通信原理课件第3章-模拟传输

第第3 3章章 模拟调制系统模拟调制系统2024/7/271信源调制器发射机信道接收机解调器信宿噪声发送设备接收设备基带信号基带信号基带信号基带信号调制信号调制信号已调带通信号已调带通信号带通信号带通信号模拟通信系统模拟通信系统信道中传输模拟波形的通信系统。信道中传输模拟波形的通信系统。2024/7/272调制器调制器调制信号调制信号已调信号已调信号幅度调制幅度调制角度调制角度调制都是 的函数被调信号被调信号2024/7/273已调带通信号已调带通信号:的谱的谱:的功率谱的功率谱:的归一化平均功率为：的归一化平均功率为：2024/7/2742024/7/2753.1 幅度调制(Amplitude Modulation)2024/7/276已调带通信号的频谱是基带信号频谱的简单搬移已调带通信号的频谱是基带信号频谱的简单搬移幅度调制幅度调制-用信号去迫使高频载波瞬时幅度变化。用信号去迫使高频载波瞬时幅度变化。模拟常规调幅模拟常规调幅（AM）抑制载波双边带调幅（抑制载波双边带调幅（DSB-SC）单边带调幅（单边带调幅（SSB）残留边带调幅（残留边带调幅（VSB）信号）信号2024/7/277(conventional AM)3.1.1 常规调幅常规调幅AM 1表达式：表达式：调制：调制：复包络复包络:2024/7/2782024/7/279图（图（a）常规调幅）常规调幅图（图（b）过调幅）过调幅波形波形:2024/7/2710（常规调幅（常规调幅:）一般：一般：常规调幅常规调幅:2024/7/2711过调幅：过调幅：载波反相点载波反相点2024/7/27122.频域分析频域分析 频谱：频谱：频谱图：频谱图：Upper sidebandLower sideband2024/7/2713常规常规AM信号的波形及频谱信号的波形及频谱2024/7/27143.功率与效率功率与效率 归一化功率：归一化功率：2024/7/2715调制效率：调制效率：2024/7/2716例例单频正弦波调制信号：单频正弦波调制信号：2024/7/27174.接收接收 常规调幅常用的二极管常规调幅常用的二极管包络检波器包络检波器解调：解调：非相干解调：接收机不需要产非相干解调：接收机不需要产生与接收信号中的载波同频同生与接收信号中的载波同频同相的本地载波的接收方式。相的本地载波的接收方式。2024/7/2718总结：总结：AM 信号的特点信号的特点:l AM信号的信号的功率效率功率效率 很低，因为离散载波项浪费功率。很低，因为离散载波项浪费功率。l AM 信号的信号的带宽带宽是是 信息信号信息信号 m(t)带宽的带宽的2倍倍.上下两个上下两个边带完全对称，带宽浪费一半。边带完全对称，带宽浪费一半。2024/7/27193.2.2 抑制载波双边带调幅 Double-Sideband Suppressed Carrier (DSB-SC)1.DSB-SC信号信号 2024/7/2720载波反相点载波反相点波形：波形：2024/7/27212.频域分析频域分析 频谱：频谱：Upper sidebandLower sideband2024/7/27223.功率与效率功率与效率调制效率调制效率:归一化功率归一化功率:2024/7/27234.发射和接收发射和接收发射（调制）：发射（调制）：接收（解调）：相干解调（接收机本地载波与接收载波同接收（解调）：相干解调（接收机本地载波与接收载波同频同相）频同相）LPF2024/7/2724LPFAfter LPF:相干解调原理：相干解调原理：乘积检波器乘积检波器2024/7/2725Discuss:相干解调相干解调2024/7/27262024/7/2727总结：总结：DSB 信号的特点信号的特点:l 乘积检波器乘积检波器用于检测用于检测 DSB信号，信号，乘积检波器较包络检乘积检波器较包络检波器昂贵波器昂贵。l DSB信号的信号的功率效率功率效率 高。高。l DSB信号的信号的带宽带宽是是 信息信号信息信号 m(t)带宽的带宽的2倍倍.上下两个上下两个边带完全对称，带宽浪费一半。边带完全对称，带宽浪费一半。2024/7/2728single sideband signal(SSB)3.2.3 单边带调幅（单边带调幅（SSB）1.SSB信号信号 只取只取DSB-SC信号中的上边带或下边带分量。信号中的上边带或下边带分量。上边带信号上边带信号：，频谱：，频谱：下边带信号下边带信号：，频谱：，频谱：2024/7/2729频谱：频谱：2024/7/2730滤波法产生滤波法产生SSB信号信号 保留上边带的边带滤波器：保留上边带的边带滤波器：保留下边带的边带滤波器：保留下边带的边带滤波器：112024/7/2731 解调方法解调方法由于由于 若若z(t)=x(t)y(t)，则有则有Z()=X()Y()单边带信号解调时，单边带信号解调时，用载波用载波coscos 0 0t t 和接收和接收信号相乘，相当于在信号相乘，相当于在频域中载波频谱和信频域中载波频谱和信号频谱相卷积。号频谱相卷积。S(f)(b)上边带信号频谱上边带信号频谱上边带上边带上边带上边带f00-f0f2f0-2f0(a)载波频谱载波频谱f00-f0fC(f)(c)载波和上边带信号频谱的卷积结果载波和上边带信号频谱的卷积结果f00-f0f2f0-2f0M(f)HL(f)32总结：总结：SSB 信号的特点信号的特点:lSSB信号的产生比信号的产生比AM、DSB复杂。复杂。