第1.1章模拟调制系统

1、第1.1章模拟调制系统第1页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五0mM()调制0S ()0已调波0S ()0已调波解调0mM()0C()0载波第2页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五二、调制的分类 载波 调制信号1.正弦波调制：正弦波 （连续波）2.脉冲调制: 脉冲 模拟信号:模拟调制数字信号:数字调制模拟信号:脉冲模拟调制数字信号:脉冲编码(数字)调制(第3页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五三、模拟调制（线性、非线性调制） 载波已调信号可以表示为： 幅度调制频率调制相位调制S(t)=A(t) cos(t) t +()S(t)=

2、A0cos0t+0-三要素幅度调制系统 角度调制系统 线性 非线性S(t)t0第4页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五一、标准调幅（AM）系统（一）AM调制1.定义:用信号m(t)去控制载波s(t)的振幅，使已调波的包络 按照m(t)的规律线性变化。 S(t)t0等幅、等频 1.5.1 幅度调制系统 第5页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五2. AM信号表达式 设m(t)为调制信号，载波为 已调波为 随m(t)变化而变化 载波振幅载波角频率载波起始相位第6页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五S(t)t0m(t)t0sAM(t)t

3、0载波调制信号 已调波波形第7页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五3. AM产生的数学模型 ：AM调制器 m(t) cos (0t)(tSAM 0A第8页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五 【例1】 设调制信号m(t)=Amcos(mt+m)， 载波 s(t)=A0cos(0t+0) 求(1)AM信号的表达式; (2)画出AM波形、频谱并计算其带宽。)cos()()(000+=ttmAtsAM解：（1）已调波将m(t)代入第9页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五 (2) 波形和频谱波形t0A0tm(t)0m(t)+A0t0sAM

4、(t)t0S(t)第10页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五频谱 设 m=0=0 =A0+Amcos(mt) cos(0t)=A0 cos(0t) +Amcos(mt) cos(0t)=A0 cos(0t) +（Am/2）cos(0+m) t +（Am/2）cos(0-m) t第11页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五频谱0M()0S()调制信号：m(t)=Amcos(mt)，载波：s(t)=A0cos(0t) 已调波：A0 cos(0t) +（Am/2）cos(0+m) t +（Am/2）cos(0-m) tm-m0-0sAM()002m调制信号载

5、波已调波带宽= 2m第12页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五 【例2】 已知调制信号m(t)=8cos2 104t， 载波 s(t)= 20cos2 1.1 106t 求(1)载波和调制信号的振幅、频率; (2) AM信号的表达式; (3)画出AM波形、频谱并计算其带宽。第13页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五4.一般情况AM的波形和频谱图形： m(t)t0 mm0M()000S(t)t0sAM(t)t0000SAM()USBUSBLSBLSB2m2 mS () 调制信号 时域-波形频域-频谱 载波 已调波 带宽= m带宽= 2m第14页，共58

6、页，2022年，5月20日，14点10分，星期五结论： 时域：已调波包络与调制信号成线性关系，频率为载频 频域：调制过程使基带信号的频谱搬移到0处，频谱 中含有载频和上、下两个边带，已调波带宽为原基带信 号带宽的两倍，即WAM=2 m AM调制是属于线性调制 第15页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五解调：将位于载频的信号频谱再搬回来，并且不失真地恢复出 原始信号。 解调方式：相干解调 非相干解调 1.相干调解：在收端有一本地载波,与发送载波保持同频同相，可不失真地恢复原信号 数学模型：（二）AM解调cos(0t + )SAM(t)fd(t)LPFp(t)本地载波第16页

7、，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五AM调制器 m(t) cos (0t+ 0)(tSAM 0Acos(0t + )SAM(t)fd(t)LPFp(t)AM解调器当0 即同频同相时 fd(t)= 1/2A0+m(t) m(t)第17页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五二、抑制载波双边带(DSB)调幅系统 标准调幅(AM)的缺点： 在标准调幅中含有载波分量，但载波分量并不携带有用消息，却耗散大量的功率。 改进： 将不携带消息的载波分量抑制掉，仅传输携带消息的两个边带。这就是抑制载波双边带调幅(DSB)。 000SAM()mm0M()抑制掉第18页，共58

8、页，2022年，5月20日，14点10分，星期五1.DSB的时域表达式 ：（一）DSB调制第19页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五2.数学模型：cos(0t+0）m(t)SDSB(t)第20页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五3.波形及频谱m(t)t00mmM()000cos0tt0000 SDSB()USBUSBLSBLSB2 mSDSB(t)t0反相点结论：时域：波形有反向点频域：载波被抑制 频谱中只有上、下边 带，WDSB=2 m 效率高 (二)解调：相干解调 模型（同AM）第21页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五三、

9、单边带调制(SSB) DSB信号的缺点： 传输带宽需要两倍基带信号带宽，所以它的信道利用率不高。0WmWmM()000SDSB()USBUSBLSBLSB 2m000SSSB下()m000SSSB上()m 在DSB信号频谱中，位于0处的两侧出现了两个与M()形状完全相同的频谱 ，即上边带和下边带中都含有M()的全部消息 故可只传送一个边带第22页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五1.表达式（一) SSB调制其中: 为m(t)的正交分量 “-”为上边带 “+”为下边带+第23页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五2.频谱(不要求波形) 0mmM()000

