北航通信电路原理课件ch062.ppt

2019年9月16日,1,笫6章 调制与解调,6.1 幅度调制 6.1.1 标准幅度调制 6.1.2 抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅 6.1.3 正交幅度调制与解调 6.2 角度调制,2,6.1.2 抑制载波调幅、单边带调幅和残留边带调幅,标准幅度调制（SAM）复习： SAM调幅信号幅度的包络线近似为调制信号的波形，只要能取出这个包络信号就可实现解调（非相干解调）； SAM调幅波中，欲传送的信息包含在边带内，从传输信息的角度看，载波分量是多余的；载波分量占去了调幅波总功率的一半以上，这对充分利用发射机功率不利； 从传输信号的角度看，SAM调幅波所占的带宽多一半是多余的，这对节省频率资源不利。 由此，产生抑制载波调幅和单边带幅度调制。已调信号的幅度仍随调制信号变化，但其包络不能反映调制信号的形状，因而也不能应用峰值包络检波方法。对这类调幅信号，只能使用同步解调方法。,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,3,幅度调制的频谱,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,4,6.1.2.1 抑制载波调幅DSB-AM或SC-AM,（1）抑制载波调幅信号的时域表示式 （2）抑制载波调幅信号的频域表示式 （3）抑制载波调幅信号的波形图 （4）抑制载波调幅的调制和解调电路 （5）产生和载频信号同频同相本地载波,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,5,6.1.2.1 抑制载波调幅（续1）,（1）抑制载波调幅的时域表示式：,（2）抑制载波调幅的频域表示式：,抑制载波调幅信号中不含固定的载波分量,通信电路原理-北航06年,6,6.1.2.1 抑制载波调幅（续2）,（3）抑制载波调幅信号的波形图：,调制信号是正值时的已调波载波相位与调制信号是负值时的已调波载波相位是反相的 已调信号的幅度变化，其包络不能反映调制信号的形状,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,7,6.1.2.1 抑制载波调幅（续3）,抑制载波调幅信号中不含固定的载波分量，若调制信号的平均值不是零，会产生“载漏”。 调制信号是正值时的已调波载波相位与调制信号是负值时的已调波载波相位是反相的。 已调信号的幅度仍随调制信号变化，但其包络不能反映调制信号的形状。 由于抑制载波调幅信号的幅度包络不反映调制信号的波形，因而也不能应用峰值包络检波方法。所以，对这类调幅信号，只能使用同步解调方法。,上图,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,8,6.1.2.1 抑制载波调幅（续4）,带通滤波器,低通滤波器,（4）抑制载波调幅的调制和解调电路： 由于抑制载波调幅信号的幅度包络不反映调制信号的波形，因而不能应用峰值包络检波方法。只能使用同步解调方法。 同步解调的关键在于产生出和载波信号同频同相的本地载波信号。,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,9,6.1.2.1 抑制载波调幅（续5）,（5）产生和载频信号同频同相本地载波：,平方器,带通滤波器,分频器,6.1.2.1 抑制载波调幅（续6）,举例 1：标准幅度调制和抑制载波调幅。,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,11,6.1.2.1 抑制载波调幅（续7）,用1496集成芯片构成的调幅器电路,6.1.2.1 抑制载波调幅（续8）,载波信号入：,调制信号入：,输出信号为：,讨论：1.若1，4端和8，10端直流平衡，输出是什么调幅波形？ 2.若8，10端直流平衡，如何得到标准调幅波形？,3.载漏是如何产生的？ 4.若1，4端平衡，而8，10端不平衡，输出是什么波形？ 5.若相乘器两输入端均不平衡，输出是什么波形？,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,13,6.1.2.2 单边带调幅,（1）单边带调幅波的时域表示式 （2）用滤波法实现单边带调幅 （3）用相移法实现单边带调幅 （4）单边带调幅波的解调电路 （5）单边带传输的优缺点,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,14,6.1.2.2 单边带调幅（续1）,双边带抑制载波调幅方式中，不含固定载波分量，因而可以有效地利用发射机的功率传递信息。但它是双边带信号，所占带宽仍为调制信号最高角频率的两倍。 而从有效传输信息的角度看，只要传送一个边带就够了，只传送一个边带的调幅信号称为单边带调幅，可以选择上边带也可以采用下边带。 