通信原理第5章 模拟调制系统.

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1、第5章 模拟调制系统 通信原理 通 信 原 理 电 子 教 案 第5章 模拟调制系统 Date1 第5章 模拟调制系统 通信原理 第5章 模拟调制系统 调制是频带传输的基础。 主要内容高频电子线路已经学过，从通信原理角度予以 带有复习性质的介绍。 基本概念 5.1 幅度调制的原理 5.2 线性调制系统的抗操声性能 5.3 角度调制（非线性调制）的原理及抗噪声性能 5.4 调频系统的抗噪声性能 5.5 各种模拟调制系统的比较 5.6 频分复用（FDM） Date2 第5章 模拟调制系统 通信原理 基本概念 调制 把信号转换成适合在信道中传输的形式 的一种过程。 广义调制 分为基带调制和带通调制（

2、也称载 波调制）。 狭义调制 仅指带通调制。在无线通信和其他 大多数场合，调制一词均指载波调制。 调制信号 指来自信源的基带信号 载波调制 用调制信号去控制载波的参数的过 程。 载波 未受调制的周期性振荡信号，它可以是 正弦波，也可以是非正弦波。 已调信号 载波受调制后称为已调信号。 解调（检波） 调制的逆过程，其作用是将已 调信号中的调制信号恢复出来。 Date3 第5章 模拟调制系统 通信原理 调制的目的 提高无线通信时的天线辐射效率。 把多个基带信号分别搬移到不同的载频处， 以实现信道的多路复用，提高信道利用率。 扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能 力，还可实现传输带宽与信噪比之间的

3、互换。 调制方式 模拟调制 数字调制 常见的模拟调制 幅度调制：调幅、双边带、单边带和残留边 带 角度调制：频率调制、相位调制 Date4 第5章 模拟调制系统 通信原理 5.1 幅度调制的原理 幅度调制的一般模型 幅度调制定义：用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使 其按调制信号的规律变化的过程。 模型： 表达式： m(t)-调制信号（一般为基带信号）； sm(t)-已调信号； h(t)-滤波器的冲激响应。 Date5 第5章 模拟调制系统 通信原理 表达式： 讨论： 在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化； 在频谱上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单 搬移。由于这种搬移是线性的，因

4、此幅度调制通常又称为线 性调制； 适当选择H( )、m(t)，便可得到各种幅度调制信号，例如 ：常规双边带调幅（AM）、抑制载波双边带调幅（DSB-SC ）、单边带调制（SSB）和残留边带调制（VSB）信号等。 模型： Date6 第5章 模拟调制系统 通信原理 5.1.1 常规双边带调幅（AM） 1. AM信号的表达式、频谱及带宽 条件（在一般模型的基础上） ： 滤波器为全通网络：H( )=K(=1); 调制信号：m(t)外加直流分量A0，且 （1）模型 （2）表达式 Date7 第5章 模拟调制系统 通信原理 （3）波形及频谱 下边带下边带 载频分量 载频分量 上边带 上边带 Date8

5、第5章 模拟调制系统 通信原理 频谱图 由频谱可以看出，AM信号的频谱由 载频分量，上边带，下边带 三部分组 成。 上边带的频谱结构与原调信号的频谱结构相 同，下边 带是上边带的镜像。 下边带下边带 载频分量 载频分量 上边带 上边带 Date9 第5章 模拟调制系统 通信原理 （4）讨论 AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带 宽的两倍，即 上边带、下边带。都含有原调制信号的完整信息 。 包络检波不发生失真条件 过调制。 Date10 第5章 模拟调制系统 通信原理 2.AM信号的功率分配及调制效率 已调信号功率为： 功率分配： （ 规律!） 注：Pc载波功率；Ps边带功率；