l SSB信号的信号的带宽带宽等于信息信号等于信息信号 m(t)的带宽。只有的带宽。只有 AM、DSB带宽的一半。带宽的一半。2024/7/27333.2.4 残留边残留边带带(VSB)调制调制原理：VSB仍为线性调制。调制信号和载波相乘后的频谱为 设调制器的滤波器的传输函数为H(f)，则滤波输出的已调信号频谱为 已调已调信号信号s(t)s(t)34现在，求出为了得到VSB信号，H(f)应满足的条件：若仍用右图解调器，则接收信号和本地载波相乘后得到的r(t)的频谱为：将已调信号的频谱代入上式，得到r(t)的频谱为：上式中M(f+2f0)和M(f 2f0)两项可以由低通滤波器滤除，所以得到滤波输出的解调信号的频谱密度为：基带基带信号信号m(t)m(t)接收接收信号信号s(t)s(t)coscos 0 0t tr r(t)(t)H(f)H(f)35 为了恢复无失真调制信号为了恢复无失真调制信号 M(f),HV(f)必须满足必须满足下面条件下面条件:互补对称性2024/7/27362024/7/27373.2 模拟角度调制 2024/7/27383.3.1 基本原理基本原理频率的概念：严格地说，只有无限长的恒定振幅和恒定相位的正弦波形才具有单一频率。载波被调制后，不再仅有单一频率。“瞬时频率”的概念：设一个载波可以表示为式中，0为载波的初始相位；(t)=0t+0 为载波的瞬时相位;0=d(t)/dt 为载波的角频率。现定义瞬时频率：上式可以改写为：39角度调制的定义：角度调制的定义：由下式可见，(t)是载波的相位。若使它随调制信号m(t)以某种方式变化，则称其为角度调制。n相位调制的定义：若使相位(t)随m(t)线性变化，即令 则称为相位调制。这时，已调信号的表示式为 此已调载波的瞬时频率为：上式表示，在相位调制中瞬时频率随调制信号的导函数线性地变化。40n频率调制的定义：若使瞬时频率直接随调制信号线性地变化，则称为频率调制。这时，瞬时角频率为 及瞬时相位为这时，已调信号的表示式为：上式表明，载波相位随调制信号的积分线性地变化。41n相位调制和频率调制的比较：相位调制和频率调制的比较：在相位调制中载波相位(t)随调制信号m(t)线性地变化，而在频率调制中载波相位(t)随调制信号m(t)的积分线性地变化。若将m(t)先积分，再对载波进行相位调制，即得到频率调制信号。类似地，若将m(t)先微分，再对载波进行频率调制，就得到相位调制信号。仅从已调信号波形上看无法区分二者。42n角度调制的波形角度调制的波形若m(t)作直线变化，则已调信号就是频率调制信号。若m(t)是随 t 2变化，则已调信号就是相位调制信号 角度调制波形角度调制波形 i433.3.2 已调信号的频谱和带宽已调信号的频谱和带宽设：调制信号m(t)是一个余弦波，用其对载波作频率调制，则载波的瞬时角频率为 上式中，kf=为最大频移n已调信号表示式：式中，mf/fm为最大频率偏移和基带信号频率之比，称为调制指数mf ，即有：44 是一个含有是一个含有正弦函数正弦函数的余弦函数，它的展开式为：的余弦函数，它的展开式为：式中，式中，Jn(mf)为第为第一类一类n阶贝塞尔函数，阶贝塞尔函数，它具有如下性质：它具有如下性质：故上式可以改写为：故上式可以改写为：已调信号最终表示式已调信号最终表示式x45n频谱特点：频谱特点：边频成对大部分功率集中在有限带宽内当调制指数mf 1 时，带宽B：式中，f 调制频移，fm 调制信号频率。mkHzkHzkHzkHz作kHzkHzkHzkHz462024/7/272024/7/272024/7/27应用拓展应用拓展 频分多路复用频分多路复用频分多路复用频分多路复用 多路复用多路复用：将多路彼此不相关的消息信号合并为一个复：将多路彼此不相关的消息信号合并为一个复合的群信号，共同在一条信道上进行通信。合的群信号，共同在一条信道上进行通信。分为：频分多路复用频分多路复用（FDM）时分多路复用时分多路复用（TDM）码分多路复用码分多路复用（CDM）FDM FDM 是在一个宽带信道上同时传输多路信息的技术。是在一个宽带信道上同时传输多路信息的技术。2024/7/2750 FDM的实现：的实现：(1)(1)发端发端调制器1调制器2调制器nFDM群路信号群路信号BPFBPFBPFLPFLPFLPF2024/7/2751(2)(2)收端收端调制可采用任何类型的调制：(AM、DSB、SSB、PM、FM)解调器1解调器2 解调器nBPFBPFBPFLPFLPFLPFFDM群路信号群路信号2024/7/2752调制的目的是：（调制的目的是：（1 1）将调制信号（基带信号）转换成适）将调制信号（基带信号）转换成适合于信道传输的已调信号（频带信号）；合于信道传输的已调信号（频带信号）；（2 2）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；（3 3）减小干扰，提高系统抗干扰能力；）减小干扰，提高系统抗干扰能力；（4 4）实现传输带宽与信噪比之间的互换。）实现传输带宽与信噪比之间的互换。调制方式很多，根据调制信号的形式可分为模拟调制和数调制方式很多，根据调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制；根据载波的选择可分为以正弦波作为载波的连续字调制；根据载波的选择可分为以正弦波作为载波的连续波调制和以脉冲串作为载波的脉冲调制。波调制和以脉冲串作为载波的脉冲调制。2024/7/2753