信号与系统课程讲义5-3ppt课件

5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,一、调制与解调,1为什么要调制(实现信号的传输), 天线尺寸必须大于信号波长的十分之一；, 不调制各电台发出的信号频率就会相同，用户无 法选择；,语音通信话路信号频率范围大约 300Hz3400Hz，如果不经过调制，以电磁波形式辐射出去，需要几十公里天线, 通过调制，各信号被搬移到不同的频率范围，互 不重叠，接收机可选择接收，从而实现多路复用 (通信中广泛采用),1,信号的传输过程,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,2,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复模拟信号,2调幅原理（抑制载波振幅调制，AM-SC）, 调制：将信号频谱搬移到任何所需要的较高频率范围的过程,载波的振幅随信号g(t)成比例地改变，称为振幅调制或调幅,3,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复模拟信号,4,作用：频谱搬移（搬移到载频0附近）,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,5,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复模拟信号, 乘积解调(同步解调)：由已调信号f(t)恢复原始信号g(t)的过程,同步-接收端本地载波信号与发送端的载波信号同频同相,6,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复模拟信号,恢复条件：,b) 低通滤波器幅度为2, 缺点：在接收端需要本地载波信号，接收机成本高,a) 低通滤波器,7,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复模拟信号,3常规振幅调制（AM）,条件：,调制：,解调时整流除去负值，不影响消息信号，保留正部分然后低通滤波,比较：接收端省去本地载波，在发射信号中加入一定强度 的载波信号Acos0t,8,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,9,缺点：发射机需要足够附加功率，成本高； 合算，大批接收机共用一台发射机, 优点：不需要本地载波, 解调：,包络检波器（二极管、电阻、电容) 整流器与低通滤波器结合,4其它调制方式, 单边带调制SSB, 调频FM, 调相PM,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,10,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复模拟信号,二、带通滤波系统的应用,1.调幅信号作用于带通系统,为完成调幅信号的传输，往往遇到调幅信号作用于带通滤波器而求响应的问题,分析的出发点：系统的正弦稳态响应,11,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复模拟信号,解：,求三个余弦信号的稳态响应，然后叠加,研究的频率范围在=100 附近，取近似条件+1002,12,载频点相移为0,两个边频分量45相移,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,13, 调幅波包络相对强度减小，而且包络产生时延，,群时延的概念, 包络失真： 通带内|H(j)|非常数，相移特性非直线，可能引起包络的失真。本例中调制信号为单一频率，未涉及包络失真问题。如果调制信号有多个频率分量，为保证传输波形不失真，要求为理想带通滤波器,只关心包络波形是否失真，并不关心载波相位如何变化，因为载波本身未传递信息,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,14,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复模拟信号,2窗函数的应用,研究信号时域、频域局部特性，利用窗函数对信号开窗,15,例2,求：, 频率窗函数例子,利用频域窗函数概念说明理想低通滤波器截断信号频谱产生吉布斯现象；更多的是带通滤波器对信号频谱开窗，希望窗口可调,（1）此系统的系统函数,（2）,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,16,解：,(2),(1),利用频域卷积定理,尺度特性,17,(3) 理想带通滤波器，,相频特性中 t0 = 0,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,18,结论：, 性能可调整的频率窗函数，改变a可调整开窗位置和 窗口宽度, 自动调整尺度和位置的功能可适应检测不同频段谱成 分特征的需要，便于研究信号的局部特性,低频段检测：a大，移向低频，带宽窄，时间长,高频段检测：a小，移向高频，带宽宽，时间短,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,19, 应用对象：图像信号边缘检测轮廓的提取、 地震信号识别、脑电、心电特征检测等, w 函数将信号的时域分析与频域分析结合 起来，可获得更全面、完整的观察加分析, 频率窗函数或之间窗函数概念得到了广泛 应用。例如小波变换、短时傅里叶变换、 多频率分析等,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,20,1. 从冲激抽样信号恢复连续时间信号, 抽样,三、从抽样信号恢复连续时间信号,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,21,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,22,条件：,则,若 且 ，,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,恰为各冲激响应过零点，落在抽样时刻上,23,归纳：, 波形合成方面理解：连续信号f(t)展开成Sa函数的 无穷级数；在抽样信号fs(t)的每个抽样点上画出幅 值为f(nTs)的Sa函数波形，合成的信号即为f(t), 响应方面理解：根据线性系统叠加性，当fs(t)通过 理想低通滤波器时，抽样序列的每个冲激信号产 生一个响应，将所有响应叠加可得出f(t)，达到由 fs(t) 恢复f(t)的目的,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,24,P295，图5-22,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,25,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,26,2零阶抽样保持, 原因：,函数无法实现，时宽窄、幅度大的矩形脉冲也很难实现。所以在通信中常采用零阶抽样保持：抽样瞬间， 对 抽样，保持这一样本值到下一个抽样瞬间为止, 原理：,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,27,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,28,构造线性时不变系统 求 的频谱,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,29,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复连续时间信号,30,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复模拟信号, 恢复方法：,低通滤波器,频域解释：,具有补偿特性的低通滤波器,31,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复模拟信号,相频特性斜率为正，实际滤波器为负,32,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应用抽 样信号恢复模拟信号,3一阶抽样保持, 折线：连续函数各样本值用直线连接,参见p298, 图5-28,33,5.3 调制与解调、带通滤波系统的应