简明通信原理第4章模拟调制系统ppt课件

1、学习目的学习目的l 调制的功能和分类；l 幅度调制及其抗噪声性能；l 角度调制的概念，卡森公式；l 各种调制方式的优势及主要运用；l 频分复用FDM的概念。第第 4 4 章章模拟调制系统模拟调制系统4.1 4.1 调制简介调制简介 调制是许多通讯系统尤其是无线通讯的关键技术。4.1.1 什么是调制？什么是调制？比喻货物运输调制传输货物音讯信号运载工具载波把货物装载到运载工具上调制过程 到达目的地后，那么要从运载工具上卸下货物解调过程调制调制把音讯信号搭载在载波上的过程。换言之就是使载波的某个参数 幅度、频率 、相位 随着音讯信号的规律而变化。第第 4 4 章章模拟调制系统模拟调制系统第第 4

2、4 章章模拟调制系统模拟调制系统幅度调制过程表示载波载波 一种高频周期信号如正弦波、脉冲串，其本身不含任何有用信息。 ：已调信号已调信号经过调制后的载波，它含有音讯信号的全部特征。调制过程中涉及的3种信号音讯信号载波已调信号“音讯信号 、 调制信号和基带信号对于已调信号来说是同义词。解调解调或称检波是调制的逆过程从已调信号中复原音讯信号 ：第第 4 4 章章模拟调制系统模拟调制系统4.1.3 调制的类型 根据音讯信号、 载波的被调参数和频谱构造的不同 ， 可将根本调制方式分为：AMFMPM( )cos(2)ASKFSKPSKc tAf t消息信号调制类型模拟正弦型载波数字假设用模拟音讯信号分别

3、控制载波的幅度、频率和相位，那么相应产生模拟已调信号幅度调制AM频率调制FM相位调制PM假设用数字音讯信号分别控制载波的幅度、频率和相位，那么相应产生数字已调信号：振幅键控ASK频移键控FSK相移键控PSK第第 4 4 章章模拟调制系统模拟调制系统4.2 幅度调制4.2.1 常规调幅幅度调制是使正弦载波的振幅按照模拟音讯信号的变化规律成比例地变化。幅度调制有4种方式AMDSBSSBVSB常规双边带调幅抑制载波双边带调制单边带调制残留边带调制1AM信号的产生信号的产生 图4-2 AM调制模型 第第 4 4 章章模拟调制系统模拟调制系统2AM信号的波形与频谱AM信号的时域表达式： 4-2-1式中，

4、 为载波角频率。利用以下傅里叶变换对：AM0c0cc( )( )coscos( )cosstAm ttAtm ttcc2f( )( )m tMccccos()()tccc1( )cos()()2m ttMMAM0cccc1( )()()()()2SAMM4-2-2那么可由式4-2-1写出AM信号的频域表达式： 其波形和频谱幅度谱表示图: 图4-3 AM信号的波形和频谱第第 4 4 章章模拟调制系统模拟调制系统由图可见：1AM波的包络反映了基带信号 的变化规律，可进展包络检波。2AM的频谱由载频分量和上、下对称的两个边带组成，传输带宽为 AMm2Bf第第 4 4 章章模拟调制系统模拟调制系统线性

5、调制线性调制3已调信号的频谱仅仅是基带信号频谱的简单搬移即在调制过程中频谱构造没有发生变化，只是频谱位置平移了4-2-3 第第 4 4 章章模拟调制系统模拟调制系统4.2.2 抑制载波双边带调制 DSBc( )( )cosstm ttDSBcc1( )()()2SMM图4-5 DSB信号的波形和频谱由图可见： 2DSB频谱中没有载波分量，因此，调制效率到达 100% 。问题：问题：DSB信号的带宽与AM一样，仍是基带信号带宽的两倍，即D SBA Mm2BBf这就引发出一种想法：能否只传输DSB其中的一个边带呢？4.2.3 单边带调制 1SSB信号的产生滤波法滤波法 ： 先产生一个DSB信号，然

6、后用 滤掉一个边带，即可得到SSB信号。图4-6 滤波法产生SSB的模型假设为高通滤波器 ， 那么产生上边带USB信号 ；假设为低通滤波器 ， 那么产生下边带LSB信号。图4-7 边带滤波器特性图4-8 SSB信号的频谱4.3 角度调制 第第 4 4 章章模拟调制系统模拟调制系统 角度调制调频FM调相PM角度调制最突出的优势是其较高的抗噪声性能。这种优势的代价是占用比调幅信号更宽的带宽。4.3.2 FM信号的频谱与带宽1频谱构造 角度调制属于非线性调制，已调信号的频谱不再是音讯信号频谱的简单搬移。 FM信号的频谱构造与调频指数 亲密相关。 fm第第 4 4 章章模拟调制系统模拟调制系统2带宽带

7、宽实际上，实际上，FM信号的频谱含有无穷多个频率分量，所以其带宽为无穷大。信号的频谱含有无穷多个频率分量，所以其带宽为无穷大。 卡森公式卡森公式当当 时，谱线只需载波分量和一对边频，此时为时，谱线只需载波分量和一对边频，此时为当当 1时，边频分量增多，频带变宽，此时称为时，边频分量增多，频带变宽，此时称为 例如，在例如，在FM广播中规定最大频偏广播中规定最大频偏 为为75kHz，最高调制频率，最高调制频率 为为15kHz，故调频指数，故调频指数 ，由卡森公式可算出，由卡森公式可算出FM信号的频带宽度为信号的频带宽度为180kHz。FMfmm2(1)2()Bmfff fmff5m 第第 4 4

