为最大频率偏移；，称为最大频率偏移；即，即，f max/m fmax/fm。例：例：已知一调制器的输出为：已知一调制器的输出为：sFM(t)=10cos(106t+8cos103t)，频偏常数频偏常数Kf=2，求：求：(1)载频载频fc；(2)调频指数；调频指数；(3)最大频偏；最大频偏；(4)调制信号调制信号f(t)。解：解：FM、PM可以互相转换：可以互相转换：间接间接FM间接间接PM说明：说明：如果不知道调制信号，则从已调信号的波形如果不知道调制信号，则从已调信号的波形上分不出是上分不出是PM信号还是信号还是FM信号。信号。PM和和FM统称为角调制统称为角调制复习复习:根据根据S(t)瞬时相位偏移的大小瞬时相位偏移的大小，角调制分为：，角调制分为：1.窄带角调制：当调制指数窄带角调制：当调制指数p和和f远小于远小于1时，即时，即最大瞬时相位偏移远小于最大瞬时相位偏移远小于30度时称为窄带角调制。度时称为窄带角调制。2.宽带角调制：与窄带调制相反。宽带角调制：与窄带调制相反。2.9.2窄带角调制和宽带角调制窄带角调制和宽带角调制宽带调频用于调频广播，窄带调频用于移动通信宽带调频用于调频广播，窄带调频用于移动通信当当 x 较小时较小时cosx=1,sinx=x 1.窄带调频窄带调频NBFM的频谱的频谱调幅信号与窄带调频信号频谱示意图：调幅信号与窄带调频信号频谱示意图：NBFM频谱的特点：频谱的特点：1.NBFM的频谱与的频谱与AM的频谱很相似：的频谱很相似：a)有载波分量和双边带；有载波分量和双边带；b)带宽是调制信号最高频率分量的两倍。带宽是调制信号最高频率分量的两倍。2.NBFM的频谱与的频谱与AM频谱的主要不同之处：频谱的主要不同之处：a)下边频的相位与上边频相反（正、负频率分量下边频的相位与上边频相反（正、负频率分量相差相差180）；）；b)正、负频率分量分别乘以因式正、负频率分量分别乘以因式1/(-c)和和1/(+c)。3.单频信号的宽带调频单频信号的宽带调频带宽带宽：式中：式中：BFM是调频信号频带宽度；是调频信号频带宽度；fm是调制信号的频率；是调制信号的频率；fmax是最大频偏。是最大频偏。2.思考：思考：NBPM的频谱？的频谱？有有一一个个2MHz的的载载波波受受一一个个10kHz单单频频正正弦弦信信号号调频，峰值频偏为调频，峰值频偏为10kHz，求：求：（1）调频信号的频带带宽；）调频信号的频带带宽；（2）调制信号幅度加倍后调频信号的带宽；）调制信号幅度加倍后调频信号的带宽；（3）调制信号频率加倍后调频信号的带宽。）调制信号频率加倍后调频信号的带宽。例：例：解：解：根据题意：根据题意：fm=10kHz，fmax=10kHz（1）由卡森公式可得：由卡森公式可得：BFM=2(fmax+fm)=2(10+10)=40kHz（2）因因为为f=KfAm/m，则则Am加加倍倍意意味味着着f加加倍倍，即即f=2。则由卡森公式可得：则由卡森公式可得：BFM=2(f+1)fm=2(2+1)10=60kHz（3）调制信号频率加倍，即调制信号频率加倍，即fm=20kHz。所以所以:BFM=2(fmax+fm)=2(10+20)=60kHz结论：（结论：（1）调频信号带宽为）调频信号带宽为40kHz；（2）、（）、（3）调频信号带宽为调频信号带宽为60kHz。2.9.3调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调1.FM信号的产生信号的产生n直接调频法：利用压控振荡器作为调制器；直接调频法：利用压控振荡器作为调制器；n间接调频法：先将间接调频法：先将f(t)积分，再进行调相。积分，再进行调相。2.FM信号的解调信号的解调鉴频器：鉴频器：n非相干解调非相干解调调频信号调频信号FM-鉴频器鉴频器调相信号调相信号PM-鉴相器（略）鉴相器（略）nNBFM的相干解调（略）的相干解调（略）鉴频器鉴频器与与比较，得出：比较，得出：鉴频器的鉴频特性鉴频器的鉴频特性说明：说明：直线段的直线段的斜率斜率Kd：称为鉴频灵敏度；称为鉴频灵敏度；Kd大，鉴频灵敏度高。大，鉴频灵敏度高。单位电压对应的频偏值：称为调制灵敏度。单位电压对应的频偏值：称为调制灵敏度。频率调制的特点频率调制的特点n抗干扰能力强抗干扰能力强(输出信噪比高输出信噪比高)加性干扰线性叠加到传输信号的幅值上加性干扰线性叠加到传输信号的幅值上n增加频带宽度增加频带宽度(代价代价)设发射功率一定，带宽增加，单位频带设发射功率一定，带宽增加，单位频带所占的功率降低，相对同样带宽的干扰，信所占的功率降低，相对同样带宽的干扰，信号功率受损显然减少号功率受损显然减少本章总结本章总结1.调制的概念、功能与分类；调制的概念、功能与分类；2.幅度调制与角度调制的时域波形、频谱图、带幅度调制与角度调制的时域波形、频谱图、带宽、信号的产生与解调；宽、信号的产生与解调；1.幅度调制：幅度调制：1.抑制载波的双边带调幅抑制载波的双边带调幅(DSB)2.常规双边带调幅常规双边带调幅(AM)3.单边带调制单边带调制(SSB)4.残留边带调制残留边带调制(VSB)2.角调制：角调制：1.调频和调相调频和调相3.频分复用频分复用(FDM)。