第02章-模拟调制系统74843.ppt
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1、1现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)现代通信原理现代通信原理(第(第2版)版)2现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)第第2 2章章 模拟调制系统模拟调制系统3现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)本章学本章学习要求要求:了解:了解:调制的功能与分制的功能与分类掌握:常掌握:常规双双边带调制制(AM)(AM)信号的信号的时域表示域表示 掌握:掌握:频域表示域表示 功率和效率功率和效率 掌握:掌握:AMAM的的调制与解制与解调 了解:抑制了解:抑制载波双波双边带调制信号制信号 了解:了解:单边带调制(制(SSBSSB)和残留)和残留边带调制(制(VSBVSB)了解:非了解:非线性
2、性调制系制系统了解:窄了解:窄带频率率调制制NBFM NBFM 宽带调频WBFM WBFM 了解:窄了解:窄带调相相NBPM NBPM 宽带调相相WBPM WBPM 了解:模了解:模拟调制系制系统的抗噪声性能的抗噪声性能 了解:了解:线性性调制系制系统的抗噪声性能的抗噪声性能了解:非了解:非线性性调制系制系统的抗噪声性能的抗噪声性能4现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)2.1 调制的功能及分类调制的功能及分类 2.1.1 调制的功能调制的功能 对消息信号消息信号进行行频谱搬移,使之适合信道搬移,使之适合信道传输的要求;的要求;把把基基带信信号号调制制到到较高高的的频率率(一一般般调制制到
3、到几几百百kHzkHz到到几几百百MHzMHz甚甚至至更更高高的的频率率),使天,使天线容易容易辐射;射;便便于于频率率分分配配:为使使无无线电台台发出出的的信信号号互互不不干干扰,每每个个发射射台台都都被被分分配配给不同的不同的频率;率;有有利利于于实现信信道道多多路路复复用用,提提高高系系统的的传输有有效效性性 InternetInternet技技术的广泛的广泛应用;用;可以减小噪声和干可以减小噪声和干扰的影响,提高系的影响,提高系统的的传输可靠性可靠性。5现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)2.1.2 2.1.2 调制的分制的分类2 21 12 21 1 根据根据调制信号分制信号分
4、类 模模拟调制:制:调制信号是模制信号是模拟信号的信号的调制;制;数字数字调制:制:调制信号是数字信号的制信号是数字信号的调制。制。2 21 12 22 2 根据根据载波分波分类 连续载波波调制:以正弦信号作制:以正弦信号作载波的波的调制;制;脉冲脉冲载波波调制:以脉冲序列作制:以脉冲序列作载波的波的调制。制。载波信号是波信号是时间间隔均匀的矩形隔均匀的矩形脉冲。脉冲。2 21 12 23 3 根据根据调制器的功能分制器的功能分类 幅度幅度调制一一制一一调制信号改制信号改变载波信号的振幅参数,即利用的幅度波信号的振幅参数,即利用的幅度变化来化来传送送的信息。如的信息。如调幅幅(AM)(AM)、
5、脉冲振幅、脉冲振幅调制制(PAM)(PAM)和振幅和振幅键控控(ASK)(ASK)等。等。频率率调制一一制一一调制信号改制信号改变载波信号的波信号的频率参数,即利用的率参数,即利用的频率率变化来化来传送送的信息。如的信息。如调频(FM)(FM)、脉冲、脉冲频率率调制制(PFM)(PFM)和和频率率键控控(FSK)(FSK)等。等。相位相位调制一一制一一调制信号改制信号改变载波信号的相位参数,即利用的相位波信号的相位参数,即利用的相位变化来化来传送送的信息。如的信息。如调相相(PM)(PM)、脉冲位置、脉冲位置调制制(PPM)(PPM)、相位、相位键控控(PSK)(PSK)等。等。6现代通信原理
6、(第现代通信原理(第2版)版)2 21 12 24 4 根据根据调制前后信号的制前后信号的频谱结构关系分构关系分类 线性性调制制一一一一输出出已已调信信号号的的频谱和和调制制信信号号的的频谱之之间呈呈线性性关关系,如系,如(AM)(AM)、双、双边带调制制(DSB)(DSB)、单边带调制制(SSB)(SSB)等。等。非非线性性调制一一制一一输出已出已调信号的信号的频谱和和调制信号的制信号的频谱之之间没有没有线性性对应关系,即已关系,即已调信号的信号的频谱中含有与中含有与调制信号制信号频谱无无线性性对应关系的关系的频谱成分,如成分,如FMFM、FSKFSK等。等。7现代通信原理(第现代通信原理(
