幅调制的原理.pptx

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1、1调制信号指来自信源的基带信号（低频）载波未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波（高频）调制用调制信号去控制载波信号的某个参数，使参数随调制信号的变化而变化,把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。已调信号载波受调制后称为已调信号,调制信号和载波的合成信号(高频）解调（检波）调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。基本概念5.0 基本概念 第1页/共87页2提高无线通信时的天线辐射效率。把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。调制的目的5.0

2、 基本概念 第2页/共87页3调制器 调制模型调制信号载波已调信号5.0 基本概念 第3页/共87页4根据调制信号、载波类型、载波参数变化的不同进行分类。连续波调制脉冲调制模拟连续波调制（简称模拟调制）数字连续波调制（简称数字调制）数字脉冲调制模拟脉冲调制角度调制幅度调制AMDSB-SCSSBVSBFMPM 调制的分类 正弦波的瞬时角频率或相位随输入信号的变化而变化,包括频率调制、相位调制幅度调制：正弦波的幅度随输入信号的变化而变化,包括调幅、双边带、单边带和残留边带;5.0 基本概念 第4页/共87页5线性调制非线性调制幅度调制频率调制相位调制5.0 基本概念 第5页/共87页6振幅调制5.

3、0 基本概念 第6页/共87页7频率调制5.0 基本概念 第7页/共87页8相位调制5.0 基本概念 第8页/共87页9频频谱谱移移动动及及带带通通性性质质AMPMFM5.0 基本概念 第9页/共87页105.0 基本概念 5.1 幅度调制的原理 5.3 非线性调制的原理5.5 各种模拟系统的比较 5.6 频分复用（FDM）5.2 线性调制系统的抗噪性能5.4 调频系统的抗噪性能第五章 模拟调制系统 第10页/共87页11正弦型载波为 式中，A 载波幅度；c 载波角频率；0 载波初始相位（以后假定0 0）。则根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示成 式中，m(t)基带调制信号。调幅定

4、义：载波的振幅随调制信号的变化而变化适当选择带通滤波器的特性，便可以得到各种幅度调制信号。5.1 幅度调制（线性调制）的原理第11页/共87页12设调制信号m(t)的频谱为M()，则已调信号的频谱为:已调信号的频谱是基带信号频谱在频域内的简单搬移(精确到常数因子)。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制又称为线性调制。注意：这里的“线性”并不意味着已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。M()0(a)输入信号频谱密度Sm()c-c0(b)输出信号频谱密度5.1 幅度调制（线性调制）的原理第12页/共87页132 信号表达式 m(t)调制信号，均值为0；A0 常数，表示叠加的直流分量。1 调制器模

5、型 信号：普通调幅波第13页/共87页143 信号波形包络由波形可以看出，当满足条件|m(t)|max A0时，其包络与调制信号波形相同，因此用包络检波法很容易恢复出原始调制信号。过调幅 信号：普通调幅波第14页/共87页15过调幅失真用其他的解调方法，如同步检波。包络包络检波将发生失真 信号：普通调幅波第15页/共87页16包络检波低通滤波隔直（1）包络检波（二极管单向导通性）（2）低通滤波（除去高频成分）（3）隔断直流（恢复基带波形）4 解调方法 非相干解调：包络检波法 信号：普通调幅波第16页/共87页174 解调方法 相干解调：同步检波法严格同步的本地载波 信号：普通调幅波sAM(t)

6、sp(t)sd(t)第17页/共87页185 频谱：若m(t)为确知信号，则AM信号的频谱为因为且 若m(t)为随机信号，则已调信号的频域表示式必须用功率谱描述。信号：普通调幅波第18页/共87页19上边带下边带AM 频谱示意图SAM(t)的频谱是 m(t)的频谱在频域内的线性搬移称之为线性调制下边带上边带载频分量载频分量 信号：普通调幅波第19页/共87页206 AM信号的特性带宽带宽：它是：它是带有载波分量带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信号的双边带信号，带宽是基带信号带宽带宽 fH 的两倍：的两倍：功率功率：当当m(t)为确知信号时，为确知信号时，载波功率边带功率 信号：普通调幅波第

