第3章 模拟调制技术课件.ppt

第3章 模拟调制技术3.1 3.1 幅度调制的基本原理幅度调制的基本原理3.2 3.2 线性调制的解调线性调制的解调3.3 3.3 角度调制的基本原理角度调制的基本原理3.1 3.1 幅度调制的基本原理幅度调制的基本原理常规双边带调幅常规双边带调幅AMm(t)101+m(t)f0fHF(f)fHf0fHF1(f)fHf0fCC(f)fCf0fCS(f)fCA-Af(t)tA0+f(t)c(t)tsAM(t)t（a）调制信号时域波形及其频谱结构）调制信号时域波形及其频谱结构（b）加入直流量后的调制信号波形及其频谱结构）加入直流量后的调制信号波形及其频谱结构（c）调制载波时域波形及其频谱结构）调制载波时域波形及其频谱结构(d) AM调幅信号时域波形及其频谱结构调幅信号时域波形及其频谱结构t对于单频调制信号对于单频调制信号 基带信号基带信号 调幅指数调幅指数0( )( ) ()()2mmmAM fAfffff0( )cos2mmm tAAf t( )cos2mmf tAf t0/ AAmAM t0s(t)t0f(t)t0C(t)1 KHz1 KHzF(f)f10 KHz10 KHzC(f)f10 KHz10 KHzS(f)f（a）单频调制信号的时域波形及其频谱结构）单频调制信号的时域波形及其频谱结构（b）调制载波的时域波形及其频谱结构）调制载波的时域波形及其频谱结构（c）单频调幅信号的波形及其频谱结构）单频调幅信号的波形及其频谱结构 AM1 功率分配功率分配tAtftscAMcos)()(02220( )( )22AMAMcfAftPStPP 调制效率调制效率 单频调制单频调制2222002( )1( )1( )cAMfcPftAPPAftftmax()50%AM2222222200/2/222cmmAMAMfcmmAMPAAPPAAAA%3 .33)(maxAM常规双边带调幅的特点常规双边带调幅的特点 已调信号的已调信号的包络包络与与调制信号调制信号成正比成正比 已调信号的频谱中，在载波处有两个冲激，已调信号的频谱中，在载波处有两个冲激，但但不携带调制信号信息不携带调制信号信息，且需要，且需要消耗大量消耗大量功率功率 已调信号频谱中具有两个已调信号频谱中具有两个上下对称上下对称的边带的边带分量分量 已调信号的带宽是调制信号带宽的已调信号的带宽是调制信号带宽的两倍两倍 例：已知例：已知AM已调信号的表达式为已调信号的表达式为( )(1 0.5sin)cosAMcSttt其中其中 ，试分别画出其波形图和频谱图，试分别画出其波形图和频谱图6c ( ) ()() ()()()()4 (6)(6) (7)(7)(5)(5)4AMccccccSjj 抑制载波双边带调制抑制载波双边带调制f(t)tc(t)tsDSB(t)t载波反相点ff0fHF(f)fHf0fCC(f)fC0fCS(f)fC（a）调制信号的时域波形及其频谱结构）调制信号的时域波形及其频谱结构（b）调制载波的时域波形及其频谱结构）调制载波的时域波形及其频谱结构（c）DSB已调信号波形及其频谱结构已调信号波形及其频谱结构DSB调制过程调制过程 功率分配功率分配22( )( )2DSBDSBfftPStP100%DSBDSB的特点的特点 已调信号的已调信号的包络与调制信号包络与调制信号不再呈线性关不再呈线性关系系，已调信号中无直流功率，已调信号中无直流功率 已调信号频谱中具有已调信号频谱中具有两个上下对称两个上下对称的边带的边带 已调信号的带宽是调制信号带宽的已调信号的带宽是调制信号带宽的两两倍 单边带调幅单边带调幅单边带系统中的滤波器单边带系统中的滤波器-f0HL(f)特性上边带(b) 上边带滤波器特性和信号频谱上边带f00f上边带S(f)上边带下边带HH(f)特性HH(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)-f00f-f0f0f下边带f0 功率分配功率分配221( )( )24DSBDSBfftPStP100%SSB单边带调制系统的特点单边带调制系统的特点 已调信号中已调信号中无载波分量无载波分量 已调信号频谱中只有已调信号频谱中只有一个边带一个边带分量分量 已调信号的带宽与调制信号带宽已调信号的带宽与调制信号带宽相等相等 采用滤波法实现单边带调制时，采用滤波法实现单边带调制时，滤波器的滤波器的设计难度大设计难度大 采用移相法实现时其采用移相法实现时其移相网络的设计难度移相网络的设计难度较大较大 单边带多级调制单边带多级调制122pLcLffff121222( )pccLffff2()ncnLff移相法实现单边带调制移相法实现单边带调制 例例 已知调制信号为已知调制信号为( )cos(200)cos(400)m ttt 载波为载波为 ，在进行单边带调制时，请写出上，在进行单边带调制时，请写出上边带信号的表达式，并画出频谱图。