模拟调制系统ppt课件

《模拟调制系统ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟调制系统ppt课件（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、内容提纲内容提纲 调制的目的、定义和分类； AM、DSB-SC、SSB、VSB及其时频域表示，时域波形，频谱构造，调制器和解调器； 线性调制系统的抗噪声性能，门限效应； 第三章第三章 模拟调制系统模拟调制系统 设调制信号为 ，载波信号为 式中，A为载波幅度， 为载波角频率， 为载波初相位。载波经模拟信号调制后的数学表示式为： 式中， 为载波瞬时幅度， 为载波的相位偏移。 假设 为常数， 随 成比例变化，那么称为调幅。假设 为常数， 或 的导数随 成比例变化，那么称为调角，前者称为调相，后者称为调频。 3.1 双边带调幅3.1.1 常规调幅 规范调幅为： 假设 那么有：上式中， ，称为调幅指数，

2、用百分比表示时，称为调制度。取值分小于1，等于1和大于1三种能够，分别对应正常调幅、满调幅和过调幅三种情况。 假设调制信号为普通讯号，那么取调幅指数为： 。 当载波初相为0时，已调信号为： 假设有： 那么已调信号的频谱为： 此时，已调信号的频谱如以下图所示。 调幅信号的平均功率为： 由于 ， 所以有： 调制效率：边带功率与总功率之比。即： 当 时，有： 此时： 假设 ，那么有其最大值为1/3。 例3-1 某调幅波未调载波功率为1KW，调制信号是幅度为Am的单音振荡。分别求AM=50%和100%时的已调波总功率、峰值功率和边带功率。解： AM=50%时。 AM=Am/Ao=50% 而Pc=Ao2

3、/2=1KW Am= AMAo= AM(2Po)1/2=22.36V 因此，已调波总功率为： PAM=Pc+Pf=1KW+Am2/4=1125W 峰值功率为：Pp=2 PAM =2250W 边带功率为：Pf= Am2/4=125W 单边带功率为：Pf =Pf/2=62.5W AM= AM2/(2+ AM2)=1/5 3.1.2 抑制载波双边带调幅DSB-SC DSB-SC信号表达式为： 已调波频谱为： 已调信号平均功率为： 可见，其调制效率为 DSB-SC波形图及频谱图如下： 3.1.3 调制与解调 AM与DSB-SC调制模型如以下图所示。 实践中，任何具有载 波频率的周期性信号 都可以充任载

4、波信号 的。图中仅以正弦信 号为例加以阐明。 解调包括相关解调和包络解调两种方式。 相关解调模型 如右图所示。 其关键是必需 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。 包络检波原理如下： 其中RC的取值范围为： 检波器的输出为： 3.2 单边带调制(SSB)3.2.1 滤波法构成SSB信号 滤波法构成SSB信号原理如以下图所示。 其中， 所以，SSB信号频谱为： 其频谱变换关 系如右图所示。 归一化值： 普通要求：10-3 否那么，滤波 就难以实现。 多级滤波法原理如以下图所示。 这里： 例3-2 用单边带方式传输模拟信号。设载频为12 MHz，信号

5、的频带为300 Hz3400 Hz，滤波器归一化值为10-2。试设计滤波器的方案。解：单级方案时，过渡带归一化值为 归一化值太高，实践无法实现。 所以，采用二级滤波法方案。 取第二级滤波器的归一化值为 。 这时，第二级上、下边带的间隔近似为 为此，第一级调制应运用的载频为： 所以，第一级滤波器的归一化值为： 3.2.2 相移法构成SSB信号 设调制信号为： 载波信号为： 那么DSB信号为： 上边带信号为： 下边带信号为： 相移法构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，那么经过希尔伯特变换实现SSB信号的产生。 希尔伯特变换。

6、由于解析信号的解析性与频域的因果性是等效的，由此可以证明，时域解析函数真假部之间存在着确定的关系。 设解析信号为 那么其付氏变换为 为满足频域的因果性，应有 所以，有： 由于 那么 可见 希尔伯特变换 同时 希尔伯特反变换 希尔伯特变换关系如右以下图所示。 时域关系为： 由于 其传送函数为： 其幅频相频特性见右图。 故其频域表达式为： 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： 上下边带之和为： 移相法产生SSB信号原理如以下图所示。 移相法产生SSB信号频谱变换关系。 3.2.3 SSB信号的解调 相关解调原理如右以下图所示。 由于

7、输入信号为： 所以 经低通后输出为： 3.3 残留边带调制(VSB)3.3.1 残留边带的产生 运用右上滤波器特性为残留下边带,运用右下滤波特性为残留上边带。 VSB信号频域表达式为： VSB调制信号采用相关解调方式，见以下图。 其输出为： = 相关解调输出信号的频谱为： 经低通后输出 可见，只需有下式成立，解调输出就不会失真。 残留边带滤 波特性见右图。 显见，只需 等式左侧两个 函数在=0处 具有互补对称 特性，解调就 不失真。 3.4 线性调制和解调的普通模型3.4.1 线性调知信号产生的普通模型 滤波法实现线性调制模型如右以下图所示。已调信号的频谱为： 所以， 令 再令 那么有： 调制

