模拟调制系统教学课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,模拟通信系统模型,主要内容,3.1,概述,3.2,线性调制,3.3,非线性调制,小结,模拟调制：用来自信源的基带模拟信号去调制某载波,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。,定义：,调制信号,m(t,),自信源来的信号,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,3.1,概述,调制器,调制器,已调信号,s,(,t,),调制信号,m,(,t,),调制的目的：,频谱搬移 适应信道传输、合并多路信号,可以提高抗干扰性,扩展被传送信号的带宽,模拟调制的分类：,线性调制（幅度调制）,已调信号的频谱结构和调制信号的频谱结构相同，其频谱是调制信号频谱沿频率轴平移的结果。,调幅、单边带、双边带、残留边带,非线性调制（角度调制）：,已调信号的频谱结构和调制信号的频谱结构有很大的不同，除了频谱搬移外，还增加了许多新的频率成分,频率调制、相位调制,返回,基本概念,设载波为：,c(,t,)=,A,cos,0,t,=,A,cos2,f,0,t,调制信号：,m(t),相乘结果：,s,(,t,),带通滤波器：,H(f),滤波输出：,s,(,t,),3.2,线性调制,s,(,t,),调制,信号,m,(,t,),A,cos,0,t,H,(,f,),已调,信号,s,(,t,),设调制信号为能量信号,m(t,),，其频谱为,M(,f,),用,“,”,表示傅里叶变换：,H(f),不同的设计得到不同的调制种类,频域上频谱平移，差一个常数因子，线性变换关系,M,(,f,),f,0,S,(,f,),f,0,f,-,f,0,0,(a),输入信号频谱密度,(b),输出信号频谱密度,上边带,上边带,下边带,振幅调制（,AM,）,基本原理,设,:,m,(,t,)=1+,m,(,t,),，,|,m,(,t,)|,1,，,|,m,(,t,)|,max,=,m,调幅度，,则有调幅信号：,s,(,t,)=1+,m,(,t,),A,cos,0,t,，,式中，,1+,m,(,t,),0,，,即,s,(,t,),的包络是非负的。,+1=,=,m,(t),1,0,1+m,(t),1,0,1+m,(t),频谱密度,含离散载频分量,当,m,(t),为余弦波，且,m,100,时，,两边带功率之和 载波功率之半。,-,f,m,m,(,t,),s,(,t,),M,(,f,),C,(,f,),c,(,t,),A,-,A,t,f,m,f,0,-,f,0,2,f,m,S,(,f,),2,f,m,-,f,0,f,0,f,f,f,t,t,1,0,1+m,(t),AM,信号的接收：包络检波,原理：,性能：设输入电压为,式中，,为检波器输入噪声电压,y,(,t,),的包络：,在大信噪比下：,整流器,低通滤波器,包络检波器解调调幅信号,（零均值高斯白噪声）,检波后（已滤除直流分量）：,输出信号噪声功率比：,在检波前的信号噪声功率比等于,检波前后信噪功率比之比为,由于,m,(,t,),1,，显然上式比值,r,0,/,r,i,小于,1,，即检波后信噪比下降了。,双边带,（,DSB,）,调制,原理：调制信号,m,(,t,),没有直流分量时，得到,DSB,信号。,频谱：两个边带包含相同的信息。,双边带调制信号的频谱,(a),调制信号频谱密度,M,(,f,),f,0,(b),已调信号频谱密度,f,0,0,-,f,0,f,S,(,f,),上边带,上边带,下边带,解调：需要本地载波,设接收的,DSB,信号为,接收端的本地载波为,两者相乘后，得到,低通滤波后，得到,仅当本地载波没有频率和相位误差时，输出信号才等于,m,(,t,)/2,。,和调制信号仅差一个常数因子,优缺点：,DSB,信号可以节省发送功率，但接收电路较为复杂,双边带信号解调器原理方框图,基带,信号,m,(,t,),接收,信号,s,(,t,),cos,0,t,r,(,t,),H,(,f,),单边带,(SSB),调制,原理：,两个边带包含相同的信息,只需传输一个边带：,上边带或下边带,要求,m,(,t,),中无太低频率,解调：需要本地载波,由于若,z,(,t,)=,x,(,t,),y,(,t,),，,则有,Z,(,)=,X,(,),Y,(,),单边带信号解调时，,用载波,cos,0,t,和接收信号相,乘，相当于在频域中载波频,谱和信号频谱相卷积。,-,f,0,H,L,(,f,),特性,上边带,(b),上边带滤波器特性和信号频谱,上边带,f,0,0,f,单边带信号的频谱,上边带,S,(,f,),上边带,下边带,H,H,(,f,),特性,H,H,(,f,),特性,(a),滤波前信号频谱,(c),下边带滤波器特性和信号频谱,S,(,f,),S,(,f,),-,f,0,0,f,-,f,0,f,0,f,下边带,f,0,下图以上边带为例，示出用低通滤波器滤出解调后的信号。