第三章--模拟调制系统.pptx

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1、二、调制的分类二、调制的分类1 1、根据调制信号的分类、根据调制信号的分类 模拟调制模拟调制 数字调制数字调制2 2、根据载波分类、根据载波分类 连续波调制：高频载波是正弦波连续波调制：高频载波是正弦波 脉冲波调制：载波是脉冲序列脉冲波调制：载波是脉冲序列第1页/共71页4 4、根据调制前后信号的频谱结构关系分类、根据调制前后信号的频谱结构关系分类 线性调制线性调制 非线性调制非线性调制 3 3、根据调制器的功能分类、根据调制器的功能分类 幅度调制幅度调制 频率调制频率调制 相位调制相位调制第2页/共71页3.1 3.1 模拟信号的线性调制模拟信号的线性调制第3页/共71页载波：幅度角频率初相

2、位调制信号f(t)调制后：瞬时幅度载波的相位偏移A(t)随f(t)作线性变换，称线性调制或幅度调制线性调制或幅度调制；(t)或(t)的导数随f(t)作线性变换，称非线性非线性调制或角度调制；调制或角度调制；第4页/共71页一、抑制载波双边带调幅（一、抑制载波双边带调幅（DSB-SCDSB-SC）1 1、时域表达式及频谱图、时域表达式及频谱图第5页/共71页f(t)t调制信号时域波形图s(t)t输出信号时域波形图时域波形图 1F()B01/2 0SDSB()2B频谱图c(t)t载波信号时域波形图c()0-0第6页/共71页3 3、平均功率及效率、平均功率及效率2 2、带宽、带宽BDSB=2B第7

3、页/共71页线性调制：在时域内已调信号 随着调制信号的变化而变化；频域内：频谱的平行搬移。第8页/共71页f(t)sDSB(t)cosct双边带调幅调制模型4 4、抑制载波的双边带信号的调制与解调、抑制载波的双边带信号的调制与解调第9页/共71页F()10SDSB()1/2cc双边带调制F()1/2cc2c2c低通滤波器双边带信号的解调sDSB(t)cosctsd(t)相干解调第10页/共71页练习题练习题：若调制信号f(t)，载波信号为c(t)，若采用抑制载波的双边带调制，画出调制信号、载波信号、已调信号的时域波形图和频谱图。第11页/共71页f(t)t01t01c(t)sDSB（t)t01

4、C()F()00SDSB()0100100400400300 500 500 300 1/21第12页/共71页第13页/共71页二、常规双边带调制系统二、常规双边带调制系统1、常规双边带调制（AM）信号的时域表达式及波形调制信号f(t),其平均值为0，即f(t)=0;载波的初相位为0，振幅为1调制后表达式：若调制信号为余弦波信号，载波频率为调制信号频率的4倍，其振幅均为1，其表达式为：第14页/共71页A0=2A+f(t)t0132t012sAM（t）3正常调幅正常调幅f(t)t01t01c(t)第15页/共71页A0+f(t)A0=1t012t012sAM（t）A0=0sAM（t)t01f

5、(t)t01满调幅过调幅第16页/共71页调幅指数2 2、频谱特性、频谱特性第17页/共71页F()10BSAM()1/20AA-cc2B第18页/共71页4 4、功率分配、功率分配调制效率载波功率边带功率3 3、带宽、带宽BAM=2B第19页/共71页例：例：则，经则，经AMAM调制后的调制后的AMAM信号功率为多少？信号功率为多少？其调制效率为多少？最大调制效率可达多少其调制效率为多少？最大调制效率可达多少？4 4、应用、应用调幅广播（调幅广播（AMAM）常规调幅方式，收音机常规调幅方式，收音机波段：中波波段：中波535KHz1605KHz,535KHz1605KHz,自由空间，自由空间，

6、地区性广播地区性广播 短波短波3.9MHz18MHz3.9MHz18MHz，电离层反射，电离层反射，距离数千公里距离数千公里第20页/共71页f(t)sAM(t)cosctA0常规调幅调制模型F()10常规调幅调制SAM()1/2ccA0A0t012sAM（t）35 5、常规调幅的调制与解调、常规调幅的调制与解调第21页/共71页常规调幅信号的解调t012sd（t）3sAM（t）sd（t）非相干解调包络检波F()10SAM()1/2ccA0A0第22页/共71页三、单边带调制（三、单边带调制（SSBSSB）频谱图SHSB()C-C C-CHLSB()C-CB1/2 C-CSLSB()B1/2H

