通信原理-课件-第5章优秀PPT.ppt
《通信原理-课件-第5章优秀PPT.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《通信原理-课件-第5章优秀PPT.ppt(78页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 基本概念基本概念 调制调制 把信号转换成适合在信道中把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。传输的形式的一种过程。广义调制广义调制 分为基带调制和带通调分为基带调制和带通调制(也称载波调制)。制(也称载波调制)。狭义调制狭义调制 仅指带通调制。在无线仅指带通调制。在无线通信和其他大多数场合,调制一词均通信和其他大多数场合,调制一词均指载波调制。指载波调制。载波调制载波调制 用调制信号去限制载波用调制信号去限制载波的参数的过程。的参数的过程。调制信号调制信号 指来自信源的基带信号指来自信源的基带信号 载波信号载波信号 未受调制的周期性振荡未受调制的周期
2、性振荡信号,它可以是正弦波,也可以是非信号,它可以是正弦波,也可以是非正弦波。(用于传递消息的信号)正弦波。(用于传递消息的信号)已调信号已调信号 载波受调制后称为已调载波受调制后称为已调信号。信号。解调(检波)解调(检波)调制的逆过程,其调制的逆过程,其作用是将已调信号中的调制信号复原作用是将已调信号中的调制信号复原出来。出来。1第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 调制的目的 使已调信号的频谱与信道的带通特性相匹配。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、抗衰落实力,还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。调制分类 依调制信号不
3、同分:模拟调制和数字调制依载波信号不同分:连续波调制和脉冲调制依载波参数不同分:幅度、频率、相位调制或脉宽、脉幅、脉位调制依已调信号频谱结构分:线性调制和非线性调制2第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统常见的模拟调制幅度调制:调幅、双边带、单边带和残留边带角度调制:频率调制、相位调制 本章探讨的内容线性调制和非线性调制的原理线性调制的抗噪声性能分析频分复用 学习中留意的问题调制与解调的方框图已调信号的数学表达式、波形及其频谱信号调制、解调前后的频带变更调制系统的抗噪声性能3第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统5.1幅度调制(线性调制)的原理幅度调制(线性调制)的原理一般原理一般原理表示式:表示
4、式:设:正弦型载波为设:正弦型载波为式中,式中,A 载波幅度;载波幅度;c 载波角频率;载波角频率;0 载波初始相位(以后假定载波初始相位(以后假定 0 0)。)。则依据调制定义,幅度调制信号(已调信号)则依据调制定义,幅度调制信号(已调信号)一般可表示成一般可表示成 式中,式中,m(t)基带调制信号。基带调制信号。4第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u频谱u设调制信号m(t)的频谱为M(),则已调信号的频谱为u由以上表示式可见,在波形上,已调信号的幅度随基带信号的规律而正比地变更;在频谱结构上,它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简洁搬移(精确到常数因子)。由于这种搬移是线性的,因此,幅度
5、调制通常又称为线性调制。但应留意,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。事实上,任何调制过程都是一种非线性的变换过程。5第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统5.1.1调幅(AM)时域表示式式中 m(t)调制信号,均值为0;m0 常数,表示叠加的直流重量。频谱:若m(t)为确知信号,则AM信号的频谱为若m(t)为随机信号,则已调信号的频域表示式必需用功率谱描述。调制器模型6第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u波形图和频谱图7第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 由波形可以看出,当满足条件:|m(t)|max m0 时,其包络与调制信号波形相同,因此用包络检波法很简洁复
6、原出原始调制信号。否则,出现“过调幅”现象。这时用包络检波将发生失真。但是,可以接受其他的解调法,犹如步检波。由频谱可以看出,AM信号的频谱由载频重量、上边带、和下边带三部分组成。上边带的频谱结构与原调制信号 的频谱结构相同,下边带是上边带的镜像。8第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统uAM信号的特性u 带宽:它是带有载波重量的双边带信号,带宽是基带信号带宽 fH 的两倍:u 功率:u当m(t)为确知信号时,u若u则u式中Pc=A02/2 载波功率,u 边带功率。9第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 调制效率 由上述可见,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
7、有关,载波重量并不携带信息。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:当m(t)=Am cos mt时,代入上式,得到当|m(t)|max=A0时(100调制),调制效率最高,这时max 1/310第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1.2 双边带调制(DSB)时域表示式:无直流量A0频谱:无载频重量 曲线:11第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u调制效率:100u优点:节约了载波功率u缺点:不能用包络检波,需用相干检波,较困难。u 5.1.3 单边带调制(SSB)u原理:u 双边带信号两个边带中的随意一个都包含了调制信号频谱M()的全部频谱成分,因此仅传输
8、其中一个边带即可。这样既节约发送功率,还可节约一半传输频带,这种方式称为单边带调制。u 产生SSB信号的方法有两种:滤波法和相移法。12第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u滤波法及SSB信号的频域表示u滤波法的原理方框图 用边带滤波器,滤除不要的边带:u图中,H()为单边带滤波器的传输函数,若它具有如下志向高通特性:u则可滤除下边带。u若具有如下志向低通特性:u则可滤除上边带。13第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统SSB信号的频谱上、下边带频谱图:14第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统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。实际滤波器在载频处并不具有上面所描述的志向特性,而是
