通信原理 第六讲 模拟信号的调制与解调

1、 通信原理通信原理 第六讲第六讲通信基础教研室通信基础教研室 潘若禹潘若禹 办公室办公室 3 3号实验楼号实验楼324324 电话电话 8816634888166348 邮箱邮箱 第五章第五章 模拟信号的调制与解调模拟信号的调制与解调基本要求：基本要求：1.1.了解调制的目的、定义和分类；了解调制的目的、定义和分类；2.2.掌握调幅掌握调幅(AM)(AM)、抑制载波双边带调幅、抑制载波双边带调幅(DSB-SC)(DSB-SC)、单边带调幅单边带调幅(SSB)(SSB)、残留边带调幅、残留边带调幅(VSB),(VSB),上述上述各种线性调制的时域和频域表示各种线性调制的时域和频域表示, ,时域波

2、形和时域波形和频谱结构频谱结构, ,调制器和解调器；调制器和解调器；3.3.知道线性调制系统的抗噪声性能、门限效应；知道线性调制系统的抗噪声性能、门限效应；4.4.清楚清楚AMAM、DSBDSB、SSBSSB、VSBVSB的性能比较的性能比较, ,特点及应特点及应用。用。 重要定义重要定义基带基带( (调制调制) )信号信号较低频率分量，不适宜在信道较低频率分量，不适宜在信道中传输。中传输。载体载体( (载波载波) )运载基带信号的载体。运载基带信号的载体。参数参数( (或特征值或特征值) )载波随基带信号变化的参数。载波随基带信号变化的参数。调制过程调制过程完成载波随基带信号变化的过程。完成

3、载波随基带信号变化的过程。 调制的本质：调制的本质：1.1.基带信号转化为适合传输的频带信号；基带信号转化为适合传输的频带信号；2.2.信道多路复用，提高信道利用率；信道多路复用，提高信道利用率；3.3.增强抗干扰能力；增强抗干扰能力；4.4.实现带宽与信噪比之间互换。实现带宽与信噪比之间互换。调制方式：调制方式：A A形式：形式：模拟、数字模拟、数字B B载波选择：载波选择：正弦波正弦波连续调制连续调制 脉冲波脉冲波脉冲调制脉冲调制调制的定义调制的定义：按调制信号按调制信号( (基带信号基带信号) )的变化规的变化规律去改变载波某些参数的过程。律去改变载波某些参数的过程。 参数参数( (或特

4、征值或特征值) ) 以不同的参数以不同的参数“表征表征”基带信号的特点构成基带信号的特点构成AMAM、FMFM、PMPM的调制，这就是本章的主要内容。的调制，这就是本章的主要内容。 脉冲调制：脉冲调制：脉幅脉幅、脉宽脉宽、脉位脉位调制调制分析方法：信号系统的一般方法分析方法：信号系统的一般方法 时域、频域时域、频域 0( )( )cosctAC tt002()jte 000cos() ()()t 000sin()()()tj 0001( )cos ()()2f ttFF000( )sin ()()2jf ttFF3.13.1模拟信号的线性调制模拟信号的线性调制 线性调制：已调信号线性调制：已调

5、信号 和调制信号和调制信号 频频谱之间呈线性搬移关系的调制方式称为线性谱之间呈线性搬移关系的调制方式称为线性调制。调制。 模拟连续波调制：调制信号为模拟信号，模拟连续波调制：调制信号为模拟信号，载波为连续波的一种调制类型。载波为连续波的一种调制类型。 A MD S B幅 度 调 制S S B模 拟 调 制V S BF M角 度 调 制P M( )CSt( )x t 3 3.1.1.1.1常规双边带调制常规双边带调制(AM)(AM) 常规双边带调制就是标准幅度调制，它用常规双边带调制就是标准幅度调制，它用调制信号去控制高频载波的振幅，使已调波调制信号去控制高频载波的振幅，使已调波的振幅按照调制信

6、号的振幅规律线性变化。的振幅按照调制信号的振幅规律线性变化。AMAM调制器模型下图所示。调制器模型下图所示。 假设调制信号为假设调制信号为 , ,冲击响应冲击响应 , ,即即滤波器滤波器 , ,是全通网络。载波信号为调制是全通网络。载波信号为调制信号信号 , , 叠加直流叠加直流A A0 0后与载波相乘后与载波相乘, ,经过滤波器后就得到标准调制信号经过滤波器后就得到标准调制信号(AM(AM信信号号),AM),AM信号的时域和频域表示式分别为信号的时域和频域表示式分别为 ( )x tAMcc0cc0( )cos( )coscos()c(osAsttA ttAtx tttxAM0cccc() (

7、)()1()()2SAXX ( )( )h tt( )1H( )coscc tt( )x t 结论：结论：(1)(1)调幅过程使原始频谱调幅过程使原始频谱 搬移到了搬移到了 , ,且频且频谱中包含载频分量谱中包含载频分量 和边带和边带分量分量 两部分。两部分。 (2)AM(2)AM波的幅度谱波的幅度谱 是对称的。在正频率区是对称的。在正频率区域，大于域，大于c c的频谱叫上边带的频谱叫上边带(USB),(USB),小于小于c c的频谱叫下边带的频谱叫下边带(LSB)(LSB)；又由于幅度谱对原；又由于幅度谱对原点是偶对称的点是偶对称的, ,所以在负频率区域所以在负频率区域, ,上边带应上边带应

