第3章模拟信号的调制与解调.ppt

1 3 1模拟信号的线性调制原理及抗噪声性能3 2模拟信号的非线性调制原理及抗噪声性能3 3模拟调制方式的性能比较 第3章模拟信号的调制与解调 2 引言 在通信系统中 对模拟基带信号进行调制 解调传输的目的是为了让多个基带信号经过调制后在信道上一定的频带内同时传输 并且采用调制方式传输还能增强信号的抗噪声能力 除此之外 采用调制解调传输还可实现传输带宽与信噪比之间的互换 调制解调的功能从频域去看就是对基带信号的频谱搬移或者变换 3 1 正弦调制 载波为C t cos ct的连续波形 1 模拟调制 m t 为模拟信号 AM DSB SC SSB VSB FM PM 2 数字调制 m t 为数字信号 ASK FSK PSK等 调制从载波形式考虑可分为两种基本类型 正弦波和脉冲 但两种基本类型又都有几种不同的调制方式 4 2 脉冲调制 载波C t 为脉冲周期信号 1 脉冲无编码调制 用模拟信号m t 改变脉冲的幅度 PAM 宽度 PDM 相位 PPM 后所产生的已调信号 2 脉冲编码调制 PCM 用模拟信号m t 对脉冲串进行幅度调制后得到PAM 再对PAM的每个脉冲幅度进行量化编码 所得到的编码数据称为m t 的PCM信号 3 增量调制 M 根据对模拟信号m t 的采样信号与预测信号之差进行一位编码的调制 即在 M中每一采样点输出一比特编码 4 脉冲数字调制 m t 为数字信号 常为多进制脉位调相PPM 3 复合调制 对同一载频进行两种或更多种的调制称为复合调制 例如 对同一个载波进行一次调频后再进行一次振幅调制 所得结果为调频调幅波 在这里两次调制的调制信号可以不相同 4 多级调制 用同一调制信号实施两次或更多次的调制过程 如AM FM是先用m t 进行AM调制 再用此AM信号对另一载波进行FM调制 5 我们把输出已调信号Sc t 的频谱和调制信号X t 的频谱之间呈线性搬移关系的调制方式称为线性调制 如常规的双边带调制 AM 抑制载波的双边带调制 DSB SC 单边带调制 SSB 及残留边带调制 VSB 均属于线性调制 3 1模拟信号的线性调制原理及抗噪声性能 6 调制器输入端信号的频谱 乘法器输出信号的频谱 调制器输出信号的频谱 傅里叶变换公式 7 采用不同的H f 可得到AM DSB SSB VSB信号的频谱 8 在这种调制方式中 描述调制信号对已调信号影响的指标为调幅度 它被定义为调制信号幅度与直流分量A之比 用m表示 为了便于解调处理 一般取m 1 9 DSB SC调制信号波形图 3 1 1 2抑制载波的双边带调制 DSB SC 原理 在此 除调制信号本身无直流分量外 H f 还为理想带通滤波器 滤波器带宽为2fH 即调制信号中A 0 SDSB t m t cos ct DSB SC信号波形如下图所示 频谱同S f B 2fH 10 3 1 1 4残留边带调制 VSB 原理 当fL很小时 无法用滤波法得到SSB信号 而只能得到VSB信号 调制信号形式与DSB和SSB相同 H f 带宽在一到二倍信号带宽之间 11 3 1 2模拟线性调制已调波的解调 隔直 3 1 2 1AM已调波的解调原理 包络检波 要求A m t 0 即m 1 像调制波形图 c 不满足此要求 相干解调 也称为载波同步解调 要求解调电路要先恢复同步载波 包络检波 非相干解调 载波同步实现方法 收端用锁相环或窄带带通滤波器提取相干载波 DSB返回 SSB返回 12 13 3 1 2 2抑制载波的双边带 DSB SC 已调波的解调原理 不能用包络检波法解调DSB信号 因其已调波包络不能代表调制信号 相干解调 解调方框图同AM相干解调 载波同步实现方法 1 发端插入小功率导频 收端用锁相环或窄带带通滤波器提取相干导频 再由导频合成相干载波 2 不用发送导频 在收端将已调信号进行全波整流 从全波整流后的信号中利用锁相环或窄带滤波器提取二倍载频分量 经整形 二分频及相位调整后就可得到同步载频信号 14 强载波Acos ct的获取方法 发端插入小功率导频 在收端提取后放大 合成 