7、20页/共87页21 调制效率 AM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。只有边带功率才与调制信号有关，载波分量并不携带信息。有用功率（用于传输有用信息的边带功率）占信号总功率的比例称为调制效率：信号：普通调幅波第21页/共87页22当m(t)=Am cos mt(单音余弦信号），时 当“满调幅”时，|m(t)|max=A0时，调制效率最高 max 1/3AM信号的功率利用率很低。应用：中短波段AM广播。信号：普通调幅波调幅指数:第22页/共87页23 信号：普通调幅波 【例5.1】已知一AM广播电台输出功率为50KW，采用单频余弦信号进行调制，调幅指数为0.707，计算调制效率和载波功率

8、。第23页/共87页24 双边带调制原理:在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果在AM调制模型中将直流去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式抑制载波双边带调制，简称双边带调制(DSB)1 信号表达式:无直流分量A0双边带调制（DSB）2 频谱：无载频分量 3 信号带宽第24页/共87页25DSB 信号表达式波形：DSB 频谱结构频谱图：下边带上边带包络双边带调制（DSB）第25页/共87页264 解调方法 相干解调：同步检波法双边带调制（DSB）第26页/共87页27sDSB(t)sp(t)sd(t)严格同步的本地载波双边带调制（DSB）第27页/共87页28乘积调制器-

9、90o移相器乘积调制器消息信号f1(t)消息信号f2(t)复合信号s(t)乘积调制器低通滤波器-90o移相器乘积调制器低通滤波器复合信号s(t)(a)发射机(b)接收机【例5.2】P128页习题5-6双边带调制（DSB）第28页/共87页29解：相加器输出波形为：接收端采用的是相干解调，所以可确定:对上支路有：经低通滤波后为：1/2f1(t)对下支路有：经低通滤波后为：1/2f2(t)双边带调制（DSB）第29页/共87页304 调制效率 DSB信号的总功率只包括边带功率，不含有载波功率，所以DSB信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信息传输。5 优点 功率利用率较高（与AM相比）,节省

10、了载波功率6 缺点 不能用包络检波，需用相干解调，较复杂。但频带与AM信号同，是调制信号带宽的2倍。7 应用 FM立体声中的差信号调制，彩色TV系统中的色差信号调制，以及正交调制等。双边带调制（DSB）第30页/共87页31信号：单边带信号 原理：因为DSB上、下边带都包含了M()的所有频谱成分，因此传一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为单边带调制。产生SSB信号的方法有两种：滤波法和相移法。第31页/共87页32 SSB信号的频谱单边带滤波器的传输函数若具有如下理想低通特性，则可滤除上边带。若具有如下理想高通特性，则可滤除下边带。1、滤波法原理 用边带滤波器，

11、滤除不要的边带:信号：单边带信号第32页/共87页33信号：单边带信号第33页/共87页34上边带频谱图上边带要求下边带要求下边带频谱图第34页/共87页35滤波法的技术难点滤波特性很难做到具有陡峭的截止特性，实际滤波器从通带到阻带总有一个过渡带，允许的过渡带为最低频率2倍。例如，若经过滤波后的话音信号的最低频率为300Hz，则上下边带之间的频率间隔为600Hz，即允许过渡带为600Hz。信号：单边带信号第35页/共87页36 滤波器实现的难易与过渡带相对于载频的归一化值有关，过渡带的归一化值越小，分割上、下边带的滤波器就越容易实现。载频归一化值：调制信号的最低频率的2倍（过渡带）与载频之比。