单边带调幅，简记为SSBAM，显然，它既可充分利用发射机的功率又节省占有频带。所以，它是传输信息的最佳调幅方式。 但是实现这种调幅方式的调制和解调技术比较复杂。,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,15,6.1.2.2 单边带调幅（续2）,（1）单边带调幅的时域表示式： 为了求得SSBAM信号的时域表示式，对SSBAM信号的频谱函数进行逆傅立叶变换。令VSSB（j）表示为：,一个取上边带的SSBAM信号的时域表示式可记为：,称 为 的希尔伯特（Hilbert）变换。,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,16,6.1.2.2 单边带调幅（续3）,（1）单边带调幅的时域表示式： 当SSBAM信号取下边带时，其时间函数表示式为：,单边带调幅信号的幅度包络不反映调制信号的波形。 对单边带调幅信号，只能使用同步解调方法。,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,17,6.1.2.2 单边带调幅（续4）,（2）用滤波法实现单边带调幅：,带通滤波器,对滤波器要求甚高，尤其是调制信号中的低频很低时：,6.1.2.2 单边带调幅（续5）,采用多级滤波降低对滤波器的要求：,F1,F2,F3,对滤波器的要求比较高，可采用晶体、陶瓷、声表滤波器。,6.1.2.2 单边带调幅（续6）,（3）用相移法实现单边带调幅：,要求移相器在很宽的频带上移动相同的相位，很难制造。,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,20,6.1.2.2 单边带调幅（续7）,（4）单边带调幅的解调电路：,从前面分析可知，SSBAM信号中，既无载波分量，其包络也不反映调制信号的波形。因此，只能用同步解调方法。 为了实现同步解调，需要建立本地载波信号。由于SSBAM信号中不含载波分量，无法从调幅信号中直接滤出载波。通常，采用两种方法： 在SSBAM信号中加入导频。 在本地产生一个频率近似为载波频率的振荡。 当然，它不可能与发送信号中的载波同频同相，因此，它不属于相干解调。但只要这两个载波的频率差在容许范围之内还是可用的。,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,21,单边带传输的优缺点,优点：和标准AM比 节省功率：3倍，4.8dB 节约带宽：50，3dB 选择性衰落：3dB 标准AM的两个边带和载波通过不同的路径传播，传输损耗不同：假设一个边带被明显消弱：-3dB 如果选择性衰落使得载波振幅减小，则会产生过调制，解调信号将会产生严重失真 接收信号中，如果载波和边带信号的相位发生移动，包络的形状就会产生变化，解调将出现严重失真 减少噪声 综合考虑带宽减小及不受选择性衰落影响等因素，单边带的信噪比比标准AM大12dB左右 要获得和单边带相同的性能，标准AM必须多发射12dB的功率,缺点 接收设备复杂（载波恢复，如PLL）,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,22,单边带信号的频分复用举例,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,23,独立边带调幅：ISB AM,两个不同的调制信号互不相干地调制在同一载波频率 发射机有两个独立的单边带调制器，一个调制器产生上边带，一个调制器产生下边带，结合为一个双边带信号，但这个双边带的上下边带是相互独立的 为了解调，需要插入导频 ISB技术可用于立体声AM传输,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,24,独立边带发射机方框图（立体声传输）,立体声AM传输的MATLAB仿真,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,25,立体声AM传输的MATLAB仿真,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,26,6.1.2.3 残留边带调幅,从有效传输信息的角度，单边带调幅是最好的调幅方式。 但是不适于传送带有直流分量的信号（或包含大量低频分量，例如：电视信号）。 在单边带调幅和双边带调幅之间找到了一种折衷方式，这就是残留边带调幅，简记为VSBAM。 在VSBAM方式中，不是一个边带完全滤除，而是保留一部分。下图所示为VSBAM信号幅度谱的示意图。 VSBAM与SSBAM不同，它传送被抑制边带的一部分，同时又将被传送边带抑制掉一部分，故称其为残留边带。 为了保证信号无失真地传输，传送边带中被抑制的部分和抑制边带中被传送的部分应满足互补对称关系。,27,6.1.2.3 残留边带调幅（续1）,广播电视系统的图象部分应用的是残留边带调幅： 接收端的滤波器在载波附近0.75MHz范围内满足互补对称关系。