7、第2版)版)2.2 2.2 线性调制系统线性调制系统 2 22 21 1 常常规双双边带调制系制系统 2 22 21 11 1 常常规双双边带调制制(AM)(AM)信号的信号的时域表示域表示 下下图表示了常表示了常规双双边带信号的信号的调制制过程。其中,程。其中,(a)(a)为基基带调制信号,本制信号,本图中它是一个低中它是一个低频余弦信号,初相余弦信号,初相为0 0;(b)(b)为等幅的高等幅的高频载波信号;波信号;(c)(c)则是是调制信号叠加了一个直流分量制信号叠加了一个直流分量A A后的后的输出;出;(d)(d)就是就是输出的出的调制信号。制信号。8现代通信原理(第现代通信原理(第2版
8、)版)2.2.1.2 2.2.1.2 常常规双双边带调制信号的制信号的频域表示域表示 常常规双双边带调制信号的制信号的频谱就是将就是将调制信号的制信号的频谱减小一半后分减小一半后分别搬移到以搬移到以为中心中心处,且在,且在处还各有一个各有一个强度度为的冲的冲击分量,如分量,如图所示。所示。9现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)2.2.1.3 2.2.1.3 常规双边带调制信号的功率和效率常规双边带调制信号的功率和效率 1.通常将调制信号的功率用该信号在1欧姆电阻上所产生的平均功率来表示,它等于该信号的方均值,即对时域表达式先平方然后再求平均值。故双边带调制信号的功率为:2.一般情况下,可
9、认为是均值为0的信号,且与载波的二倍频信号及直流分量A之间两两彼此独立。由于 ,求得双边带调制信号的功率为:式中第一项与信号无关,称作无用功率,第二项是需要的信号功率。3.一般定义信号功率与调制信号的总功率之比为调制效率:10现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)2 22 21 14 AM4 AM的的调制与解制与解调 根据双边带调制信号的时域表达式 ,可以画出其调制电路框图如图所示。11现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)解调通常有两种方式:直接采用包络检波法-用非线性器件和滤波器分离提取出调制信号的包络,获得所需的信息,也称之为信号的非相干检波,其原理框图如图(a)所示。相干解调-
10、通过相乘器将收到的信号与接收机产生的、与调制信号中的载波同频同相的本地载波信号相乘,然后再经过低通滤波,即可恢复出原来的调制信号,如图(b)所示。12现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)2.2.2 2.2.2 抑制抑制载波的双波的双边带调制制(DSB)(DSB)2.2.2.1 2.2.2.1 抑制抑制载波双波双边带调制信号制信号1.1.常常规双双边带调制的最大缺点就是制的最大缺点就是调制效率低,其功率中的大部分制效率低,其功率中的大部分都消耗在本身并不携都消耗在本身并不携带有用信息的直流分量上,如果将有用信息的直流分量上,如果将这个直流成个直流成分完全取消,分完全取消,则效率可以提高到效
11、率可以提高到100%100%,这种种调制方式就是抑制制方式就是抑制载波波双双边带调制,制,简称称DSBDSB。其已。其已调信号的信号的时域表达式域表达式为:就是信号就是信号 当当A=0A=0时的一个特例,其的一个特例,其输出波形及出波形及产生生过程如程如图所示。所示。13现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)2.2.根据抑制根据抑制载波双波双边带调制信号的制信号的时域表达式域表达式 ,可画出其可画出其调制制电路框路框图如如图所示。所示。3.3.由于由于 信号的包信号的包络不再具有不再具有调制信号的形状,它只能使用相制信号的形状,它只能使用相干解干解调方式,才能恢复出原来的方式,才能恢复出原
12、来的调制信号制信号 ,如,如图所示。所示。14现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)2.2.3.1 2.2.3.1 单边带调制制 1.1.仅利用一个利用一个边带传输信息的信息的调制方式就是制方式就是单边带调制,制,简称称SSBSSB,其已其已调信号信号记作作 。如。如图所示,所示,(a)(a)图为上上边带调制信号制信号 ,(b)(b)图则为下下边带调制信号制信号 。2.2.3 单边带调制(SSB)和残留边带调制(VSB)15现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)2.2.单边带信号的信号的调制有制有滤波法、移相法以及移相波法、移相法以及移相滤波法三种方式,波法三种方式,但移相但移相滤波法
13、由于通信波法由于通信质量量较差,已很少采用。差,已很少采用。滤波波法法首首先先对调制制信信号号进行行抑抑制制载波波的的双双边带调制制,然然后后再再通通过滤波器从中波器从中滤出所需要的上(或下)出所需要的上(或下)边带信号,其框信号,其框图如如图所示。所示。其中,当其中,当滤波器的波器的选通通频带为 时,输出上出上边带信号;当通信号;当通带为 时,输出下出下边带 信号。信号。3.3.单边带调制信号通常都采用相干解制信号通常都采用相干解调法完成解法完成解调,其框,其框图如如图所所示。示。16现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)2.2.3.2 2.2.3.2 残留残留边带调制(制(VSBVSB