12、在600Hz过渡带和不太高的载频情况下，滤波器不难实现；但当载频较高时，采用一级调制直接滤波的方法已不可能实现单边带调制。可以采用多级（一般采用两级）DSB调制及边带滤波的方法，即先在较低的载频上进行DSB调制，目的是增大过渡带的归一化值，以利于滤波器的制作。再在要求的载频上进行第二次调制。信号：单边带信号第36页/共87页37 【例5.3】某单边带调制信号要求载频为10MHz,调制信号频带为3003400Hz，讨论其调制实现方式。（1）若采用一级调制方案，由于调制信号的最低频率为300Hz，因为过渡带相对于载频的归一化值为610-5，单边带滤波器无法实现。（2）若采用两级调制方案，第一次调制

13、的载频为100KHz，经单边带滤波后再作第二次调制和滤波。信号：单边带信号第37页/共87页38允许过渡带为600Hz允许过渡带为200.6 kHzfc1-300fc2-100.3fc1+300fc2+100.3第38页/共87页39 对于滤波器HSSB1()的过渡带相对于载频fc1的归一化值为610-3，对于滤波器HSSB2()的过渡带相对于载频fc2的归一化值为2.00610-2。这样子就容易实现了 当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就不适用了。因为直流成分低频分量必须用过渡带为0的理想滤波器才能将上下边带分割开来，这是不可能的。信号：单边带信号第39页/共87页40若 ，则有：2、希

14、尔伯特变换时域表达式 表明其希氏变换的频谱等于该信号频谱的负频域全部频率成分相移/2，而正频域全部频率成分相移-/2。信号：单边带信号第40页/共87页41f(t)cosctsinctsinct-cosctm(t)cosct m(t)sinct m(t)sinct-m(t)cosct常用希尔伯特变换信号：单边带信号第41页/共87页42引入：希氏滤波器,其传递函数为 物理意义：m(t)通过传递函数为-jsgn的滤波器即可得到其希尔伯特变换-jsgn 是希尔伯特滤波器传递函数 表明：希尔伯特滤波器实质上是一个宽带相移网络，对m(t)中的任意频率分量相移/2，即可得到其希尔伯特变换。信号：单边带信

15、号第42页/共87页433、相移法和SSB信号的时域表示 原理：利用相移网络，使DSB信号的上下边带的相位符号相反，比便在合成过程中消除一个边带SSB信号的时域表示式设单频调制信号：载波：DSB信号的时域表示式为信号：单边带信号第43页/共87页44若保留上边带，则有若保留下边带，则有将两式合并：式中，式中，“”表示上边带信号，表示上边带信号，“+”表示下边带信号。表示下边带信号。两式仅正负号不同两式仅正负号不同信号：单边带信号第44页/共87页45 把上式推广到一般情况,调制信号为任意信号时SSB信号的时域表示，则得到 式中的Amsinmt是Amcosmt的希尔伯特变换信号：单边带信号第45

16、页/共87页46相移法SSB调制器方框图信号：单边带信号相移法H变换-p/2第46页/共87页47 若M()是m(t)的傅里叶变换，则 物理意义：m(t)通过传递函数为-jsgn的滤波器即可得到其希尔伯特变换 信号：单边带信号第47页/共87页48从频域观点来看：信号：单边带信号第48页/共87页49相移法SSB调制器方框图 优点：不需要滤波器具有陡峭的截止特性。缺点：宽带相移网络难用硬件实现,要实现所有的频率分量均精确相移/2,尤其是低频是非常困难的，常采用维弗(Weaver)。信号：单边带信号相移法H变换-p/2第49页/共87页504、SSB信号的解调 相干解调：SSB信号的解调和DSB

17、一样，不能采用简单的包络检波，因为SSB信号也是抑制载波的已调信号，它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以仍需采用相干解调。信号：单边带信号第50页/共87页51信号：单边带信号sSSB(t)sp(t)sd(t)第51页/共87页525、SSB信号的性能 SSB信号的实现比AM、DSB要复杂，但SSB调制方式在传输信息时，不仅可节省发射功率，而且它所占用的频带宽度比AM、DSB减少了一半。它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。信号带宽信号：单边带信号第52页/共87页536、讨论 （1）SSB最突出的优点是对频谱资源的有效利用，它所需要的传输带宽仅为AM，DSB的一半，因此SSB方式有其

