通信原理之模拟调制系统.ppt

1、1,第3章 模拟调制系统,通信原理课程组,2,目标要求,一、 基本要求,1.掌握模拟调制、载波、调制信号、已调信号、 调制器的定义； 2.掌握调制的目的及模拟调制的分类； 3.掌握线性调制器的原理模型，会分析AM、 DSB、SSB、VSB调制与解调特性； 4.掌握非线性调制器的原理，及非线性已调信号 的频谱和带宽特性。,3,目标要求,二、重点和难点,1. 重点是： 掌握线性调制与解调的原理模型，及其数学分析、波形分析、频谱分析，理解各种调制方式的特点。 2. 难点是： 非线性调制频谱和带宽特性的分析和理解。,4,主要内容,3.1 概述 3.2 线性调制 3.3 非线性调制 小结 思考题、习题,

2、5,一、模拟调制的定义： 1. 定义 用来自信源的基带模拟信号去调制某个载波。载波是一个确知的周期性波形。 余弦波载波的表达式： 式中，A为振幅； 0为载波角频率； 0为初始相位。,3.1 概述,6,2. 组成 调制信号m(t)自信源来的基带信号 已调信号s(t)调制后的载波称为已调信号 调制器进行调制的部件,3.1 概述,7,二、调制的目的： 1. 频谱搬移 ：容易辐射 实现频率分配 多路复用 2. 提高抗干扰性 3. 还与传输效率有关,3.1 概述,8,三、模拟调制的分类： 1. 线性调制： 已调信号的频谱结构和调制信号的频谱结构相同，其频谱是调制信号频谱沿频率轴平移的结果。包括：调幅、单

3、边带、双边带、残留边带 2. 非线性调制（角度调制）： 已调信号的频谱结构和调制信号的频谱结构有很大的不同，除了频谱搬移外，还增加了许多新的频率成分。包括：频率调制、相位调制,3.1 概述,返回,9,一、基本概念 设载波为： c(t)=Acos0t=Acos2f0t 调制信号为能量信号m(t)，则线性调制器的原理模型如图所示。,3.2 线性调制,10,3.2 线性调制-基本概念,相乘结果：s(t)=m(t)Acos2f0t 用“”表示傅里叶变换： 又 所以，,11,3.2 线性调制-基本概念,相乘器输入信号m(t)和输出信号s(t)的频谱密度图,12,二、振幅调制（AM） 1.基本原理 设:

4、m(t) = 1+m(t)， |m(t)| 1， m(t)|max = m 调幅度， 则有调幅信号： s(t) = 1+m(t)Acos0t， 式中， 1+m(t) 0，即s(t) 的包络是非负的。 +1 = =,m(t),3.2 线性调制,13,2.频谱密度 含离散载频分量; 当m(t)为余弦波，且m100时， 两边带功率之和 载波功率之半。,3.2 线性调制-振幅调制（AM）,14,3.2 线性调制-振幅调制（AM）,15,3. AM信号的接收：包络检波 （1）原理：,3.2 线性调制-振幅调制（AM）,16,（2）性能：设输入电压为： 式中， 为检波器输入噪声电压 y(t)的包络： 在大

5、信噪比下 检波后（已滤除直流分量）：,3.2 线性调制-振幅调制（AM）,17,输出信号噪声功率比： 在检波前的信号噪声功率比等于 检波前后信噪功率比之比为 由于m(t) 1，显然上式比值r0/ri小于1，即检波后信噪比下降了。,3.2 线性调制-振幅调制（AM）,18,三、双边带(DSB)调制 1.原理： 调制信号m(t)没有直流分量时，得到DSB信号。 2. 频谱：两个边带包含相同的信息。,3.2 线性调制,上边带,下边带,19,3. 解调：需要本地载波 设接收的DSB信号为 接收端的本地载波为 两者相乘后，得到,3.2 线性调制-双边带(DSB)调制,20,3.2 线性调制-双边带(DS

6、B)调制,低通滤波后，得到 仅当本地载波没有频率和相位误差时，输出信号 才等于m(t)/2。和调制信号仅差一个常数因子 4. DSB的优缺点： DSB信号可以节省发送功率，但接收电路较为复杂。,21,四、单边带(SSB)调制 1. 原理： 两个边带包含相同的信息 只需传输一个边带： 上边带或下边带 要求m(t)中无太低频率,-f0,HL(f)特性,上边带,(b) 上边带滤波器特性和信号频谱,单边带信号的频谱,上边带,S(f),上边带,下边带,HH(f)特性,HH(f)特性,(a) 滤波前信号频谱,(c) 下边带滤波器特性和信号频谱,S(f),S(f),-f0,f0,3.2 线性调制,上边带,2