6、基带信号功率。 调制效率： 显然，AM信号的调制效率总是小于1。 Date11 第5章 模拟调制系统 通信原理 例5.1 设m(t)为正弦信号，进行100的常规双边带调幅，求 此时的调制效率。 解： 依题意无妨设 而100调制就是 的调制，即 因此 由此可见，正弦波做100AM调制时，调制效率仅为33.3%! Date12 第5章 模拟调制系统 通信原理 3.AM信号的解调 调制的逆过程叫做解调。AM信号的解调方法有两种：相 干解调和包络检波解调。 用一个低通滤波器，就无失真的恢复出原始的调制信号： （1）相干解调 原理：乘法器移频。 关键：与调制器同频同相 位的载波。 问：同频不同相？ 同相

7、解调结果：1/2幅度。 (规律!) Date13 第5章 模拟调制系统 通信原理 （2）包络检波法 原理：AM信号波形的包络与输入 基带信号成正比，故可以用包络检 波的方法恢复原始调制信号。 包络检波器：一般由半波/全波整流器和LPF组成。 电路由二极管D、电阻R和电容C组成。 包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近，即： Date14 第5章 模拟调制系统 通信原理 （3）讨论 包络检波法属于非相干解调法，其特点是：解调效率高， 解调器输出近似为相干解调的2倍；解调电路简单，特别是 接收端不需要与发送端同频同相位的载波信号，大大降低实 现难度。 故几乎所有的调幅（AM）式接收机都采用包络检

8、波法。 采用AM传输信息 好处：解调电路简单，可采用包络检波法。 缺点：调制效率低，载波分量不携带信息，但却占据了 大部分功率。 改进措施：如果抑制载波分量的传送，则可演变出另一 种调制方式，即抑制载波的双边带调幅（DSB-SC）。 Date15 第5章 模拟调制系统 通信原理 5.1.2 抑制载波的双边带调幅（DSB-SC） 1. DSB信号的表达式、频谱及带宽 条件（在一般模型的基础上）： 滤波器为全通网络：H( )=K(=1); 调制信号：无直流分量，依然 （2）表达式 （1）模型 Date16 第5章 模拟调制系统 通信原理 （3）波形及频谱 讨论：DSB信号不能进行包络检波，只能相干

9、解调； 除不含载频分量离散谱外，DSB信号频谱同于AM（由上下对 称的两个边带组成）DSB信号是不带载波的双边带信号； 它的带宽为基带信号带宽的两倍： Date17 第5章 模拟调制系统 通信原理 2. DSB信号的功率分配及调制效率 由于不再包含载波成分，因此，DSB信号的功率就等于 边带功率，是调制信号功率的一半，即 显然，DSB信号的调制效率为100%。 (规律!) Date18 第5章 模拟调制系统 通信原理 3.DSB信号的解调 DSB信号只能采用相干解调。 乘法器输出为： 经低通滤波器滤除高次项，得 即无失真地恢复出原始电信号。 DSB调制的好处:节省了载波发射功率，调制效率高；调

10、制 电路简单，仅用一个乘法器就可实现。 缺点:占用频带宽度比较宽，为基带信号的2倍。 改进招数？ Date19 第5章 模拟调制系统 通信原理 5.1.3 单边带调制（SSB） 考察：由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携 带了调制信号的全部信息，因此，从信息传输的角度来考虑 ，仅传输其中一个边带就够了。 1. SSB信号的产生 产生SSB信号的方法很多，最基本的：滤波法和相移法。 （1）滤波法据一般模型而建 条件： 滤波器为： 调制信号：调制信号基带信号， 且 关键/注： 模型 Date20 第5章 模拟调制系统 通信原理 模型 频谱 频域 表达式 Date21 第5章 模拟调制系

11、统 通信原理 上边带频谱图: Date22 第5章 模拟调制系统 通信原理 滤波法的技术难点 滤波特性很难做到具有陡峭的截止特性 例如，若经过滤波后的话音信号的最低频率为300Hz，则上 下边带之间的频率间隔为600Hz，即允许过渡带为600Hz。 在600Hz过渡带和不太高的载频情况下，滤波器不难实现； 但当载频较高时，采用一级调制直接滤波的方法已不可能 实现单边带调制。 可以采用多级（一般采用两级）DSB调制及边带滤波的方 法，即先在较低的载频上进行DSB调制，目的是增大过渡 带的归一化值，以利于滤波器的制作。再在要求的载频上 进行第二次调制。 当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就不适