18、适合已经拥挤不堪的高频频谱区。目前SSB是短波通信中的一种重要调制方式。（2）SSB的另外一个优点是由于不传送载波和另外一个边带，所以节省功率。这一结果带来的低功耗特性和设备重量的减轻对移动通信系统尤为重要 （3）SSB带宽的节省是以复杂度的增加为代价的。滤波法的技术难点市陡峭的边带滤波特性难以实现，相移法的技术难点在于宽带相移网络的制作。（4）SSB信号的解调也不能采用简单的包络检波法，采用相干解调法。信号：单边带信号第53页/共87页54 DSB信号占用频带宽 SSB信号低频性能差 残留边带调制（VSB）不完全抑制一个边带（如同SSB中那样）而使被抑制的边带残留一小部分。残留边带（VSB）

19、调制方法可行？残留多少？怎样残留？第54页/共87页55 原理：残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种折中方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现中的困难。在这种调制方式中，不像SSB那样完全抑制DSB信号的一个边带，而是逐渐切割，使其残留一小部分，残留边带（VSB）调制第55页/共87页56 1、调制方法：用滤波法实现残留边带调制的原理与滤波法SSB调制器相同。sVSB(t)2、残留边带信号的频谱残留边带（VSB）调制第56页/共87页57讨论满足要求的思路：(1)H()不仅需易实现，且需保证接收端完整不失真地还原信号。(2)H()与接收方法有关。3、同步解调

20、VSB信号解调器方框图残留边带（VSB）调制sVSB(t)sp(t)sd(t)第57页/共87页58残留边带（VSB）调制sVSB(t)sp(t)sd(t)第58页/共87页59 M(+2c)及M(-2c)是搬移到+2c和-2c处的频谱，它们可以由解调器中的低通滤波器滤除。低通滤波器的输出频谱为残留边带（VSB）调制第59页/共87页60 为了保证相干解调的输出无失真地恢复调制信号m(t)，上式中的传递函数必须满足：H 调制信号的截止角频率。含义：残留边带滤波器的特性H()在c处必须具有互补对称（奇对称）特性,相干解调时才能无失真地从残留边带信号中恢复所需的调制信号。残留边带（VSB）调制第6

21、0页/共87页61DSB信号频谱H()在载频c 处具有互补对称的截止特性，且相对陡峭。VSB 同步解调还原信号 VSB 信号残留边带（VSB）调制第61页/共87页62残留边带滤波器特性的两种形式残留残留“部分上边带部分上边带”的滤波器特性：图的滤波器特性：图(a)(a)残留残留“部分下边带部分下边带”的滤波器特性：图的滤波器特性：图(b)(b)残留边带（VSB）调制第62页/共87页63【讨论】（1）VSB方式既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现上的难题。（2）VSB信号的带宽介于SSB和DSB之间，即fHBVSB2fH；调制效率为100%；（3）VSB比SSB所需求的

22、带宽仅有很小的增加，但却换来了电路实现的简化；（4）VSB在商业电视广播中的电视信号传输中得到了广泛的应用，这是因为电视图像信号的低频分量丰富，且占用06MHz的频带范围，所以不便采用SSB和DSB方式。残留边带（VSB）调制第63页/共87页64【例5.4】:P128 5-4 解:设调幅波为A0+m(t)cosct，其中A0|m(t)|,由于残留边带滤波器在fc处具有互补对称特性，从图中可知载频fc=10kHz，则载波为cos20000t，所以有：残留边带（VSB）调制第64页/共87页65设残留边带信号为SVSB(t)，且SVSB(t)SVSB()则SVSB()=SAM()H()由图有:残