8、落在小于落在小于- -c c的频谱部分的频谱部分, ,下边带应落在大于下边带应落在大于 - -c c的频谱部分。的频谱部分。 ( )Xc0 ()()CCA 1()()2CCXX( )X(3)AM(3)AM波占用的带宽波占用的带宽B BAMAM(Hz(Hz) )应是基带消息信号带应是基带消息信号带宽宽 的两倍，即的两倍，即 。 (4)(4)要使已调波不失真，必须在时域和频域满足要使已调波不失真，必须在时域和频域满足以下条件：以下条件： 在时域范围内在时域范围内, ,对于所有对于所有t t, ,必须必须 这就保证了这就保证了A A( (t t)=)=A A0 0+ +x x( (t t) )总是正

9、的。这时总是正的。这时, ,调调制后的载波相位不会改变制后的载波相位不会改变，信息只包含在信号，信息只包含在信号之中之中, ,已调波的包络和已调波的包络和 的形状完全相同，用的形状完全相同，用包络检波的方法很容易恢复出原始的调制信号。包络检波的方法很容易恢复出原始的调制信号。否则否则, ,将会出现过调幅现象而产生包络失真将会出现过调幅现象而产生包络失真。 在频域范围内在频域范围内, ,载波频率应远大于载波频率应远大于 的最的最 max0| ( )|x tA()Xt( )X t2AMmBf(2 )mmmff高频谱分量高频谱分量, ,即即 若不满足此条件，则会出现频谱交叠，此时若不满足此条件，则会

10、出现频谱交叠，此时的包络形状一定会产生失真。的包络形状一定会产生失真。调幅度定义调幅度定义：调幅度是振幅调制信号的一个重要：调幅度是振幅调制信号的一个重要参数，其定义如下：参数，其定义如下： 正常调幅正常调幅, , 满调幅满调幅, , 过调幅。过调幅。 只有只有 为负值时为负值时, ,出现过调幅现象。出现过调幅现象。 mcff minmaxminmaxa)()()()(tAtAtAtAm1am 1am 1am ( )A tmaxminmaxminminmin1 ( ) ( ) ( ) ( )2 ( )0 ( )0AtAtAtAtAtAta若 m即 请大家注意以下两个公式：请大家注意以下两个公式

11、： 定理：定理：设设 为实平稳随机过程，则它的自相关为实平稳随机过程，则它的自相关函数为函数为 性质：性质：结论：结论： AM AM信号在信号在11电阻上的平均功率电阻上的平均功率P PAMAM等于等于S SAMAM( (t t) )的均方值。当的均方值。当 为确知信号时为确知信号时, ,S SAMAM( (t t) )的的均方值等于其平方的时间平均均方值等于其平方的时间平均, ,即即 ( ) t( )( ( ) ()REtt)()0(2tER2/2/)()(1lim)(TTTdttstsTR2/2/2)(1limTTTdttsTP(0)PR2( )PEt( )X t当当 时，时， 且且 则上

12、式变为则上式变为222AMAM0c222220cc0c2200( )( )coscos( )cos2( )c2(os( )(1 cos2)(1 cos)1 co22s2)2cccPxtAx ttAtx ttA x ttAx ttA x ttt( )0 x t 1 cos2( )1ct02( )1cos20cA x ttsc220AM2)(2PPtxAP载波功率边带功率结论：结论： AMAM信号的平均功率是由载波功率和边带功率信号的平均功率是由载波功率和边带功率组成的，而只有边带功率才与调制信号有关。组成的，而只有边带功率才与调制信号有关。调制效率调制效率定义定义：为边带功率与总功率之比为边带功

13、率与总功率之比，即，即 对于调制信号为单频余弦信号的情况，即对于调制信号为单频余弦信号的情况，即 , , ,此时上式此时上式 202cPA为载波功率2( ) 2sPx t为边带功率)()(2202scsAMtxAtxPPP( )cos()mmmx tAt22( )2mx tA 变为变为又因为又因为因此因此 当满调制当满调制 AMAM信号的载波分量并不携带信息，但占据信号的载波分量并不携带信息，但占据了大部分功率，致使了大部分功率，致使AMAM信号调制效率降低。如信号调制效率降低。如果抑制载波分量传送，就是果抑制载波分量传送，就是DSB-SCDSB-SC调制。调制。22mAM22220m0( )

14、2( )Ax tAAAx t00000()()()()mmmammAAAAAmAAAAA2aAM2a2mm1am AM1 33.1.2 3.1.2 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅(DSB-SC)(DSB-SC) 为了提高调幅信号的效率，就得抑制掉已调为了提高调幅信号的效率，就得抑制掉已调波中的载波分量。要抑制掉波中的载波分量。要抑制掉AMAM信号中的载波，信号中的载波，只需在图只需在图3-13-1中将直流分量中将直流分量A A取掉，得到抑制取掉，得到抑制载波的双边带信号，简称双边带信号载波的双边带信号，简称双边带信号(DSB)(DSB)。 DSBDSB信号的时域表示为信号的时域表示为当调制信号为当调制信号为 确知信号时确知信号时,DSB,DSB信号的频谱为信号的频谱为 DSBc( )( )cosStx tt2)(2)()(ccDSBXXs( )X t 由于由于DSBDSB频谱中没有载波分量频谱中没有载波分量, ,P Pc c=0=0。因此，。因此，信号的全部功率都包含在边带上，即信号的全部功率都包含在边带上，即 这就使得