模拟线性调制

第三章

模拟线性调制1精选课件单元学习提纲

调制简介—定义目的分类线性调制〔幅度调制〕原理线性调制和解调的一般模型相干解调的抗噪声性能门限效应2精选课件新课导入——调制与解调的概念绵阳北京江油广元上飞机的过程即为调制下飞机的过程即为解调3精选课件调制简介

调制定义何谓调制？4精选课件进行频谱搬移，匹配信道特性，减小天线尺寸；实现多路复用，提高信道利用率；改善系统性能〔有效性、可靠性〕；实现频率分配

调制目的为什么要进行调制？5精选课件

调制信号

载波已调信号运载工具多种形式同义词认识一下调制过程所涉及的三种信号

调制分类6精选课件---可从不同角度分类：都有哪些调制方式？7精选课件模拟通信系统模型

8精选课件设f(t)为调制信号，c(t)为载波信号，s(t)为已调信号9精选课件

常规双边带幅1、信号的表达和产生：

适用包络检波的条件！A0与f(t)的关系直流分量，调制信号的组成局部10精选课件

假设上式中，，称为调幅指数，用百分比表示时，称为调制度。（30%-60%）调制度小于1等于1大于1

正常调幅满调幅过调幅假设调制信号为一般信号，那么取调幅指数为：11精选课件12精选课件

当载波初相为0时，已调信号为：频域特性分析假设有：那么已调信号的频谱为：13精选课件

已调信号的频谱图：1、形状相同，位置搬移；2、SAM含载波分量；3、SAM是双边带信号，带宽BAM=2W=2fH4、下边带是上边带的镜像下边带上边带上边带载频分量载频分量14精选课件AM信号的特点时，AM波的包络正比于调制信号m(t)，故可采用包络检波。AM的频谱由载频分量、上边带和下边带组成。AM传输带宽是调制信号带宽的两倍：

AM的优势在于接收机简单，广泛用于中短调幅播送。15精选课件

调幅信号的平均功率为：功率特性分析常规调幅信号的功率由载波功率Pc和边带功率Pf组成；边带功率与调制信号有关，是有用功率：载波功率？？因为16精选课件

调制效率：边带功率与总功率之比，即：当时，有：此时：若，调制效率最大值为1/3。常规调幅调制效率低下，载波分量不携带信息却占用大局部功率！

改进方案----抑制载波双边带调制17精选课件条件：如何提高调制效率？——抑制载波！

Q

A18精选课件抑制载波双边带调幅〔DSB-SC〕条件：DSB表达式DSB调制器Double-SidebandSuppressedCarrier19精选课件DSB波形和频谱20精选课件DSB信号的特点包络不再与f(t)成正比；当f(t)改变符号时载波相位反转，故不能采用包络检波，需相干解调。无载频分量，只有上、下边带。带宽与AM的相同：调制效率100，即功率利用率高。主要用作SSB、VSB的技术根底，调频立体声中的差信号调制等。

能否只传输一个边带？

Q

A课件制作：曹丽娜

西安电子科技大学通信工程学院

21精选课件AM和DSB调制与解调的一般模型非相干解调—包络检波22精选课件AM和DSB调制与解调的一般模型23精选课件例：假设非线性器件的输入-输出特性为:y=a1x+a2x2解：由图x1=f(t)+cosωct;x2=-f(t)+cosωcty1=a1[f(t)+cosωct]+a2[f(t)+cosωct]2y2=a1[-f(t)+cosωct]+a2[-f(t)+cosωct]2∴y=y1-y2=2a1f(t)+4a2f(t)cosωct24精选课件

环行调制器也可以完成乘法运算，实现抑制载波的双边带调幅。25精选课件26精选课件

DSB相干解调模型如右图所示。关键是必须有一个同频同相的载波。表达式如下：

经低通后，得到：从而恢复了原有的调制信号。

27精选课件DSB-SC与AM信号的比较DSB-SC的调制效率：100％优点：节省了载波功率。缺点：不能用包络检波，需用相干检波，较复杂。双边带的上、下两个边带有什么关系？一个边带携带了调制信号的全部信息。进一步改进：单边带调制进一步节省载波功率和带宽随着性能的改善，技术复杂度也越来越高，实际应用时往往需要折衷取舍。28精选课件3.2单边带调制〔SSB〕SSB信号的产生〔1〕滤波法技术难点之一29精选课件30精选课件边带滤波特性HSSB(