14、)1 1、残留、残留边带调制制简记为VSBVSB。它不象。它不象单边带那那样对不不传送的送的带进行行完全抑制,而是使它逐完全抑制,而是使它逐渐截止,截止,这样就会使需要被抑制的就会使需要被抑制的边带信信号在已号在已调信号中保留了一小部分,其信号中保留了一小部分,其频谱如如图所示。所示。17现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)2、残残留留边带信信号号的的解解调也也采采用用相相干干解解调法法,但但必必须保保证滤波波器器的的截截止止特特性性将将使使传输边带在在载频附附近近被被抑抑制制的的部部分分由由抑抑制制边带的的残残留留部部分分进行行精精确确补偿,即即其其滤波波器器的的传递函函数数必必须具具
15、有有互互补对称称特特性,接收端才能不失真地恢复原始性,接收端才能不失真地恢复原始调制信号。制信号。3、残残留留边带调制制在在低低频信信号号的的调制制过程程中中,由由于于滤波波器器制制作作比比单边带容容易易,且且频带利利用用率率也也比比较高高,是是含含有有大大量量低低频成成分分信信号号的的首首选调制方式。制方式。18现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)23 非线性调制系统非线性调制系统2 23 31 1 一般概念一般概念 1 1、调制制利用高利用高频载波的三个参数(幅度、波的三个参数(幅度、频率、率、相位)之一携相位)之一携带调制信号的信息。制信号的信息。2 2、线性性调制制使使载波的波的
16、幅度幅度随随调制信号制信号发生生线性性变化。化。3 3、非非线性性调制制载波的瞬波的瞬时频率率或或相位相位随随调制信号制信号线性性变化,即化,即控制控制载波的瞬波的瞬时频率或相位率或相位变化,其化,其变化化 的周期由的的周期由的频率决定,率决定,而幅度而幅度则保持不保持不变的的调制。制。根据控制的是根据控制的是载波的角波的角频率率还是相位:是相位:频率率调制制(Frequency Modulation)(Frequency Modulation)简称称调频,记为FMFM;相位相位调制(制(Phase ModulationPhase Modulation),),简称称调相,相,记为PMPM。19
17、现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)232 频率调制频率调制(FM)1、依据瞬时相位偏移是否远小于0.5或 ,可划分为:窄带调频(NBFM)宽带调频(WBFM)依据的数学表示式为:或0.5,调频为窄带调频;否则为宽带调频。2.3.2.1 2.3.2.1 窄带频率调制窄带频率调制NBFMNBFM1、时域表达式为:2、窄带调频信号的频谱为:xcvxcvxc20现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)a a)、()、(b b)、()、(c c)分)分别为调制信号制信号 、常、常规双双边带调制信号制信号 和窄和窄带调频信号信号 的的频谱。单频调制时的常规调幅和窄带调频信号频谱 21现代通信原理
18、(第现代通信原理(第2版)版)2.3.2.2 宽带调频宽带调频WBFM1、单频信号调制下的宽带调频信号其中 称为第一类n阶贝塞尔函数。2、单频调制时宽带调频信号的频谱为:3、由于调频信号只改变载波的频率疏密程度,而不改变其幅度,故调频前后信号的总功率不变,只是由调频前的信号功率全部分在载波上改为调频后分配在载频和各次边频分量上。22现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)4、产生生调频信号信号(1)(1)直接调频法直接调频法用调制信号直接控制高频振荡器的元件参数用调制信号直接控制高频振荡器的元件参数(一般都是电感或一般都是电感或者电容者电容),使其振荡频率随着而变化。,使其振荡频率随着而变化
19、。最常用的变容二极管调频电路,就是利用变容二极管的容量最常用的变容二极管调频电路,就是利用变容二极管的容量随外加电压变化而改变的特性来改变输出振荡频率的。随外加电压变化而改变的特性来改变输出振荡频率的。(2)(2)间间接调频法接调频法间接调频则是通过调相电路来产生调频信号的。间接调频则是通过调相电路来产生调频信号的。5、调频信号的解信号的解调可以采用相干解可以采用相干解调和非相干解和非相干解调。23现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)(1)最最简单的非相干解的非相干解调就是就是鉴频(2)相干解相干解调方式方式 24现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)233 相位调制相位调制(PM)