8、章章模拟调制系统模拟调制系统实践上，FM信号的有效带宽为f1m fm窄带调频窄带调频宽带调频宽带调频4.3.4 FM特点与运用特点与运用1调频是将调频是将 调制到载波的频率上，表现为调制到载波的频率上，表现为FM波的过零点密度与波的过零点密度与 成比例，而成比例，而幅度坚持恒定。幅度坚持恒定。2FM属于非线性调制，其频谱构造与调频指数属于非线性调制，其频谱构造与调频指数 亲密相关，所需的传输带宽比亲密相关，所需的传输带宽比AM信号信号的带宽大的带宽大 倍，因此，有效性不如调幅系统。倍，因此，有效性不如调幅系统。3FM信号的带宽随信号的带宽随 的变化而改动，的变化而改动， 大，频带宽。但大，频带

9、宽。但 大，调频系统的抗干扰大，调频系统的抗干扰才干也强。因此，调频方式可以实现带宽与信噪比的互换即有效性与可靠性的互换。才干也强。因此，调频方式可以实现带宽与信噪比的互换即有效性与可靠性的互换。关于关于 值的选择，要从通讯质量和带宽限制两方面思索。对于远间隔高质量的通讯如值的选择，要从通讯质量和带宽限制两方面思索。对于远间隔高质量的通讯如调频广播、电视伴音、卫星通讯、挪动通讯、微波通讯和蜂窝系统，需采用宽带调频，调频广播、电视伴音、卫星通讯、挪动通讯、微波通讯和蜂窝系统，需采用宽带调频，即即 值选得大些；对于普统统讯，选用值选得大些；对于普统统讯，选用 较小的调频方式。较小的调频方式。( )

10、m t( )m tf(1)m fmfmfmfmfmfm第第 4 4 章章模拟调制系统模拟调制系统 讨论：1DSB的制度增益为2，即解调器输出信噪比是输入信噪比的2倍，表示信噪比改善了一倍。2SSB的制度增益为1，表示信噪比没有改善。3 ，能否阐明DSB系统的抗噪声性能比SSB系统好呢？4VSB系统的抗噪声分析方法及结果与SSB类似。5AM系统的抗噪声分析方法与DSB类似，分析结果为 4-4-26DSBSSB2GG2ooAM22ii0/2( )/( )SNm tGSNAm t不能由于在上述分析中，两者的输入信号功率、输入噪声功率和带宽不同。假设给定一样的 和 条件下，DSB和SSB的输出信噪比是

11、一样的，即两者的抗噪声性能一样。2小信噪比情况小信噪比情况当输入信噪比当输入信噪比 低于门限值时，鉴频器也会出现门限效应。门限效应是一低于门限值时，鉴频器也会出现门限效应。门限效应是一切非相关解调器都存在的一种特性。无论是切非相关解调器都存在的一种特性。无论是AM的包络检波器，还是的包络检波器，还是FM的鉴频器的鉴频器都存在门限效应。而相关解调器不存在门限效应。都存在门限效应。而相关解调器不存在门限效应。4-4-54ii(/)SN4.4.5模拟调制系统性能比较模拟调制系统性能比较 抗噪声性能：抗噪声性能： 频谱利用率：频谱利用率： 同时涉及到同时涉及到FM系统的有效性和可靠性，系统的有效性和可

12、靠性，FM系统的抗噪声才干可系统的抗噪声才干可靠性的提高是以占用更宽的传输带宽有效性降低为代价换取的。靠性的提高是以占用更宽的传输带宽有效性降低为代价换取的。 调频指数 FMDSB/SSBVSBAMSSBVSBDSB/AMFM 4.5 频分复用频分复用 是处理如何利用一条信道同时传输多路信号的技术。其目的是是处理如何利用一条信道同时传输多路信号的技术。其目的是为了提高信道的利用率。为了提高信道的利用率。复用方式有多种，本节引见频分复用复用方式有多种，本节引见频分复用Frequency Division Multiplexing ，FDM，下一章引见时分复用，下一章引见时分复用Time Divi

13、sion Multiplexing ，TDM。4.5.1 FDM根本原理根本原理 FDM是按频率区分各路信号的复用方式，它将信道带宽分成多个互是按频率区分各路信号的复用方式，它将信道带宽分成多个互不重叠的小频带子通道，每路信号占据其中一个子通道。不重叠的小频带子通道，每路信号占据其中一个子通道。FDM系统框图：系统框图：图图4-29 频分复用系统原理框图频分复用系统原理框图 复用复用FDM的优点是信道利用率高、复用的路数多、技术成熟。它不仅用在模拟通讯，在数字通讯中也得到广泛运用。FDM的缺陷是设备复杂，并且在复用和传输过程中会不同程度地引入非线性失真，从而产生路际干扰对语音而言，也叫串音。4.5.2 运用举例 FDM在立体腔调频广播、电视广播系统、蜂窝挪动系统、微波中继系统等中得到了广泛运用。最典型的运用例子就是传统的有线多路载波系统。该系统采用SSB调制方式旨在节省频带，12路复用成一个根本群信号，称为基群；5个基群复用为一个超