幅度调制的原理.pptx

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1、会计学1幅度调制的原理幅度调制的原理2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56页3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

2、与信噪比之间的互换。调制的目的5.0 基本概念 第2页/共56页4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56页5根据调制信号、载波类型、载波参数变化的不同进行分类。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56页6线

3、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56页7振幅调制5.0 基本概念 第6页/共56页8频率调制5.0 基本概念 第7页/共56页9相位调制5.0 基本概念 第8页/共56页10频频频频谱谱谱谱移移移移动动动动及及及及带带带带通通通通性性性性质质质质AMPMFM5.0 基本概念 第9页/共56页115.0 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56页12正弦型载波为正弦型载波为 式中，式中，A A 载

4、波幅度；载波幅度；c c 载波角频率；载波角频率；0 0 载波初始相位（以后假定载波初始相位（以后假定 0 0 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，式中，m m(t t)基带调制信号。基带调制信号。调幅定义：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56页13设调制信号设调制信号m m(t t)的频谱为的频谱为MM()，则已调信号的频谱为，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

5、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56页142 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 调制器模型 信号：普通调幅波第13页/共56页153 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56页16过调幅失真用其他的解调方法，如同

6、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56页17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56页184 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)sp(t)sd(t)第17页/共56页195 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56页20上边带下边带AM 频谱示意图SAM(t)的频谱是 m(t)

7、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56页216 AM6 AM信号的特性信号的特性带宽带宽带宽带宽：它是：它是：它是：它是带有载波分量带有载波分量带有载波分量带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信号带的双边带信号，带宽是基带信号带的双边带信号，带宽是基带信号带的双边带信号，带宽是基带信号带宽宽宽宽 f fH H 的两倍：的两倍：的两倍：的两倍：功率功率功率功率：当当当当mm(t t)为确知信号时，为确知信号时，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20页/共56页22 调制效率 AM信号的总功率包括载波功率和

8、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56页23当当m m(t t)=)=AAmm cos cos mmt t(单音余弦信号），时单音余弦信号），时 当当“满调幅满调幅”时，时，|m m(t t)|)|maxmax=AA0 0时，时，调制效率调制效率最高最高 maxmax 1/31/3AM信号的功率利用率很低。应用：中短波段AM广播。信号：普通调幅波第22页/共56页24 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

9、幅指数为0.707，计算调制效率和载波功率。第23页/共56页25 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56页26DSB 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56页274 解调方法 相干解调：同步检波法双边带调制（DSB）第26页/共56页28sDSB(t)sp(t)sd(t)严格同步的本地载波双边带调制（

10、DSB）第27页/共56页294 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28页/共56页30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

11、方法有两种：滤波法和相移法。第29页/共56页31 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 1、滤波法原理、滤波法原理 用边带滤波器，滤除不要的边带用边带滤波器，滤除不要的边带:信号：单边带信号第30页/共56页32信号：单边带信号第31页/共56页33上边带频谱图上边带要求下边带要求下边带频谱图第32页/共56页34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6

12、00Hz，即允许过渡带为600Hz。信号：单边带信号第33页/共56页35信号：单边带信号2、相移法和SSB信号的时域表示 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 第34页/共56页363 3、SSBSSB信号的解调信号的解调 相干解调：相干解调：SSBSSB信号的解调和信号的解调和DSBDSB一样，不能采用简单的包一样，不能采用简单的包络检波，因为络检波，因为SSBSSB信号也是抑制载波的已调信号，它的包络不能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，所以仍需采用直接反映调制信号的变化，所以仍需采用相

13、干解调相干解调。信号：单边带信号第35页/共56页37信号：单边带信号sSSB(t)sp(t)sd(t)第36页/共56页384 4、SSBSSB信号的性能信号的性能 SSBSSB信号的实现比信号的实现比AMAM、DSBDSB要复杂，但要复杂，但SSBSSB调制方式在传输信调制方式在传输信息时，不仅可息时，不仅可节省发射功率节省发射功率，而且它所占用的，而且它所占用的频带宽度频带宽度比比AMAM、DSBDSB减少了一半。减少了一半。它目前已成为它目前已成为短波通信短波通信中一种重要的调制方式。中一种重要的调制方式。信号带宽信号：单边带信号第37页/共56页395 5、讨论、讨论 （1 1）SS

14、BSSB最突出的优点是对最突出的优点是对频谱资源的有效利用频谱资源的有效利用，它所需要的传，它所需要的传输带宽仅为输带宽仅为AMAM，DSBDSB的一半，因此的一半，因此SSBSSB方式有其适合已经拥挤不堪方式有其适合已经拥挤不堪的高频频谱区。目前的高频频谱区。目前SSBSSB是短波通信中的一种重要调制方式。是短波通信中的一种重要调制方式。（2 2）SSBSSB的另外一个优点是由于的另外一个优点是由于不传送载波和另外一个边带不传送载波和另外一个边带，所以所以节省功率节省功率。这一结果带来的低功耗特性和设备重量的减轻对移。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动通信系统尤

