第5章模拟调制系统.

通信原理PrinciplesofCommunications课件整理：王怀兴QQ：76944908Email：[e-mail]：18971025983第5章模拟调制系统主要内容5.1幅度调制(线性调制)原理5.2线性调制系统的抗噪声性能5.3非线性调制(角度调制)原理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5.7本章小结把消息信号从载波信号上卸载下来→解调运送货物货物→装载上飞机→到达目得地→卸载货物飞机就是运载货物的工具→载体运送消息消息→装载上载波信号→传输到接收端→卸载消息高频载波信号就是传输消息的工具→载波把消息信号加载到载波信号上→调制引言(introduction)第5章模拟调制系统调制信号载波已调信号消息信号基带信号待发送信号正弦波脉冲序列运载工具被调制载波包含有m(t)的全部信息引言(introduction)第5章模拟调制系统调制：把信号形式转换成适合信道传输的过程广义调制：基带调制和带通调制(载波调制)狭义调制：仅指载波调制，通常调制均指载波调制载波调制：用调制信号去控制载波的参数的过程调制信号：指来自信源的基带信号(未被调制)载波：周期正弦信号或周期脉冲序列已调信号：载波受调制后称为已调信号解调(检波)：将调制信号从已调信号中恢复出来调制方式：模拟调制与数字调制引言(introduction)第5章模拟调制系统※调制目的(1)提高无线通信时的天线辐射效率，天线尺寸必须与发射信号的波长相比拟，天线长度/4；(2)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；(3)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互换，即通过调制改善通信系统的性能。(4)实现频率资源的分配，通信技术产生以后，频率成为与石油、煤炭、水等同等重要的资源…。引言(introduction)第5章模拟调制系统引言(introduction)第5章模拟调制系统※调制的分类按照调制信号m(t)的类型分模拟调制数字调制按已调制信号的频谱结构分线性调制非线性调制按正弦载波的被调参量分幅度调制频率调制相位调制按载波信号c(t)的类型分连续波调制脉冲调制(1)幅度调制(线性调制)AM：常规双边带调幅DSB：双边带调幅SSB：单边带调幅VSB：残留边带调幅(2)角度调制(非线性调制)FM：频率调制PM：相位调制引言(introduction)第5章模拟调制系统※本章主要研究的内容是以正弦波c(t)=Acos(ct+)作为载波的5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统幅度调制：用调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程。正弦型载波为，一般取0=0。0()coscctAt幅度调制信号(已调信号)一般可表示成设调制信号m(t)的频谱为M()，则已调信号的幅度随基带信号的规律变化；频谱是基带信号频谱在频域内的简单线性搬移(线性调制)。)]()([2)(ccmMMASttAmtscmcos)()(5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.1AM调幅(amplitudemodulation，也称常规双边带调幅)1AM调幅的表达式※条件：m(t)均值为0，|m(t)|max≤A0ttmtAttmAtscccAMcos)(coscos)]([)(00)]()([21)]()([)(0ccccAMMMASAM调制器原理模型载波项边带项，含有m(t)的信息5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.1AM调幅(amplitudemodulation，也称常规双边带调幅)2AM波形与频谱可见，已调信号sAM(t)的包络线中包含有调制信号A0+m(t)的全部信息→包络检波可见，已调信号SAM()频谱中包含有调制信号m(t)的全部信息，也包含有载波信息5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.1AM调幅(amplitudemodulation，也称常规双边带调幅)3AM调幅的特点分析1)|m(t)|max≤A0时，sAM(t)的包络线正比于m(t)，可采用最简单的包络检波还原A0+m(t)→m(t)；→优点2)接收机简单，广泛应用于中短波广播；→优点A0+m(t)3)其频谱分量由载波分量、上边带与下边带组成；4)其传输带宽是信号带宽的两倍BAM=2fH；→缺点m(t)带宽fH5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.1AM调幅(amplitudemodulation，也称常规双边带调幅)3AM信号的特点分析5)调制效率(功率利用率)低；→缺点ttmtAtsccAMcos)(cos)(0※AM信号功率ttmAttmtAtsPcccAMAM2022222cos)(2cos)(cos)(0scAMPPtmAPtm2)(20)(220※AM信号的调制效率(功率利用率)%50)()(00)(222AtmscsAMsAMtmAtmPPPPP5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.1AM调幅(amplitudemodulation，也称常规双边带调幅)3AM信号的特点分析5)调制效率(功率利用率)低；→缺点2)()(cos)(2020max0AtmAtmtAtmm为单音频信号，则设※调幅系数，称为满调幅。