7、2,2. 解调：需要本地载波 由于 若 z(t) = x(t)y(t) ，则有 Z() = X() Y() 单边带信号解调时，用载波cos0t 和接收信号相乘，相当于在频域中载波频谱和信号频谱相卷积。 下图以上边带为例，示出用低通滤波器滤出解调后的信号。 3. SSB优点： 比DSB信号进一步节省发送功率和占用带宽。,3.2 线性调制-单边带(SSB)调制,23,3.2 线性调制-单边带(SSB)调制,24,五、残留边带(VSB)调制 1. 特点： 适合包含直流分量 和很低频率分量的 基带信号。 2. 原理： VSB仍为线性调制,3.2 线性调制,25,数学推导： 调制信号和载波相乘后的频谱为

8、 设调制器的滤波器的传输函数为H(f)，则滤波输出的已调信 号频谱为 若仍用上图的解调器，则接收信号和本地载波相乘后得到的 r(t)的频谱为： 将已调信号的频谱代入上式，得到r (t)的频谱为：,3.2 线性调制-残留边带(VSB)调制,26,上式中M(f+2f0)和M(f2f0)两项可以由低通滤波器滤除，所以得到滤波输出的解调信号的频谱密度为： 为了无失真地传输，要求上式中 由于 所以，上式可以写为 上式即产生VSB信号的条件。,3.2 线性调制-残留边带(VSB)调制,27,上式要求： 滤波器的截止 特性对于f0具 有互补的对称性,3.2 线性调制-残留边带(VSB)调制,返回,28,一、

9、基本原理 1. 频率的概念：严格地说，只有无限长的恒定振幅、恒定频率和恒定相位的正弦（余弦）波形才具有单一频率。载波被调制后，不再仅有单一频率。 2. “瞬时频率”的概念：设一个载波可以表示为 式中，0为载波的初始相位； (t) = 0t + 0 为载波的瞬时相位 ; 0 = d(t)/dt 为载波的角频率。 现定义瞬时频率： 上式可以改写为：,3.3 非线性调制,29,3. 角度调制的定义： (t)是载波的相位。若使它随调制信号m(t)以某种方式变化，则称其为角度调制。 （1）相位调制的定义：若使相位(t)随m(t)线性变化，即令 则称为相位调制。这时，已调信号的表示式为 此已调载波的瞬时频

10、率为： 即，在相位调制中瞬时频率随调制信号的导函数线性地变化。,3.3 非线性调制- 基本原理,30,(2) 频率调制的定义：若使瞬时频率直接随调制信号线性地变化，则称为频率调制。 瞬时角频率为 瞬时相位为 这时，已调信号的表示式为： 上式表明，载波相位随调制信号的积分线性地变化 。,3.3 非线性调制- 基本原理,31,(3) 相位调制和频率调制的比较： 在相位调制中载波相位(t)随调制信号m(t)线性地变化，而在频率调制中载波相位(t)随调制信号m(t)的积分线性地变化。 若将m(t)先积分，再对载波进行相位调制，即得到频率调制信号。类似地，若将m(t)先微分，再对载波进行频率调制，就得到

11、相位调制信号。 仅从已调信号波形上看无法区分二者。二者的区别仅在于已调信号和调制信号的关系不同。,3.3 非线性调制- 基本原理,32,(4) 角度调制的波形 上图表示瞬时频率和时间的关系： 在0到20间做线性变化 下图表示已调信号波形 若m(t)作直线变化，则已调信号就是频率调制信号 若m(t)是随t 2变化，则已调信号就是相位调制信号,3.3 非线性调制- 基本原理,33,二、已调信号的频谱和带宽 1.频谱 设：调制信号m(t)是一个余弦波 用其对载波作频率调制，则载波的瞬时角频率为 上式中，kf = 为最大频移 已调信号表示式：,3.3 非线性调制,34,3.3 非线性调制-已调信号的频

12、谱和带宽,式中 mf/fm为最大频率偏移和基带信号频率之比，称为调制指数mf，即有： 上式是一个含有正弦函数的余弦函数，它的展开式为：,35,式中，Jn(mf)为第一类n阶贝塞尔函数， 它具有如下性质： 故上式可以改写为： 已调信号最终表示式,3.3 非线性调制-已调信号的频谱和带宽,36,3.3 非线性调制-已调信号的频谱和带宽,贝塞尔函数曲线,37,2. 频谱特点： a.边频成对 b.大部分功率集中 在有限带宽内 c.当调制指数mf 1 时， 带宽B： 或：,3.3 非线性调制-已调信号的频谱和带宽,38,三、角度调制信号的接收 角度调制的振幅是恒定的。 经过变参信道传输后，不会因信号振幅的改变而使信息受到损失。 信道中衰落及噪声对于信号角度（频率和相位）的影响与振幅相比要小得多。 故，其抗干扰能力较强。,3.3 非线性调制,返回,39,小结,模拟调制,线性调制,非线性调制