15、为重要 （3 3）SSBSSB带宽的节省是以带宽的节省是以复杂度的增加为代价的复杂度的增加为代价的。滤波滤波法的技法的技术难点市陡峭的边带滤波特性难以实现，术难点市陡峭的边带滤波特性难以实现，相移法相移法的技术难点在于宽的技术难点在于宽带相移网络的制作。带相移网络的制作。（4 4）SSBSSB信号的解调也信号的解调也不能采用简单的包络检波法不能采用简单的包络检波法，采用相干，采用相干解调法。解调法。信号：单边带信号第38页/共56页40AMAM、DSBDSB、SSB SSB 比较比较比较比较AM调制DSB调制LSSB调制USSB调制功耗大、带宽宽,解调简单功耗小带宽宽功耗小，带宽窄频率整体搬移

16、困难第39页/共56页41 1 1、滤波法模型、滤波法模型 输出信号时域输出信号时域表示式为：表示式为：输出信号频域输出信号频域表示式为：表示式为：只要适当选择只要适当选择HH()，便可以得到各种幅度调制信号。，便可以得到各种幅度调制信号。线性调制的一般模型第40页/共56页42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；线性调制的一般模型第41页/共56页43低通调制模型调制模型 AM 信号DSB 信号SSB 信号带通线性调制的一般模型第42页/共56页442 2、移相法模型、移相法模型 s smm(t t)可等效为两个互为

17、正交调制分量的合成。可等效为两个互为正交调制分量的合成。频域表达式为：频域表达式为：同相分量正交分量线性调制的一般模型第43页/共56页45移相法线性调制的一般模型如下，它适用于所有线性调制。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44页/共56页46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45页/共56页47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 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)。第46页/共56页48线性调制的一般模型第47页/共56页49相干解调与包络检波

18、 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48页/共56页501 1、相干解调（同步检波）、相干解调（同步检波）相干解调器的一般模型相干解调器的一般模型 相干解调器原理：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提供一个与接收的已调载波已调载波严格同步严格同步(同频同相同频同相)的本地载波的本地载波(称为相称为相干载波干载波)，它与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，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

19、可得到原始的基带调制信号。即可得到原始的基带调制信号。实质：频谱搬移实质：频谱搬移，把在载频位置的已调信号的谱搬回到原始基，把在载频位置的已调信号的谱搬回到原始基带位置。带位置。相干解调与包络检波第49页/共56页51【时域时域】已调信号的一般表达式为已调信号的一般表达式为 与同频同相的相干载波与同频同相的相干载波c c(t t)相乘后，得相乘后，得经经低通滤波器低通滤波器后，得到后，得到 因为因为s sI I(t t)是是m m(t t)通过一个全通滤波器通过一个全通滤波器HHI I()后的结果，故上式中的后的结果，故上式中的s sd d(t t)就是解调输出，即就是解调输出，即 HI()=

20、1或者1/2相干解调与包络检波第50页/共56页522 2、包络检波、包络检波 适用条件：适用条件：AMAM信号，且要求信号，且要求|m m(t t)|)|maxmax AA0 0 ，包络检波器结构：包络检波器结构：性能分析性能分析 设输入信号是设输入信号是 选择选择RCRC满足如下关系满足如下关系 在在大信号检波大信号检波时（一般大于时（一般大于0.5V0.5V），二极管处于受控的开关），二极管处于受控的开关状态，检波器输出为状态，检波器输出为 隔去直流隔去直流后即可得到原信号后即可得到原信号m m(t t)。相干解调的两倍相干解调与包络检波第51页/共56页533、插入载波的包络检波 因D

21、SB、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52页/共56页54瞬时幅度瞬时相位相干解调与包络检波第53页/共56页55由于插入载波幅度Ad远大于信号幅度，即：包络检波并滤去直流分量相干解调与包络检波第54页/共56页56【讨论讨论】n n在发送端插入载波与在

22、发送端插入载波与在发送端插入载波与在发送端插入载波与AMAM等效等效等效等效n n在接收端插入载波，必须在接收端插入载波，必须在接收端插入载波，必须在接收端插入载波，必须恢复载波恢复载波恢复载波恢复载波，恢复载波的难度与，恢复载波的难度与，恢复载波的难度与，恢复载波的难度与相干解调相当相干解调相当相干解调相当相干解调相当n n性能比相干解调差性能比相干解调差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量，：用插入大载波方式增大了同相分量，：用插入大载波方式增大了同相分量，：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而正交分量成了解调的而正交分量成了解调的而正交分量成了解调的“噪声噪声噪声噪声”n n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加法器加法器+包络检波器包络检波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，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55页/共56页