)31精选课件

实际电路中，理想的滤波特性不易实现，所有的滤波器都不可能是真正的矩形，其上升沿和下降沿都有一定的过渡带。通常，滤波器的中心频率越高，过渡带就会越宽，实现矩形滤波就越困难。即实现滤波器的难易与过渡带与载频的归一化值有关。

在高频情况下，要实现窄带滤波，通常只有采用多级调制的方式。32精选课件例3-2某单边带调制信号要求载频为10MHZ，调制信号频带为300-3400HZ，试用两级调制实现。解：如果采用一级实现。必须要求在10MHZ中心频率情况下，过渡带的带宽要小于60OHZ，即过渡带相对于载频的归一化值要小于6*10-5，这是不可能实现的。故采用二级调制，如下图。33精选课件

以上是多级调制频谱图，每级过渡带相对于载频的归一化值只要求小于6*10-3，这是可以实现的。34精选课件要把一个低通信号调制成单边带，如视频信号等，由于信号频谱中有直流成分〔零频〕，通过平衡调制后产生的双边带已调信号中，上边带与下边带完全连在一起，不能通过滤波器选出单边带信号。故引出相移法。35精选课件〔2〕相移法USB

+

-

-

36精选课件

相移法形成单边带信号原理如以下图所示。SSB信号第一项为同相分量，第二项为正交分量。假设调制信号为非周期信号，那么通过希尔伯特变换实现SSB信号的产生。37精选课件希尔伯特变换的意义?

数学意义：完成一种运算

物理意义：完成对信号的改变幅度特性：全通网络相角特性：宽带相移网络38精选课件

希尔伯特变换关系：时域关系为：由于其传递函数为：

频域表达式为：

物理意义:f(t)信号通过传递函数为-jsgn

的滤波器可以得到其希尔伯特变换式。39精选课件

由于所以而和分别对应有：和将上述二表达式带入卷积表达式，经推导可得上下边带的SSB分别为：40精选课件

上下边带之和为：移相法产生SSB信号原理如以下图。移相法：优点：不需要滤波器具有陡峭的截止特性。缺点：宽带相移网络难用硬件实现41精选课件42精选课件

SSB信号的解调不能用包络解调。相干解调原理如右以下图所示。由于输入信号为：所以

经低通后输出为：43精选课件SSB信号的特点性能分析SSB信号的实现比AM、DSB要复杂，但SSB调制方式在传输信息时，不仅可节省发射功率，而且它所占用的频带宽度比AM、DSB减少了一半。它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。相移法和时域表达式相对应时域表达式的意义给出了基带信号和已调信号之间的定量关系，是定量计算的根底能说明已调信号的类型：幅度调制、组成分量系数的影响单边带调制节省带宽和功率，实现困难双边带调制容易实现，占用2倍带宽折衷方案：在实现难度和占用带宽中折衷

44精选课件3.3残留边带调制〔VSB〕——介于SSB与DSB之间的折中方案。45精选课件VSB信号的产生应该具有怎样的滤波特性？VSB信号的解调应该具有怎样的滤波特性？

46精选课件

相干解调输出信号的频谱为：

经低通后输出整理合并，得47精选课件假设要无失真恢复f(t)，VSB滤波器的传输函数必须满足：含义：48精选课件残留边带滤波器的几何解释：49精选课件VSB信号的特点仅比SSB所需带宽有很小的增加，却换来了电路的简单。应用：商业电视播送中的电视信号传输等。50精选课件滤波法3.4线性调制〔幅度调制〕的一般模型相移法51精选课件——解调的任务!f(t)52精选课件相干解调与包络检波相干解调53精选课件包络检波54精选课件55精选课件3.6线性调制系统的抗噪声性能先明确几个概念1、噪声分为两种：加性干扰：外界造成的突发性脉冲干扰、内部有源器件造成的起伏干扰。乘性干扰：内部非线性器件产生的交调、互调。这里主要考虑对已调信号有持续影响的起伏干扰，据产生机理和实验测量说明，起伏干扰是各态历经的平稳高斯白噪声。56精选课件“各态历经〞—统计平均值等于时间平均值。“平稳〞--------概率密度函数与时间无关。“高斯〞--------概率密度函数为高斯分布。“白〞----------功率谱密度函数为均匀分布。以下是噪声分布模型：噪声只对接收系统产生影响，下面主要讨论接收系统的抗干扰性。57精选课件在接收机的设设计中，为了提高信噪比，通常在低噪声放大器〔高放〕后加一级窄带带通滤波器。其传递函数如以下图。58精选课件由随机过程理论可知，平稳高斯白噪声通过窄带滤波后〔带通滤波器带宽中心频率〕后，可以表示如下：59精选课件在分析系统的抗噪性能之前先明确几个概念：〔1〕噪声的同相分量、正交分量功率与噪声功率相等。〔2〕对于AM、DSB，n(t)经过BPF后，得：60精选课件对于ASM、DSB信号，B=2fm