12、用了。 Date23 第5章 模拟调制系统 通信原理 （2）用相移法形成SSB信号据时域表达式而建 SSB信号的时域表示式 设单频调制信号为 载波为 则DSB信号的时域表示式为 若保留上边带，则有 若保留下边带，则有 两式仅正负号不同 Date24 第5章 模拟调制系统 通信原理 将上两式合并： 式中，“”表示上边带信号，“+”表示下边带信号 。 希尔伯特变换：上式中Am sinmt可以看作是Am cosmt 相移/2的结果。把这一相移过程称为希尔伯特变换，记 为“ ”，则有 这样，上式可以改写为 Date25 第5章 模拟调制系统 通信原理 把上式推广到一般情况 可得： 式中， Date26

13、 第5章 模拟调制系统 通信原理 SSB信号的时域表示式为： 模型 为希尔伯特滤波 器，它实质上是一个宽 带相移网络，对 m(t)中的所有频率分量 均相移。 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 。 Date27 第5章 模拟调制系统 通信原理 2. SSB信号带宽、功率和调制效率 3. SSB信号的解调 SSB信号的解调也不能采用包络检波，只能采用相干解调， SSB信号不含载波成分，单边带幅度调制的效率也为100%。 (规律!) Date28 第5章 模拟调制系统 通信原理 乘法器输出为： 经低通滤波后的解调输出为 SSB信号的解调原理： 是DSB时的二分

14、之一。 心得：相干解调解出同相分量的一半，抑制正交分量。 Date29 第5章 模拟调制系统 通信原理 回顾/小结： AM调制： 可采用包检，结构简单，但调制效率低，最大 33； DSB调制：调制效率高，但信号占用频带宽； SSB调制：调制效率高，信号占用频带低，同于基带信号 。 Date30 第5章 模拟调制系统 通信原理 5.1.4 残留边带调制（VSB） 特点：残留边带调制是介于单边带调制与双边带调制之间的 一种调制方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的问题，又 解决了单边带滤波器不易实现的难题。 原理：在残留边带调制中，除了传送一个边带外，还保留了 另外一个边带的一部分。 Date31

15、 第5章 模拟调制系统 通信原理 1. 残留边带信号的产生 模型 频谱 频域表达式 关键：残留边带滤波器 Date32 第5章 模拟调制系统 通信原理 2. 残留边带信号的解调 只能采用相干解调。 乘法器输出： 而： 代入上式得： 经LPF: 所以： 同于DSB调制系统。 Date33 第5章 模拟调制系统 通信原理 满足互补对称特性的滚降形状可以有无穷多种，用的最多的 是直线滚降和余弦滚降。 几何含义义：HVSB()在载频附 近必须具有互补对称性。 HVSB()可以看作是对截止频 率为c的理想滤波器的进行“平 滑”“滚降”的结果。 由于“滚降”，滤波器截止频率 特性的“陡度”变缓，实现难度降

16、 低，但滤波器的带宽变宽。 故要求： Date34 第5章 模拟调制系统 通信原理 VSB与SSB调制： VSB带宽：介于BDSB、BSSB之间，但趋于BSSB; 由于VSB基本性能接近SSB，而VSB调制中的边带滤波器比 SSB中的边带滤波器容易实现，所以VSB调制在广播电视、 通信等系统中得到广泛应用。 Date35 第5章 模拟调制系统 通信原理 5.1.5 线性调制的一般模型 滤波法模型 在前几节的讨论基础上，可以归纳出滤 波法线性调制的一般模型如下： 按照此模型得到的输出信号时域表示式为： 按照此模型得到的输出信号频域表示式为： 式中， 只要适当选择H()，便可以得到各种幅度调制信号 。 Date36 第5章 模拟调制