边带信号的表达式，并画出频谱图。4cos10t3.2 3.2 线性调制的解调线性调制的解调 相干解调相干解调 非相干解调（包络检波）非相干解调（包络检波） 包络检波包络检波整流器整流器低通滤波器低通滤波器包络检波器解调调幅信号包络检波器解调调幅信号A-Af(t)ttsAM(t)tt(a) 进入解调器之前的调幅信号进入解调器之前的调幅信号(b) 经过检波二极管后的输出信号经过检波二极管后的输出信号(c) 经过低通滤波后的输出信号经过低通滤波后的输出信号(d) 去除直流以后恢复出的模拟信号去除直流以后恢复出的模拟信号 相干解调A-Af0fCC(f)fCf0fCS(f)fCR(t)02fCR(f)2fCc(t)tsAM(t)tt（a） 进入解调器之前的调幅信号波形及其频谱结构（b） 相干载波信号波形及其频谱结构（c） 模拟乘法器输出信号波形及其频谱结构f0fHF(f)fHf0fHF1(f)fHf(t)tA0+f(t)（d）低通滤波器输出信号波形及其频谱结构（e）去除直流恢复的模拟信号波形及其频谱结构t 例某调制系统如下图所示，为了在输出端例某调制系统如下图所示，为了在输出端能够同时分别得到能够同时分别得到f1(t)和和f2(t),试确定接收端试确定接收端的的c1(t)和和c2(t)。3.3 3.3 角度调制的基本原理角度调制的基本原理 角度调制信号的表达式角度调制信号的表达式 瞬时相位瞬时相位 瞬时角频率瞬时角频率 瞬时相位偏移瞬时相位偏移 瞬时角频率偏移瞬时角频率偏移( )cos( )cS tAtt( )ctt( )cdttdt( ) t( )dtdtl相位调制时：相位调制时：l频率调制时：频率调制时：( )cos( )PMcpStAtk f t( )( )ptk f t( )( )Fdtk f tdt( )cos( )tFMcFStAtk fd 单音调频信号单音调频信号cos( )FMcFMSAtKf t dttcosA)t (fmm 其中，其中， 为调频指数为调频指数mmFMFMAK coscFMmAtstinl调制信号调制信号l已调信号已调信号( )sincmtttFMttcmcos)(FMmFMFM ttAKtmmmmFMccoscos)(FMttmFM sin)( FMFM 瞬时角频率瞬时角频率 瞬时角频偏瞬时角频偏 最大瞬时角频偏最大瞬时角频偏 瞬时相位瞬时相位 瞬时相偏瞬时相偏 最大瞬时相偏最大瞬时相偏单音调相信号单音调相信号tcosA)t (fmm ( )cos( )PMcPMStAtKf t 调制信号调制信号 已调信号已调信号coscoscPMmmAtKAt其中，其中， 为调相指数为调相指数mPMPMAK( )coscmtttPMttcmsin)(PMmFMPMttmPM cos)( PMFM 瞬时相位瞬时相位 瞬时相偏瞬时相偏 最大瞬时相偏最大瞬时相偏 瞬时角频率瞬时角频率 瞬时角频偏瞬时角频偏 最大瞬时角频偏最大瞬时角频偏tdttdtmmcsin)()(PMccostt0f(t)t0AM0t0FMPMt0t（a）单频调制信号波形）单频调制信号波形（b）调制载波波形）调制载波波形（c）单频调幅信号波形）单频调幅信号波形（d）单频调频信号波形）单频调频信号波形（e）单频调相信号波形）单频调相信号波形调频与调相的关系调频与调相的关系（a）斜变信号）斜变信号（b）调相信号波形）调相信号波形（c）调频信号波形）调频信号波形ttt调相与调频的比较调相与调频的比较 在相位调制中，在相位调制中，载波相位随着调制信号线性地变化载波相位随着调制信号线性地变化，而频，而频率调制中，率调制中，载波频率随着调制信号线性地变化载波频率随着调制信号线性地变化。 若将调制信号若将调制信号先积分先积分，再对载波进行相位调制再对载波进行相位调制，即可得到，即可得到频率调制信号；反之，如果对调制信号频率调制信号；反之，如果对调制信号先微分先微分后再后再对载波对载波进行频率调制进行频率调制，就得到相位调制信号。，就得到相位调制信号。 仅从已调信号的波形是仅从已调信号的波形是无法区分无法区分二者的关系二者的关系窄带与宽带调制窄带与宽带调制 窄带调相窄带调相 窄带调频窄带调频max( )6pkf tmax( )6tFkfd窄带调频与宽带调频窄带调频与宽带调频 窄带调频窄带调频 宽带调频（单频信号）宽带调频（单频信号）cmmmtAtm,cos)( )cossinFMcfmStAtmt( )() ()()FMnfcmcmnSAJ mn 贝塞尔函数曲线贝塞尔函数曲线 调频波的频谱调频波的频谱 频谱特点：频谱特点： 边频成对边频成对 大部分功率集中大部分功率集中在在有限带宽内有限带宽内 当调制指数当调制指数mf 1 时，时，带宽带宽B： 式中，式中， f 调制调制频移频移，fm 调制调制信号频率信号频率mkHzkHzkHzkHz作kHzkHzkHzkHz)( 2mB)(2mff 例：例：已知某调角信号为已知某调角信号为 1）若该信号为调相信号，且）若该信号为调相信号，且 ，试求该调，试求该调制信号制信号 。 