7、HSB()C-CSDSB()2B1/2上边带调制下边带调制第23页/共71页四、残留边带调制（四、残留边带调制（VSBVSB）频谱图 C-CSDSB()2B1/2HVSB()SVSB()C-CB1/2 C-CB1/2HVSB()SVSB()残留上边带残留下边带第24页/共71页练习题1.已知：调制信号f(t)=cos 0t；载波信号c(t)=cos4 0t;请画出调制信号、载波信号及AM、DSB、HSB、LSB调制时的频谱图(AM时直流电平为A0)0-0F()w0-w0F(w)4w0-4w0w 0-0SDSB()4 0-4 0w5 03 0-3 0-5 0ww0-w0SAM(w)4w0-4w0

8、w5W03W0-3W0-5W0第25页/共71页练习题ww0-w0SUSB(w)4w0-4w0w5W0-5W0ww0-w0SLSB(w)4w0-4w0w3W0-3W0第26页/共71页作业作业p661、已调信号为试画出该信号的频谱及其经过包络检波得厚输出波形。2、试比较常规双边带调制和抑制载波的双边带调制的异同。第27页/共71页3.3 3.3 模拟信号的非线性调制系统模拟信号的非线性调制系统瞬时相角瞬时幅度一、调频信号与调相信号一、调频信号与调相信号常量第28页/共71页相移常数1 1、相位调制（、相位调制（PM:Phase ModulationPM:Phase Modulation ）2

9、2、频率调制频率调制(FM:Frequency Modulation(FM:Frequency Modulation)频偏常数（表征调频器的灵敏度）载波频率(常数)第29页/共71页AMFM各种调制时的时域波形图时域波形图f(t)f(t)f(t)第30页/共71页结论：1、FM信号是一个等幅波，它的幅度与调制信号无关；2、FM信号的频率与调制信号电压有比例关系第31页/共71页二、频率调制二、频率调制FM（p59）1、窄带调频和宽带调频的定义、窄带调频和宽带调频的定义(P59)由调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于30 o时，就称为窄带调频（NBFM:narrow band frequency

10、modulation）不满足窄带条件的调频称为宽带调频（WBFM:Wide Band frequency modulation）(3-3-9)第32页/共71页2、窄带调频的带宽（P60）m0F()m c0 c m c+m-c-c m-c+mSNBFM()c0 c m c+m-c-c m-c+mSAM()第33页/共71页3 3、宽带调频的带宽、宽带调频的带宽(P61)(P61)c+m c c m FM=0.5 c+3 m c c 3 m FM=2 c c+10 m c-10 mFM=8卡森公式（3-3-14）c+9 m c-9 m18 m6 m第34页/共71页窄带调频宽带调频第35页/共7

11、1页4 4、调频信号的功率、调频信号的功率 已调信号的总功率未调载波的功率已调信号的总功率未调载波的功率 A2/2 总功率与调制过程及调频指数无关总功率与调制过程及调频指数无关 第36页/共71页5 5、调频信号的应用、调频信号的应用1、调频广播（WBFM）2、超短波电台（NBFM）第37页/共71页（一）、调频信号的产生1、直接调频法FMf(t)sFM(t)VCCf0变容管f(t)sFM(t)电压/电流f(t)sFM(t)载波发生器6 6、调频信号调制与解调、调频信号调制与解调2、间接调频法p32积分器调相器f(t)sFM(t)第38页/共71页（二）、调频信号的解调非相干解调调频信号有相干

12、解调和非相干解调两种方式相干解调窄带调频信号非相干解调窄带和宽带调频信号第39页/共71页fc斜率为Kd输入频率输出电压限幅器及带通微分器包络检波低 通滤波器sd(t)鉴频器鉴频器特性及组成第40页/共71页3.2，3.4 模拟调制系统的抗噪声性能一、线性调制系统的调制与解调f(t)sAM(t)cosctA0常规调幅调制模型f(t)sDSB(t)cosct双边带调幅调制模型第41页/共71页讲解内容1、相干解调的分析模型？2、抗噪声性能通过什么质量指标描述？其意义是什么？3、AM、DSB、SSB抗噪声性能的比较？（用指标G、带宽、解调方式说明）4、不同调制方式之间如何比较其抗噪声性能？我们的问