,SSB,优点：比,DSB,信号进一步节省发送功率和占用带宽,单边带信号的解调,S,(,f,),(b),上边带信号频谱,上边带,上边带,f,0,0,-,f,0,f,2,f,0,-2,f,0,(a),载波频谱,f,0,0,-,f,0,f,C,(,f,),(c),载波和上边带信号频谱的卷积结果,f,0,0,-,f,0,f,2,f,0,-2,f,0,M,(,f,),H,L,(,f,),残留边带,(VSB),调制,VSB,调制的优点：解调时可不需要本地载波，容许调制信号含有很低频率和直流分量。,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,s,(,t,),调制,信号,m,(,t,),A,cos,0,t,H,(,f,),已调,信号,s,(,t,),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,+2,f,0,),和,M,(,f,2,f,0,),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,信号,m,(,t,),接收,信号,s,(,t,),cos,0,t,r,(,t,),H,(,f,),为了无失真地传输，要求上式,中,由于,所以，上式可以写为,上式即产生,VSB,信号的条件。,上式要求：滤波器的截止特性对,于,f,0,具有互补的对称性：,H,(,f,+,f,0,),-(,f,0,+,f,m,),0,0,0,0,f,f,f,f,0,-,f,0,f,0,+,f,m,-2,f,0,2,f,0,-2,f,0,2,f,0,f,m,-,f,m,f,m,f,H,(,f,),H,(,f,-,f,0,),H,(f+f,0,)+,H,(,f,f,0,),返回,3.3,非线性调制,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（余）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,)=,0,t,+,0,为载波的瞬时相位,;,0,=d,(,t,)/d,t,为载波的角频率。,现定义瞬时频率：,上式可以改写为：,角度调制的定义：,由右式可见，,(,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。,相位调制的定义：若使相位,(,t,),随,m,(,t,),线性变化，即令,k,p,为常数,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。,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,载波相位随调制信号的积分线性地变化,这时，已调信号的表示式为：,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。,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,i,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,k,f,=,最大频移,已调信号表示式：,式中，,m,f,/,f,m,为最大频率偏移和基带信号频率之比，称为调制指数,m,f,，即：,是一个含有正弦函数的余弦函数，它的展开式为：,式中，,J,n,(,m,f,),为第一类,n,阶贝塞尔函数，,它具有如下性质：,故上式可以改写为：,已调信号最终表示式,x,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,m,f,1,时,nm,f,+,1,J,n,(,m,f,)0,称为宽带频率调制,带宽,B,：,式中，,f,调制频移，,f,m,调制信号频率。,x,m,kHz,kHz,kHz,kHz,kHz,kHz,kHz,kHz,角度调制信号的接收,角度调制的振幅是恒定的。,经过变参信道传输后，不会因信号振幅的改变而使信息受到损失。,信道中衰落及噪声对于信号角度（频率和相位）的影响与振幅相比要小得多。,抗干扰能力较强。,返回,小结,模拟调制,线性调制,（幅度调制）,非线性调制,(,角度调制,),振幅调制,AM,双边带,DSB,调制,单边带,SSB,调制,残留边带,VSB,调制,相位调制,频率调制,线性调制方法的发送功率与带宽比较,AM,发送功率,带宽,2,f,m,DSB,SSB,2,f,m,f,m,VSB,非线性调制方法带宽：,m,f,1,思考题、习题,习题,(P70),：,3.1,、,3.2,、,3.6,、,3.8,