通信原理第七讲单边带调幅幻灯片.ppt

通信原理第七讲单边带调通信原理第七讲单边带调幅幅第1页，共26页，编辑于2022年，星期三3.1.3 3.1.3 单边带调幅单边带调幅 DSBDSB信号虽然节省了载波功率，功率利用信号虽然节省了载波功率，功率利用率提高了率提高了,但它的但它的频带宽度仍是调制信号带宽频带宽度仍是调制信号带宽的两倍的两倍,与与AMAM信号带宽相同。信号带宽相同。由于由于DSBDSB信号的上、下两个边带是完全对称信号的上、下两个边带是完全对称的的,它们都携带了调制信号的全部信息它们都携带了调制信号的全部信息,因此仅因此仅传输其中一个边带即可传输其中一个边带即可,这就是单边带调制能这就是单边带调制能解决的问题。单边带信号的产生方法通常有解决的问题。单边带信号的产生方法通常有滤滤波法波法和和相移法相移法。1.1.滤波法滤波法产生单边带信号产生单边带信号 在双边带调制后接上一个边带滤波器在双边带调制后接上一个边带滤波器,保保留所需要的边带留所需要的边带,滤除不需要的边带。滤除不需要的边带。第2页，共26页，编辑于2022年，星期三滤波器特性滤波器特性1.1.高通滤波器高通滤波器2.2.低通滤波器低通滤波器通带通带阻带第3页，共26页，编辑于2022年，星期三第4页，共26页，编辑于2022年，星期三用滤波法产生用滤波法产生SSBSSB信号的原理框图如下：信号的原理框图如下：用滤波法形成用滤波法形成SSBSSB信号的技术难点是信号的技术难点是:由于由于一般调制信号都具有丰富的低频成分一般调制信号都具有丰富的低频成分,经调制经调制后得到的后得到的DSBDSB信号的上、下边带之间的间隔很信号的上、下边带之间的间隔很窄窄,这就要求单边带滤波器在这就要求单边带滤波器在 附近具有陡峭附近具有陡峭的截止特性的截止特性,才能有效地抑制无用的另一个边才能有效地抑制无用的另一个边带。这就使滤波器的设计和制作很困难带。这就使滤波器的设计和制作很困难,有时有时甚至难以实现。为此甚至难以实现。为此,在工程中往往采用在工程中往往采用多级多级调制滤波调制滤波的方法。的方法。第5页，共26页，编辑于2022年，星期三 第6页，共26页，编辑于2022年，星期三希尔伯特变换希尔伯特变换：上式中上式中 可以看作是可以看作是 相移相移 ,而幅度大小保持不变的结而幅度大小保持不变的结果。把这一相移过程称为希尔伯特变换果。把这一相移过程称为希尔伯特变换,记为记为 “”“”。则有则有 上式可以改写为上式可以改写为 第8页，共26页，编辑于2022年，星期三 上上述述关关系系虽虽然然是是在在单单频频调调制制下下得得到到的的，但但是是它它不不失失一一般般性性,因因为为任任意意一一个个基基带带波波形形总总可可以以表表示示成成许许多多正正弦弦信信号号之之和和。因因此此,把把上上述述表表述述方方法法运运用用到到任任一一调制基带信号调制基带信号,可用可用n n个余弦信号之和来表示个余弦信号之和来表示,即即 就就可可以以得得到到调调制制信信号号为为任任意意信信号号的的SSBSSB信信号号的的时时域表示式域表示式:式中式中,“”号表示上边带号表示上边带,“”号表示下边带。号表示下边带。第9页，共26页，编辑于2022年，星期三相移法实现单边带信号的原理框图如下：相移法实现单边带信号的原理框图如下：第10页，共26页，编辑于2022年，星期三单边带调制方式的优点：单边带调制方式的优点：节省载波发射功率节省载波发射功率,同时频带利用率也高同时频带利用率也高,它它所占用的频带宽度仅是双边带的一半所占用的频带宽度仅是双边带的一半,和基带和基带信号的频带宽度相同。信号的频带宽度相同。单边带信号的解调和双边带一样单边带信号的解调和双边带一样,不能采用不能采用简单的包络检波简单的包络检波,因为它的包络不能直接反映因为它的包络不能直接反映调制信号的变化调制信号的变化,所以仍然需要采用相干解调。所以仍然需要采用相干解调。3.1.4 3.1.4 残留边带调幅残留边带调幅(VSB)(VSB)当调制信号当调制信号 的频谱具有丰富的低频分量的频谱具有丰富的低频分量时时,如电视和电报信号如电视和电报信号,已调信号频谱中的上、已调信号频谱中的上、下边带就很难分离下边带就很难分离,这时用单边带就不能很好这时用单边带就不能很好第11页，共26页，编辑于2022年，星期三 解决问题。那么解决问题。那么,残留边带就是解决这种问题一个折残留边带就是解决这种问题一个折衷的办法衷的办法,它是介于它是介于SSBSSB和和DSBDSB之间的一种调制方法之间的一种调制方法,既既克服了克服了DSBDSB信号占用频带宽的缺点信号占用频带宽的缺点,又解决了又解决了SSBSSB实实现上的难题。在现上的难题。在VSBVSB中中,不是对一个边带完全抑制不是对一个边带完全抑制,而是使它逐渐截止而是使它逐渐截止,使其残留一小部分。使其残留一小部分。第12页，共26页，编辑于2022年，星期三滤波法滤波法实现残留边带调制的原理如下：实现残留边带调制的原理如下：不过，这时图中滤波器的特性应按残留边带不过，这时图中滤波器的特性应按残留边带调制的要求来进行设计，而不再要求十分陡峭调制的要求来进行设计，而不再要求十分陡峭的截止特性，因而它比单边带滤波器容易实现。的截止特性，因而它比单边带滤波器容易实现。第13页，共26页，编辑于2022年，星期三 上式中残留边带滤波器传输特性上式中残留边带滤波器传输特性H H()应满应满足的条件足的条件,在在c c附近具有滚降特性附近具有滚降特性,在在 处处必须具有互补对称必须具有互补对称(奇对称奇对称)特性特性,在边带范围内在边带范围内其他各处的传输特性应当是平坦的。其他各处的传输特性应当是平坦的。