对于SSB信号，B=fm

61精选课件分析模型高斯白噪声已调信号BPF62精选课件窄带高斯噪声输出噪声输出信号高斯白噪声已调信号BPF解调器相干解调包络检波63精选课件分析模型解调器性能指标信噪比增益：输出信噪比：BPF64精选课件用dB值表示信噪比:10lg(S/N)为什么用dB值表示信噪比？dB：单位，无量纲声音功率倍数：增强10倍；增强100倍；增强1000倍人耳的感觉：增加1倍；增加2倍；增加3倍人耳的感觉与声音功率倍数的对数成正比，使用dB值符合人体感官规律。65精选课件线性调制相干解调系统的抗噪声性能相干解调器Si

So

No

Ni

DSB66精选课件B=2fH

67精选课件原因正交分量68精选课件SSB相干解调系统的抗噪声性能相干解调器SiSo

No

Ni69精选课件B=2fH

B=fH

SSBDSB70精选课件相干解调抑制正交分量〔无论信号还是噪声〕原因正交分量71精选课件

能否说：DSB系统的抗噪声性能优于

SSB

系统呢？

在相同的Si，n0，fH条件下：

B=2fH

B=fH

∴

DSB和SSB的抗噪声性能相同。

Q

A72精选课件合成包络AM–包络检波系统的抗噪声性能73精选课件〔1〕大信噪比时隔掉检波输出：74精选课件

讨论：由于|f(t)|max

A0

，所以GAM<1，即100%调制，且f(t)为单频正弦时：相干解调的GAM如同上式，但不受信噪比条件的限制。75精选课件〔2〕小信噪比时

可见：76精选课件大信噪比时：小信噪比时：门限效应AM-包络检波系统的抗噪声性能：归纳门限效应输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比下降，而是急剧恶化，通常把这种现象称为解调器的门限效应。开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值。77精选课件1．双边带调幅(1)常规调幅信号时域表达式，时域波形，调幅指数频域表达式，频谱图，信号的带宽常规调幅信号的功率，调制效率(2)抑制载波双边带调幅时域表达式，时域波形频域表达式，频谱图，信号的带宽78精选课件(3)常规调幅信号和双边带信号的调制与解调常规调幅信号和双边带信号的调制双边带信号的相干解调常规调幅信号的包络检波2．单边带调制·用滤波法形成单边带信号，频域表达式及带宽·用相移法形成单边带信号，时域表达式·单边带信号的相干解调79精选课件3．残留边带调制用滤波法形成残留边带信号，频域表达式及带宽残留边带信号的相干解调残留边带滤波器的特性80精选课件二、线性调制系统的抗噪声性能通信系统的抗噪声性能分析模型抗噪声性能的指标：输出信噪比、信噪比增益

相干解调双边带调制相干解调的抗噪声性能单边带调制相干解调的抗噪声性能常规调幅包络检波的抗噪声性能81精选课件难点分析调制信号、载波和已调信号调制信号即基带信号，指来自信源的消息信号。载波指未受调制的周期性振荡信号，如正〔余〕弦波或周期性脉冲信号。已调信号是载波经过调制后的信号，通常以调制方式作为已调信号的名称，例如幅度调制信号、频率调制信号等。相干载波和相干解调一般来说相干载波要从接收信号中提取。有些发射机在发送已调信号的同时发送导频信号作为解调载波使用。82精选课件解调方法和门限效应相干解调没有门限效应。相干解调器由相乘器和低通滤波器组成，在解调过程中信号和噪声可以分开处理，所以没有门限效应。非相干解调指包络检波。包络检波器由整流器和低通滤波器组成，在解调过程中信号和噪声无法分开处理。当输入信噪比低于一定数值时，解调器的输出信噪比急剧恶化，这种现象称为门限效应。83精选课件易混淆的概念：单边带/双边带信号单边/双边带宽单边/双边功率谱密度基带信号的带宽W与已调信号的带宽B84精选课件§3.6频分多路复用及线性调制应用

多路复用：把多个彼此不相关的信号合并为一个复合的群信号，可在一条信道上同时进行通信的方法。频分多路复用:(FrequencyD