第五章--模拟调制系统.ppt
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1、第 5 章第5章 模拟调制系统5.1引言引言5.2标准调幅(标准调幅(AM)5.3双边带调幅(双边带调幅(DSB)5.4单边带调幅(单边带调幅(SSB)5.5残留边带调幅(残留边带调幅(VSB)5.6各种幅度调制系统的噪声性能各种幅度调制系统的噪声性能5.7角度调制原理及抗噪性能角度调制原理及抗噪性能5.8频分复用频分复用(FDM)第 5 章5.1 引引 言言由信源产生的的原始信号一般不能在大多数信道内直接传输,因由信源产生的的原始信号一般不能在大多数信道内直接传输,因此需要经过调制将他变换成适于在信道内传输的信号此需要经过调制将他变换成适于在信道内传输的信号.调制的定义调制的定义:把输入信号
2、变换为适合于通过信道传输的波形:把输入信号变换为适合于通过信道传输的波形信源信源调制调制发滤波器发滤波器信道信道收滤波器收滤波器解调解调调制调制信宿信宿n(t)n(t)(Cw w点点-点通信系统点通信系统一、调制的功能一、调制的功能1、频率变换、频率变换:为了采用无线传送方式,如将(:为了采用无线传送方式,如将(0.33.4KHz)有效有效带宽内的语音信号调制到高频段上去。带宽内的语音信号调制到高频段上去。2、实现信道复用、实现信道复用:例如将多路信号互不干扰的安排在同一物理信道:例如将多路信号互不干扰的安排在同一物理信道中传输。中传输。3、提高抗干扰性、提高抗干扰性:抗干扰性(即可靠性)与有
3、效性互相制约,通常:抗干扰性(即可靠性)与有效性互相制约,通常可通过牺牲有效性来提高抗干扰性,如可通过牺牲有效性来提高抗干扰性,如FM替代替代AM。第 5 章二、调制的分类二、调制的分类调制方法可以从以下几个角度进行分类。调制方法可以从以下几个角度进行分类。基带信号基带信号m(t)m(t)调制器调制器Sm(tSm(t)C(t)C(t)载波载波调制器模型调制器模型 1、按信号按信号m(t)的不同分的不同分:模拟调制,特点:模拟调制,特点:m(t)是连续信号。是连续信号。数字调制,特点:数字调制,特点:m(t)是数字信号。是数字信号。2、按载波信号、按载波信号c(t)不同分:不同分:连续波调制,特
4、点:连续波调制,特点:c(t)连续,如连续,如c(t)=cosct;脉冲调制,特点:脉冲调制,特点:c(t)为脉冲,如周期矩形脉冲序列。为脉冲,如周期矩形脉冲序列。3、按调制器功能的功能分:按调制器功能的功能分:幅度调制,特点:用幅度调制,特点:用:m(t)改变改变c(t)的幅度,如的幅度,如AM,DSB,SSB,VSB。频率调制,特点:用频率调制,特点:用:m(t)改变改变c(t)的频率,如的频率,如FM。相位调制,特点:用相位调制,特点:用:m(t)改变改变c(t)的相位,如的相位,如PM。4、按调制器传输函数来分:、按调制器传输函数来分:线性调制,特点:调制前、后的频谱呈线性搬移关系。线
5、性调制,特点:调制前、后的频谱呈线性搬移关系。非线性调制,特点无上述关系,且调制后产生许多新成份。非线性调制,特点无上述关系,且调制后产生许多新成份。第 5 章1、AM信号的时域表达式及波形信号的时域表达式及波形所所谓谓的的标标准准调调幅幅就就是是指指输输入入的的调调制制信信号号除除了了来来自自消消息息的的基基带带信信号号外外,还还包包含含了了直直流流信信号号A,总总的的输输入入信信号号为为A+m(t),h(t)为为理理想想的的带带通通滤滤波波器器,这这样样调调制制后后输输出出信信号号便便既既含含载载波波分分量由含有边带分量的标准调幅信号。量由含有边带分量的标准调幅信号。1)AM调制数学模型调