20、调相有宽带调相和窄带调相之分。它的划分依据是:当时,为窄带调相.2 23 33 31 1 窄窄带调相相NBPMNBPM1、窄带调相的表达式为:2、窄带调相的频谱为:25现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)2 23 33 32 2 宽带调相宽带调相WBPMWBPM1、单频调相信号的另一种表示形式相信号的另一种表示形式为:2、单频调制制时宽带调相信号的相信号的频谱为:26现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)各种系统比较各种系统比较 调频系系统的性能的性能优于于调相系相系统。故一般模。故一般模拟调制中都采用制中都采用调频而而非非调相,只是把相,只是把调相相电路作路作为产生生调频信号的一种
21、方法。信号的一种方法。调频制主要用于制主要用于调频广播、广播、电视、通信及遥控遥、通信及遥控遥测等等设备中。相中。相位位调制主要用于数字通信系制主要用于数字通信系统和和产生生间接接调频。和和调幅制相比,角度幅制相比,角度调制的主要制的主要优点是抗干点是抗干扰性能性能强,传输的的带 宽越大,抗干越大,抗干扰的性能就越的性能就越强。缺点是占用。缺点是占用频带宽(指(指宽带FM),),设备比比AM系系统复复杂。27现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)24 模拟调制系统的抗噪声性能模拟调制系统的抗噪声性能模模拟调制被分制被分为线性性调制和非制和非线性性调制制。2 24 41 1 线性性调制系制系
22、统的抗噪声性能的抗噪声性能一、一、线性性调制系制系统相干解相干解调框框图 以系以系统经相干解相干解调后的后的输出信噪比来衡量其抗噪能力。出信噪比来衡量其抗噪能力。二、二、所有所有线性性调制信号都可用下式制信号都可用下式统一表达一表达为:28现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)1 1、抑制、抑制载波的双波的双边带调制信号制信号2 2、单边带调制信号制信号 3 3、残留、残留边带调制信号制信号 29现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)2 24 42 2 非线性调制系统的抗噪声性能非线性调制系统的抗噪声性能 对于非于非线性系性系统的抗噪声性能分析,主要分析的抗噪声性能分析,主要分析调频信
23、号采用非相干信号采用非相干解解调时的性能。的性能。1 1、非相干解、非相干解调的的输入信噪比入信噪比为:2 2、相、相应的的输出信噪比出信噪比为:分分别为调制制信信号号的的最最高高频率率、方方均均值和和最最大大幅度幅度值的平方。的平方。30现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)3、当当调制信号制信号为单频信号信号时,相,相应的的输出信噪比出信噪比为:调频系系统的解的解调输出信噪比出信噪比较高,其高,其输出信噪比和出信噪比和输入信噪比之比入信噪比之比和和调频指数指数 的立方近似成比例。的立方近似成比例。31现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)243 小小结结 1 1、通常按照、通常按照
24、调制前、后信号制前、后信号频谱之之间是否存在是否存在线性关系来将模性关系来将模拟调制分制分为线性性调制和非制和非线性性调制两大制两大类。线性性调制制常常规双双边带调制制AMAM、抑制、抑制载波的双波的双边带调制制DSBDSB、单边带调制制SSBSSB和残留和残留边带调制制VSBVSB;非非线性性调制制频率率调制和相位制和相位调制。制。2 2、优缺点:缺点:线性性调制系制系统频带利用率利用率较高,但抗干高,但抗干扰能力能力较差;差;非非线性系性系统则正好与此相反。正好与此相反。3 3、从抗噪声能力的角度出、从抗噪声能力的角度出发:调频系系统性能最好,性能最好,单边带系系统和抑制和抑制载波的双波的
25、双边带系系统次之,次之,常常规双双边带调制信号由于制信号由于绝大部分功率都分配在大部分功率都分配在载波功率上,其抗波功率上,其抗声性能最差。声性能最差。调频系系统的的调频指数越大,其抗噪声性能越好,但指数越大,其抗噪声性能越好,但传输信号所需信号所需的的带宽也越也越宽,常用于高,常用于高质量要求的量要求的远距离通信系距离通信系统如微波接力、如微波接力、卫星通信系星通信系统以及以及调频广播系广播系统中。中。32现代通信原理(第现代通信原理(第2版)版)习题二习题二一填空一填空1 1模模拟信信号号基基带传输以以(基基带)的的形形式式在在通通信信线路路上上直直接接传输,如如公公共共交交换电话网网PS
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- 02 模拟 调制 系统 74843
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