13、题？第42页/共71页单边带调制的实现采用滤波法二、线性调制相干解调的抗噪声性能线性调制相干解调的抗噪声性能分析模型带 通滤波器低 通滤波器s(t)n(t)si(t)ni(t)so(t)no(t)cd(t)=cosct高斯白噪声窄带高斯白噪声1、抗噪声性能分析模型（p52）我们的目标；在给定s(t)及n(t)的情况下，1、确定各种解调器的输入及输出信噪比；2、对各种调制系统的抗噪声性能作出评价第43页/共71页2 2、信噪比（、信噪比（SNR:singal noise ratioSNR:singal noise ratio）p52p52信号功率噪声功率3 3、信噪比增益（、信噪比增益（G:Ga

14、inG:Gain）衡量系统抗噪声性能的重要参数衡量系统抗噪声性能的重要参数表征信号通过系统传输后信噪比的改善情况，G越大抗噪声性能越好第44页/共71页回顾：能量谱密度和功率谱密度功率谱功率谱密度密度(周期性信号周期性信号)：能量谱能量谱密度密度（非周期性信号）：（非周期性信号）：第45页/共71页n0/2高斯白噪声双边功率谱密度Pn()噪声功率谱密度窄带高斯白噪声（AM、DSB）n0/2 0-0Pn()2B B窄带高斯白噪声（USB）n0/2 0-0Pn()B窄带高斯白噪声（LSB）n0/2 0-0Pn()注意；我们遇到的绝大多数噪声都是高斯白噪声。我们在分析问题时都将噪声作为高斯白噪声处理

15、！n0高斯白噪声单边功率谱密度Pn()第46页/共71页 1w|F(w)|2B调制信号功率谱图功率谱图信号功率谱图注意这里哦！表示的是功率谱密度面积表示功率第47页/共71页功率谱图 01/4 0|SDSB()|22B 01/4 0|Sam()|22B 01/4 0|SLSB()|2B 01/4 0|SUSB()|2B调制后信号功率谱第48页/共71页叠加噪声的调制信号（输入信号）功率谱图 1|F()|2Bn0/2功率谱图输入信噪比第49页/共71页功率谱图叠加噪声的输出信号功率谱 01/4 0|SDSB()|22B 01/4 0|SAM()|22B 01/4 0|SLSB()|2B 01/4

16、 0|SUSB()|2B信噪比第50页/共71页4、结论：SDB解调器的信噪比改善了一倍，原因是相干解调把噪声中的正交分量抑制掉了，从而使噪声功率减半的缘故SSB中信号和噪声有相同的表示形式，所以在相干解调过程中，信号和噪声的正交分量均被抑制调，故信噪比没有改善，即G=1AM在大信噪比时G1第51页/共71页总结调制方式带宽 SNRiSNRoG典型解调方式DSB2B2相干解调SSBB1相干解调VSB略大于BAM2B包络检波B：基带信号带宽f(t)为单频正弦信号时2/3第52页/共71页例：若某一通信系统输入信号为f(t),经下列调制后求：（1）合成信号g(t)的频谱表达式，并画出其频谱图（2）

17、写出已调波s(t)频域表达式，并画出其频谱图f(t)s(t)cosctg(t)cosmtF()m-m0解:第53页/共71页G()m-m0-2m2m1/2S()m-m0-cc1/21/4c 2mc-2mc 2m第54页/共71页作业1、page66,二大题1，4，5第55页/共71页fc斜率为Kd输入频率输出电压限幅器及带通微分器包络检波低 通滤波器sd(t)鉴频器鉴频器特性及组成三、非线性调制系统的抗噪声性能P62第56页/共71页带 通滤波器低 通滤波器sFM(t)n(t)si(t)ni(t)so(t)no(t)高斯白噪声限幅鉴频解调器宽带调频系统抗噪声性能分析模型第57页/共71页模拟调