8、滤波器 基带同相滤波器 基带正交滤波器 当 ， 时，对应DSB调制； ， 时，对应SSB调制； ， 为正交滤波时，对应VSB调制。 相移法实现线性调制的模型如以下图所示。 3.4.2 线性调制信号解调的普通模型 相关解调模型如右以下图所示。 这样检波输出的就是： 插入大载波的包络检波见右以下图。 其中 当 时， 有 那么检波输出为： 3.5 线性调制系统的抗噪声性能3.5.1 通讯系统抗噪声性能的分析模型 高斯白噪声经过BPF后，输出为高斯窄带噪声。即 式中 ， 由随机过程实际可知： 设高斯白噪声双边功率谱密度为 ，BPF特性理想，单边带宽为B，那么有： 定义解调器输出信噪比SNR为： 对于不

9、同调制方式，定义信噪比增益如下： 上式中，分母为输入信噪比，其定义为： 在一样的输入功率条件下，不同系统的信噪比增益，系统的抗噪声性能不同。信噪比增益愈高，那么解调器的抗噪声性能愈好。 3.5.2 线性调制相关解调的抗噪声性能 模型见以下图。 此时，有： DSB调制相关解调 由于 所以有： 经低通后输出 输出信号功率为： 输出噪声功率为： 输出信噪比为： 输入已调信号功率为： 输入噪声功率为： 输入信噪比为： 所以，信噪比增益为： SSB调制相关解调 由于 所以有 经低通后输出为： 输出信号功率为： 输出噪声功率为： 输出信噪比为： 输入信号功率为： 输入噪声功率为： 信噪比增益为： 3.5.

10、3 常规调幅包络检波的抗噪声性能 以下图为常规调幅包络检波普通模型。 输入信号为： 输入信号功率为： 由于输入噪声信号为： 所以输入噪声功率为： 因此，输入信噪比为： 又 又有： 其中 在大信噪比情况下，有： 此时所以输出信号功率为： 输出噪声功率为： 输出信噪比为： 信噪比增益为： 由于 所以， 总是小于1。 当 那么 又由于 所以 由于 ，所以 。 当噪声远大于信号时，信号与噪声无法分开，所以在这种情况下，无法经过包络检波器恢复出原来的调制信号。 小信噪比时，普通取： 为简化计算，取： 所以，有： 上式的dB方式为： 包络检波器输出信噪比曲线如右图所示。留意其中的门限效应。 例3-1知一个

11、AM广播电台输出功率是50 kW，采用单频余弦信号进展调制，调幅指数为0.707。(1) 试计算调制效率和载波功率；(2) 假设天线用 的电阻负载表示，求载波信号的峰值幅度。解：(1) 依调制效率计算公式，有 又由于 ，所以，有： 2由于 ，所以，有： 例3-2设本地载波信号与发送载波的频率误差和相位误差分别为 和 ，试分析对解调结果的影响。解：设本地载波信号为 与DSB信号相乘后为 经LPF后得到 (1) 当 时，解调输出为 (2) 当 时，解调输出为 例3-3用0 Hz3 000 Hz的信号调制频率为 的载波以产生单边带信号。对该信号用超外差接纳机进展解调，接纳机框图如以下图所示，两级混频

12、器的本机振荡频率分别为 和 ，限定 高于输入信号的频率，中频放大器的通带范围是 。假设信号是上边带信号，试确定 和 的频率；假设信号是下边带信号，反复(1)。 解：(1) 假设为上边带， 为 。由于要求外差，故，有： (20.00020.003)=10.003 MHz10.000 MHz 由此得： =30.003 MHz 由于 (10.003 10.000)=0 MHz 0.003 MHz 所以 (2) 假设为下边带， 为20.000 MHz19.997MHz。由于要求外差，所以，有： (20.00019.997)=10 MHz10.003 MHz 由此得： =30 MHz 由于(1010.0

13、03) =0 MHz0.003 MHz 于是 例3-5 对单频调制的常规调幅信号进展包络检波。设每个边带的功率为10 mW，载波功率为100 mW，接纳机带通滤波器的带宽为10 kHz，信道噪声单边功率谱密度为5109 W/Hz。(1) 求解调输出信噪比；(2) 假设改为DSB，其性能优于常规调幅多少分贝？解(1) 知常规调幅信号的带宽为 ，其调制效率和解调信噪比增益分别为： 输入SNR为 输出SNR为 2改为DSB时，信号功率一样，而由于带宽不变，所以，输入噪声功率也不变，所以输入SNR亦为： 而输出SNR为： 所以所求为： 例3-6 对双边带信号和单边带进展相关解调，接纳信号功率为2 mW，噪声双边功率谱密度为 ，调制信号是最高频率为4 kHz的低通讯号。(1) 比较解调器输入信噪比；(2) 比较解调器输出信噪比。解：SSB信号的输入信噪比和输出信噪比分别为： DSB信号的输入信噪比和输出信噪比分别为： 输入信噪比的比较为 输出信噪比的比较为 计算结果阐明两种信号的抗噪声性能一致。