2）若该信号为调频信号，且）若该信号为调频信号，且 ，试求该，试求该调制信号调制信号 。 3）求已调信号的最大频偏。）求已调信号的最大频偏。63( )cos(210100cos210 )s tAtt4pk ()f t()f t4Fk 3.3.2 调频信号的产生与解调调频信号的产生与解调1.调频信号的产生调频信号的产生 直接直接调频法调频法 间接间接调频法调频法 直接法就是用调制信号直接法就是用调制信号直接控制直接控制振荡器的振荡器的电抗元件参数电抗元件参数，使输出信号的瞬时频率随调制信号使输出信号的瞬时频率随调制信号呈线性呈线性变化。变化。 目前人们多采用目前人们多采用压控振荡器压控振荡器（VCO）作为产生调频信）作为产生调频信号的调制器。振荡频率由外部电压控制的振荡器叫做压控号的调制器。振荡频率由外部电压控制的振荡器叫做压控振荡器（振荡器（VCO），它产生的输出频率正比于所加的控制电），它产生的输出频率正比于所加的控制电压。压。 直接法的主要优点：在实现线性调频的要求下，可以获得直接法的主要优点：在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏较大的频偏。缺点是。缺点是频率稳定度不高频率稳定度不高，往往需要附加稳频，往往需要附加稳频电路来稳定中心频率。电路来稳定中心频率。 间接法又称间接法又称倍频法倍频法，它是由窄带调频通过倍频产生宽，它是由窄带调频通过倍频产生宽带调频信号的方法。带调频信号的方法。 调频信号的非相干解调调频信号的非相干解调 窄带调频信号的相干解调窄带调频信号的相干解调 例：见书例：见书3.4 模拟调制系统的性能比较模拟调制系统的性能比较调制方式调制方式传输带宽传输带宽设备复杂度设备复杂度主要应用主要应用AM2 2 较小：调制器简单，解调器采较小：调制器简单，解调器采用包络检波，也很简单用包络检波，也很简单中短波无线电广播中短波无线电广播DSB-SC2 2 中等：调制器简单，但要同时中等：调制器简单，但要同时传送传送DSBDSB小导频信号，解调器要小导频信号，解调器要采用相干解调，需要同步信号采用相干解调，需要同步信号点对点的专用通信；低带宽信点对点的专用通信；低带宽信号的多路复用号的多路复用SSB较大：调制器较复杂，涉及高较大：调制器较复杂，涉及高性能的滤波或者移相，解调器性能的滤波或者移相，解调器采用相干解调，需要同步信号采用相干解调，需要同步信号短波无线电广播；话音通信，短波无线电广播；话音通信，话音频分多路通信话音频分多路通信FM中等：调制器较复杂，解调器中等：调制器较复杂，解调器简单简单微波中继、超短波小功率电台微波中继、超短波小功率电台（窄带）；卫星通信、调频立体（窄带）；卫星通信、调频立体声广播（宽带）声广播（宽带）( )f tB( )f tB( )f tB( )2(1)ff tmB各种模拟调制系统的性能曲线各种模拟调制系统的性能曲线 课堂测试课堂测试1.1.设某信道具有均匀的双边噪声功率谱密度设某信道具有均匀的双边噪声功率谱密度 W/HW/HZ Z ，若采用，若采用DSBDSB方式传送，载波频率为方式传送，载波频率为1MH1MHZ Z，调制信号，调制信号带宽为带宽为10KH10KHZ Z ，已调信号功率为已调信号功率为10KW10KW，传输损耗为，传输损耗为10dB10dB，接收端进行解调前，先通过一个理想带通滤波器。接收端进行解调前，先通过一个理想带通滤波器。（1 1）该理想带通滤波器应该具有怎样的传输特性）该理想带通滤波器应该具有怎样的传输特性（2 2）该系统的信道容量）该系统的信道容量3( )0.5 10p f2.2.已知某已调信号的表达式为已知某已调信号的表达式为（1 1）请说明该系统的调制方式，并画出调制原理框图）请说明该系统的调制方式，并画出调制原理框图（2 2）画出已调信号的频谱结构）画出已调信号的频谱结构（3 3）设计一个解调器对该信号进行解调）设计一个解调器对该信号进行解调36( )(0.5 sin410 )cos610s ttt4.4.已知某模拟信号频率范围为（已知某模拟信号频率范围为（500500，4200H4200HZ Z），如），如果采用单边带方式调制到果采用单边带方式调制到80MHZ80MHZ的载波上，请给出的载波上，请给出调制方案。调制方案。