6、制数学模型2)数学表达式)数学表达式S SAMAM(t)=A+m(t)=A+m(t)cost)cosc ct t式中的第一项代表载波分式中的第一项代表载波分量,第二项代表边带分量量,第二项代表边带分量,,该项为消息信号,该项为消息信号。时域波形时域波形AM信号的波形为幅度随信信号的波形为幅度随信号变化的余弦波形号变化的余弦波形。第 5 章4)、线性调幅的条件)、线性调幅的条件由波形图知由波形图知AM信号有以下特点:信号有以下特点:(1)、幅度调制:)、幅度调制:AM信号的包络是随着信号呈线性关系变信号的包络是随着信号呈线性关系变化的,所以它是幅度调制。化的,所以它是幅度调制。(2)、频率未变:
7、已调波的波形疏密程度相同,也就是说载)、频率未变:已调波的波形疏密程度相同,也就是说载波仅仅是幅度受到了调制,频率没有发生变化。波仅仅是幅度受到了调制,频率没有发生变化。(3)、调幅条件:)、调幅条件:如果如果A不够大,已调信号的包络不一定与不够大,已调信号的包络不一定与m(t)成正比,将出现这样无法采用包络检波的方法检出其包络,成正比,将出现这样无法采用包络检波的方法检出其包络,通常我们称这种现象为过调。通常我们称这种现象为过调。保证不过调的条件为:保证不过调的条件为:所以线性调幅的条件为:所以线性调幅的条件为:第 5 章5)、调制指数)、调制指数为了衡量标准调幅的调制程度,定义调制指数为为
8、了衡量标准调幅的调制程度,定义调制指数为实际工程中,一般调制指数取(实际工程中,一般调制指数取(0.30.8)。)。2、AM信号的频域表示及频谱图信号的频域表示及频谱图讨论频域的原因:讨论频域的原因:(1)系统的有效性就是系统所需的传输带宽,而传输带宽只)系统的有效性就是系统所需的传输带宽,而传输带宽只能在频域中体现。能在频域中体现。(2)有时在频域中分析问题较在时域更为方便。)有时在频域中分析问题较在时域更为方便。信号频谱:就是指时域信号的付式变换。信号频谱:就是指时域信号的付式变换。S SAMAM(t)=A+m(t)cos(t)=A+m(t)cosc ct t第 5 章S(f)S(f)C(
9、f)C(f)f f0 0-f-fc cf fc cM(f)M(f)-f-fH H -f fL L 0 f0 fL L f fH Hf fc(t)载波载波调制调制信号信号m(t)sm(t)已调已调信号信号特点特点:信号的频谱经过:信号的频谱经过AM调制后形状未变,仅仅是幅度下降的一半,调制后形状未变,仅仅是幅度下降的一半,位置发生了变换,搬移到了位置发生了变换,搬移到了c。带宽由原始消息信号的带宽由原始消息信号的m变为变为2m。在这个频谱搬移过程中没有出现新的频率分量,因此,该调制为线性在这个频谱搬移过程中没有出现新的频率分量,因此,该调制为线性调制。调制。问题问题:通常:通常AM已调信号的频谱
10、中,高于已调信号的频谱中,高于c部分称为上边带(部分称为上边带(USB),),低于低于c部分称为下边带(部分称为下边带(LSB)。)。事实上,任何一个边带足以表达消事实上,任何一个边带足以表达消息信号的全部信息,显然息信号的全部信息,显然AM传输有些浪费。传输有些浪费。解决办法解决办法:采用单边带调制。:采用单边带调制。-f-fc c0 f0 fc c-f-fH H f fc c f fc c+f+fH Hf f第 5 章3、AM信号的解调信号的解调解调:从已调信号中恢复信号的解调:从已调信号中恢复信号的过程。过程。AM解调方法:解调方法:相干解调相干解调、非相、非相干解调干解调1)、非相干解
11、调(包络检波)、非相干解调(包络检波)2)、相干解调)、相干解调与与DSB的相干解调相同,在的相干解调相同,在DSB中介绍。中介绍。4、AM系统的特点及其应用系统的特点及其应用优点:解调方便(包络检波),优点:解调方便(包络检波),缺点:占用频带宽,(消息信号的两倍),调制效率低(发射功缺点:占用频带宽,(消息信号的两倍),调制效率低(发射功率大)率大)应用:广播。应用:广播。第 5 章4.3双边带调幅(双边带调幅(DSB)1、DSB信号的时域表达式及波形信号的时域表达式及波形DSB的时域表达为的时域表达为2、DSB信号的频域表达式及频谱图信号的频域表达式及频谱图对公式(对公式(4.3-1)进