,VSB AM所占带宽比SSB AM略宽，基本具有SSB AM的优点 在调制信号中含有直流分量时，这种调制方式可以使用 残留边带滤波器比单边带滤波器也易于实现,返回,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,28,6.1.2.3 残留边带调幅（续2）,VSBAM信号的解调： 对不含载波分量的VSBAM信号的解调只能采用同步的解调的方法。 为了恢复本地载波信号，可以在VSB AM信号中加入导频信号； 也可采用DSB AM类似的非线性变换方法。这是因为VSB AM信号中，载波附近具有两个边带信号。 在容许一定失真情况下，对含有大载波分量的VSBAM信号可以使用峰值包络检波器解调，从而可大大简化解调电路。,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,29,举例：彩色电视接收机中的同步检波器（P332）,电视图象信号不是标准调幅信号，而是残留边带调幅信号。它可以用同步检波器实现无失真的解调。 由于电视调幅信号中含有较大的载波分量，故这里的本地载波恢复电路由窄带选频电路与放大器组成。 图6.2.14所示电路中，主要包括三个部分：即相乘器电路、 本地载波恢复电路和前置视频放大电路。 相乘器电路中，其Y路输入信号为调幅信号，它需要较好的线性工作状态，故在发射极接入反馈电阻，以扩大其线性工作范围。其X路输入信号为本地载波信号，它的幅度较大。 由于电视调幅信号中含有较大的载波分量，故这里的本地载波恢复电路由窄带选频电路与放大器组成。,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,30,6.1.3 正交幅度调制与解调,正交幅度调制与解调是一种特殊的复用技术，一般是指利用两个频率相同但相位相差90度的正弦波作为载波； 以调幅的方法同时传送两路互相独立的信号的调制方式。 这种调制方式的已调信号所占频带仅为两路信号中的较宽者而不是二者之和，可以节省传输带宽。,31,6.1.3.1 正交幅度调制与解调原理,a(t),b(t),a(t),b(t),x(t),两路互相独立的信号a(t)和b(t)分别调制角频率为c的两个互相差90度的正弦波，通常用 和 表示，并称它们是互相正交的。调制后的两路信号相加得到输出信号x(t)，表示为：,调制器,解调器,返回,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,32,6.1.3.1 正交幅度调制与解调原理（续1）,解调原理： 正交输入信号x(t)被两个互相正交的正弦波相乘：,滤除2 c 分量，得到解调输出a(t) 和 b(t) 。,33,调幅与检波小结,（1）调幅波的性质：数学表示式；波形；频谱；功率分配 SAM DSB-SC SSBAM VSBAM 正交幅度调制 （2）调幅波的产生（低电平调幅） 平衡调幅器（DSB-SC） 模拟相乘器调幅（SAM、DSB-SC）,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,34,调幅与检波小结（续1）,（3）调幅波的解调（检波） 小信号平方律解调：检波效率低，输入阻抗小，检波失真大，但是平方律检波可以用于功率指示 大信号峰值包络解调器：检波效率高， ，对角切割失真（惰性失真） 相干解调（同步解调）：产生和载频信号同频同相本地载波是相干解调的一个关键问题,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,35,思考题,思考题一：在用1496集成芯片构成的调幅器电路中，抑制载波调幅波的载漏是如何产生的？标准调幅波的过调制是如何产生的？ 思考题二：在单管功率放大器构成的调幅器电路中，标准调幅波的过调制是如何？请与上面比较。 思考题三：标准调幅波和抑制载波调幅波，当采用相干解调与非相干解调时，解调结果如何？谐波输出的特点是什么？,36,什么是 UWB ?,UWB（Ultra Wide Band）在上世纪60 年代已被提出。 UWB即超宽带通信，它使用大于0.5GHz 或大于中心频率20% 的带宽、通过微弱的脉冲信号进行通信，最大数据传输速率可以达到几十Mb/s几百Mb/s。 UWB的脉冲信号：从本质上讲，产生极窄脉冲（纳秒级）的信号源是研究UWB技术最基本的前提条件。 UWB 与现有的无线技术的显著不同是不需要使用载波，而是通过发送纳秒级脉冲来传输数据，而且信号传输时的功耗只有几十W。 调制/发射：脉冲位置调制和脉冲幅度调制是UWB的两种主要调制方式。,2019年9月16日,通信电路原理-北航06年,37,习题十二：6-6，6-9 CAD9_（补充）,CAD9_（补充） 实验四 调幅信号的解调电路的软件仿真。 解调是调制的逆过程，调幅波的解调即是从调幅信号中恢复出调制信号的过程，通常称之为检波。 同步检波与二极管峰值包络检波是常用的两种调幅