23、留边带（VSB）调制第65页/共87页66残留边带（VSB）调制第66页/共87页67振幅调制小结振幅调制小结AM调制DSB调制SSB调制VSB调制功耗大、带宽宽、解调简单（调幅广播）功耗小带宽宽功耗小、带宽窄，频率整体搬移困难（单边带电台）功耗小、带宽较窄、低频好（电视）第67页/共87页68 1、滤波法模型 输出信号时域表示式为：输出信号频域表示式为：只要适当选择H()，便可以得到各种幅度调制信号。线性调制的一般模型第68页/共87页69单边带调制：H()具有理想高通特性，则保留上边带 若H()有理想低通特性，则保留下边带。双边带调制：H()=1；残留边带调制：线性调制的一般模型第69页/

24、共87页70低通调制模型 AM 信号DSB 信号VSB 信号SSB 信号带通线性调制的一般模型第70页/共87页712、移相法模型 sm(t)可等效为两个互为正交调制分量的合成。频域表达式为：同相分量正交分量线性调制的一般模型第71页/共87页72移相法线性调制的一般模型如下，它适用于所有线性调制。线性调制的一般模型第72页/共87页73可以得到常规调幅边带信号可以得到双边带信号线性调制的一般模型第73页/共87页74可以得到单边带信号希尔伯特滤波器线性调制的一般模型第74页/共87页75输出为残留边带信号 为调制信号m(t)通过正交滤波器传递函数为 后的输出，取“+”号为下边带，取“-”号为

25、上边带信号的波形。正交滤波器 不论哪种线性调制，其已调信号的同相分量幅度SI(t)均正比于调制信号，所以可以无失真地恢复SI(t)。线性调制的一般模型第75页/共87页76线性调制的一般模型第76页/共87页77相干解调与包络检波 解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号（即调制信号）。解调的方法有：n相干解调（同步检波）n非相干解调（包络检波）第77页/共87页781、相干解调（同步检波）相干解调器的一般模型 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接收的已调载波严格同步(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，经低通滤波器

26、取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。实质：频谱搬移，把在载频位置的已调信号的谱搬回到原始基带位置。相干解调与包络检波第78页/共87页79【时域】已调信号的一般表达式为 与同频同相的相干载波c(t)相乘后，得经低通滤波器后，得到 因为sI(t)是m(t)通过一个全通滤波器HI()后的结果，故上式中的sd(t)就是解调输出，即 HI()=1或者1/2相干解调与包络检波第79页/共87页80【频域】已调信号的一般表达式为 与同频同相的相干载波c(t)相乘后频谱为：经低通滤波器后，得到相干解调与包络检波第80页/共87页812、包络检波 适用条件：AM信号，且要求|m(t)|max A0，包络

27、检波器结构：相干解调与包络检波包络检波低通滤波隔直m(t)第81页/共87页823、插入载波的包络检波 因DSB、SSB、VSB均是抑制载波的已调信号，其包络不能直接表示调制信号，因而不能采用简单的包络检波方法解调，但若插入很强的载波，使之成为或近似为AM信号，则可利用包络检波器恢复调制信号。该方法对DSB、SSB和VSB信号均适用，载波分量可在接收端插入，也可以在发送端插入。为了保证检波质量，插入的载波振幅应远大于信号的振幅，同时也要求插入的载波与调制载波同频同相。相干解调与包络检波第82页/共87页83瞬时幅度瞬时相位相干解调与包络检波第83页/共87页84由于插入载波幅度Ad远大于信号幅

28、度，即：包络检波并滤去直流分量相干解调与包络检波第84页/共87页85【讨论】在发送端插入载波与在发送端插入载波与AM等效等效在接收端插入载波，必须在接收端插入载波，必须恢复载波恢复载波，恢复载波的难度，恢复载波的难度与相干解调相当与相干解调相当性能比相干解调差性能比相干解调差：用插入大载波方式增大了同相分：用插入大载波方式增大了同相分量，而正交分量成了解调的量，而正交分量成了解调的“噪声噪声”将相干解调的乘法器，简化为插入载波检波的将相干解调的乘法器，简化为插入载波检波的加法器加法器+包络检波器包络检波器，降低了一定的复杂度，降低了一定的复杂度，相干解调与包络检波第85页/共87页86相干解调与包络检波第86页/共87页87感谢您的观看！第87页/共87页