18、制性能比较调制方式带宽G典型应用DSB2B2较少应用SSBB1短波无线电广播话音频分多路VSB略大于B商用电视广播AM2B中短波无线电广播FM2(1+FM)fm超短波电台(窄带FM)调频立体声广播（宽带FM）B：基带信号带宽第58页/共71页作业总结模拟调制的知识，用图表形式画出。内容包括第59页/共71页本章主要内容线性与非线性调制就是调制前后信号频谱之间是否存在线性关系。即频谱是否是线性搬移来确定。AM、DSB调制的时域波形如何？AM、DSB调制的频谱特性如何？AM解调采用包络检波方法，DSB解调采用相干解调。在输入信号功率相同的情况下，线性调制中抗噪声性能DSB与SSB同DSB优于AM调

19、制。线性调制系统频带利用率较高，但抗干扰能力较差；非线性调制系统频带利用率较差，但抗干扰能力较好。第60页/共71页小结 1、通常按照调制前、后信号频谱之间是否存在线性关系来将模拟调制分为线性调制和非线性调制两大类。线性调制常规双边带调制AM、抑制载波的双边带调制DSB、单边带调制SSB和残留边带调制VSB；非线性调制频率调制和相位调制。2、优缺点：线性调制系统频带利用率较高，但抗干扰能力较差；非线性系统则正好与此相反。第61页/共71页3、从抗噪声能力的角度出发：调频系统性能最好，单边带系统和抑制载波的双边带系统次之，常规双边带调制信号由于绝大部分功率都分配在载波功率上，其抗声性能最差。调频

20、系统的调频指数越大，其抗噪声性能越好，但传输信号所需的带宽也越宽，常用于高质量要求的远距离通信系统如微波接力、卫星通信系统以及调频广播系统中。第62页/共71页3.5 频分复用（FDM）所谓多路复用是指在同一个信道上同时传输多路信号而互不干扰的一种技术。所谓多路复用是指在同一个信道上同时传输多路信号而互不干扰的一种技术。为为了了在在接接收收端端能能够够将将不不同同路路的的信信号号区区分分开开来来，必必须须使使不不同同路路的的信信号号具具有有不不同同的的特特征征。最最常常用用的的多多路路复复用用方方式式是是频频分分复复用用（FDMFDM）、时时分分复复用用（TDMTDM）和和码码分复用（分复用（

21、CDMCDM）。）。按按频频段段区区分分信信号号的的方方法法叫叫频频分分复复用用；按按时时隙隙区区分分信信号号的的方方法法叫叫时时分分复复用用；按按相相互互正正交交的的码码字字区区分分信信号号的的方方法法叫叫码码分分复复用用。传传统统的的模模拟拟通通信信中中都都采采用用频频分分复复用用；随着数字通信的发展，时分复用和码分复用通信系统的应用越来越广泛。随着数字通信的发展，时分复用和码分复用通信系统的应用越来越广泛。第63页/共71页所谓多址通信是指处于不同地址的多个用户共享信道资源实现各用户之间相互通信的一种方式。频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SCD

22、MA）是几种主要的多址技术。考虑，多路复用和多址技术有和区别和联系？一般来说，多路复用通常在中频或基带实现；通信资源是预先分配给各用户共享的。而多址技术通常在射频实现；是远程共享通信资源，并在一个系统控制器的控制下，按照用户对通信资源的需求，随时动态地改变通信资源的分配。第64页/共71页频分复用就是在发送端利用不同频率的载波将多路信号的频谱调制到不同的频段，以实现多路复用。频分复用的多路信号在频率上不会重叠，合并在一起通过一条信道传输，到达接收端后可以通过中心频率不同的带通滤波器彼此分离开来。第65页/共71页第66页/共71页 ffgf F(f)fm0在选择载频时，为了各路信号频谱不重叠，

23、要求载频间隔第67页/共71页图 三路信号的频谱采用频分复用的方式在一条信道中传输 3 路信号，已知 3 路信号的频谱如图所示，假设每路信号的最高频率Hf=3400Hz，均采用上边带（USB）调制，邻路间隔防护频带为gf=600Hz。试计算信道中复用信号的频带宽度，并画出频谱结构。第68页/共71页频分复用信号的频谱结构第69页/共71页频分复用信号原则上可以直接在信道中传输，但在某些应用中，还需要对合并后的复用信号再进行一次调制。第一次对多路信号调制所用的载波称为副载波，第二次调制所用的载波称为主载波。原则上，两次调制可以是任意方式的调制方式。如果第一次调制采用单边带调制，第二次调制采用调频方式，一般记为SSB/FM。第70页/共71页感谢您的观看！第71页/共71页