9、有确定的过渡带。当调制信号中含有直流及低频重量时滤波法就不适用了。15第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u相移法和SSB信号的时域表示SSB信号的时域表示式设单频调制信号为 载波为则DSB信号的时域表示式为若保留上边带,则有若保留下边带,则有两式仅正负号不同16第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统将上两式合并:式中,“”表示上边带信号,“+”表示下边带信号。希尔伯特变换:上式中Am sinmt可以看作是Am cosmt 相移/2的结果。把这一相移过程称为希尔伯特变换,记为“”,则有这样,上式可以改写为17第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统把上式推广到一般状况,则得到 式中,若M()是m(t
10、)的傅里叶变换,则式中上式中的-jsgn可以看作是希尔伯特滤波器传递函数,即18第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 移相法SSB调制器方框图优点:不须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。19第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统uSSB信号的解调u SSB信号的解调和DSB一样,不能接受简洁的包络检波,因为SSB信号也是抑制载波的已调信号,它的包络不能干脆反映调制信号的变更,所以仍需接受相干解调。uSSB信号的性能uSSB信号的实现比AM、DSB要困难,但SSB调制方式在传输信息时,不仅可节约放射功率,而且它所占用的频带宽度比AM、DSB削减了一半。它目前已成为短波通信
11、中一种重要的调制方式。20第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1.4 残留边带(VSB)调制原理: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,而是渐渐切割,使其残留一小部分,如下图所示:21第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u调制方法:用滤波法实现残留边带调制的原理框图与滤波法SSB调制器相同。u 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,而不再要求特别陡峭的截止特性,因而它比单边带滤波器简洁制作。22第第5章章 模拟调制系统模拟
12、调制系统u对残留边带滤波器特性的要求u由滤波法可知,残留边带信号的频谱为u u为了确定上式中残留边带滤波器传输特性H()应满足的条件,我们来分析一下接收端是如何从该信号中复原原基带信号的。23第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 VSB信号解调器方框图图中因为依据频域卷积定理可知,乘积sp(t)对应的频谱为24第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统将代入得到式中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。于是,低通滤波器的输出频谱为25第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 明显,为了保证相干解调的输出无失真地复原调制信号m(t),上式中的传递函数
13、必需满足:式中,H 调制信号的截止角频率。上述条件的含义是:残留边带滤波器的特性H()在c处必需具有互补对称(奇对称)特性,相干解调时才能无失真地从残留边带信号中复原所需的调制信号。26第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 残留边带滤波器特性的两种形式残留“部分上边带”的滤波器特性:下图(a)残留“部分下边带”的滤波器特性:下图(b)27第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1.5 线性调制的一般模型滤波法模型在前几节的探讨基础上,可以归纳出滤波法线性调制的一般模型如下:依据此模型得到的输出信号时域表示式为:依据此模型得到的输出信号频域表示式为:式中,只要适当选择H(),便可以得到各种幅度
14、调制信号。28第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u移相法模型u将上式绽开,则可得到另一种形式的时域表示式,即u式中u上式表明,sm(t)可等效为两个互为正交调制重量的合成。u由此可以得到移相法线性调制的一般模型如下:29第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统它同样适用于全部线性调制。30第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.1.6 相干解调与包络检波相干解调相干解调器的一般模型 相干解调器原理:为了无失真地复原原基带信号,接收端必需供应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,经低通滤波器取出低频重量,即可得到原始的基带调制信号。31第第
15、5章章 模拟调制系统模拟调制系统相干解调器性能分析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 32第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u包络检波u 适用条件:AM信号,且要求|m(t)|max A0,u 包络检波器结构:u通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。干脆从u 已调波的幅度中提取原始基带信号。即检波器的输出u 为u u 隔去直流后即可得到原信号m(t)。33第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统 5.2 线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统的抗噪声性能
16、 5.2.1 分析模型图中 sm(t)已调信号 n(t)信道加性高斯白噪声 ni(t)带通滤波后的噪声 m0(t)输出有用信号 no(t)输出噪声34第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u噪声分析uni(t)为平稳窄带高斯噪声,它的表示式为u或u由于u式中 Ni 解调器输入噪声的平均功率u设白噪声的单边功率谱密度为n0,带通滤波器是高度为1、带宽为B的志向矩形函数,则解调器的输入噪声功率为35第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统u解调器输出信噪比定义u输出信噪比反映了解调器的抗噪声性能。明显,输出信噪比越大越好。u制度增益定义:u用G便于比较同类调制系统接受不同解调器时的性能。uG 也反映了这
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 通信 原理 课件 优秀 PPT
限制150内