1)(0maxAtmm31)()(2220tmAtmAM，过调幅，满调幅，正常调幅111mmm可见，调幅系数越大，功率利用率越大，但此例m=1(100%调制)最大也不能超过30%。5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.1AM调幅(amplitudemodulation，也称常规双边带调幅)3AM信号的特点分析5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.1AM调幅(amplitudemodulation，也称常规双边带调幅)3AM信号的特点分析Q&A※如何提高调制效率呢？31)()(2220tmAtmAM载波项边带项，含有m(t)的信息ttmtAttmAtscccAMcos)(coscos)]([)(00※如果去掉载波项，则调制效率即可达到100%！抑制载波5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.2DSB-SC(Doublesidebandamplitudemodulation-suppressedcarrier)1DSB信号的波形与频谱0)(,cos)()(2tmttmtscDSB)]()([21)(ccDSBMMS5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.2DSB-SC(Doublesidebandamplitudemodulation-suppressedcarrier)2DSB信号的特点分析无载频分量，只有上、下边带分量；→优点不能再用包络检波，必须用相干解调；→缺点带宽仍然是信号带宽的2倍，BDSB=2fH;→缺点调制效率100%，功率利用率高；→优点主要用作SSB、VSB的技术基础，调频立体声中差信号调制等；Q&A※可否只用一个边带传输呢？SSB！5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.3SSB(Singlesidebandamplitudemodulation)1SSB信号的产生※滤波法需要滤波器HSSB()具有陡峭特性！5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.3SSB(Singlesidebandamplitudemodulation)1SSB信号的产生※移相法设单频调制信号，载波为tAtmmmcos)(ttcccos)(tAtAttAtsmcmmcmcmmDSB)cos(21)cos(21coscos)(ttmttmttAttAtsccmcmmcmLSBsin)(21cos)(21sinsin21coscos21)(下边带LSB上边带USB”为下边带“”为上边带“，ttmttmtsccSSBsin)(21cos)(21)(ttmttmttAttAtsccmcmmcmUSBsin)(21cos)(21sinsin21coscos21)(5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.3SSB(Singlesidebandamplitudemodulation)1SSB信号的产生※移相法ttmttmtsccSSBsin)(21cos)(21)(的希尔伯特变换是)()(tmtm)()()(hHMM)sgn()()()(jMMHh1,0sgn1,0※要求：Hh()对所有频率分量精确相移π/2。5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.3SSB(Singlesidebandamplitudemodulation)2SSB信号的特点SSB信号带宽只有AM、DSB信号带宽的一半，即BSSB=BAM/2=BDSB/2=fH，频带利用率高；→优点在频率拥挤的场合获得了广泛应用，尤其是在短波通信与多路载波电话中占有重要地位；→优点因为不需要传送载波及另一个边带而节省传送功率，功耗低；→优点在滤波法中陡峭特性滤波器与相移法中宽带相移网络都难以实现，均需要相干解调。→缺点5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.4VSB(vestigialsidebandamplitudemodulation)1VSB信号的产生图中滤波器不要求十分陡峭的截止特性，而是逐渐切割，使其残留一小部分，如图所示。滤波法实现残留边带调制的原理框图与滤波法SBB调制器相同。5.1幅度调制(线性调制)原理(amplitudemodulation(linearmodulation)principle)第5章模拟调制系统5.1.4VSB(vestigialsidebandamplitudemodulation)2残留边带滤波器传输特性)()]