第14页，共26页，编辑于2022年，星期三VSB信号解调器方框图信号解调器方框图 图中图中因为因为根据频域卷积定理可知，乘积根据频域卷积定理可知，乘积sp(t)对应的频谱为对应的频谱为第15页，共26页，编辑于2022年，星期三将将代入代入得到得到 式中式中M(+2 c)及及M(-2 c)是搬移到是搬移到+2 c和和-2 c处的频谱处的频谱,它们可以由解调器中的低通滤波器滤除。于是，它们可以由解调器中的低通滤波器滤除。于是，低通滤波器的输出频谱为低通滤波器的输出频谱为第16页，共26页，编辑于2022年，星期三 由于边带信号频谱具有偶对称性由于边带信号频谱具有偶对称性,因此因此,VSB,VSB中的互补对称性就意味着将中的互补对称性就意味着将H HVSBVSB()分别移动分别移动-c c和和c c就可以到如图所示就可以到如图所示H HVSBVSB(+c c)和和H HVSBVSB(-c c),),将两者叠加将两者叠加,即即 第17页，共26页，编辑于2022年，星期三n5.1.6相干解调与包络检波相干解调与包络检波u相干解调相干解调p相干解调器的一般模型相干解调器的一般模型 p相干解调器原理：为了无失真地恢复原基带信相干解调器原理：为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与号，接收端必须提供一个与接收的已调载波接收的已调载波严严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载格同步（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），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波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。信号。第18页，共26页，编辑于2022年，星期三u包络检波包络检波适用条件：适用条件：AM信号，且要求信号，且要求|m(t)|max A0，包络检波器结构包络检波器结构:通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。例通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。例如如性能分析性能分析设输入信号是设输入信号是 选择选择RC满足如下关系满足如下关系 式中式中fH 调制信号的最高频率调制信号的最高频率 在大信号检波时（一般大于在大信号检波时（一般大于0.5 V），二极管处），二极管处于受控的开关状态，检波器的输出为于受控的开关状态，检波器的输出为隔去直流后即可得到原信号隔去直流后即可得到原信号m(t)。第19页，共26页，编辑于2022年，星期三3.1.5 3.1.5 模拟线性调制的一般模型模拟线性调制的一般模型1.1.模拟线性调制信号产生的一般模型模拟线性调制信号产生的一般模型 设设调调制制信信号号x x(t t)的的频频谱谱为为X X(),),冲冲激激响响应应h h(t t)的的滤滤波波器器特特性性为为H H(),),则则其其输输出出已已调调信信号号的时域和频域表示式为的时域和频域表示式为 第20页，共26页，编辑于2022年，星期三第21页，共26页，编辑于2022年，星期三 将上式展开将上式展开,就可得到另一种形式的时域表就可得到另一种形式的时域表示式示式,即即 第一项是载波为第一项是载波为 的双边带调制信号的双边带调制信号,与参考载波同相与参考载波同相,称为称为同相分量同相分量,第二项是以第二项是以 为载波的双边带调制为载波的双边带调制,与参考载波与参考载波 正交正交,称为称为正交分量正交分量。式中式中 S SI I(t t)和和S SQ Q(t t)分别称为分别称为同相分量幅度同相分量幅度和和正交正交分量幅度分量幅度。第22页，共26页，编辑于2022年，星期三相应的频域表示式为相应的频域表示式为 于是于是,模拟线性调制的模型可换成另一种形模拟线性调制的模型可换成另一种形式式,即模拟线性调制即模拟线性调制相移法相移法的一般模型的一般模型,这个模这个模型适用于所有线性调制。型适用于所有线性调制。第23页，共26页，编辑于2022年，星期三2.2.模拟线性调制相干解调的一般模型模拟线性调制相干解调的一般模型 解调：是调制的反过程，它是将已调信号解调：是调制的反过程，它是将已调信号的频谱中位于载频的信号频谱再搬回到低频上的频谱中位于载频的信号频谱再搬回到低频上来。解调可分为来。解调可分为非相干解调非相干解调和和相干解调相干解调。(1)(1)非相干解调：包络检波器非相干解调：包络检波器(AM(AM调制调制)包络检波器被认为是最简单的非线性电路包络检波器被认为是最简单的非线性电路,它可以只包括一个二极管和一个电容器。理想它可以只包括一个二极管和一个电容器。理想情况下情况下,其输出就等于输入信号的包络。其输出就等于输入信号的包络。第24页，共26页，编辑于2022年，星期三(2)(2)相干相干(同步同步)解调解调 为了不失真地恢复出原始信号，要求相干为了不失真地恢复出原始信号，要求相干解调的本地载波和发送载波必须相干或者同步。解调的本地载波和发送载波必须相干或者同步。相干解调的输入信号应是调制器的输出信相干解调的输入信号应是调制器的输出信号号,这时相干解调的输入信号为这时相干解调的输入信号为 第25页，共26页，编辑于2022年，星期三 与同频同相的本地载波相乘后与同频同相的本地载波相乘后,得得经低通滤波器经低通滤波器(LPF)(LPF)后后,作业作业 3-10 3-12 3-10 3-12 第26页，共26页，编辑于2022年，星期三