处理得到 不发导频 用收端的振荡器输出作为强载波 3 1 2 3单边带 SSB 已调波的解调原理 相干解调 解调方框图同AM相干解调 插入强载波 包络检波 就是将与发端载频同步的正弦信号和SSB信号混合后再用包络检波法完成SSB信号的解调 此为AM信号 故可用包络检波法解调SSB信号 15 16 AM信号 17 3 1 3模拟线性调制系统的抗噪声性能 分析AM DSB SSB相干解调抗噪性能 AM包络检波的门限效应 1 相干解调 18 以SSB为例说明分析过程 19 注 此结论与设f0 fc时相同 20 21 当A m t ni t 时 E t A m t nc t 经低通隔直后 mo t m t no t nc t 再在G S0 N0 Si Ni 将各量用上面实际值代替 化简可得 2 AM包络检波的门限效应 当A m t ni t 时 解调器的输出端得不到独立的信号 22 相干解调器无门限效应 23 3 2模拟信号的角度调制原理及抗噪声性能 最大频偏 带宽 B 2 f fH 2 m 1 fH 调制指数 这里 f 2 即最大频偏fH是调制信号的最高频率 24 调频指数 3 2 1模拟信号的频率调制 所谓频率调制 就是指高频载波的瞬时频率偏移随调制信号m t 的幅度作线性变化 该已调信号称为调频信号 其时域表示式为 25 频谱 无穷多个频率分量 其幅度正比于Jn mf n阶贝赛尔函数 由于当n mf 1时Jn mf 比较小 忽略不计 所以 调频信号有效带宽 B 2 mf 1 fm 2 mf 1 fH 26 从频谱图可以看出 fc两边分量不对称 因此对调频信号不能用单边带频谱信号传输信息 同时占用非常大的信道带宽 窄带调频 当 时为窄带调频 窄带调频时已调信号带宽等于AM信号带宽 但制度增益比AM时大得多 例 mf 3时 调频信号的频谱如下图 27 调频方法 实现调频信号有三种方法 即直接 倍频和锁相 1 直接调频 优点 可得到较大的频偏 存在问题 载频fc不稳定 需有稳频措施 VCO一般为LC RC振荡器 频率稳定度为10 3 2 窄带调频 倍频 28 3 锁相调频 由稳频晶振及锁相环电路两部分组成基本电路 条件 环路自然谐振频率fn fL 29 鉴频方法 就是对调频已调信号的解调方法 常用两种方法实现 1 限幅鉴频器 非相干解调 30 斜率鉴频电路原理图 31 2 锁相鉴频 利用锁相环中VCO的输入电压与输出瞬时频偏成 相干解调 正比这一功能来实现鉴频 32 3 NBFM的相干解调 33 FM抗噪性能 限幅鉴频方式 1 大信噪比 34 经限幅放大后的输出 35 由于LPF截至频率为fH 故 FM功率越大 A越大 噪声功率谱就会越小 K2 H 2 P f H 为求导运算的傅氏变换 即j FD实际输出 36 常称FD输出no t 为三角噪声 no t 也为三角噪声 与FM信号的功率成反比 与KF B无关 由于一般FM信号带宽B较大 而鉴频输出信号功率与B2成正比 但噪声功率与B无关 故FM的制度增益高 抗噪能力强 37 设调频信号为一正弦信号 则 可得 38 小信噪比 门限效应 39 40 41 3 2 2模拟信号的相位调制 42 对一个模拟调相已调波 其频谱分析是与调频类似的 它的频谱同样可用多阶贝塞尔函数的求和表示 调相已调波信号频谱与调频已调波信号频谱的差别仅在于各边频分量的相移不同 因此 调相信号的频带宽度也可近似地用下式表示 B 2 f fH 与基带信号有关 是变化的 由于调相已调波占用信道带宽随调制信号的瞬时频率改变 这样就导致实际使用中信道的利用率很低 故实际中很少用这种方式 这里也就不做过多的介绍了 43 3 3模拟调制方式的性能比较 44 性能比较 可靠性 优 劣 FM SSB DSB AM有效性 优 劣 SSB VSB AM DSB FM VSB的可靠性 无分析结论 虽然GSSB 1 GDSB 2 但两者输出信噪比相同 因BDSB 2BSSB 故 换句话说 两者抗噪性能相同 45 这说明在信息传输中可以带宽换取信噪比 当Si n0相同时 由于BFM BAM 因而调频系统的