10、SDSB()USBUSBLSBLSB2 m000SSSB下()m000SSSB上()m结论： 节省带宽 节省功率 WSSB= m 第24页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五3.SSB信号的产生（1）滤波法SSSB(t)cos(0t+0）m(t)HSSB()SDSB(t)000SDSB()USBUSBLSBLSB000SSSB上()0WmWmM()第25页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五（2）相移法产生SSB cos0tSSSB()m(t)-/2-/2sin0t - USB+ LSB对任意m(t) (二)SSB的解调-相干解调+第26页，共58页，2

11、022年，5月20日，14点10分，星期五四、残留边带(VSB) 调幅系统-应用：电视图像传送 双边带信号浪费边带，单边带信号的产生需要锐截止特性的滤波器不容易实现。当所传信号的频谱具有丰富的低频分量时(例如电视、电报)，SSB的上、下边带就很难分离。故可采用带宽介于单边带调制与双边带调制之间的一种调制方式，这就是残留边带调制(VSB)。 000SDSB()USBUSBLSBLSB2 m000SSSB上()第27页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五 （一）VSB调制 除传送一个边带外，还保留另一边带的一部份。 数学模型：cos0tm(t)SVSB(t)HV() 滤波器HV

12、()不需要十分陡峭的滤波特性 第28页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五残留边带滤波器特性 ： 在|0|附近具有滚降特性 对于|0|上半幅度点呈现奇对称(互补对称) 在边带范围内其它处是平坦的H()0-00H(-0) + H(+0) = K0 （二）VSB解调 - 相干解调第29页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五1.5.2 角度调制系统1.定义:用调制信号m(t)去控制载波s(t)的频率或相位,称为频 率调制(FM)或相位调制(PM),统称为角度调制。 一、基本概念ttt第30页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五2.瞬时频率(

13、t)与瞬时相角(t)的关系 未调制的正弦载波： 瞬时频率 瞬时相角微分 积分调频 调相000第31页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五二、频率调制（FM）:已调波的瞬时频率(t)与调制信号m(t)呈 线性关系 （1）瞬时频率(t) 其中: 0 ：固有角频率; Kf ：调频器灵敏度，弧度/秒伏 （2）瞬时相角第32页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五（3）单音频信号的FM波表达式 FM波表达式000第33页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五调频波FM和调幅波AM的比较 等频不等幅调制信号AMFMSAM(t)t0m(t)t0SFM(

14、t)t0 等幅不等频第34页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五三、调频信号频谱 单音调频的WBFM表达式00第35页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五其中：Jn(FM )，称为贝塞尔函数 频谱第36页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五 由载频分量和无穷多个边频分量组成，是非线性调制 边频分量对称地分布在载频的两侧，相邻边频的间隔为m 对称的边频分量幅度相等，但n为偶数时幅度的符号相同，而n为奇数时幅度的符号相反 边频分量幅度随n的增加而下降相邻频率间的间隔n为奇数时，上、下边频幅度的符号相反n为偶数时，上、下边频幅度的符号相同第

15、37页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五 频带宽度 设FM信号的有效频带取到 + 1次边频，则由于相邻频谱分量的间隔为m。单音频调制时，FM信号的带宽为 这个关系称为卡森公式 第38页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五（一）调幅系统相干解调的抗噪声性能 数学模型 二、抗噪声性能比较经推导,AM调幅系统的信噪比增益分别为 第39页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五结论：AM信号经相干解调后，即使在最好的情况下，也不能改善其输入信噪比，而信噪比一般都会恶化。第40页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五 调频一般是

16、用非相干解调，通常采用鉴频器。含有噪声的非相干解调器数学模型如图所示。 单音调制时GWBFM = 32FM = 33FMffm（二）调频系统的抗噪声性能结论： G与FM的三次方成正比，通常FM 1 可见调频的抗噪声性能优于调幅系统。 第41页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五 1.5.3 频分复用 一、概述1信道复用：就是利用一条信道同时传输多路信号的一 种技术, 目的是为了提高通信系统的有效性。 分类：频分复用、时分复用和码分复用第42页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五1.FDM：用不同频率来传送多路信号，以实现多路 复用的技术。 二、频分复用2

17、.依据：调制定理3.分离：滤波器（一）频分多路复用（FDM）第43页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五fF1(f)fmfF2(f)fm （二）原理fFSSB1(f)f1fFSSB2(f)f21.频谱第44页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五fFSSB2(f)f1f2fFSSB1(f)f1FSSB2(f)f2fFSSB1(f)第45页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五多路信号频谱结构频率复用的频谱组成fF1(f)fF2(f)第46页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五2.框图12第47页，共58页，2022年，

18、5月20日，14点10分，星期五在接收端，可利用相应的带通滤波器来分离出各路信号，并通过各自的解调器和低通滤波器恢复出各路的调制信号。频分复用的优点:信道利用率高，复用路数多，分路方便。应用:模拟通信系统，如：无线电广播、电视广播、有线、微波通信。频分复用的缺点:设备复杂；若信道存在非线性时，会产生路间干扰。第48页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五fFSSB2(f)fFSSB1(f)f1f2fFSSB1(f)f1FSSB2(f)f2fF1(f)fF2(f)fmfm第49页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五（三）带宽的计算 为了防止邻路信号之间相互干扰，相邻信道之间需加防护频带fg，因此，总的复用信号的带宽为思考：若采用AM调制方式，其总带宽是多少?BSSB第50页，共58页，2022年，5月20日，14点10分，星期五 10路话音信号采用FDM（调制方式SSB）复用方式，话音信号的最高频率为4KHz，防护频带为0.5KHz，总带宽是多少?解：若采用AM调制方式，总带宽是多少?例11第51页，共58页，2022年，5月20日，14点1