12、行傅立叶变换,得)进行傅立叶变换,得DSB信号的频域表示式信号的频域表示式DSB信号的频谱有如下信号的频谱有如下特点特点:1、上、下边带均包含调制信号的全部信息;、上、下边带均包含调制信号的全部信息;2、幅度减半,带宽加倍;、幅度减半,带宽加倍;3、线性调制。、线性调制。m(t)cosctm(t)cosctf fc c0 0f f0 0f f第 5 章3、DSB信号的解调信号的解调方法:相干解调。方法:相干解调。-f-fc cf fc c0 0-f-fc cf fc c0 0-2f-2fc c2f2fc c0 00 0-f-fm mf fm mf ff ff ff fa ab bc cd d第
13、 5 章4、DSB的特点与应用的特点与应用优点:调制效率高。优点:调制效率高。缺点:占用频带宽,为消息基带信号的缺点:占用频带宽,为消息基带信号的2倍。倍。应用:无线通信,常用语传输数字信号,如应用:无线通信,常用语传输数字信号,如ASK。SDSB(t)Acosct包络检波包络检波m0(t)第 5 章4.4单边带调幅单边带调幅SSB-fcfc0fDSB下边带上边带cc-f ffH(f)由得下边带LSB,-fcfc0fUSBfH(f)得上边带USB,-fcfc由-fcfc0fLSB一、一、SSB的一般概念及基础知识的一般概念及基础知识AM、DSB的共同缺点:所需传输的带宽是信号的的共同缺点:所需
14、传输的带宽是信号的2倍,这样就降低了倍,这样就降低了系统的有效性。由于从信息传输的角度讲,上、下两个边带所包含的系统的有效性。由于从信息传输的角度讲,上、下两个边带所包含的信息相同,因此只传送一个边带即可以传送信号的全部信息。信息相同,因此只传送一个边带即可以传送信号的全部信息。1、SSB概念概念概念:只传送一个边带的调制方式成为单边带调制。概念:只传送一个边带的调制方式成为单边带调制。SSB信号的频谱如图信号的频谱如图4.4-1显然,显然,SSB信号的带宽是与消息信号信号的带宽是与消息信号m(t)相同。相同。比较:比较:AM、DSB信号无论在时域还是在频域,都比较直观,但是信号无论在时域还是
15、在频域,都比较直观,但是SSB信号在频域非常直观,但是在时域很难想象。信号在频域非常直观,但是在时域很难想象。第 5 章2、基础知识基础知识-希尔波特(希尔波特(Hilbert)变换)变换1)、定义:将一个信号波形中的全部频率分量相移、定义:将一个信号波形中的全部频率分量相移-90后所得的后所得的时间信号就叫做原信号的希尔波特变换。时间信号就叫做原信号的希尔波特变换。2)、变化公式)、变化公式在频率域中的数学描述为:在频率域中的数学描述为:希尔波特变换在时间域的数学描述如下:希尔波特变换在时间域的数学描述如下:f(t)(Hw)t(f)t1)t(h,)sgn(j)(Hp pw ww w=-=第
16、5 章3)、)、Hilbert变换的性质变换的性质:(1)、信号和它的希尔波特变换具有相同的能量谱密度或相)、信号和它的希尔波特变换具有相同的能量谱密度或相同的功率谱密度。同的功率谱密度。推论:推论:(2)、信号和它的希尔波特变换的能量)、信号和它的希尔波特变换的能量(或功率或功率)相同。相同。(3)、信号和它的希尔波特变换具有相同的自相关函数。)、信号和它的希尔波特变换具有相同的自相关函数。(4)、信号和它的希尔波特变换互为正交。)、信号和它的希尔波特变换互为正交。4)、)、Hilterb变换的用途:变换的用途:在单边带调制中,用来实现相位选择,以产生单边带信号在单边带调制中,用来实现相位选
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